DE3509790A1 - Abgasreinigungsvorrichtung fuer kraftfahrzeuge - Google Patents
Abgasreinigungsvorrichtung fuer kraftfahrzeugeInfo
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Description
Abgasreinigungsvorrichtung für Kraftfahrzeuge
Die Erfindung bezieht sich auf eine Abgasreinigungsvorrichtung für Kraftfahrzeuge mit einem in einem metallischen
Außengehäuse mit stirnseitigen, insbesondere konischen Abgaszu- und -abführstutzen angeordneten, wabenartig strukturierten
monolitischen Keramikkörper, der ggf. mit einer katalytisch
wirksamen Oberflächenbeschichtung versehen ist, wobei
dem Außengehäuse und dem Keramikkörper ein thermisch isolierendes, vorzugsweise aus einer sog. Quellmatte oder Aluminiumsilikatfasermatte,
eingebettet in einen Drahtgestrickstrumpf, bestehendes Federkissen zugeordnet ist und die Innenflächen
der Abgaszu- und -abführstutzen sowie ggf. der Zwischenraum
des Außengehäuses zwischen zwei hintereinander!iegenden
Keramikkörpern von einem hochtemperaturfesten, in Abstand angeodneten
Abschirmblech überdeckt ist.
Derartige Abgasreinigungsvorrichtungen können dabei - allenfalls
unterschieden durch die Art des Katalysators - sowohl für dieselgetriebene Kraftfahrzeuge verwendet werden, bei denen
es vornehmlich um die Rußnachverbrennugn geht, als auch zur Entgiftung der Abgase von Benzinmotoren. Ein ganz besonders
wesentliches Problem in allen Fällen ist dabei die dauer-
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hafte sichere stoßgedämpfte Lagerung des sehr bruchempfindlichen
Keramikkörper im Metallgehäuse, wobei dieses Problem
noch dadurch erschwert wird, daß das Metallgehäuse sich im Gegensatz zum Keramikkörper selbst sehr viel stärker ausdehnt,
was wiederum in Verbindung mit den enormen Temperaturunterschieden von Hunderten von Grad Celsius erhebliche Anforderungen
an das Federkissen stellt.
Besonders günstige Eigenschaften ergeben sich bei Verwendung sog. Quellmatten, das sind Matten auf Mineralfaserbasis, die
bei Temperaturerhöhung sich sehr stark aufblähen, da auf diese Weise die vorstehend beschriebenen starken thermischen
Ausdehnungsunterschiede besonders günstig abgefangen werden können. Ein Nachteil derartiger Quellmatten, wie überhaupt
der für solche Fälle bevorzugt eingesetzten Matten auf Aluminiumsilikatfaserbasis,
besteht aber darin, daß sie durch die pulsierenden Abgasströme sehr leicht ausgeblasen werden,
wenn nicht sichergestellt ist, daß die Abgasströme den Spalt zwischen dem Keramikkörper und dem Metallgehäuse, in welehern
diese als Federkissen wirkende Matte angeordnet ist, überhaupt nicht erreichen können.
Zu diesem Zweck sind zwar bereits eine Vielzahl von Vorschlägen gemacht worden, die in den meisten Fällen darauf beruhen,
daß zusätzliche Abdichtringe die Stirnfläche des Keramikkörpers teilweise übergreifen, um eine Abschirmung des Lagerspalts
vor den pulsierenden Abgasströmen sicherzustellen. Abgesehen von den Schwierigkeiten,hierbei wirklich eine
exakte Abdichtung erreichen zu können, und dem relativ hohen Aufwand, verbunden mit der weiteren Gefahr, daß durch das
Angreifen dieser Dichtringe am Keramikkörper wiederum die Gefahr einer Beschädigung aufgrund der temperaturbedingten
Ausdehnungsunterschiede gegeben ist, ergibt sich bei einer
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- -ar-
- S-
solchen Art der Spaltabdichtung der Nachteil, daß ein Teil der Eintrittsoberfläche des Keramikkörpers durch einen von
außen eingreifenden Dichtringrand überdeckt wird und somit ein nicht unerheblicher Teil der für die Entgiftungswirkung
oder die Rußnachverbrennung wirksamen inneren Oberfläche des Keramikkörpers blockiert ist.
