DE2752716A1

DE2752716A1 - Katalysatorbehaelter

Info

Publication number: DE2752716A1
Application number: DE19772752716
Authority: DE
Inventors: Richard Ashworth; John Michael Hargreaves
Original assignee: TI Group Automotive Systems Ltd
Current assignee: TI Group Automotive Systems Ltd
Priority date: 1976-12-01
Filing date: 1977-11-25
Publication date: 1978-06-08
Also published as: US4169127A; GB1575526A; JPS5392029A

Description

Katalysatorbehälter

Die Erfindung bezieht sich auf einen Behälter zur
Aufnahme eines Katalysators für die Beseitigung unerwünschter Komponenten in den Abgasen von Brennkraftmaschinen, insbesondere von Kraftfahrzeugen, welcher einen zylindrischen
Nittelabschnitt zur Aufnahme eines zylindrischen Katalysatorkörpers, einen Einlaß- und einen Auslaßabschnitt beiderseits des Mittelabschnitts und mindestens einen einer Stirnfläche des Katalysatorkörpers zugeordneten Halter für den Katalysatorkörper aufweist.

Es ist bekannt, zur Reinigung der Abgase von Brennkraftmaschinen und Beseitigung unerwünschter Komponenten
daraus, insbesondere zur Verminderung unverbrannter oder unvollständig bzw. unvollkommen verbrannter Komponenten in den Abgasen von Brennkraftmaschinen, vor allem von Kraftfahrzeugen, Katalysatoren zu verwenden, welche in dem von den Abgasen der jeweiligen Brennkraftmaschine durchströmten Auspuffsystem derselben angeordnet werden. Diese Maßnahmen dienen
der Verminderung der Luftverschmutzung.

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Die Katalysatoren werden in der Hegel in Form von Katalysatorkörpern verwendet. Beispielsweise ist es bekannt, den Katalysator in den Hohlräumen eines keramischen Wabenkörpers abzulagern. Diese Katalysatorkörper bereiten besondere Schwierigkeiten bezüglich der sicheren Halterung, und zwar insbesondere im Hinblick auf die unvermeidlichen, unterschiedlichen Wärmeausdehnungen und die geringe mechanische festigkeit des keramischen Materials.

Stattdessen ist es auch bekannt, einen Wabenkörper aus Blech zu verwenden, beispielsweise dadurch hergestellt, daß man gewellte und ebene Bleche abwechselnd übereinander anordnet. Es gehört ein solcher Katalysatorkörper zum Stande der Technik, welcher durch Bollen eines aus einer gewellten Lage und einer ebenen Lage bestehenden Verbundbleches zu einem Zylinder hergestellt ist. Der Katalysator selbst ist in den Kanälen des Wabenkörpers abgelagert. Der Katalysatorkörper wird in einem zylindrischen Blechbehälter mit einem konischen Einlaßende und einem konischen Auslaßende angeordnet.

Selbst diese Katalysatorkörper mit metallischem Katalysatorträger bewegen sich festgestelltermaßen bei den wiederholten Erwärmungen und Abkühlungen, denen sie bei Gebrauch unterworfen sind. Insbesondere dann, wenn der Katalysatorkörper und der Behälter kreisrund ausgebildet sind, was die Regel ist, kann sich der Katalysatorkörper drehen.

Es ist eine ganze Heihe von Vorschlägen zur seitlichen bzw. axialen Halterung dea Katalysatorkörpers im zugehörigen Behälter unter Berücksichtigung wiederholter Erwärmungen und Abkühlungen und auch unterschiedlicher Wärmeausdehnungen bekannt. Dazu gehört auch ein Vorschlag, wonach an

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der zylindrischen Außenwandung des Behälters radial nach innen in den Katalysatorkörper ragende Vorsprünge, wie beispielsweise Plansche oder Spitzen, vorgesehen werden sollen, um Axialverschiebungen zu verhindern (DT-AS 2 4-38 092). Weiterhin ist es bekannt, den Katalysatorkörper zur axialen Halterung zwischen zwei Armkreuzen anzuordnen, welche sich jeweils quer im betreffenden Ende des Behälters erstrecken.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache und sehr wirtschaftliche Möglichkeit zur Halterung des Katalysatorkörpers nicht nur in axialer,Richtung, sondern auch gesichert gegen jegliches Drehen in einem zylindrischen Behälter zu eröffnen.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist der Behälter der eingangs angegebenen Art erfindungsgemäß so ausgestaltet, wie im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs angegeben. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Katalysatorbehälters sind in den Ansprüchen 3 bis 7 gekennzeichnet.

