DE3519965C3 - Arrangement for holding a catalyst in a housing of an exhaust system of an engine operated with liquid fuel - Google Patents
Arrangement for holding a catalyst in a housing of an exhaust system of an engine operated with liquid fuelInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Halterung eines Katalysatorkörpers in einem Gehäuse, gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to an arrangement for holding a Catalyst body in a housing, according to the preamble of Claim 1.
Es sind Anordnungen bekannt, bei denen in einer Rohrleitung, durch die heiße Gase geführt werden, ein Gehäuse mit einem Körper, z. B. einen Filterkörper, angeordnet ist. Solche Anordnungen sind z. B. bekannt aus der chemischen Industrie oder als Anordnungen zur Abgasreinigung aus dem Kraftfahrzeugbau. Im letzteren Anwen dungsgebiet handelt es sich um katalytisch beschichtete Mono lithe, die in einem in der Abgasleitung des Fahrzeugmotors an geordneten Gehäuse untergebracht sind. Die Verwendung bei Fil tern in der chemischen Industrie ist analog. Bei den zu halten den Körpern handelt es sich meistens um stoßempfindliche Körper und um solche, die in ihrer Einbaulage fixiert sein müssen. Dieses ist z. B. auch bei Meßinstrumenten in gasdurchströmten Leitungen der Fall.Arrangements are known in which in a pipeline, through which hot gases are passed, a body with a body, e.g. B. a filter body is arranged. Such arrangements are e.g. B. known from the chemical industry or as arrangements for exhaust gas purification from automotive engineering. In the latter application The area of application is catalytically coated mono lithe in one in the exhaust pipe of the vehicle engine orderly housing are housed. Use at Fil tern in the chemical industry is analogous. To hold on to the bodies are mostly shock-sensitive bodies and those that must be fixed in their installation position. This is e.g. B. also with measuring instruments in gas flow Leads the case.
Da weiterhin oftmals der zu haltende Körper oder die zu haltende Einrichtung einen anderen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist als die Rohrleitung bzw. das aufnehmende Gehäuse, er geben sich besondere Schwierigkeiten für solche Halterungen. Bei den Einrichtungen zur Halterung eines katalytisch beschichteten Monolithen für die Abgasreinigung bei Fahrzeugen mit einem mit flüssigem Brennstoff betriebenen Motor hat sich eine Halterung des Monolithen durch ein Umfanggestrick bewährt. Dabei kann die Halterung nur über stirnseitig angeordnete und die Stirnseite des Körpers umgreifende Gestricke erfolgen oder über Mineralgeflechte, die längs des Umfanges und die Stirnkanten des Körpers umgreifend angeordnet sind (DE-PS 22 13 539). Die DE-AS 14 76 507 schließlich zeigt noch eine Monolithhalterung, bei welcher die Oberfläche des Körpers mit einer porenschließenden Schicht aus Aluminumsilikat bedeckt ist und sodann die eigentliche Halterung mittels eines metallischen gewellten Gestrickes erfolgt. Nach der DE-PS 22 13 539 ist es auch bekannt, eine Umströmung des zu haltenden Körpers durch Anordnung eines oder mehrerer radialer Dichtringe zwischen dem Haltekörper und dem Gehäuse bzw. den Abdichteinprägungen zu verhindern.Since often the body to be held or the one to be held Establish a different coefficient of thermal expansion has as the pipeline or the receiving housing, he are particularly difficult for such mounts. At the devices for holding a catalytically coated Monoliths for exhaust gas cleaning in vehicles with a liquid fuel powered engine has a bracket of the monolith proven by a circumferential knit. The Bracket only on the front and the front of the Body-encompassing knits or mineral braids, encircling the circumference and the front edges of the body are arranged (DE-PS 22 13 539). DE-AS 14 76 507 finally shows another monolith holder, in which the surface of the Body with a pore-closing layer made of aluminum silicate is covered and then the actual bracket by means of a metallic corrugated knitted fabric. According to DE-PS 22 13 539 it is also known to flow around the body to be held by arranging one or more radial sealing rings between the holding body and the housing or the sealing impressions prevent.