Dieser Nachteil besteht entsprechend auch bei einer bereits vorgeschlagenen Lagerung, bei der das Federkissen über die
Stirnkanten des Keramikkörpers übersteht und durch eine eingezogene Formgebung des Gehäuses als umgebogener Wulst die
Stirnkante übergreift. Daneben ist im übrigen auch nach wie vor die Schwierigkeit des Ausblasens durch diese überstehende
Wulstlagerung in keiner Weise beseitigt oder auch nur verbessert.
Eine Vereinfachung des Gehäuseaufbaus, insbesondere in dem
Sinne, daß für das eigentliche Gehäuse relativ billige Stahlbleche verwendet werden können, die dafür nicht so temperaturfest
sind, ist bereits in einer älteren Anmeldung vorgeschlagen worden, daß zur Abschirmung in den nicht vom
Keramikkörper überdeckten Flächenbereichen des Außengehäuses in Abstand zu diesen verlaufende Abschirmbleche vorgesehen
sind. Die Abschirmbleche brauchen keine Tragfunktion aufzuweisen, so daß sie aus relativ dünnen Blechen bestehen können,
die dann auch ohne allzu große Kostennachteile und mit dem Vorteil einfacher Verarbeitbarkeit aus hochtemperaturfesten
teuren Werkstoffen bestehen können. Auch in diesem Fall ergeben sich jedoch nach wie vor Schwierigkeiten entweder
mit der Ausblassicherheit der Federkissenlagerung oder aber
mit der vollkommenen Raumausnützung des inneren Volumens des Keramikkörpers zur Abgasreinigung.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Abgasreinigungsvorrichtung
der eingangs beschriebenen Art so auszugestalten, daß bei einfachem Aufbau und ohne Beeinträchtigung
und Einengung der Eintrittsstirnfläche der Keramikkörper
eine auch unter Berücksichtigung der starken unterschiedlichen
thermischen Ausdehnungen der beteiligten Bauteile eine sichere feste und jede Bruchgefährdung ausschließende Lagerung
des Keramikkörpers sichergestellt ist, bei der also insbesondere auch ein Ausblasen des Federkissens durch die
pulsierenden Abgase sicher verhindert ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß
das konische bzw. zylindrische Abschirmblech zumindest im Bereich der Gaseintrittsstirnfläche eines Keramikkörpers diesen mit Abstand
umfaßt, und der Spalt zum Keramikkörper durch eine dünne, flexible temperaturfeste Folie, insbes. eine Metallfolie, überdeckt
ist, die von der elastischen Lagerung an das Abschirmblech und den Keramikkörper angepreßt wird.
Durch diese erfindungsgemäße Ausbildung ist zum einen die
optimale Abdichtung des Lagerspalts gegen die Abgasströme dadurch erzielt, daß quasi eine Metallabschirmwandung direkt
an die Mantelfläche des Keramikkörpers gezogen ist, wobei jedoch durch die Ausbildung des Übergangsabschnittes als flexible
Metallfolie gleichwohl sichergestellt ist, daß thermische
Ausdehnungsunterschiede sich nicht in Form von entsprechenden starken Verspannungen niederschlagen können, die zum
Zerspringen des Keramikkörpers führen könnten.
Die Metallfolie kann dabei mit der elastischen Lagerung oder dem Abschirmblech verklebt sein, wobei die Verklebung an der Unterseite
des Federkissens besonders vorteilhaft ist. Durch eine solche Verklebung mit der Unterseite des Federkissens, wodurch
die Folie an den Randabschnitt des Abschirmblechs einfach
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angedrückt wird, ergibt sich der große Vorteil, daß gerade beim erstmaligen Anlaufen einer solchen Abgasreinigungsvorrichtung,
d.h. beim ersten Aufheizen, das Abschirmblech sich ungehindert nach außen ausdehnen kann und dabei an der Folie
abgleitet, die ja durch das Anpressen an die Oberfläche des Keramikkörpers sich am anderen Ende praktisch nicht verschiebt.