Vorteilhafterweise erfolgt die Montage des erfindungsgemäßen Behälters unter Einschluß des Katalysatorkörpers so, wie im Anspruch 8 bzw. 9 bzw. 10 angegeben.

Erfindungsgemäß wird also vorgeschlagen, an wenigstens einem der beiuen Enden des Katalysatorkörpers mindestens eine Zinke angreifen zu lassen, die an einem Halter vorgesehen ist, welcher im Behälter befestigt ist und sich quer vor dem jeweiligen Ende des Katalysatorkörpers erstreckt, wobei die Zinke oder Zinken in einem für das Verkeilen des Katalysatorkörpers mit dem Behälter und die entsprechende Drehsicherung ausreichendem Maße in das Material des Katalysatorkörpers hineingerückt werden.

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Die Zinke oder Zinken können an einem Armkreuz vorgesehen sein, welches sich vor dem betreffenden Ende des Katalysatorkörpers erstreckt. Das Armkreuz kann aus eich kreuzenden Metallbändern hergestellt sein, deren Enden durch Schweißen oder sonst^wie an der Wandung des Behälters befestigt sind. Abmessungen und Anordnung des Armkreuzes sind vorzugsweise so gewählt, daß die Zinke oder Zinken beim Zusammenbau der Behälterkomponenten um den Katalysatorkörper herum im erforderlichen Ausmaß in den Katalysatorkörper hineingedrückt werden. Vorteilhafterweise wird an beiden Enden des Katalysatorkörpers jeweils ein solches Armkreuz mit wenigstens einer Zinke vorgesehen.

Wenngleich die Erfindung in erster Linie zur Anwendung in Verbindung mit Katalysatorkörpern bestimmt ist, welche einen metallischen Wabenkörper als Katalysatorträger aufweisen, so ist die Anwendung in Verbindung mit Katalysatorkörpern jedoch nicht ausgeschlossen, bei denen ein keramischer Katalysatorträger vorgesehen ist.

Nachstehend sind Ausführungeformen der Erfindung anhand der Zeichnung beispielsweise beschrieben. Darin zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Katalysatorbehälter;

Fig. 2 den Querschnitt entlang der Linie A-A in Fig. 1;

Fig. 3 und 4 jeweils die Vorderansicht bzw. eine Seitenansicht eines der beiden Armkreuze des Behälters gemäß Fig. 1 und 2;

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Fig. 5 einen Teil des Querschnittes entsprechend Fig. 2 durch eine zweite Ausführungsform mit anderer Befestigung der Armenden der Annkreuze an der Behälterwandung; und

Fig. 6 einen Teil des Längsschnittes entsprechend Fig. 1 durch eine dritte Ausführungsform.

Der dargestellte Blechbehälter besteht aus einem zylindrischen Mittelabschnitt 1, einem konischen Einlaßabschnitt 2, einem konischen Auslaßabschnitt 3» einem zylindrischen Einlaßstutzen 4 und einem zylindrischen Auslaßstutzen 5· Er dient zur Aufnahme eines zylindrischen Katalysatorkörpers 6, welcher den zylindrischen Mittelabschnitt 1 im wesentlichen ausfüllt.

Der zylindrische Einlaßstutzen A- und der zylindrische Auslaßstutzen 5 weisen jeweils ein konisch erweitertes Ende auf, womit sie mit dem verjüngten Ende des Einlaßabschnittes 2 bzw. des Auslaßabschnittes 3 verschweißt sind. Diametral durch das verjüngte Ende des Einlaßabschnittes 2 erstreckt sich eine Querstrebe 7 mit V-förmigem Querschnitt, welche durch Schweißen befestigt ist, ihre Spitzenkante dem Einlaßstutzen 4 zuwendet, so daß die beiden Schenkel in den Einlaßabschnitt 2 hinein divergieren, und welche dazu dient, den eintretenden Abgasstrom zu verteilen und zu verhindern, daß er nur den mittleren Bereich des Katalysatorkörpers 6 durchströmt .

Die weiteren Enden des Einlaßabschnittes 2 und des Auslaßabschnittes 3 laufen jeweils in einem zylindrischen Flansch 8 bzw. 8¹ aus. Bei den Ausführungsformen gemäß Fig. 1 bis 5 passen die beiden Flansche 8 jeweils in den zylindrischen Mittelabschnitt 1 bzw. in dessen jeweils benachbar-

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tes Ende. Innerhalb jedes Flansches 8 erstreckt sich ein vierarmiges Armkreuz 9, welches aus zwei sich schneidenden Metallbändern besteht, die am Schnittpunkt miteinander verschweißt sind. Die Metallbänder erstrecken sich mit den Flachseiten in Richtung der Strömung der Abgase durch den Blechbehälter hindurch, wobei die freien Enden 10 umgebogen sind, um sich in Umfangsrichtung zu erstrecken, so daß sie mit der Innenseite des jeweiligen Flansches 8 leicht punktverschweißt werden können. Die Arme der Armkreuze 9 sind jeweils gekrümmt, um eine freie Wärmeausdehnung ohne Spannung zu ermöglichen.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 5 fehlen die abgebogenen, freien Enden 10 und sind die Metallbänder mit der Innenseite des jeweiligen Flansches 8 lichtbogenverschweißt .

