DE2515732A1 - Vorrichtung zum reinigen der abgase von brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

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Vorrichtung zum Reinigen der Abgase von Brennkraftmaschinen

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Reinigen der Abgase von Brennkraftmaschinen, bei welcher in einem rohrförmigen, stirnseitig an die Abgasleitung angeschlossenen Metallgehäuse ein oder mehrere keramische, monolythisehe, gasdurchströmbare Katalysatorkörper über eine unverbrennbare elastische Hülle auf ihrer zur Strömungsrichtung parallelen Umfangsfliche abgestützt sind.

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Die stoßsichere Abstützung der aus sprödem Keramikma te rial, wie beispielsweise Aluminiumoxyd, Siliciumoxyd, Magnesiumoxyd, Zirkonsilikat od. dgl. bestehenden Katalysatorkörper bereitet große Schwierigkeiten und wurde bislang durch aufwendige Unmantelungen verwirklicht, wobei zusätzliche Abstützungen zur Halterung des Katalysatorkörpers in axialer Richtung angewendet wurden (DT-AS 2 213 540).

Die Erfindung hat sich zum Ziel gesetzt, die stoßdärrofende Laaerung des Katalysatorknrpers auf möglichst einfache Weise zu verwirklichen. Zu diesem Zweck wurden urfangreiche Versuche mit unter Hitzeeinwirkung stark expandierenden Mantelwerkstoffen durchgeführt. Dabei hat sich überraschenderweise gezeiat, daß bei geeigneter Auswahl der Hantelwerkstoffe auf eine axiale Abstützung des Katalysatorkörpers verzichtet werden kann.

Im Rahmen der getroffenen Auswahl besteht die die Ummantelung bildende Hülle dabei aus einem Ferksto^f, der sich unter Hitzeeinwirkung stärker ausdehnt, sich aber bei nachfolgender Abkühlung auf üirgebunasteinperatur weniger stark zusammenzieht als das Metall, aus dem das Gehäuse besteht, so daß der Katalysatorkörper allein durch die radiale Pressung der Hülle gehalten ist. Dies gilt sowohl für Stöße in Strömungsrichtung als auch für die radialen Stöße, also die Stöße quer zur St römungs richtung, die infolge der elastischen Eigenschaft des Hüllenwerkstoffs gedämpft werden.

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Bevorzugt geeignet als Hüllenwerkstoff sind Materialien, die sich beim Erhitzen durch Schäumen ausdehnen.

Ein geeigneter Werkstoff ist ein nnter dem Namen Thermex im Handel bekanntes Material, welches in Form einer Paste oder als Fasermatte erhältlich ist. Dieses Material besteht im wesentlichen aus hitzebeständigen Mineralfasern das die organischen Bindemittel enthalten kann und eine beim Erhitzen ausschäumende Komponente enthält.

Bei Anordnung mehrer Katalysatorkörper im GehSuseinneren ist es nach einem weiteren Erfindungsvorschlag vorteilhaft, daß eine Mehrzahl von in axialer Richtung schmalen Katalysatorkörpern vorgesehen ist, zwischen denen jeweils sich in Strömungsrichtung verjüngende Blenden zur Bündelung des Gasstroms auf den aktiven Querschnitt der Katalysatorkörper angeordnet sind. Die Blenden dienen dem Schutz der Hülle.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Befestigung der Katalysatorkörper im Inneren des Gehäuses bei einer Vorrichtung der eingangs erwähnten Art besteht darin, daß die Vorrichtung vor deren Montage einer Vorerhitzung unterworfen und dadurch eine bleibende Vorspannung der Hülle erzielt wird. Durch diesen Verfahrensschritt erübrigen sich zusätzliche Befestigungselemente zur zentrischen Abstützung des Katalysatorkörpers, solange die ihn umgebende Hülle noch weich ist, also vor einer ersten Hitzeeinwirkung. Durch die genannte Vorerhitzung, die noch im Fertigungsbetrieb durchgeführt wird, wird bereits die Aushärtung des Hüllenwerkstoffs unter gleichzeitigem Aufbau einer radialen Vorspannung der Hülle erzielt, die ausreicht, den Katalysatorkörper bis zur Inbetriebnahme am Fahrzeug und während des Wärmeanlauft des Motors gegenüber dem Gehäuse zu verspannen.

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Im Rahmen der Erfindung kommen für die Hülle alle Werkstoffe in Frage, die die gekennzeichneten Wärmedehnungseigenschaften aufweisen und die unter Hitzeeinwirkung im Betrieb des Katalysators ihre Elastizität nicht verlieren. Vorteilhaft sind unter Hitzeeinwirkung schäumende Werkstoffe mit geschlossener Zellstruktur, da letztere infolge ihres Gasanteils die für die Erhöhung der Pressung erforderliche Kompressibilität aufweisen.