Wird die Vorrichtung außer Betrieb gesetzt und kühlt sich das Außengehäuse wieder ab, so wird allenfalls die Folie um
Bruchteile eines Millimeters zusammengeschoben, so daß sich eine Art Falte bildet, die bei den späteren Aufheiz- und Abkühlzyklen
problemlos die thermischen Ausdehnungsunterschiede auch unabhänqig von dem Abgleiten des Abschirmblechs an der
Folie selbst auffangen kann.
Dabei hat es sich als besonders günstig erwiesen, das den Keramikkörper
umgebende Ende des Abschirmrings als nach außen konkav gewölbten Ringabschnitt auszubilden, so daß also der
der freien Kante benachbarte Abschnitt schräg zur Keramikkörperoberfläche
hin geneigt ist.
In Verbindung mit einer Anordnung und Abmessung der Folie derart, daß sie sich maximal bis zum Scheitel des Ringabschnitts
erstrecktest das vorstehend beschriebene Aneinanderabgleiten von Abschirmblech und Folie bzw. das genannte Zusammenschieben
unter Bildung einer Ausdehnungstoleranzfalte sicher möglich.
Bei einer Ausfüllung des Zwischenraums zwischen den Abschirmblechen
und dem Außengehäuse durch eine Mineralfasermatte od.
dgl., wobei in diesem Fall bevorzugt keine Quellmatte verwendet wird, da zwischen den beiden metallischen Gehäuseteilen
keine derartig starken Ausdehnungsunterschiede bestehen, ist es dabei zweckmäßig, die Ausbildung so zu treffen, daß diese
isolierende Matte etwa im Bereich des genannten gewölbten
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Ringabschnitts mit der das Federkissen bildenden Ouellmatte zur Lagerung des Keramikkörper zusammenstößt.
Bevorzugt erfolgt die Ausbildung und Einbringung des Federkissens in der Weise, daß in die Halbschalen des Gehäuses jeweils
Streifen eingelegt werden, die den Keramikkörper auf seinem Umfang zur Hälfte umfassen, in diesem Fall sollte
bevorzugt die Folie im Bereich der Trennfugen überlappend ausgebildet sein.
Mit besonderem Vorteil kann, die Folie aus Edelstahl bestehen,
wobei es sich gezeigt hat, daß in diesem Fall Foliendicken von 0,01 bis 0,1 mm, vorzugsweise etwa zwischen 0,02mm und
0,05 mm besonders günstig sind.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigen:
Fig. 1 einen Teil-Längsschnitt durch den sog. Konverterabschnitt
einer Abgasreinigungsvorrichtung für Kraftfahrzeuge,
Fig. 2 eine Vergrößerung des stirnseitigen Lagerbereichs
des Keramikkörpers entsprechend dem Ausschnitt II in Fig. 1, und
Fig. 3 einen vergrößerten Teilschnitt längs der Linie III-III
in Fig. 1.
In dem im wesentlichen zylinderförmigen Außengehäuse 1, an
welches konisch sich verjüngende Abgaszu- und -abführstutzen
2 sich anschließen, sind monolitische, wabenartig strukturierte Keramikkörper 3 gehaltert, deren Oberfläche ggf. mit
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einer katalytisch wirksamen Oberflächenbeschichtung versehen
ist. Zur Halterung dieser Keramikkörper sind sog. Quellmatten 4 vorgesehen, d.h. mit steigender Temperatur expandierende
feuerfeste Fasermatten, die für eine zentrierte Halterung im Außengehäuse auch unter Berücksichtigung der stark unterschiedlichen
Ausdehnung im Betrieb der Abgasreinigungsvorrichtung sorgen.
