DE2341265C2 - Einrichtung zur katalytischen Abgasreinigung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur katalytischen Reinigung der Abgase von Brennkraftmaschinen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Derartige Abgasreinigungsanlagen sind bekannt und werden insbesondere bei Kraftfahrzeugmotoren eingesetzt, um die im wesentlichen aus Kohlenmonoxyd, unverbrannten Kohlenwasserstoffen und Stickoxyden bestehenden Schadstoffe aus den Abgasen der Brennkraftmaschinen zu beseitigen. Diese in die Abgasleitung der Brennkraftmaschine eingeschalteten Einrichtungen bestehen dabei im allgemeinen aus einem metallischen Gehäuse, in dem ein monolithischer, die Katalysatormasse aufweisender Trägerkörper unter Zwischenschaltung einer elastischen Zwischenlage gehalten wird.

Bei einer bereits bekannten Einrichtung dieser Art (DE-AS 14 76 507) weist der Katalysatorkörper am Außenmantel eine Schutzschicht aus Fiberfraxkitt auf. Diese keramische Schicht dient unter anderem dazu, die Poren an der Außenfläche des Katalysatorkörpers abzudichten. Sie ist dagegen nicht dazu vorgesehen oder in der Lage, einen Verschleiß der mit dem Metallgehäuse oder den Metallflanschen in Berührung kommenden Stellen des Katalysators zu vermeiden.

Eine andere bekannte Ausführung (GB 9 31 096) weist einen aus einer gewellten und einer glatten

ίο Katalysatorträgerfolie spiralförmig aufgewickelten Körper auf, der in einem Keramikzylinder bruchsicher eingeschlossen ist Da aber Keramikteile insbesondere gegen Punktlasten empfindlich sind, können auch bei dieser Konstruktion an den Berührungsstellen mit dem metallischen Außengehäuse Beschädigungen und Verschleißerscheinungen auftreten.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht daher darin, bei einer katalytischen Abgasreinigungseinrichtung der eingangs bezeichneten Bauart die Gefahr der Beschädigung und des Verschleißes der besonders empfindlichen Umfangskanten des Katalysatorkörpers, insbesondere im Fall der Berührung mit dem metallischen Außengehäuse, zu verringern und dadurch die Möglichkeit für eine bessere axiale Halterung vorzusehen.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich gemäß dem Kennzeichen des Patentanspruchs 1. Durch die erfindungsgemä.C vorgesehenen, mittels radialer Vorspannung auf dem Katalysatorkörper gehaltenen metallisehen Ringe wird bei einer Berührung mit dem umgebenden metallischen Gehäuse eine großflächige Verteilung der dabei auftretenden Kräfte erzeugt, wodurch insbesondere die besonders gefährdeten Umfangskanten des Katalysatorkörpers wirksam geschützt werden.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich gemäß den kennzeichnenden Merkmalen der Unteransprüche.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt, die im folgenden näher erläutert werden. Dabei zeigt in schematischer Darstellungsweise Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Abgasreinigungsvorrichtung, deren Katalysatorkörper an seinen stirnseitigen Enden gemäß der Erfindung mit Ringen versehen ist,

Fig.2 einen Schnitt durch die Abgasreinigungsvorrichtung gemäß den Schnittlinien H-II,

Fig.3 einen Ausschnitt aus einer Abgasreinigungseinrichtung mit einer anderen Ausführungsform des Gehäuses,

Fig.4 und 5 jeweils Teildraufsichten auf Ringe mit unterschiedlicher Ausbildung des zylindrischen Teiles, und

Fig.6 bis 8 weitere Ausführungsmöglichkeiten der Halterung des mit einem Ring versehenen Katalysatorkörpers in dem Gehäuse.

