DE3717895A1 - Vorrichtung zur katalytischen reinigung von abgasen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur katalyti­ schen Reinigung von Abgasen, insbesondere von Brenn­ kraftmaschinen, mit mit einem Abgaszutritt und einem Abgas­ austritt versehenen Gehäuse und wenigstens einem darin gelagerten Katalysatorträger, wobei zur Lagerung des Katalysator­ trägers zwischen dessen im wesentlichen zur Strömungs­ richtung des Abgases parallelen Außenkontur und der zu­ geordneten Gehäusewandung wenigstens ein gewelltes, den Katalysatorträger quer zur Richtung des Abgasstromes vollständig umgebendes Teil aus temperatur- und korrosions­ beständigem Metalldraht angeordnet ist.

Derartige Vorrichtungen können quer zur Strömungsrichtung des Abgases kreisförmigen, aber auch ovalen oder einen sonst wie geeigneten Querschnitt aufweisen, wobei sich in dieser Beziehung die Bauform nach den Einbauverhält­ nissen insbesondere auf der Unterseite eines Kraftfahr­ zeuges richtet. Dabei ist das Gehäuse in der Regel aus zwei parallel zum Abgasstrom angeordneten Halbschalen im Zuge der Montierung zusammengesetzt, wobei die Halbscha­ len entlang ihrer Trennfuge miteinander verschweißt oder sonstwie miteinander verbunden sind. Selbstverständlich sind auch andere geeignete Bauformen des Gehäuses, insbe­ sondere ohne Schalenbauweise denkbar und sollen von der Er­ findung mit umfaßt sein.

Bezüglich des Katalysatorträges kommt es darauf an, die­ sen fest aber ausreichend abgefedert im Gehäuse zu la­ gern. Dies einmal deshalb, weil der Katalysatorträger bekanntlich äußerst empfindlich gegen harte Stoßbelastun­ gen ist, wie sie sich aus den Fahrbewegungen eines Kraft­ fahrzeuges sowie den Schwingungen des Abgasstromes ergeben. Dies zum anderen deshalb, weil die temperaturbedingten Wärmedehnungen von Katalysatorträger einerseits und Ge­ häuse andererseits unterschiedlich sind und folglich aus­ geglichen werden müssen.

Hierzu dient im bekannten Falle, das den Katalysatorträger umgebende, ihn gegenüber der Gehäusewandung abstützende gewellte Teil, dessen Wellung etwa einen sinusförmigen Verlauf hat. Hier ist jedoch nachteilig, daß eine solche Wellung eine verhältnismäßig weiche Federung ergibt, so daß das gewellte Teil den Katalysatorträger nicht genü­ gend festzuhalten vermag. Versuche, dem beispielsweise durch festeres Aufsetzen der das Gehäuse bildende Scha­ len zu begegnen, bewirken lediglich, daß sich die ein­ zelnen Wellen in ungeordneter Form seitlich umlegen und somit bezüglich der Halterung des Katalysatorträgers unüberschaubare und unsymmetrische Verhältnisse ent­ stehen, die sogar dazu führen können, daß der Kataly­ satorträger unter auftretenden Schwingungen in eine be­ vorzugte Richtung innerhalb des Gehäuses zu wandern trachtet. Steigert man die Festigkeit, mit der das Gehäu­ se aufgesetzt wird, so führt dies schließlich zu weit­ gehend flach gelegten Wellen und einem plötzlichen Anstieg der Federsteifigkeit des gewellten Teiles, so daß nun­ mehr die Lagerung des Katalysatorträgers im Gehäuse zu starr ist und schnell zu Beschädigungen des Katalysator­ trägers führt. Diesen Umständen kann man selbst durch sehr umsichtige Handhabung mit der Absicht, den günstigsten Mittelweg zu finden, nicht begegnen, da die Fertigungs­ toleranzen der hier zusammenzubauenden Teile sich in ei­ nem größeren Bereich bewegen und ihre jeweilige Summen­ wirkung nicht ausreichend vorhersehbar ist.