Um für das Außengehäuse 1 und die anschließenden Abgaszu- und
-abführstutzen 2 billigere, einfache Stahlbleche verwenden zu können, ist zunächst vorgesehen, daß die Innenflächen der
Abgaszu- und -abführstutzen 2 mit thermisch isolierenden
Matten 5 überdeckt sind, die ihrerseits von einem hochtemperaturfesten Abschirmblech 6 überdeckt werden. Ein entsprechendes
Abschirmblech 6a ist im Übergangsbereich zwischen
den beiden hintereinanderliegenden Keramikkörpern 3 vorgesehen, um auch in diesem Bereich das Außengehäuse gegenüber
dem heißen Abgasstrom zu isolieren. Die Abschirmbleche 6 sind in ihrer äußeren Randzone 14 mit dem Außengehäuse 1 und einem
Befestigungsflansch 15 verschweißt, der zum Einbau des Konverters
in die Abgasrohrleitung dient. Am inneren Ende, d.h. dem der Stirnfläche eines Keramikkörpers 3 zugewandten Ende,
sind die ein im wesentlichen kegelstumpfförmiges Gebilde bildenden Abschirmbleche 6 mit einem nach außen konkav gewölbten
Ringabschnitt 16 versehen, welcher den Anfang des Keramikkörpers 3 mit Abstand umfaßt. Entsprechend das Gleiche
gilt für die beiden Enden 16a des Abschirmblechs 6a zwischen
den Keramikkörpern 3.
um ein Ausblasen der gegenüber pulsierenden Abgasströmen besonders
empfindlichen Quellmatte 4 zu verhindern, sind zumindest
im Bereich der Gaseintrittsstirnflächen 17 der Keramikkörper 3 Metallfolien 13 aus Edelstahl mit einer Dicke
zwischen etwa 0,02 und 0,05 mm vorgesehen, die durch die
Quellmatte 4 sowohl an den Ringabschnitt 16 bzw. 16a als auch die Außenfläche des Keramikkörper 3 angepreßt werden.
Diese dünnen Metallfolien bilden einen absolut gasdichten Abschluß des Spaltraums, in welchem die Quellmatte 4 angeordnet
ist, behindern aber - insbesondere wenn sie allenfalls mit der Quellmatte 4, nicht aber mit dem Ringabschnitt 16
verklebt sind - die thermischen Ausdehnungen dieses Ringabschnitts gegenüber dem praktisch seinen Durchmesser beibehaltenden
Keramikkörper 3 nicht. Wie bereits weiter oben ausführlich beschrieben worden ist, ergibt sich bei der ersten
Ausdehnung, d.h. bei der ersten Aufheizung einer solchen Abgasreinigungsvorrichtung, ein Abgleiten der Folie 18 gegenüber
dem zur Oberfläche 19 des Keramikkörpers 3 geneigten Abschnitt 16' des Ringabschnitts 16, die beim Wiederabkühlen
sich in Form einer in Fig. 2 gestrichelt angedeuteten Falte niederschlagen kann, die bei allen nachfolgenden Temperaturwechseln
unabhängig von einem Aneinanderabgleiten der Folie 18 am Ringabschnitt 16 die Ausdehnungsunterschiede zwischen
dem Ringabschnitt 16 und dem Keramikkörper 3 abfängt. Um diese Ausbildung der Falte oder das jeweilige Nachrutschen durch
Abgleiten von Metallfolie 18 und Ringabschnitt 16 zu gewährleisten, soll sich die Folie bis max. zum Scheitel 21 des
Ringabschnitts 16 erstrecken.
In Fig. 3 erkennt man vergrößert einen Teilquerschnitt längs
der Linie III-III in Fig. 1, aus der der Aufbau des Gehäuses
aus zwei lialbschalen erkennbar ist. Entsprechend sind die einzelnen Streifen der Quellmatte 4 an dieser Nahtstelle 22
gestoßen. Um gleichwohl auch längs dieser Kante c'ie gewünschte Abdichtung zu erzielen, ist die Metallfolie in diesem Bereich
überlappend ausgebildet.