Dem Anschein nach sind von den Firmen Anselm & Co., 8832 Weissenburg, und Max Rhodius GmbH, 8832 Weissenburg, vor dem Anmeldetag des Patents mehrlagige, pfeilförmig gewellte, mehrfädige Metallgestricke der Firma Heinrich Gillet KG, 6732 Edenkoben, die sich mit dem Einbau von Katalysatorkörpern in Abgasanlagen befaßt, geliefert bzw. angeboten worden. Der Oberbegriff des Anspruchs 1 ist so gefaßt, daß derartige Metallgestricke bzw. damit fertigbare Katalysatorkörperhalterungen den Ausgangspunkt der Erfindung darstellen.Apparently from the companies Anselm & Co., 8832 Weissenburg, and Max Rhodius GmbH, 8832 Weissenburg multilayered, arrow-shaped corrugated on the filing date of the patent, multi-strand metal knitted fabrics from Heinrich Gillet KG, 6732 Edenkoben, which deals with the installation of Catalytic bodies in exhaust systems dealt with, delivered or been offered. The preamble of claim 1 is so caught that such knitted metal or producible with it Catalyst body mounts the starting point of the Represent invention.
Die Vielzahl der Lösungsvorschläge für die Halterung eines Körpers in einem gasdurchströmten Gehäuse zeigt, daß eine befriedigende Lösung noch nicht gefunden ist. Dieses gilt insbesondere bezüglich der sicheren Halterung unter dem Einfluß einer pulsierenden Gas strömung wie es bei den Abgasen von Brennkraftmaschinen oder bei mit Kolbenmotoren geförderten Gasen auftreten. Bei derartigen Ein richtungen besteht die Gefahr, daß sich der zu haltende Körper infolge der impulsartigen Beaufschlagung bewegt und bei Berührung mit Teilen des Gehäuses beschädigt wird. Eine zweite, damit zu sammenhängende Schwierigkeit ist in der Abdichtung gegenüber dem den Körper umströmenden Gas zu sehen.The multitude of proposed solutions for holding a body in a gas-flowed housing shows that a satisfactory Solution has not yet been found. This applies in particular to the secure mounting under the influence of a pulsating gas flow as in the exhaust gases from internal combustion engines or gases produced by piston engines occur. With such an directions there is a risk that the body to be held moved due to the impulsive loading and when touched is damaged with parts of the housing. A second, so too coherent difficulty is in sealing against that to see gas flowing around the body.
Dieser Umströmanteil muß so gering wie möglich gehalten werden, da das den Körper durchströmende Gas bei dem Durchströmen des Körpers, z. B. eines Katalysators, gereinigt wird während der um strömende Gasanteil unbehandelt bleibt und hinter dem Katalysa torkörper dem Abgas wieder zugeführt wird und so den Wirkungsgrad der Reinigung herabsetzt. Bei gasführenden Leitungen von Fahr zeugmotoren mit Abgasen, muß der Umströmanteil extrem gering ge halten werden.This flow ratio must be kept as low as possible, since the gas flowing through the body flows through the body Body, e.g. B. a catalyst is cleaned during the order flowing gas portion remains untreated and behind the catalytic converter gate body is returned to the exhaust gas and thus the efficiency cleaning. For gas pipelines from Fahr witness motors with exhaust gases, the flow around must be extremely low will hold.
Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, eine gattungs gemäße Halterung aufzuzeigen, die sowohl in der Herstellung des Halterungsmittels als auch in der Montage möglichst einfach und damit zuverlässig ist, den zu haltenden Körper ohne ihn zu ge fährden zuverlässig hält, und zwar auch bei pulsierendem Gas strom und ungleichmäßiger Beaufschlagung, und außerdem eine aus reichende Dichtung gegenüber dem den Körper umströmenden Gasan teil ermöglicht.The invention is therefore based on the task, a genus to show appropriate bracket, both in the manufacture of the Bracket means as easy as possible and in the assembly so it is reliable to hold the body to be held without it holds reliably, even with pulsating gas current and uneven loading, and also one off Sealing against the gas flowing around the body partially enables.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist die gattungsgemäße Anordnung erfindungsgemäß so ausgebildet, wie im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegeben. The generic arrangement for solving this problem is According to the invention designed as in the characterizing part of claim 1 specified.