An der dem Katalysatorkörper 6 zugewandten Kante jedes Armes jedes Armkreuzes 9 ist eine Zinke 11 ausgebildet, im dargestellten Fall von rechteckigem Profil und sehr niedrig, nämlich mit einer Höhe von nur 2,5 mm in Richtung der Behälterlängsachse.

Die Armkreuze 9 werden in die Mündungen des Einlaßabschnittes 2 und des Auslaßabschnittes 3 eingeschweißt, bevor letztere am Mittelabschnitt 1 befestigt werden. Zunächst wird entweder der Einlaßabschnitt 2 oder der Auslaßabschnitt 3 mit dem Mittelabschnitt 1 verschweißt, um anschließend den Katalysatorkörper 6 einzusetzen, und dann wird der andere Auslaß- bzw. Einlaßabschnitt 3 bzw. 2 mit seinem Flansch 8 in das entsprechende Ende des Mittelabschnittes 1 eingeführt. Anschließend wird das Ganze in eine Spannvorrichtung eingespannt und verspannt, so daß der

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zuletzt eingesetzte Auslaßabschnitt 3 bzw. Einlaßabschnitt 2 sich um eine genau bemessene Strecke oder unter einer bestimmten axialen Belastung axial in den Mittelabschnitt 1 hinein verschiebt und die Zinken 11 an beiden Annkreuzen 9 in die beiden Stirnflächen des Katalysatorkörpers 6 in einem bestimmten Ausmaß hineingedrückt werden, wobei das Material des Katalysatorkörpers 6 örtlich zerdrückt und deformiert wird. Die Zinken 11 verkeilen dann den Katalysatorkörper 6 und den Behälter formschlüssig miteinander. Schließlich wird der verschobene Auslaßabschnitt 3 bzw. Einlaßabschnitt mit dem Mittelabschnitt 1 verschweißt.

Stattdessen kann auch so vorgegangen werden, daß zunächst der Katalysatorkörper 6 in den zylindrischen Mittelabschnitt 1 eingesetzt wird und dann gleichzeitig der Einlaßabschnitt 2 sowie der Auslaßabschnitt 3 in den Mittelabschnitt 1 eingeführt, auf die geschilderte Art und Weise aufeinanderzu gedrückt und schließlich jeweils mit dem Mittelabschnitt 1 verschweißt werden.

Die an den Stirnflächen des Katalysatorkörpers 6 angreifenden Zinken 11 gewährleisten, daß der Katalysatorkörper 6 sicher gehalten und an einem Drehen im Behälter gehindert ist, und zwar selbst unter strengen Temperaturbedingungen. Dies wird mit vernachlässigbarem Kostenaufwand und ohne irgendwelche zusätzliche Bauteile erzielt.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 6 sind die Armkreuze 9 mit Gleitsitz im Mittelabschnitt 1 angeordnet. Sie werden nach dem Katalysatorkörper 6 in den Mittelabschnitt 1 eingesetzt und dann einer bestimmten axialen Belastung unterworfen oder um eine bestimmte Strecke axial verschoben, um die Zinken 11 im erforderlichen Ausmaß in den Katalysa-

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torkörper 6 zu drücken, woraufhin die Armkreuze 9 mit dem Ilittelabschnitt 1 verschweißt werden. Zuletzt werden der
Einlaßabschnitt 2 und der Auslaßabschnitt 3 mit dem jeweiligen Flansch 8' auf den Mittelabschnitt Λ bzw. dessen jeweiliges Ende geschoben und damit verschweißt.