Man hat daher auch versucht, das gewellte Teil mehrlagig auszubilden, um den einzelnen Wellen eine größere Sta­ bilität von Dauerhaftigkeit ihrer Gestalt zu geben. Auch damit konnten jedoch die vorstehend geschilderten grund­ sätzlichen Verhaltensweisen des gewellten Teiles nicht beseitigt werden und es wurde außerdem eine ohnehin mit dem bekannten gewellten Teilen verbundene negative Er­ scheinung verstärkt, die darin besteht, daß die verhält­ nismäßig "scharfkantigen" Scheitel der mit dem Katalysator­ träger in Berührung kommenden Wellen sich in das Material des Katalysatorträgers einarbeiten, wodurch der Katalysa­ torträger verhältnismäßig schnell zerstört wird und sich gleichermaßen die bei der Montage erzeugte Federvorspan­ nung des gewellten Teiles abbaut.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art bezüglich des gewellten Teiles ei­ ne Bauform anzugeben, die unter Behebung der vorstehend geschilderten Mängel eine feste, gleichmäßig orientierte, von Fertigungstoleranzen unabhängige und Beschädigungen des Katalysatorträgers ausschließende Lagerung des Kata­ lysatorträgers im Gehäuse erlaubt, wobei gegenüber den bekannten Bauformen kein Mehraufwand, sei es material­ mäßig, sei es hinsichtlich der sonstigen Gestehungskosten entstehen soll.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Wellung des Teiles omegaförmig ausgebildet ist, derart, daß im eingebauten Zustand die aufeinander zu gericht­ teten Flankenteile der jeweils benachbarten Wellenberge und Wellentäler aneinander liegen.

Diese Maßnahme hat die Wirkung, daß beim Zusammenbau der Vorrichtung die Wellenberge bzw. Wellentäler innerhalb überschaubarer und vorherbestimmbarer Grenzen mehr oder weniger flach gedrückt werden können, ohne daß dabei die einzelnen Wellen dazu neigen, sich seitlich umzule­ gen bzw. flachzulegen, so daß der symmetrische Aufbau des gewellten Teiles erhalten bleibt und somit auch nicht eine einseitige Wanderungstendenz des Katalysatorträgers entstehen kann.

Darüber hinaus ändert sich zwar die Größe der Federvor­ spannung, je nach dem wie stark das gewellte Teil bei der Montage zusammengedrückt wird. Diese Änderung ist je­ doch linear, so daß unerwartete Progressionen oder Degres­ sionen der Federvorspannung bei der Montage entfallen.

Dadurch, daß benachbarte Wellenberge bzw. Wellentäler des erfindungsgemäßen gewellten Teiles parallel zur Oberflä­ che des Katalysatorträgers gegeneinander abgestützt sind, ergibt sich verglichen mit den bekannten Bauformen eine wesentlich bessere bzw. tragfähigere Anstützung des Kata­ lysatorträgers in Längsrichtung bzw. parallel zu seiner Oberfläche, so daß das gewellte Teil eine Funktion nicht nur im wesentlichen radial zum Katalysatorträger erfüllt.

Ferner führt die erfindungsgemäße Ausbildung der Wellen­ berge bzw. Wellentäler zu einer vergleichsweise großflä­ chigen Anlage gegenüber dem Katalysatorträger, so daß es hier nicht mehr zu Punkt- oder Linienbelastungen und entsprechend auch nicht mehr zu zerstörenden Einflüssen dadurch kommen kann, daß das Material des Katalysator­ trägers örtlich zerstört bzw. abgetragen wird.