In den einzelnen Figuren der Zeichnung sind jeweils gleiche Bauteile mit gleichen Positionsziffern bezeichnet. So stellt 1 den aus einem keramischen Material bestehenden, in dem hier gezeigten Beispiel kreiszylindrisch ausgebildeten Katalysatorkörper bzw. Trägerkörper dar. Dieser Trägerkörper weist eine Vielzahl von in axialer Richtung verlaufenden Durchgangskanälen für die Durchströmung des Abgases auf. Die Wandungen dieser Durchgangskanäle sind mit einer katalytisch wirksamen Masse beschichtet, die bei der Durchströmung der Abgase die Umwandlungsreaktion zur Beseitigung der in den Gasen enthaltenen Schadstoffe

bewirkt.

Der Trägerkörper 1 ist in einem Gehäuse gehalten, das aus einem mittleren, zylindrischen Teil 2 besteht, an dessen Endseiten konisch sich verjüngende Übergangsstücke 3 angeschlossen sind. An den Stirnseiten des Gehäuses sind jeweils Flansche 4 vorgesehen, mittels derer die Abgasreinigungseinrichtung in eine hier nicht gezeigte Abgasleitung einer Brennkraftmaschine eingeschaltet werden kann. In dem Ringraum zwischen dem Katalysatorkörper 1 und dem mittleren Teil 2 des Gehäuses ist eine aus einem keramischen Tcnerde-Silikat-Fasermaterial bestehende Zwischenlage vorgesehen, die unter radialer Vorspannung in diesen Zwischenraum eingebracht ist und durch Reibschluß den Katalysatorkörper 1 in dem Gehäuse hält Die konischen Übergangsstücke 3 weisen an den dem Katalysatorkörper 1 zugewandten Enden einen radial nach außen gerichteten Flansch 6 auf, an dem das mittlere Teil 2 des Gehäuses, beispielsweise durch Schweißung 7, befestigt ist Dieser Flansch 6 erstreckt sich von dem radial äußeren Rand der Stirnfläche des Katalysatorkörpers 1 bis zu dem mittleren Teil 2 des Gehäuses, wobei er den Ringraum zwischen dem Katalysatorkörper 1 und dem mittleren Gehäuseteil 2 überdeckt. Auf diese Weise wird die aus dem keramischen Fasermaterial bestehende Zwischenlage 5 praktisch von allen Seiten gehalten. Gleichzeitig wird auch der Katalysatorkörper 1 durch den Ringflansch 6 an einem axialen Auswandern gehindert.

Damit nun aber die besonders empfindlichen äußeren Umfangskanten des Katalysatorkörpers 1 beim Anstoßen an den Rir.gflansch nicht beschädigt werden können, sind an den Enden des Trägerkörpers metallische Ringe 8 vorgesehen. Diese Ringe bestehen aus einem zylindrischen Rohrstück 10, das an einem Ende einen radial nach innen gerichteten, die Umfangskanten des Katalysatorkörpers 1 überdeckenden Kragen 9 aufweist. Zur besseren Montage ist dieser Ring in radialer Richtung federnd ausgebildet und weist an seinem dem Kragen 9 entgegengesetzten Ende eine Aufbiegung 11 auf. Die radiale Federung wird bei der Ausführung nach F i g. 1 und 2 dadurch erreicht, daß am Umfang des Ringes ein Trennschnitt 12 vorgesehen ist. Wenn weiter der Innendurchmesser des rohrförmigen Stückes SO des Ringes 8 kleiner als der Außendurchmesser des Katalysatorkörpers bemessen ist, weist der Ring im montierten Zustand eine radiale Vorspannung auf, mit der er auf dem Trägerkörper 1 selbsttätig gehalten wird.

Die Fertigung der gesamten Abgasreinigungseinrichtung erfolgt nun in der Weise, daß der mit den Ringen 8 versehene Katalysatorkörper 1 mit der aus keramischen Fasermaterialien bestehenden Zwischenlage 5 u.nwik· kelt wird und daß anschließend der umwickelte Katalysatorkörper beispielsweise gemäß älteren Vorschlägen entweder unter Zuhilfenahme von Gleitelementen in das Gehäuse eingeführt wird, wobei eine radiale Vorspannung in der Zwischenlage erzeugt wird, oder daß das Gehäusemittelteil 2 aus einem Rechteckblech unter konstanter Vorspannung um den von der Zwischenlage umgebenen Trägerkörper gewickelt wird.