Die im Anspruch 1 enthaltenen Merkmale, daß das Halteelement eine Teilung der Einprägungen von 8 bis 14 mm und eine Gestrickhöhe von 5 bis 11 mm aufweist, stellen eine unzulässige Erweiterung dar, aus der im Sinne des Beschlusses des 12. Senats des Bundespatentgerichts vom 28. Juni 1988 (Bl. PMZ 89, S. 53-56) Rechte nicht hergeleitet werden können.The features contained in claim 1 that the holding element a division of the impressions from 8 to 14 mm and has a knitted height of 5 to 11 mm is an inadmissible extension from which in the sense of Decision of the 12th Senate of the Federal Patent Court of June 28, 1988 (Bl. PMZ 89, pp. 53-56) Rights not derived can be.
Die Halterung des Katalysatorkörpers mittels eines die Stirnkanten umgreifenden Metallgestricks ist an sich bekannt (DE-GM 81 15 324), auch in der Form, daß umgeschlagene zweilagige Randbereiche axial vor den Stirnkanten des Katalysatorkörpers axial haltende Umbiegungen bilden (DE-PS 29 35 470). Hierbei handelt es sich jedoch nicht um Metallgestrick, das pfeilförmige Einprägungen in vierlagigen verstärkten Randbereichen aufweist und überdies aus einem flachgepreßten Metallgestrickschlauch gefertigt ist.The holder of the catalyst body by means of a Metal knits encompassing front edges are known per se (DE-GM 81 15 324), also in the form that folded two-ply Edge areas axially in front of the front edges of the catalyst body form axially holding bends (DE-PS 29 35 470). However, this is not a knitted metal fabric that arrow-shaped impressions in four-layer reinforced edge areas has and moreover from a flat pressed Metal knitted hose is made.
Das erfindungsgemäß eingesetzte Halteelement läßt sich in besonders einfacher Weise herstellen. Die Herstellung eines metallischen Schlauchgestricks, z. B. aus den besonders geeigneten Werkstoffen Inconel 601 oder Nicrofer 6023 ist bekannt. In der Regel ist das Gestrick 2fädig. Wenn dieser Schlauch zusammengepreßt wird, ergibt sich ein gut federndes Gestrickband.The holding element used according to the invention can be in produce in a particularly simple manner. The making of a metallic tubular knits, e.g. B. from the particularly suitable Materials Inconel 601 or Nicrofer 6023 known. As a rule, the knitted fabric is 2-ply. If this Hose is compressed, there is a good spring Knitted ribbon.
Die beidseitigen pfeilförmigen Einprägungen, gesteigert in der Wirkung durch die Randbereichverstärkung und das Umgreifen der Stirnkanten des Katalysatorkörpers, verhindern eine Schrägverschiebung des Körpers infolge der Gasanströmung und verbauen als Sperre den Strömungsweg des Umströmanteils des Gases. Es werden eine sichere Halterung und eine verbesserte Dichtheit nahezu ohne Gasumströmung des Körpers erreicht. Diese Ausbildung reicht in vielen Anwendungsfällen bereits aus, den Umströmanteil des Gases so weit herabzusetzen, daß sich weitere Maßnahmen erübrigen. Bereits im Anströmbereich ist eine besonders wirkungsvolle Dichtheit gegen eine Umströmung des Körpers erzielt. Ferner ergibt sich eine Verbesserung in der Montage der Halterung, weil der Körper besonders gleichmäßig umhüllt ist. Es wird eine besonders einfache und zuverlässige Halterung des Katalysatorkörpers bewirkt. Da das Halteelement den Körper vor der Montage an mindestens einer Stirnseite überragt und im eingebauten Zustand die Stirnkante des Körpers umgreift, wird erreicht, daß das Halteleement sich in seinem verstärkten Randbereich beim Einführen in das Gehäuse, das einen Einlauf- und einen Auslauftrichter