Da ersichtlich das in der erfindungsgemäßen Weise gewell­ te Teil in sich fester bzw. stabiler ist, lassen sich die Fertigungstoleranzen der zusammenzubauenden Teile der Vorrichtung enger im Bereich eines bestimmten Maßes hal­ ten, da sich bei dem gewellten Teil nunmehr verglichen mit den bekannten Bauformen die Federvorspannung über einen kürzeren Weg aufbaut, hierzu also nicht ein grö­ ßerer Montagespielraum zur Verfügung gehalten werden muß, wodurch schließlich auch die Montage erleichtert und gerade auch im Hinblick auf eine Automatisierung über­ schaubarer ist.

Je nach den Verhältnissen des Einzelfalles kann sich das gewellte Teil über die ganze Länge des Katalysatorträgers ertrecken, im anderen Falle besteht jedoch auch die Mög­ lichkeit, daß über die Länge des Katalysatorträgers meh­ rere Teile angeordnet sind, wobei dann aber bezogen auf die Strömungsrichtung des Abgases wenigstens je ein Teil am Anfang und Ende des jeweiligen Katalysatorträgers angeordnet sein muß. Im letztgenannten Falle ist also bereits davon Ge­ brauch gemacht, daß durch die erfindungsgemäße Ausbildung eine wesentlich festere und sicherere Halterung des Kata­ lysatorträgers eintritt, so daß man sich mit einzelnen gewellten Abschnitten, verteilt über die Länge des Kata­ lysatorträgers zur Halterung zufriedengeben kann. Dann kann der übrige Zwischenraum zwischen Katalysatorträger und Gehäuse durch eine Sparlagerung gefüllt sein, also ein einfacheres und billigeres Material, das allein zur Lagerung des Katalysatorträgers nicht geeignet wäre. Hier­ zu kann beispielsweise ein Metallfaserflies ausreichend sein, mit dem allein an sich eine federnde Abstützung nicht möglich wäre. Die Wellen des gewellten Teiles kön­ nen quer zur Strömungsrichtung des Abgases um den Kata­ lysatorträger umlaufend ausgebildet sein, es besteht je­ doch auch die Möglichkeit, daß die Wellen des Teiles parallel zur Strömungsrichtung des Abgases verlaufen. Welche dieser Möglichkeiten den Vorzug findet, richtet sich wiederum nach den jeweiligen konstruktiven und be­ lastungsseitigen Gegebenheiten.

Eine andere Möglichkeit kann darin bestehen, daß die Wel­ len des gewellten Teiles schräg zur Strömungsrichtung des Abgases angeordnet sind.

In allen Fällen kann das gewellte Teil aus einem Drahtge­ stricke, -gewebe oder -geflecht bestehen, also Materi­ alien, die sich gleichmäßig maschinell mit sehr gutem inneren Verbund herstellen lassen. Dabei kann für die Ausbildungsformen mit quer oder parallel zur Strömungs­ richtung des Abgases gelegener Wellung gleichzeitig die Herstellung des gewellten Teiles als nahtlos geschlosse­ ner Strumpf erfolgen, beispielsweise also in Form eines Gestrickestrumpfes, der anschließend der Wellung in der erfindungsgemäßen Form unterzogen wird.

Im Falle der schräg zur Strömungsrichtung des Abgases verlaufenden Wellung ist es zweckmäßig, das gewellte Teil als eine schraubengangförmig um den Katalysatorträger gewickelte Matte auszubilden, die die erfindungsgemäße Wellung eingeprägt enthält, wobei es zweckmäßig ist, daß die Wellen eines solchen mattenförmigen Teils quer, schräg oder parallel zur Längsrichtung der Matte angeordnet sind, wodurch die Herstellung der Wellung erleichtert ist.

