DE2809325A1 - Katalytischer konverter zur verwendung bei auspuff- oder abgassystemen von verbrennungskraftmaschinen - Google Patents

Katalytischer konverter zur verwendung bei auspuff- oder abgassystemen von verbrennungskraftmaschinen

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DE2809325A1 DE19782809325 DE2809325A DE2809325A1 DE 2809325 A1 DE2809325 A1 DE 2809325A1 DE 19782809325 DE19782809325 DE 19782809325 DE 2809325 A DE2809325 A DE 2809325A DE 2809325 A1 DE2809325 A1 DE 2809325A1
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Description

NACKQi= K3v>
PATENTAMV/ÄITE L—
DR. E. WIEGAND DIPUiNG. W. NIEMANN
DR. M. KÖHLER DIPL.-ING. C. GERNHARDT /809325
MÖNCHEN _ Q HAMBURG
TELEFON = 555476 8000 M D N C H E N 2,
TELEGRAMME: KARPATENT MATH I LDENSTRASSE 12 TELEX: 529068 KARP D
W. 43 lo2/78 7/RS 3. März 1978
Foseco International Limited Birmingham (England)
Katalytischer Konverter zur Verwendung bei Auspuff- oder Abgassystemen von ■Verbrennungskraftmaschinen
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"f,- 2803325
Die Erfindung bezieht sich auf katalytische Konverter, wie sie bei Auspuffsystemen oder Abgassystemen von Verbrennung skraftmaschinen Anwendung finden.
Derartige katalytische Konverter umfassen einen Katalysatorkörper, der in einem metallischen Gehäuse mittels einer Art von Rahmen oder Fassung gehalten wird. Im Gebrauch ist der katalytische Konverter Schwingungen unterworfen, welche durch den Motor erzeugt werden, und es kann sich ein Ausfall des Konverters infolge der Tatsache ergeben, daß der Rahmen oder die Fassung den Schwingungen nicht Widerstand leisten kann. " ·· .
In der GB-PS 1 412 142 ist ein zur Behandlung von Auspuffgasen geeigneter Reaktor beschrieben, der aus einem Körper aus porösem,keramischem Material von Schaumstruktur besteht, der in einem Metallgehäuse mittels einer Hülse aus faserigem keramischen Isoliermaterial angeordnet ist. Die Hülse, welche Innenabmessungen hat, die den äußeren Abmessungen des keramischen Körpers entsprechen, wird innen mit einem geeigneten keramischen Bindemittel geschmiert und der keramische Körper wird in die Hülse geschoben. In der Praxis hat es sich als schwierig erwiesen, einen genügend dichten Sitz des Körpers in dem Gehäuse mittels einer solchen Fassung zu erzeugen,und im Gebrauch können Reaktoren, die auf diese Weise hergestellt worden sind, infolge ihrer Unfähigkeit , Schwingungen standzuhalten, ausfallen.
In der GB-PS 1 418 912 ist ein katalytischer Konverter beschrieben, bei dem ein Katalysatorkörper in einem metallischen Gehäuse mittels eines unter Vakuum gebildeten Rings aus Fasermaterial gehalten wird. Der Faserring ist mit einem Klebstoff, wie einem kolloidalen Siliciumdioxydsol impräg-
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niert, und der Klebstoff wird dann getrocknet, so daß er an dem Ring des Körpers und an dem Gehäuse anhaftet.
Es ist nun gefunden -worden, daß ein katalytischer Konverter leichter zusammengebaut werden kann und daß die Notwendigkeit zur Behandlung der Fassung mit einem Klebstoff durch Verwendung einer besonderen Art von Hülse oder Buchse vermieden werden kann.
Gemäß der Erfindung ist ein katalytischer Konverter vorgesehen, der ein äußeres Gehäuse und einen inneren Katalysatorkörper umfaßt, wobei eine Hülse aus faserhaltigen^ feuerfestem, wärmeisollerendem Material zwischen dem Körper und dem Gehäuse vorgesehen ist, um den Wärmefluß von dem Katalysatorkörper zu dem Gehäuse herabzusetzen, und wobei die Hülse eine offene Längsnaht oder -nut hat und derart unter Druck gehalten wird, daß sie jeder Neigung zur Trennung der Hülse von dem Gehäuse oder dem Körper unter Schwingungen widersteht.
