DE2434102A1

DE2434102A1 - Katalysator zur katalytischen reinigung von abgasen

Info

Publication number: DE2434102A1
Application number: DE2434102A
Authority: DE
Inventors: Johann Siebels
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1974-07-16
Filing date: 1974-07-16
Publication date: 1976-02-05
Also published as: JPS5133214A; US4070158A

Description

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Aktiengesellschaft

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Unsere Zeichen: K 1759
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Katalysator zur katalytischen Reinigung von Abgasen

Die Erfindung bezieht sich auf einen Katalysator zur katalytischen Reinigung der Abgase von Brennkraftmaschinen, bei dem ein mit einer Katalysatormasse versehener, monolithischer Trägerkörper in einem in die Abgasleitung eingeschalteten Gehäuse mittels einer zwischen dem Mantel des Trägerkörpers und dem Gehäuse eingepreßten Zwischenlage gehalten ist.

Zur Halterung eines monolithischen Katalysator-Trägerkörpers in einem in die Abgasleitung einer Brennkraftmaschine eingeschalteten Gehäuse ist es bereits bekannt, zwischen dem Mantel des Trägerkörpers und dem Gehäuse eine unter radialer Vorspannung stehende, elastische Zwischenlage vorzusehen, die vorzugsweise aus einer oder mehreren Lagen einer aus einen

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keramischen Fasermaterial, insbesondere aus einem Tonerde-Silikat-Faser-Katerial, hergestellten Matte "besteht (Patentanmeldung P 22 48 442.0). Auf diese Weise wird eine sichere, Halterung für den aus einer porösen, keramischen Substanz bestehenden empfindlichen Trägerkörper des Katalysatorkörpers geschaffen, die zum einen den hohen mechanischen und thermischen Belastungen in einer Abgasreinigungsanlage, beispielsweise von Kraftfahrzeugen, standhält und die zum anderen einfach und preisgünstig in ihrer Ausführung ist.

Beim Betrieb von mit monolithischen Katalysator-Trägerkörpern ausgerüsteten katalytischen Abgasreinigungsanlagen in Brennkraftmaschinen hat sich nun gezeigt, daß sehr häufig an den monolithischen Trägerkörpern, die im allgemeinen aus einem zylindrischen Keramikkörper mit einer Vielzahl von sich in Längsrichtung des Körpers erstreckenden, durchgehenden Kanälen bestehen, Risse auftreten. Diese Risse führen in Verbindung mit den hohen mechanischen Beanspruchungen., die insbesondere durch die von der Brennkraftmaschine herrührenden Schwingungen verursacht werden, schon nach relativ kurzen Laufzeiten in einem Kraftfahrzeug zur Zerstörung des Keramikkörpers und damit der Abgasreinigungsanlage. Als besonders gefährlich erwiesen sich dabei Längsrisse in dem monolithischen Trägerkörper, für die als Entstehungsursache am Trägerkörper auftretende äußere Tangential-Zugspannungen gefunden wurden, die durch eine über den Monolithenquerschnitt ungleichmäßige," thermische Beaufschlagung, insbesondere während des AufheiζVorganges, erzeugt werden.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe ist daher darin zu sehen, die bei dem Betrieb eines Katalysators der eingangs beschriebenen Bauart entstehenden Längsrisse nach Möglichkeit zu vermeiden, um so eine Abgasreinigungsanlage für Brennkraftmaschinen mit hoher Standfestigkeit und großer Lebensdauer zu erreichen.

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Zur Lösung dieser Aufgabe "wird gemäß der Erfindung verge- ; schlagen* daß die elastische Zwischenlage derart zusammen- ' gepreßt ist, daß sie auf den Mantel einen radialen Druck ■ ' von 20 bis 80"N/cm ausübt. Die Erfindung geht dabei davon aus, daß die die Längsrisse an den^:monolithischen ^: Trägerkörpern verursachenden Tangentialspannungen- durch von außen auf den Trägerkörper aufgebrachte Radialdruckspannungen wenigstens teilweise kompensiert werden können. Durch diese äußere, auf den Trägerkörper aufgebrächte Druckspannung verlagert sich der kritische Rißentstehungspunkt zu höheren Temperaturdifferenzen, wobei die zulässige thermische Beanspruchung um so höher ist, je größer die. aufgebrachte Druckspannung ist. Die obere Grenze für den aufzubringenden Einspanndruck ist dabei durch die radiale Druckfestigkeit des monolithischen Trägerkörpers bzw. durch die Festigkeit des Halterungs materials gegeben. Die untere Grenze für den Einpreßdruck ist so gewählt, daß der monolithische Trägerkörper bis zu einer Temperaturdifferenz von etwa/\ T = 600 G ohne Längsrisse bleibt.

Wenn also der Einspanndruck des Trägerkörpers innerhalb der von der Erfindung angegebenen Druckgrenzen von 20 bis 80 N/crn" bleibt, dann ist sichergestellt, daß der monolithische Trägerkörper nicht nur fest und sicher in dem Gehäuse sitzt, sondern auch eine große Sicherheit gegen die Entstehung von Längsrissen besitzt.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung soll das Gehäuse in der Form eines zylindrischen Blechmantels aus einem vorgerollten Rechteck-Blech gebildet sein, das mit einer solchen Kraft in Umfangsrichtung um den mit der elastischen Zwischenlage umgebenen Trägerkörper gewlcke'l t ist, daß an dem Mantel des

Trägerkörpers ein radialer Einspanndruck von 20 bis 80 N/cm vorliegt.