Ferner erscheint es vorteilhaft, daß das gewellte Teil den Katalysatorträger am jeweiligen Ende überragt. Hier ist darauf Bezug genommen, daß sich das den Katalysator­ träger enthaltende Gehäuse in der Regel ausgehend von der den Katalysatorträger umfassenden Kontur zum Abgas­ einlaß und Abgasauslaß hin trichterförmig verjüngt. Ist nun das gewellte Teil über die Enden des Katalysatorträ­ gers hinausgeführt, so kommt es an den Stirnseiten des Katalysatorträgers zwischen diesem und der sich konisch verjüngenden Gehäusewandung zu liegen und kann damit in zusätzlicher Weise der Axialabstützung der Stirnkanten des Katalysatorträgers dienen.

Weiterhin kann es zweckmäßig sein, daß das gewellte Teil mit einem strömungshemmenden Füllstoff, insbesondere in Form von Glimmer oder Keramikfasern versehen ist. Diese Maßnahme verhindert, daß unliebsame Abgasmengen den Ka­ talysatorträger auf dem Weg über das wellenförmige Teil umgehen und folglich nicht in der gewünschten Weise an der katalytischen Reinigung teilnehmen.

Schließlich ist hervorzuheben, daß das erfindungsgemäß gewellte Teil einlagig ausgebildet sein kann, wodurch die Herstellung und Montage vereinfacht und verbilligt ist.

Weitere Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungs­ formen anhand der Zeichnung. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 den axialen Halbschnitt einer Vorrichtung zur katalytischen Reinigung von Abgasen und

Fig. 2 die perspektivische Ansicht einer Abwand­ lung der Ausführungsform gemäß Fig. 1 oh­ ne Gehäuse.

Gemäß Fig. 1 weist ein Katalysatorgehäuse 1 einen Abgas­ zutritt 2 und einen Abgasaustritt 3 aus, von denen aus sich das Gehäuse konisch auf den den Katalysatorträger 4 aufnehmenden Raum erweitert.

Im vorliegenden Falle ist der Katalysatorträger 4 und entsprechend der ihn aufnehmende Gehäuseraum kreiszylind­ risch ausgebildet.

Die Abstützung des Katalysatorträgers 4 gegenüber dem Gehäuse 1 erfolgt über ein gewelltes Teil 5, das den Ka­ talysatorträger 4 über seinen ganzen Umfang umgibt und mit einer schraubengangförmig verlaufenden Wellung ver­ sehen ist, die im wesentlichen quer zu dem zwischen Stut­ zen 2 und Stutzen 3 gehenden Abgasstrom um den Kataly­ satorträger 4 umläuft, wie dies durch die Innenansicht des gewellten Teiles 5 bei der Ziffer 9 ersichtlich ist, wo der Katalysatorträger 4 fortgebrochen ist.

Das gewellte Teil 5 kann beispielsweise ein Strumpf aus einem Metalldrahtgestricke sein.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, sind die einzelnen Wellen des Teiles 5 omegaförmig ausgebildet, so daß sich die aufeinander zugerichteten Flankenteile der jeweils be­ nachbarten Wellenberge 6 bzw. Wellentäler 7 berühren und damit gegeneinander abstützen.

An den Enden des Katalysatorträgers 4 steht das gewellte Teil 5 über und ist dort in der dargestellten Weise zu­ sammengerollt, um so ein Polster zwischen den Stirnkan­ ten des Katalysatorträgers 4 und dem Gehäuse 1 zu bil­ den.

Das Gehäuse 1 kann in der hier nicht näher dargestellten Weise aus zwei Halbschalen zusammengesetzt sein, die bei­ spielsweise entlang der durch die Achse 8 senkrecht zur Zeichenebene gebildeten Ebene miteinander verschweißt sein können.

Fig. 2 zeigt eine perspektivische Ansicht eines in das Gehäuse 1 gemäß Fig. 1 bringbaren Einsatz einer abgewan­ delten Bauform, wobei wiederum auf der Grundlage eines kreisförmigen Querschnittes ein Katalysatorträger 10 von einem gewellten Teil 11 umgeben und durch dieses gegen das in Fig. 2 nicht dargestellte Gehäuse abgestützt ist.