Der Katalysatorkörper weist typisch eine zylindrische Form auf und kann aus einem keramischen Material mit Zellen oder Poren gebildet sein, die innen mit einem geeigneten Material überzogen sind, wobei der Körper von einem Ende zum anderen durchlässig ist. Das Gehäuse wird zweckmäßig aus einem verhältnismäßig starken Metall, wie Nickelstahl, hergestellt. Die Hülse aus feuerfestem, wärmeisolierendem Material kann aus vielen bekannten Materialien ausgewählt werden, welche anorganische Fasern, die mit einem anorganischen Bindemittel gebunden sind, umfassen, wobei die spezifische Zusammensetzung so gewählt wird, daß die geeignetsten Eigenschaften für den Zweck insbesondere hinsichtlich der nachgiebigen oder federnden Verformbarkeit vorliegen. Die bevorzugten Materialien sind feuerfeste Fasern, wie Aluminiumoxy-
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und/oder Aluminiumsilicatfasern, die durch kolloidales Siliciumdioxydsol gebunden sind und gegebenenfalls feinteiliges feuerfestes Material, z.B. calcinierte Reishüllen, Kieselgur, Aluminiumoxyd oder Siliciumdioxyd, einschließen. Derartige Materialien sind in der GB-PS 1 264 o22 beschrieben, und die Hülsen werden vorzugsweise nach dem in dieser Patentschrift beschriebenen Verfahren hergestellt.
Vorzugsweise wird die Hülse aus einer Zusammensetzung hergestellt, die keramische Fasern für hohe Leistungen und Beanspruchungen, z.B. anorganische Fasern, umfassen, die polykristallin sind, z.B. polykristalline Metalloxydfasern von solchen Metallen, wie Aluminium, Zirkonium, Magnesium, Silicium oder Thorium, und eine solche Zusammensetzung kann auch einen Anteil von glasartigen Fasern, wie Aluminiumoxydfaser oder Aluminiumsilicatfaser, enthalten.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist ein katalytischer Konverter vorgesehen, der ein äußeres Gehäuse und einen inneren Katalysatorkörper umfaßt, v/obei eine Hülse aus faserhaltigem, feuerfestem, wärmeisolierendem Material radial zusammengedrückt zwischen dem Körper und dem Gehäuse angeordnet ist und die Hülse wenigstens teilweise aus polykristallinen, anorganischen Fasern gebildet ist.
Polykristalline Fasern sind charakteristischerweise stabiler gegenüber WärmeSchwankungen als glasartige Fasern, und behalten daher die gewünschte Eigenschaft der Nachgiebigkeit und Federung in solchen Konvertern besser als glasartige Fasern. Dies ist darauf zurückzuführen, daß polykristalline Fasern, wie z.B. solche aus Aluminiumoxyd, eine äußerst kleine Kristallitgröße haben,■typisch 5o bis 5oo 8. Ein Kristallwachstum tritt nicht leicht bei der Temperatur ein, welcher die Hülse gewöhnlich ausgesetzt wird, d.h. bis zu
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looo°C, und die Sprödigkeit der Faser wird daher nicht wesentlich erhöht. Im Gegensatz dazu findet die Entglasung von glasartigen Fasern leicht bei diesen Temperaturen statt, wodurch verhältnismäßig große Kristalle von weit getrennten Kernstellen unkontrollierbar wachsen. Dies verursacht dementsprechend eine Versprödung der Fasern , und ihre Federung oder Nachgiebigkeit wird auf eine untragbare Höhe herabgesetzt.
Polykristalline Fasern- aus feuerfestem Metalloxyd und Verfahren zu ihrer Herstellung sind in den britischen Patentschriften 1 287 288, 1 313 677, 1 36o 197, 1 36o 198, 1 36o 1 36o 2oo, 1 425 934 und 1 445 331 und in der US-PS 3 975 beschrieben.
Nach Herstellung der Hülse wird die Naht oder Nut dadurch gebildet, daß man einen Schlitz durch die Wand der Hülse in der Längsrichtung schneidet und die Wände des Schlitzes auseinanderbewegt, oder dadurch, daß man einen schmalen Abschnitt der Wand der Hülse längs der ganzen Länge der Hülse ausschneidet. Vorzugsweise sind die Seitenwände der Nut der Hülse nicht in einer radialen Ebene relativ zu der Längsachse der'Hülse.