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Claims

Ansprüche

\\y Behälter zur Aufnahme eines Katalysators für die Beseitigung unerwünschter Komponenten in den Abgasen von Brennkraftmaschinen, insbesondere von Kraftfahrzeugen, welcher einen zylindrischen Mittelabschnitt zur Aufnahme eines zylindrischen Katalysatorkörpers, einen Einlaß- und einen Auslaßabschnitt beiderseits des Mittelabschnittes und mindestens einen einer Stirnfläche des Katalysatorkörpers zugeordneten Halter für den Katalysatorkörper aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß zur Drehsicherung des Katalysatorkörpers (6) im Behälter (1, 2, 3) am Halter (9) wenigstens eine in die Stirnfläche des Katalysatorkörpers (6) eindrückbare Zinke (11) vorgesehen ist.
2. Behälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei jeweils der einen bzw. der anderen Stirnfläche des Katalysatorkörpers (6) zugeordnete und mit mindestens einer Zinke (11) versehene Halter (9) vorgesehen sind.
3. Behälter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der bzw. jeder Halter als Armkreuz (9) ausgebildet ist, welches sich senkrecht zur Behälterlängsachse erstreckt und mit den Enden (10) der Arme an der Wandung des Behälters (1, 2, 3) befestigt ist.
4. Behälter nach Anspruch 3* dadurch gekennzeichnet, daß das Armkreuz (9) aus Metallbändern besteht, welche sich mit den Flachseiten in Richtung der Durchströmung des Behälters (1, 2, 3) erstrek-

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ken, wobei die bzw. jede Zinke (11) des Annkreuzes (9) an einer Metallbandkante ausgebildet ist.
5. Behälter nach Anspruch 4·, dadurch gekennzeichnet, daß die bzw. jede Zinke (11) des Annkreuzes (9) eine Höhe von etwa 2,5 mm in Sichtung der Behälterlängsachse aufweist.
6. Behälter nach Anspruch 3» 4- oder 5» dadurch gekennzeichnet, daß die konischen Einlaß- und Auslaßabschnitte (2 und 3) jeweils einen in den zylindrischen Mittelabschnitt (1) eingreifenden Plansch (8) aufweisen, wobei das bzw. jedes Armkreuz (9) im Plansch (8) des benachbarten Einlaß- bzw. Auslaßabschnittes (2 bzw. 3) befestigt ist.
7. Behälter nach Anrpi-v.ch 3» 4· oder 5> dadurch gekennzeichnet, daß die konischen Einlaß- und Auslaßabschnitte (2 und 3) jeweils einen den zylindrischen Mittelabschnitt (1) übergreifenden Plansch (8¹) aufweisen, wobei das bzw. jedes Armkreuz (9) unmittelbar im benachbarten Ende des Mittelabschnittes (1) befestigbar ist.
8. Verfahren zur Montage des Behälters nach Anspruch 6 unter Ei η Schluß des Katalysatorkörpers, dadurch g ekennzeichnet, daß zunächst der Einlaß- oder Auslaßabschnitt (2 bzw. 3) am Mittelabschnitt (1) befestigt, anschließend der Katalysatorkörper (6) in den Mittelabschnitt (1) eingesetzt, dann der Auslaß- bzw. Einlaßabschnitt (3 bzw. 2) in den Mittelabschnitt (1) eingeführt und in diesen mit einer bestimmten Belastung oder um eine bestimmte Strecke zum Eindrücken der Zinke

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oder Zinken (11) in die jeweils "benachbarte Stirnfläche des Katalysatorkörpers (6) axial verschoben, und schließlich der Auslaß- bzw. Einlaßabschnitt (3 bzw. 2) am Mittelabschnitt (1) befestigt wird.
9. Verfahren zur Montage des Behälters nach Anspruch 6 unter Einschluß des Katalysatorkörpers, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst der Katalysatorkörper (6) in den Mittelabschnitt (1) eingesetzt wird, wonach die Einlaß- und Auslaßabschnitte (2 und 3) in den Mittelabschnitt (1) eingeführt und ri*vrin mit einer bestimmten Belastung oder um eine bestimmte Strecke zum Eindrücken der Zinke oder Zinken (11) in die jeweils benachbarte Stirnfläche des Katalysatorkörpers (6) axial aufeinanderzu verschoben werden, worauf schließlich die Einlaß- und Auslaßabschnitte (2 und 3) jeweils am Mittelabschnitt (1) befestigt werden.
10. Verfahren zur Montage des Behälters nach Anspruch 7 unter Einschluß des Katalysatorkörpers, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst der Katalysatorkörper (6) und anschließend beiderseits des Katalysatorkörpers (6) je ein Armkreuz (9) in den Mittelabschnitt (1) eingesetzt wird, worauf die beiden Armkreuze (9) mit einer bestimmten Belastung oder um eine bestimmte Strekke zum Eindrücken der Zinke oder Zinken (11) in die jeweils benachbarte Stirnfläche des Katalysatorkörpers (6) axial aufeinanderzu verschoben und dann am Mittelteil (1) befestigt werden, wonach schließlich die Einlaß- und Auslaßabschnitte (2 und 3) jeweils am Mittelteil (1) befestigt werden.

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