und ggf. eine Anlagekante im Bereich des Übergangs zu dem zylindrischen Teil aufweist, um die Stirnseite des Körpers legt und somit eine Halterung in axialer Richtung bildet, während der den Körper umhüllende Teil des Halteelements die Halterung in radialer Richtung darstellt.The arrow shaped impressions on both sides, increased in the effect of reinforcing the edge area and reaching around prevent the front edges of the catalyst body an oblique displacement of the body due to the inflow of gas and block the flow path of the flow component of the gas. There will be a secure bracket and a improved tightness almost without gas flow around the body reached. This training is sufficient in many applications already reduce the flow around the gas so far, that further measures are unnecessary. Already in The inflow area is a particularly effective seal achieved against a flow around the body. Furthermore results itself an improvement in the mounting of the bracket because the body is wrapped particularly evenly. It will be one particularly simple and reliable mounting of the catalyst body causes. Because the holding element faces the body overhangs the assembly on at least one end face and grips the front edge of the body when installed, is achieved that the holding element in its reinforced Edge area when inserting it into the housing an inlet and an outlet funnel and, if necessary, a contact edge in the area of the transition to the cylindrical Part has to attach to the front of the body and thus forms a holder in the axial direction during which Body-enveloping part of the holding element in the holder represents radial direction.
Es hat sich gezeigt, daß ein einfaches, zumindest einlagiges Umhüllen des Körpers mit dem Gestrick zu dessen sicherer Halterung innerhalb des Gehäuses ausreicht. Maßnahmen wie Verdichten der Mantelfläche des Körpers oder stirnseitige Anordnung weiterer Halteelemente sind nicht erforderlich.It has been shown that a simple, at least one layer Wrapping the body with the knitted fabric to make it more secure Bracket inside the housing is sufficient. Measures like Compact the outer surface of the body or face It is not necessary to arrange additional holding elements.
Die pfeilförmigen Einprägungen verlaufen vorzugsweise unter 70° zur Kante des Metallgesticks.The arrow-shaped impressions preferably run underneath 70 ° to the edge of the metal embroidery.
Die Verstärkung des Randbereichs des Gestricks kann in unterschiedlicher Weise erreicht werden. Zum Beispiel kann der Gestrickschlauch vor dem Verpressen radial nach innen an zwei gegenüberliegenden Seiten um etwa 2 cm eingedrückt und sodann verpreßt werden, so daß das ebene Halteelement in seinen Randbereichen die doppelte Lagenzahl aufweist. Oder daß Halteelement ist an beiden Längsaußenkanten nach innen umgeschlagen, so daß der Randbereich die doppelte Lagenzahl aufweist. Dabei hat es sich als ausreichend erwiesen, wenn der Umschlag an den Längskanten etwa 2 cm beträgt.The reinforcement of the edge area of the knitted fabric can be in can be achieved in different ways. For example the knitted tube radially inwards before pressing pressed in by about 2 cm on two opposite sides and then pressed, so that the flat holding element has twice the number of layers in its edge areas. Or that the holding element is on both longitudinal outer edges folded inside so that the edge area double Has number of layers. It has proven to be sufficient when the envelope on the long edges about 2 cm is.