Der Vorteil der von der Erfindung als Panzerungsmittel vorgeschlagenen Ringe besteht darin, daß der Trägerkörper nunmehr durch Abstützung am Gehäuse oder an mit dem Gehäuse fest verbundenen Teilen in seiner axialen Lage gesichert werden kann, ohne daß die Gefahr der Beschädigung der empfindlichen Kanten besteht. Während bei einem ungepanzerten Katalysatorkörper gerade im Bereich der Endseiten infolge von Einbrüchen einzelner oder mehrerer am äußeren Rand liegender Durchgangskanäle der Außendurchmesser stark variabel ist, so daß auch die in der Zwischenlage sich dort einstellende radiale Vorspannung über den Umfang unterschiedlich groß ist ergibt sich durch die Zwischenschaltung des im Durchmesser konstanten Ringes eine Vergleichmäßigung und gegenüber dem ungepanzerten, mittleren Teil des Katalysatorkörpers eine Erhöhung der radialen Vorspannung in der Zwischenlage 5.

In der F i g. 3 ist eine Ausführung der Lagerstelle des Katalysatorkörpers 1 in dem Gehäuse gezeigt, bei der der an dem konischen Übergangsstück 3 angebrachte Ringflansch in zwei Teilflansche 6a und 6b unterteilt ist, die durch ein im wesentlichen zylindrisches Zwischenstück 13 verbunden sind. Dieses Zwischenstück 13 soll zur Zentrierung des Gehäuses bezüglich des Katalysatorkörpers 1 dienen und weist demzufolge eine dem Ring 8 entsprechende Kontur auf.

Während die radiale Federung des Ringes in den Ausführungen nach F i g. 1 und 2 mit Hilfe eines am Umfang angeordneten axialen Trennschnittes erreicht wird, zeigt die Fig.4 eine andere Möglichkeit, denselben Effekt zu erreichen, wobei ebenso, wie auch in der F i g. 5, eine Draufsicht auf einen Teil der rohrförmigen Partie des Ringes dargestellt ist. Bei der F i g. 4 ist dieser rohrförmige Teil federnd gewellt. Nach einer geringfügigen Aufweitung des gegenüber dem Katalysatorkörper im Durchmesser kleiner ausgelegten Ringes 8' kann dieser also über den Katalysatorkörper geschoben werden, wo er infolge der sich einstellenden radialen Vorspannung gehalten wird.

Bei der Ausführung nach der F i g. 5 wird der Ring 8" dadurch in radialer Richtung federnd ausgebildet, daß das rohrförmige Stück durch axial gerichtete Einschnitte 16 in eine Vielzahl von schmalen, federnden Zungen 15 aufgeteilt wird.

Die F i g. 6 zeigt eine Katalysatorkörperhalterung, bei der der Ring 8 nicht direkt am Gehäuse bzw. an dem Ringflansch 6' des konischen Übergangsstückes 3 anliegt. Hierbei ist vielmehr ein Halteelement 17 vorgesehen, das sich radial nach außen erstreckt und das seinerseits an dem radial nach außen gerichteten Ringflansch 6' anliegt. Auch hier wird ein axiales Auswandern des Katalysatorkörpers 1 verhindert, jedoch ergibt sich gegenüber den bisher beschriebenen Ausführungen eine elastischere Halterung. Dieses Halteelement, das beispielsweise aus einem kreisringförmigen Kragen oder aber auch aus einzelnen über den Umfang verteilten, radial nach außen gerichteten Stegen bestehen kann, kann an dem Ring 8'" angeschweißt, oder, wie dies in der Zeichnung gezeigt ist, direkt von diesem abgebogen sein. In der F i g. 7 weist der Ring 8^IV einen im wesentlichen axial gerichteten Steg 18 auf, der mit einem umgebogenen Rand 19 an dem mit Abstand zu der Stirnfläche des Katalysatorkörpers 1 angeordneten Ringflansch 6 des konischen Übergangsstückes 3 anliegt. Auch diese Ausführung sichert eine axiale Fixierung des Katalysatorkörpers 1 und bietet zudem Schutz gegenüber Beschädigungen der empfindlichen Umlaufkante. Dieser Schutz wird dabei noch durch eine zusätzliche elastisch nachgiebige Einlage 20 unterstützt, die am äußeren Rand der Stirnseite des Katalysatorkörpers zwischen dem nach innen gebogenen Kragen 9 des Ringes 8^IV und dem Katalysatorkörper 1 angeordnet ist. In der F i g. 8 ist eine Ausführung der Abgasreini-