Wenn das Metallgehäuse auch eine Form aufweist mit einer sich in der Längsrichtung erstreckenden Naht wird der Katalysatorkörper, die Hülse und das Gehäuse in solcher Weise zusammengebaut, daß die Naht oder Nut der Hülse unter der geschlossenen Naht des Gehäuses liegt. Die Naht kann durch Zusammenschweißen der beiden Enden eines Blechausschnitts um die Hülse, durch eine Stoßnaht oder durch eine Überlappungsverbindung hergestellt werden.
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Im nachstehenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung "beispielsweise näher erläutert.
In der Zeichnung ist eine schaubildliche Ansicht, von einer Stirnseite aus gesehen, eines katalytischen Konverters wiedergegeben. Der Konverter umfaßt einen Katalysatorkörper der sogenannten monolytischen Art, der aus einem Zylinder aus keramischem Material besteht, das von einem zum andern Ende durchlässig ist. Es sind Maschen-oder Drahtnetzwände 2 an den Enden des Zylinders angeordnet, zwischen denen sich eine Matrix befindet, die in zweckentsprechender Weise mit einem Metall, wie Palladium, überzogen ist. Der Körper 1 ist in einem Schutzgehäuse 3 aus Metall eingeschlossen, das durch Aufwickeln eines Blechausschnitts und zeitweiliges Zusammenhalten der Enden mit Klammern oder Schellen 4· gebildet ist, wonach die Enden des Blechausschnitts zusammengeschweißt oder durch andere Mittel vereinigt werden.
Zwischen dem Körper 1 und dem.Gehäuse 3 ist gemäß der Erfindung eine radial zusammengedrückte Hülse 5 aus nachgiebig oder federnd verformbarem, feuerfestem, wärmeisolierendem Material angeordnet, das polykristalline Aluminiumoxydfasern, glasartige Aluminiumsilicatf asern und den getrockneten Rückstand von kolloidalem Siliciumdioxydsol als Bindemittel umfaßt. Die Anteile dieser Bestandteile sind vorzugsweise im wesentlichen 35 Gew.Ji polykristalline Aluminiumoxydfasern, 35 Gew.% Aluminiumsilicatfasemund der Rest der Rückstand von kolloidalem Siliciumdioxydsol, wobei die Hülse eine offene Längsnut 6 hat. Die Hülse 5 hat vor dem Zusammenbau des katalytischen Konverters eine Wanddicke, die größer ist als der ringförmige Raum zwischen dem Körper 1 und dem Gehäuse 3 in dem zusammengebauten Zustand.
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Um den Konverter zusammenzubauen, wird der Katalysatorkörper in einem geeigneten Rahmen gehalten, wonach die Hülse 5 aus feuerfestem Material um den Katalysatorkörper geschoben wird. Das äußere Gehäuse 3 wird dann um die Hülse angeordnet,und die gegenüberliegenden Enden des Ausschnittes des Gehäuses werden unter Druck zusammengedrückt, um mit den Klammern 4 in Eingriff zu treten, wonach die Enden des Blechausschnitts mit einer stumpfen Naht zusammengeschweißt werden. Diese Druckpassung des Gehäuses 3 auf dem Katalysatorkörper drückt das federnd deformierbare feuerfeste, wärmeisolierende Material der Hülse 5 so zusammen, daß es irgendwelche Unregelmäßigkeiten aufnimmt, welche durch die groben Toleranzen verursacht sind, mit welchen der Katalysatorkörper hergestellt worden ist, wobei sich das Material der Hülse so deformiert, daß es die offene Nut der Hülse schließt. Der Grad der Zusammendrückung soll nicht so groß sein," daß das Material der Hülse 5 seine Federung verliert. Es wird angenommen, daß infolge der Gegenwart der offenen Nut die Hülse zusammengedrückt und das Material der Hülse fließen kann, um den freien Raum herabzusetzen, der durch die offene Nut gebildet wird, wobei sich eine verbesserte Verriegelung des Katalysatorkörpers in dem Gehäuse ergibt.