Im folgenden werden zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. Die Figuren 1 und 2 zeigen jeweils einen halben Axialschnitt durch einen Katalysatorkörper.

Gem. Fig. 1 ist der monolythische Katalysatorkörper 1, der in Axial richtung, also in St römungs richtung gem. Pfeil R verlaufende feine Strömungskanäle aufweist, im Inneren eines hochwärmefesten Metallgehäuses 2, bevorzugt aus einem wegen seines kleinen Ausdehnungshoeffizienten vorteilhaften ferritischen Stahl. Der Katalysatorkörper besteht wie üblich aus dem ein dünnwandiges Gerippe von winzigen Strömungskanälen ausbildenden Katalysatorträger 3, der zu seinem Schutz von einer zementartigen Schutzhülle 4 umgeben ist. Gegenüber dem Gehäuse ist der Katalysatorkörper mittels einer der Stoßdämpfung dienenden Hülle 5 abgestützt, die einerseits auf der Außenseite der Schutzhülle 4 and andererseits auf der Innenseite des Gehäuses 2 unter Spannung anliegt. Die Pressung der Hülle 5 ist se bemessen, daß deren Verschiebung in axialer Richtung gegenüber dem Gehäuse bzw. dem Katalysatorkörper auch unter grÖRtmögli-

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eher Stoßeinwirkung in Strömungsrichtung ausgeschlossen ist. Bei Verwendung des unter dem Namen Thermex gehandelten Materials genügt hierbei eine Hülle von etwa 1,5 mm Stärke.

Motorseitig ist am Katalysatorgehäuse 2 ein Flanschteil 6 angeschweißt, welches dem Anschluß an den Auslaßteil der Motorzylinder dient. Auf der gegenüberliegenden Seite ist das Gehäuse 2 mit einem Krümme.rteil verschweißt, welches nur zum Teil dargestellt ist.

Gem, Fig. 2 sind im Inneren des Gehäuses 12 mehrere, verhältnismäßig schmale und damit eine geringe Masse aufweisende Katalysatorkörper 11 in Strömungsrichtung hintereinander angeordnet, die jeweils über eine unter radiciler Spannung stehende Hülle 15 gegenüber dem Gehäuse 12 abgestützt sind. Das Gehäuse 12 kann nach aussen hin mittels einer Isolierschicht 16 wärmeisoliert sein, was je nach Einbaulage des Katalysators erforderlich ist. Zwischen den Katalysatorkörpern 11 ist jeweils eine mit dem Gehäuse 12 verschweißte BJ.§nde 13 _2ur Abweisung des Gasstrahls von der Hülle 15 angeordnet. Die Blende 13 jeweils mit Abstand zu den benachbarten Katalysatorkörpern befestigt.

Patentansprüche

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   Vorrichtung zur Reinigung der Abgase von Brennkraftmaschinen, bei welcher in einem rohrförmigen, stirnsejtig an die Abgasleitung angeschlossenen Metallgehäuse ein oder mehrere keramische, monolythische, gasdurchströmbare Katalysatorkörper über eine unverbrennbare r ".astische Hülle auf ihrer zur Strömunasrichtung parallelen ümfangsfläche abgestützt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülle (5; 15) aus einem Werkstoff besteht, der sich unter Hitzeeinwirkung stärker ausdehnt, sich aber bei nachfolgender Abkühlung auf Umgebungstemperatur weniger stark zusammenzieht als das Metall, aus dem das Gehäuse (2; 12) besteht, so daß der Katalysatorkörper (1; 11) allein durch die radiale Pressung der Hülle gehalten ist.

   2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Werkstoff der Hülle (5; 15) beim Erhitzen durch Schäumen ausdehnt.

   3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von in axialer Richtung schmalen Katalysatorkörpern (11) vorgesehen ist, zwischen denen jeweils sich ir. Strömungsrichtung verjüngende Blenden (13) zur Bündelung des Gasstroms auf den aktiven Querschnitt der Katalysatorkörper angeordnet sind.

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   4. Verfahren zur Befestigung des Katalysatorkörpers im Inneren des Gehäuses bei einer Vorrichtung gem. den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dab die Vorrichtung vor deren Montege einer Vorerhitzung unterworfen und dadurch eine bleibende Vorspannung der Hülle (5; 15) erzielt v/ird.

   27. Februar 1975/659d

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