gungseinrichtung dargestellt, bei der das Gehäuse 2 mit dem darin gehaltenen Katalysatorkörper 1 aus konstruktiven Gründen exzentrisch zu dem Flansch 4 angeordnet ist. Das Übergangsstück 3a ist demzufolge nicht mehr symmetrisch ausgebildet. Im Unterschied zu den zuvor gezeigten Konstruktionen ist hier in dem Übergangsstück 3a gemäß einem älteren Vorschlag noch zusätzlich ein trichterförmiger Einsatz 21 vorgesehen, der im Bereich des Flansches 4 an dem konischen Übergangsstück 3a, beispielsweise durch Schweißung, befestigt ist und im übrigen Bereich einen gewissen Abstand zu der Innenwand des Übergangsstückes hält.

Dadurch entsteht ein Isolierraum 23, der die Wand des Katalysatorgehäuses vor einer zu großen Aufheizung durch das Abgas schützt. Der trichterförmige Einsatz 21 weist an seiner dem Katalysatorkörper 1 zugewandten Stirnseite einen radial nach außen gerichteten ringförmigen Bund 22 auf, an dem der Kragen 9 des Ringes 8 zur Anlage kommen kann, so daß der Katalysatorkörper 1 an einer Axialverschiebung gehindert wird. In der Fig.8 ist lediglich die Zuströmseite der Abgasreini-

o gungseinrichtung gezeigt. Es ist jedoch selbstverständlich, daß auch die Abströmseite in gleicher Weise ausgeführt werden kann.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur katalytischen Reinigung der Auspuffgase von Brennkraftmaschinen, bei der in einem metallischen Gehäuse ein von einem elastischen, hitzebeständigen Material umgebener keramischer Katalysatorkörper gehalten ist, der eine Schutzschicht aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschicht durch metallische, mittels radialer Vorspannung auf dem Katalysatorkörper (1) gehaltene Ringe (8) gebildet ist, die radial nach innen gerichtete, die radial äußeren Bereiche der Katelysatorsttrnseken zumindest abschnittsweise abdeckende Kragen (9) aufweisen.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser der Ringe (8) gegenüber dem Außendurchmesser des Katalysatorköroers (1) kleiner ausgelegt ist und daß die Ringe elastisch federnd aufweitbar sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringe (8) einen axialen Trennschnitt (12) aufweisen.

4. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringe (8') in ihrem zylindrischen Teil federnd gewellt sind.

5. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringe (8") in ihrem zylindrischen Teil federnde Zungen (15) aufweisen, die durch axiale, mit Abstand über den Umfang verteilte Schlitze (16) hergestellt sind.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß an dem radial äußeren Bereich der Stirnseiten des Katalysatorkörpers (1) zwischen dem Katalysatorkörper und dem Ring (8) eine elastisch nachgiebige Einlage (20) vorgesehen ist (F ig. 7).

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringe (8) in axialer Richtung an einem Teil des den Katalysatorkörper (1) umgebenden Gehäuses (2, 3, 6) ?.ur Anlage kommen.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringe (8) an einem Vorsprung (6') des Gehäuses (2, 3) anliegende Haltestege (17) aufweisen.

9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltestege (17) als radial nach außen gerichtete Ringkragen ausgebildet sind.