Bei den Abgasen von mit flüssigem Brennstoff betriebenen Moto ren ist eine weitestgehende Verhinderung der Umströmung des Körpers von Abgas wünschenswert, da der umströmende Gasanteil ungereinigt bleibt. Um eine besonders sichere Abdichtung gegen Umströmungen zu erreichen, weist gemäß einer weiteren Ausfüh rung der Erfindung das Halteelement parallel zur Längsachse mindestens eine geradlinige Einprägung zur Aufnahme eines Dichtstreifens auf, wobei die Längsachse die des ebenen Elementes ge mäß Fig. 2 ist. Bei nur einer Einprägung kann diese entlang der Längsachse, d. h. ein der Mitte des ebenen Elementes, erfolgen. In dieser Einprägung ist gemäß der Weiterführung der Erfindung ein Dichtstreifen eingelegt. Dieser kann ebenfalls aus einem metallischen Gestrick, aber auch aus Mineralwolle, Glaswolle oder dergleichen bestehen. Auch metallische Streifen, z. B. aus Kupfer oder Edelstahl können als Dichtstreifen eingelegt werden. In the exhaust gases from engines operated with liquid fuel, it is desirable to largely prevent the flow of exhaust gas from flowing around the body, since the flowing gas portion remains unpurified. In order to achieve a particularly secure seal against flow, according to a further embodiment of the invention, the holding element parallel to the longitudinal axis has at least one rectilinear impression for receiving a sealing strip, the longitudinal axis being that of the flat element according to FIG. 2. If there is only one impression, this can take place along the longitudinal axis, ie one in the middle of the flat element. According to the continuation of the invention, a sealing strip is inserted into this impression. This can also consist of a metallic knitted fabric, but also of mineral wool, glass wool or the like. Also metallic strips, e.g. B. made of copper or stainless steel can be inserted as a sealing strip.
Die Patentansprüche 4 bis 6 zeigen eine Weiterführung der Erfindung, die eine besonders wirkungsvolle Verpressung des Halteelements bewirkt. Diese kann bei Anordnungen, z. B. in Kraftfahrzeugen und hohem Abgasdruck angebracht sein. In den Fig. 1, 2 und 3 ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Halterung dar gestellt und zwar am Beispiel der Halterung eines katalytisch beschichteten Monolithen in der Abgasleitung eines Fahrzeuges. Es zeigtClaims 4 to 6 show a continuation of the invention, which brings about a particularly effective pressing of the holding element. This can be used in arrangements such. B. in motor vehicles and high exhaust pressure. In Figs. 1, 2 and 3, an embodiment of the holder according to the invention is provided and that is the example of the mounting of a catalytically coated monolith in the exhaust pipe of a vehicle. It shows
Fig. 1 schematisch einen Längsschnitt der Halterung, Fig. 1 shows schematically a longitudinal section of the support,
Fig. 2 die Abwicklung des Halteelementes und Fig. 2, the handling of the holding element and
Fig. 3 einen Ausschnitt an der Stelle Z der Fig. 2. Fig. 3 shows a detail at the location Z of FIG. 2.
Bei dem Ausführungsbeispiel soll ein Körper 1, der ein katalytisch beschichteter Monolith mit einer Vielzahl sehr feiner Längskanäle ist, in einer Rohrleitung 11, im vorliegenden Fall der Abgaslei tung eines Fahrzeuges, angeordnet sein und gehalten werden. Es soll ferner die Umströmung des Körpers 1 mit Abgas verhindert werden und die Halterung bei allen Betriebszuständen ausreichend sein. Die Halterung soll trotz der unterschiedlichen Ausdehnungs koeffizienten von Gehäuse (Stahl) und Körper 1 (Keramik) bei den unterschiedlich auftretenden Temperaturen, also in einem Bereich von etwa 800°C bis 900°C wirksam sein.In the exemplary embodiment, a body 1 , which is a catalytically coated monolith with a large number of very fine longitudinal channels, is to be arranged and held in a pipeline 11 , in the present case the exhaust gas line of a vehicle. The flow of exhaust gas around the body 1 should also be prevented and the holder should be sufficient in all operating states. The bracket should be effective in spite of the different expansion coefficients of the housing (steel) and body 1 (ceramic) at the different temperatures, ie in a range from about 800 ° C to 900 ° C.