In diesem Falle verläuft die ebenfalls omegaförmig aus­ gebildete Wellung bezogen auf das Beispiel gemäß Fig. 1 parallel zum Abgasstrom, so daß die einzelnen Wellen in Umfangsrichtung des Katalysatorträgers 10 parallel neben­ einander liegen.

Auch hier kann das gewellte Teil 11 aus einem nahtlosen Strumpf aus einem Metalldrahtgestricke, -gewebe oder -geflecht bestehen, der im Anschluß an seine Fertigung mit der dargestellten omegaförmigen Wellung versehen wurde.

Das Material des gewellten Teiles 5 bzw. 11 kann mit einem strömungshemmenden Füllstoff, beispielsweise Glimmer oder Keramikfasern versehen sein, um eine Um­ gehung des Katalysatorträgers 4 bzw. 10 durch Teile des Abgasstromes zu verhindern.

Die dargestellten Beispiele zeigen die Herstellung des gewellten Teiles aus durchgehend zylindrischem Material. Selbstverständlich kann es fertigungstechnisch besonders einfach und zweckmäßig sein, in der vor der Figurenbe­ schreibung geschilderten Art den Katalysatorträger schraubengangförmig durch entsprechendes Bandmaterial zu umwickeln, in das die omegaförmige Wellung einge­ bracht wurde.

Claims (13)

1. Vorrichtung zur katalytischen Reinigung von Abgasen, insbesondere von Brennkraftmaschinen, mit mit einem Ab­ gaszutritt und einem Abgasaustritt versehenen Gehäuse und wenigstens einem darin gelagerten Katalysatorträger, wobei zur Lagerung des Katalysatorträgers zwischen dessen im wesentlichen- zur Strömungsrichtung des Abgases paralle­ len Außenkontur und der zugeordneten Gehäusewandung wenig­ stens ein gewelltes, den Katalysatorträger quer zur Rich­ tung des Abgasstromes vollständig umgebendes Teil aus temperatur- und korrosionsbeständigem Metalldraht ange­ ordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellung (6, 7) des Teiles (5, 11) omegaförmig ausgebildet ist derart, daß im eingebauten Zustand die aufeinander zu gerichteten Flankenteile der jeweils be­ nachbarten Wellenberge (6) und Wellentäler (7) aneinan­ der liegen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das gewellte Teil (5, 11) sich über die ganze Länge des Katalysatorträgers (4, 10) erstreckt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß über die Länge des Katalysatorträgers mehrere ge­ wellte Teile angeordnet sind, wobei bezogen auf die Strömungsrichtung des Abgases wenigstens je ein Teil am Anfang und Ende des Katalysatorträgers angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellen des gewellten Tei­ les (5) quer zur Strömungsrichtung des Abgases um den Katalysatorträger (4) umlaufend ausgebildet sind.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellen des gewellten Teiles (11) parallel zur Strömungsrichtung des Abgases verlaufen.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellen des gewellten Teiles schräg zur Strömungsrichtung des Abgases angeordnet sind.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das gewellte Teil (5, 11) aus einem Drahtgestricke, -gewebe oder -geflecht besteht.

8. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß das gewellte Teil (5, 11) aus ei­ nem Drahtstrumpf besteht.

9. Vorrichtung nach Anspruch 6 und 7 dadurch gekenn­ zeichnet, daß das gewellte Teil eine schraubengangför­ mig um den Katalysatorträger gewickelte Matte ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich­ net, daß die Wellen des gewellten Teiles quer, schräg oder parallel zur Längsrichtung der Matte angeordnet sind.

11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das gewellte Teil (5, 11) den Katalysatorträger (4, 10) am jeweiligen Ende über­ ragt.

12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das gewellte Teil (5, 11) mit einem strömungshemmenden Füllstoff, insbesondere in Form von Glimmer oder Keramikfasern versehen ist.

13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das gewellte Teil (5, 11) einlagig ausgebildet ist.