Der in dem Gehäuse angeordnete Katalysatorkörper gemäß der Erfindung kann in einem Abgasverteilerrohr oder einem Auspuffrohr eines Kraftwagens befestigt werden, wo er dazu •verwendet werden kann, die Auspuffgase oder Abgase zu reinigen. Infolge der federnd verformbaren Art der Hülse wird das Gehäuse fest an dem Katalysatorkörper trotz Schwingungen gehalten, so daß demzufolge die Teile eine verringerte Neigung zur Trennung haben. Die Hülse unterstützt auch das Kompensieren der unterschiedlichen thermischen Expansion zwischen dem Körper und dem Gehäuse im Gebrauch.
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Um eine Erosion des Materials der Hülse durch Auspuffgase zu verhindern, kann es erwünscht sein, das Ende oder die Enden der Hülsen zu schützen.
Dies kann durch Imprägnierung der Enden der Hülse mit kolloidalem Siliciumdioxydsol mit nachfolgendem Trocknen ausgeführt werden, so daß eine harte erosionsfestere Haut an der Oberfläche der Enden erzeugt wird, oder dadurch, daß man ringförmige Flansche aus Metall vorsieht, die sich von dem Gehäuse oder von den Wänden des Rohrwerks erstrecken, in das der Konverter längs der Enden der Hülse eingepaßt ist.
Ein katalytischer Konverter, der gemäß der vorstehend beschriebenen Erfindung hergestellt worden war, wurde in das Auspuffsystem eines Kraftwagens mit einer Vierzylinder-Verbrennungskraftmaschine eingepaßt. Der Kraftwagen wurde etwa 8o.5oo km (5o,ooo miles) gefahren und der katalytische Konverter wurde von Zeit zu Zeit nachgesehen. Trotz der Motorschwingungen und der Auspuffpulsationen, die mit dem Motor verbunden sind, fand keine Zerstörung der faserhaltigen Hülse oder Trennung der Komponenten des katalytischen Konverters statt.
Obwohl die Erfindung in Verbindung mit katalytischen Konvertern beschrieben worden ist, die einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen, ist die Erfindung in gleicher Weise auf Konverter mit anderer Querschnittsgestalt, z.B. elliptischem Querschnitt, anwendbar.
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Claims (6)

  1. Pat ent an sp rüche
    1» Katalytischer Konverter zur Verwendung bei Auspuffoder Abgassystemen von Verbrennungskraftmaschinen mit einem äußeren Gehäuse und einem inneren Katalysatorkörper, dadurch gekennzeichnet, daß eine Hülse (5) aus faserhaltigem, feuerfestem, wärmeisolierendem Material zwischen dem Körper (l) und dem Gehäuse (3) angeordnet ist, um den Wärmefluß von dem Katalysatorkörper (l) zu dem Gehäuse (3) herabzusetzen, wobei die Hülse (5) eine offene Längsfuge (6) hat und derart unter Druck gehalten ist, daß sie jeder Neigung zu einer Trennung der Hülse (5) unter Schwingungen von dem Gehäuse (3) oder dem Körper (1) widersteht.
  2. 2. Konverter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenwände der Fuge (6) sich nicht in einer radialen Ebene mit Bezug auf die Längsachse'der Hülse (5) befinden,
  3. 3. Konverter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (3) durch Aufwickeln eines Blechausschnitts und Zusammenschweißen oder sonstiges Vereinigen der Enden des Ausschnitts gebildet ist und daß die Hülse (5) mit Bezug auf das Gehäuse (3) derart angeordnet ist, daß die offene Fuge (6) der Hülse (5) unter der geschlossenen Naht des Gehäuses (3) liegt.
  4. 4. Konverter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (5) aus einer, eine polykristalline feuerfeste Faser umfassenden ' Zusammensetzung im Vakuum. gebildet ist.
  5. 5. Konverter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (5) polykristalline feuerfeste Fasern,glasarti-
    809838/0653
    Ö&!ÖINAL INSPECTED
    -2- 28Ü9325
    ge Aluminiumsilicatfaser]! und den Rückstand von kolloidalem Siliciumdioxydsol als Bindemittel umfaßt.
  6. 6. Katalytischer Konverter mit einem äußeren Gehäuse und einem inneren Katalysatorkörper, dadurch gekennzeichnet, daß eine Hülse (5) aus faserhaltigen^ feuerfestem, wärmeisolierendem Material radial zusammengepreßt zwischen dem Körper (1) und dem Gehäuse (3) angeordnet ist, wobei die Hülse (5) wenigstens teilweise aus polykristallinen, anorganischen Fasern gebildet ist.
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