Die Torteile und wesentlichen Merkmale der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung enthalten, die das in der Zeichnung

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gezeigte Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Dabei zeigen in schematischer Darstellungsweise

Figur 1 einen Längsschnitt durch, einen Katalysator zur katalytischen Reinigung der Abgase von Brennkraftmaschinen und

Figur 2 einen Querschnitt durch den Katalysator gemäß den Schnittlinien II-II aus Figur 1.

In der Zeichnung ist eine katalytische Abgasreinigungsanlage gezeigt, die einen in einem Gehäuse 2 mit Hilfe einer elastischen, hoch temperaturfesten Zwischenlage 3 kraftschlüssig gehaltenen Katalysator-Trägerkörper 1 aufweist. Der monolithische, aus einem keramischen Material bestehende Katalysator-Trägerkörper

1 zeigt in üblicher Weise axial verlaufende, durchgehende Kanäle und besitzt an seiner inneren Oberfläche eine katalytisch wirksame Schicht, die die chemische Umsetzung der schädlichen Gasbestandteile bewirkt.

Der Übergang von der hier nicht gezeigten Abgasrohrleitung zu dem den Katalysatorkörper 1 aufnehmenden Gehäuse 2 wird an der Zu- und Abströmseite des in Eichtung des Pfeiles 12 strömenden Abgases durch konische Übergangsstücke 8 und 10 gebildet, die mit dem zylindrischen Gehäuse 2,beispielsweise durch eine Verschweißung, verbunden sind. Flansche 9 und 11 ermöglichen die Einschaltung des Katalysators in eine Abgasleitung einer Brennkraftmaschine .

Das Gehäuse 2 besteht nun in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel aus einem zylinderförmigen Blechmantel 15₅ der aus einem rechteckförmigen Blech gewickelt ist. Die Fertigung des Gehäuses

2 erfolgt dabei in der Weise, daß der mit der kompressiblen, hoch temperaturbeständigen Keramik-Fasermatte 3 umgebene Katalysatc r—

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körper 1 in das vorgerollte, offene Rechteckblech eingelegt wird und daß anschließend das Rechteckblech durch üusarrinenziehen seiner Enden 17 in einer Spannvorri3htung un den πΐτ der Zwischenlage J versehenen Trägerkörper 1 gewickelt wird. Die beiden Enden 17 des Rechteckbleches werden dabei mit einer solchen Kraft zusammengezogen, daß in der keramischen Pasermatte 3 eia radialer Druck von mindestens 20, höchstens jedoch

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80 N/cm entsteht. Die beiden überlappenden Enden 17 des Rechteckbleches werden anschließend miteinander, beispielsweise durch eine Verschweißung an der Längskante, verbunden. Als letztes werden an dem so entstandenen zylindrischen Blechmantel 15 die konischen Übergangsstücke 8 und 10 angesetzt und ebenfalls durch Verschweißung befestigt. In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel weisen die Übergangsstücke 8 und 10 radial nach innen vorspringende Kragen 16 auf, die die Frontflächen der keramischen Faserzwischenlage 3 abdecken.

Wie Versuche mit katalytischen Abgasreinigungsanlagen, die einen mit einem sehr hohen Einspanndruck in den Grenzen 20 bis 80 N/cm eingespannten monolithischen, keramischen Katalysator-Trägerkörper aufweisen, gezeigt haben, ergibt sich eine sehr hohe Standfestigkeit und große Lebensdauer für die Anlage ohne die Gefahr der Bildung von Längsrissen in dem keramischen Trägerkörper. Bei einem Ausführungsbeispiel wurde beispielsweise ein monolithischer, keramischer Katalysator-Trägerkörper, der aus einem Zylinder mit einem Durchmesser von 4 Zoll und einer Länge von β Zoll bestand, mit einer keramischen Fasermatte umgeben und in einem zylindrischen Blechmantel mit einer Spannkraft von ca. 12000 N eingewickelt, wobei sich an dem Mantel des Trägerkörpers ein radialer Einspanndurck von ca. 60 N/cm ergab. Eine derartige katalytische Abgasreinigungsanlage wurde in einem Kraftfahrzeug in die Abgasleitung der Brennkraftmaschine eingeschaltet, wobei sich auch nach einer Fahrstrecke von 50000 Meilen (ca. 80000 km) keine Beanstandungen hinsicht-

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lieh der Halterung des monolithischen Katalysator-Trägerkörpers und insbesondere auch keine Längsrisse in dem Triigerkörper zeigten.

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Claims

Ansprüche

. Katalysator zur katalytischen Reinigung der A~bgase von Brennkraftmaschinen, "bei dem ein mit einer Katalysatormasse versehener monolithischer Trägerkörper in einem in die Abgasleitung eingeschalteten Gehäuse mittels einer zwischen dem Mantel des Trägerkörpers und dem Gehäuse zusammengepreßten Zwischenlage gehalten ist, dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Zwischenlage derart zusammengepreßt ist, daß sie auf den Mantel des Trägerkörpers einen Druck von 20 bis 80 N/cm ausübt.
2. Katalysator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse in der Form eines zylindrischen Blechmantels aus einem vorgerollten Rechteckblech gebildet ist, das mit einer solchen Kraft in Umfangsrichtung um den mit der elastischen Zwischenlage umgebenen Trägerkörper gewickelt ist, daß an dem Mantel des Trägerkörpers ein Einspanndruck von 20 bis 80 N/cm vorliegt.

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