Die Abgasleitung 11 weist in Strömungsrichtung einen Einlauftrich ter 3a auf, an dem sich das zylindrische Gehäuse anschließt, in welchem der Körper 1 gehalten ist. Das Gehäuse 2 kann an den Ein lauftrichter 3a mit größerem Durchmesser angeschlossen sein, so daß sich eine Anlegekante ausbildet. An das Gehäuse 2 schließt sich entsprechend der Auslauftrichter 3b mit der folgenden Rohr leitung an. Das Gehäuse 2 ist mit den beiden Trichtern 3a, 3b entweder verschweißt oder über Flansche verbunden. Das zylindri sche Gehäuse 2 hat auf dem Umfang umlaufende Einprägungen 12, die entweder parallel zueinander verlaufen oder spiralförmig eingeprägt sind. Diese Einprägung 12 bewirkt die Verpressung des Halteelementes 4, das den Körper 1 umgibt. Das Halteelement 4 be steht aus einem zu einem ebenen Element zusammengepreßten 2fä digen Schlauchgestrick aus Draht von 0,23 mm Durchmesser aus dem Werkstoff Inconel 601 oder Nicrofer 6023 mit einer Gestrickbrei te von 95 mm bei 60 Maschen. Das Halteelement 4 hat beiderseits eine pfeilförmige Einprägung 5. Dabei entsteht eine Wellung mit einer Teilung von 10,5 mm bei einer Höhe des Gestrickes von 6,5 mm, der Pfeilverlauf beträgt beiderseitig 72° zur Kante. An beiden Randbereichen 6a , 6b erfolgt ein Randumschlag an den Längsaußenkanten 7a, 7b von 18 mm, so daß in diesen beiden Be reichen die doppelte Lagenzahl besteht. Ferner ist das Halte element 4 in einer Längsachse 8 mit einer geradlinigen Einprä gung 9 versehen, in welche ein Dichtstreifen 10 eingelegt ist. Im eingebauten Zustand verläuft diese Längsachse 8 rechtwinklig zur Durchströmrichtung des zu haltenden Katalysators. The exhaust pipe 11 has in the flow direction a Einlauftrich ter 3 a, to which the cylindrical housing connects, in which the body 1 is held. The housing 2 can be connected to a funnel 3 a with a larger diameter, so that a contact edge is formed. To the housing 2 connects to the outlet funnel 3 b with the following pipe line. The housing 2 is either welded to the two funnels 3 a, 3 b or connected via flanges. The cylindri cal housing 2 has circumferential impressions 12 which either run parallel to one another or are stamped in a spiral. This indentation 12 causes the pressing of the holding element 4 , which surrounds the body 1 . The holding element 4 be consists of a 2fä-pressed tubular knitted fabric made of wire of 0.23 mm diameter from the material Inconel 601 or Nicrofer 6023 with a Gestrickbrei te of 95 mm at 60 stitches compressed into a flat element. The holding element 4 has an arrow-shaped indentation 5 on both sides. This creates a corrugation with a pitch of 10.5 mm and a height of the knitted fabric of 6.5 mm, the arrow path is 72 ° on both sides to the edge. At both edge areas 6 a, 6 b there is an edge change on the longitudinal outer edges 7 a, 7 b of 18 mm, so that in these two loading ranges are double the number of layers. Furthermore, the holding element 4 is provided in a longitudinal axis 8 with a rectilinear impression 9 , in which a sealing strip 10 is inserted. In the installed state, this longitudinal axis 8 runs at right angles to the flow direction of the catalyst to be held.
Das Halteelement 4 ist breiter als die Länge des Körpers 1, so daß es beim Umhüllen des Körpers 1 diesen an beiden Stirnseiten überragt. Nach dem Zusammenbau legen sich diese überragenden Ab schnitte über die jeweilige stirnseitige Kante des Körpers 1 und bilden sowohl einen Kantenschutz als auch eine gute Abdichtung gegen Umströmung des Körpers 1 durch das Abgas. Durch die pfeil förmigen Einprägungen 5 ergibt sich eine bessere Halterung des Körpers 1 und sie verhindert insbesondere eine Schrägverschiebung des Körpers 1. Ferner ist durch diese Maßnahme eine Unterbrechung des Strömungsweges für das Abgas und damit eine Dichtwirkung gegeben.The holding element 4 is wider than the length of the body 1 , so that when the body 1 is enveloped, it protrudes beyond it on both end faces. After assembly, these outstanding sections lay over the respective front edge of the body 1 and form both an edge protection and a good seal against flow around the body 1 by the exhaust gas. By the arrow-shaped embossments 5, better results support the body 1 and it prevents in particular an inclined displacement of the body. 1 Furthermore, this measure provides an interruption in the flow path for the exhaust gas and thus a sealing effect.
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