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Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel
beschränkt. Neben einer Ausbildung, bei der das Abschirmblech
6, 6a noch weiter außen liegt, so daß es völlig außerhalb des Mantels 19 des Keramikkörpers liegt - obgleich
auch bei der dargestellten Ausführungsform der Abgasstrom
auch die äußersten Randzonen, d.h. die randäußersten Waben des Keramikkörpers 3 durchsetzen kann - wäre es auch noch
möglich, im Bereich der Gasaustrittsstirnflächen 23 der Keramikkörper
3 die Spalte zwischen den sie dort umfassenden Abschirmblech-Ringabschnitten 16a bzw. 16 ebenfalls mit Hilfe
einer Folie 16 abzudecken, obgleich dort ersichtlich das Problem einer Ausblasgefahr erheblich kleiner ist als jeweils an
der Gaseintrittsstirnfläche 17. Darüber hinaus brauchte
selbstverständlich die Folie 18 nicht unbedingt aus Metall
zu bestehen, wobei jedoch beim derzeitigen Stand der Technik hochtemperaturfeste gasdichte Folien für die angesprochenen
Zwecke in erster Linie aus Metall realisierbar sind.
Die erfindungsgemäße Anordnung ist außerordentlich einfach
im Aufbau und leicht montierbar, da sie auf spezielle Stützringe verzichten kann. Darüber hinaus vermeidet sie durch
die fehlende Berührung des Keramikkörpers mit Metallringen jegliche Bruchgefahr, die bisher an diesen Abdichtstellen
aufgetreten sind. Es erfolgt keine Temperaturübertragung des abgasführenden Innenteils zum tragenden Außengehäuse 1, so
daß ein zusätzliches Temperaturabschirmgehäuse, wie es bisher
häufig um das Außengehäuse 1 gelegt werden mußte, entfallen kann. Schließlich geht die schwimmende Lagerung der Keramikkörper,
die eine Bruchgefahr ausschließt, einher mit einer völligen Abdichtung des Bereichs zwischen dem abgasführenlen
Innenteil und dem tragenden Gehäuse, wodurch auch jede Gefahr eines Ausblasens einer Quellmatte vermieden wird.
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- Leerseite
Claims (7)
- PatentansprücheAbgasreinigungsvorrichtung für Kraftfahrzeuge mit einem in einem metallischen Außengehäuse mit stirnseitigen, insbesondere konischen Abgaszu- und -abführstutzen angeordneten, wabenartig strukturierten monolitischen Keramikkörper, der ggf. mit einer katalytisch wirksamen Oberflächenbeschichtung versehen ist, wobei dem Außengehäuse und dem Keramikkörper ein thermisch isolierendes, vorzugsweise aus einer sogenannten Quellmatte oder Aluminiumsilikatfasermatte,eingebettet in einen Drahtgestrickstrumpf, bestehendes Federkissen zwischengeordnet ist und die Innenflächen der Abgaszu- und -abführstutzen sowie ggf. der Zwischenraum des Außengehäuses zwischen zwei hintereinanderliegenden Keramikkörpern von einem hochtemperaturfesten, in Abstand angeordneten Abschirmblech überdeckt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das konische bzw. zylindrische Abschirmblech (6, 6a) zumindest im Bereich der Gaseintrittsstirnfläche (17) eines Keramikkörpers (3) diesen mit Abstand umfaßt, und der Spalt zum Keramikkörper (3) durch eine dünne, flexible temperaturfeste Folie (18), insbes. eine Metallfolie, überdeckt ist. die von der elastischen Lagerung (4) an das Abschirmblech (6, 61) und den Keramikkörper (3) angepreßt wird.
- 2. Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie (18) mit der elastischen Lagerung (4) oder dem Abschirmblech (6a) verklebt ist.
- 3. Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das den Keramikkörper (3) umgebende Ende des Abschirmblechs (6) als nach außen konkav gewölbter Ringabschnitt (16, 16') ausgebildet ist.
- 4. Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie (18) sich maximal bis zum Scheitel (21) des Ringabschnitts (16, 16') erstreckt.
- 5. Abgasreinigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie (18) im Bereich der Trennfugen der um den Keramikkörper (3) gelegten elastischen Lagerung (4) überlappend ausgebildet ist.
- 6. Abgasreinigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie (18) aus Edelstahl besteht.
- 7. Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Edelstahlfolie eine Dicke von 0,01 mm bis 0,1 mm, vorzugsweise 0,02 mm bis 0,05 mm, aufweist.
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Legal Events
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: LEISTRITZ AG, 8500 NUERNBERG, DE |
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D2 | Grant after examination | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |