DE3822944A1 - Abgaskatalysator - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Abgaskatalysator, insbesondere für Fahrzeuge, bestehend aus einem Gehäu­ se, mit einer den Katalysatorkörper aufnehmenden Innen­ schale sowie einer thermisch isolierten Außenschale, und mit trichterförmig ausgebildeten Gehäuseenden verbundenen Anschlußflanschen, die jeweils eine das Gehäuseende aufnehmende, etwa mittig angeordnete Boh­ rung und mehrere hiervon beabstandete, über die An­ schlußflansche verteilte Schraubenbohrungen aufweisen.

Bei den bislang bekanntgewordenen Abgaskatalysatoren der vorstehend bezeichneten Art handelt es in der Regel um Katalysatoren mit einem mehrschichtigen Gehäu­ se, welches den eigentlichen Katalysatorkörper auf­ nimmt. Dabei besteht die Innenschale des Gehäuses zumeist aus einem hochwertigen, thermisch außerordent­ lich belastbaren Material. Dagegen ist die Außenschale des Gehäuses aus wirtschaftlichen Erwägungen lediglich mit gewöhnlichem Stahlblech od. dgl. gebildet. Zur Wärmeisolierung ist darüber hinaus zwischen der Innen- und Außenschale des Gehäuses eine thermisch isolieren­ de Einlage, z. B. in Form einer Keramikmatte mit oder ohne Glimmerzusätzen u. a., angeordnet. Im Bereich der trichterförmig ausgebildeten Gehäuseenden liegen aller­ dings aus Platzgründen Innen- und Außenschale direkt aneinander und sind jeweils miteinander und mit einem Anschlußflansch fest verbunden. Es hat sich nun in der Praxis herausgestellt, daß gerade im Bereich der trich­ terförmig ausgbildeten Gehäuseenden wegen der fehlen­ den, thermisch isolierenden Einlagen eine Wärmeleitung vom Inneren des trichterförmig ausgebildeten Gehäuseen­ des über den Bereich des Anschlußflansches an die Katalysatoraußenschale stattfinden kann. Nachdem nun aber gerade die Außenschale wegen ihrer Materialbe­ schaffung den auftretenden hohen thermischen Belastun­ gen nicht standhalten kann, werden insbesondere im Flanschbereich in der Außenschale Wärmespannungen erzeugt, die oftmals in Verbindung mit überlagerten mechanischen Erschütterungen zum Bruch der Außenschale führen. Dies hat zur Folge, daß der Abgaskatalysator insgesamt an Stabilität verliert und letztendlich selbst beschädigt wird. Um dem entgegenzuwirken, sind bei herkömmlichen Abgaskatalysatoren zur Wäremabschir­ mung weitere Maßnahmen, wie beispielsweise, zusätzli­ che Außenschalen mit Isolierung vorgesehen, womit sich allerdings wiederum die Herstellungskosten eines sol­ chen Katalysators erhöhen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Abgaskatalysator der eingangs beschriebenen Art so auszugestalten, daß eine Wärmeleitung über die Flansch­ bereiche der trichterförmig ausgbildeten gaseintritts- bzw. gasaustrittsseitigen Gehäuseenden des Abgaskataly­ sators unter gleichzeitig kostengünstigen Herstellungs­ bedingungen weitgehend verhindert wird, durch die die Lebensdauer eines solchen Abgaskatalysators insgesamt erhöht wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Abgaskatalysa­ tor der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgese­ hen, daß die Gehäuseenden und/oder die Anschlußflan­ sche derart ausgebildet sind, daß einer Wärmeleitung über die Anschlußflansche auf die Außenschale entgegen­ gewirkt wird.

Durch eine derartige Ausgestaltung des Abgaskatalysa­ tors wird die Wärmeleitung über die Anschlußflansche bzw. Flanschbereiche der trichterförmig ausgebildeten Gehäuseenden am Gaseintritt und Gasaustritt nahezu gänzlich verhindert. Infolgedessen findet keine, zumin­ dest nur noch eine sehr geringe Übertragung hoher Temperaturen vom Inneren der trichterförmig ausgebilde­ ten Gehäuseenden über die Anschlußflansche auf die thermisch wenig stabile Außenschale des Abgaskatalysa­ tors statt. Wärmespannungen innerhalb der Außenschale des Abgaskatalysators, die bei Überlagerung mit mecha­ nisch erzeugten Spannungen zumeist zum Bruch führen, werden also durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung vermieden. Damit einhergehend wird die Lebensdauer eines solchen Abgaskatalysators insgesamt verlängert.

So liegt es im Rahmen der Erfindung, daß die Anschluß­ flansche teilweise aus wärmeisolierendem Material bestehen, wobei erfindungsgemäß die aus Metall, insbesondere Stahl, bestehenden Anschlußflansche Aus­ sparungen und Ausnehmungen aufweisen, in die das wärme­ isolierende Material eingebracht ist. Auf diese Art und Weise lassen sich die Anschlußflansche des Abgaska­ talysators mit einer guten, zugleich haltbaren Wärme­ isolierung außerordentlich kostengünstig herstellen, ohne daß deren mechanische Anforderungen, wie haltbare Befestigung an den jeweiligen Gegenflanschen, Aufnahme von äußeren Erschütterungen usw., verändert oder gar vermindert werden.

In alternativer Ausgestaltung sind die Anschlußflan­ sche erfindungsgemäß zweiteilig ausgebildet, wobei ein innerer und ein äußerer Flanschteil durch wärmeisolie­ rendes Material voneinander getrennt sind. Neben dem wärmeisolierenden Material wird die Wärmeleitung vom Inneren des gaseintritts- bzw. gasaustrittsseitigen Gehäuseendes in den jeweiligen äußeren Flanschbereich bzw. an die Außenschale des Katalysators somit zusam­ men mit dem Luftspalt zwischen innerem und äußerem Flanschteil einfach, zudem sehr wirksam unterbunden, da die ankommende Wärme über den entsprechenden Luft­ spalt sofort abtransportiert wird.

Darüber hinaus liegt es im Rahmen der Erfindung, die Innen- und Außenschale im Bereich des Anschlußflan­ sches mit Ausnahme einer linienähnlich verschweißten Berührungsfläche voneinander zu beabstanden, so daß die Wärmeleitung im Flanschbereich alternativ oder auch in Verbindung mit einer anderen Ausführungsform von zwischen Innen- und Außenschale des Abgaskatalysa­ tors eingeschlossener Luft verhindert wird. Hierzu entsprechend ist erfindungsgemäß weiter vorgesehen, daß die voneinander beabstandete Innen- und Außenscha­ le zur Stabilisierung jeweils einzeln mit den entspre­ chenden Anschlußflanschen verbunden sind.

Schließlich erfährt die Erfindung noch eine alternati­ ve Ausgestaltung dadurch, daß die Anschlußflansche eine Aussparung derart aufweisen, daß eine linienähnli­ che Berührungsfläche jeweils zwischen Gehäuseende im Flanschbereich und hieran angeschweißten Anschluß­ flansch vorhanden ist. Durch diese Maßnahme wird die Kontaktfläche zwischen dem jeweiligen Gehäuseende und dem entsprechenden Anschlußflansch besonders klein gehalten, was ebenfalls zur Verringerung der Wärmelei­ tung vom Inneren eines jedes Gehäuseendes über den jeweiligen Flanschbereich an die Außenschale des Abgas­ katalysators führt. Die Verhinderung von Wärmeleitung kann noch zusätzlich verstärkt werden, in dem die Aussparungen so ausgebildet sind, daß zwischen Innen­ und/oder Außenschale des Gehäuseendes und dem dazu korrespondierenden Anschlußflansch jeweils ein Luft­ spalt vorgesehen ist. Eine derartige Ausgestaltung der Anschlußflansche erleichtert zudem die Aufnahme und Fixierung des jeweiligen Gehäuses in dem dazugehörigen Anschlußflansch.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfin­ dung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einiger bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung sowie anhand der Zeichnung. Hierbei zeigen:

Fig. 1 einen Teil-Längsschnitt durch einen Abgaskata­ lysator mit einem am Gehäuseende angeordneten Anschlußflansch;

Fig. 2 eine Draufsicht einer anderen Ausführungsform eines Anschlußflansches von einem Abgaskata­ lysator ohne Gehäuse;

Fig. 3 einen Längsschnitt durch den Anschlußflansch nach Fig. 2 entsprechend der Linie III-III;

Fig. 4 einen Teil-Längsschnitt durch eine abgewandel­ te Ausführungsform eines Abgaskatalysators im Flanschbereich;

Fig. 5 einen Teil-Längsschnitt durch eine andere Aus­ führungsform eines Abgaskatalysators im Flanschbereich;

Fig. 6 einen Teil-Längsschnitt durch eine abgewandel­ te Ausführungsform eines Abgaskatalysators im Flanschbereich und

Fig. 7 einen Teilschnitt durch eine weitere Ausfüh­ rungsform eines Abgaskatalysators im Flansch­ bereich.

Der in Fig. 1 gezeigte Abgaskatalysator besteht sus einem durchgehenden tragenden Gehäuse 1 mit einer den Katalysatorkörper 2 aufnehmenden Innenschale 3 und einer Außenschale 5, die beispielsweise durch eine Aluminiumsilikatfasermatte 4 thermisch voneinander isoliert sind. Die beiden Gehäuseenden 6 sind trichter­ förmig ausgebildet und münden in den axialen Flanschbe­ reich 7, wobei die Innenschale direkt an der Außenscha­ le 5 anliegt und mit dieser verschweißt ist. Die Außen­ schale 4 wiederum ist in einer etwa mittig angeordne­ ten Bohrung 9 des Anschlußflansches 8 aufgenommen und mit diesem fest verbunden. Der Anschlußflansch 8 des Abgaskatalysators weist - entsprechend Fig. 2 - etwa die Grundform eines gleichschenkligen Dreiecks auf und ist darüber hinaus mit drei von der Bohrung 9 beabstandeten, über den Anschlußflansch 8 gleichmäßig verteilten Schraubenbohrungen 10 zum Kontern an einem Gegenflansch versehen. Der Anschlußflansch 8 ist aus zwei unverlierbar gehalterten, zueinander in radialer Richtung geringfügig beabstandeten Teilen 11, 12 gebil­ det, wobei der innere Teil 11 mit der Bohrung 9, der äußere Teil 12 des Anschlußflansches 8 mit den von der Bohrung 9 beabstandeten Schraubenbohrungen 10 versehen ist. Die beiden Teile 11, 12 des Anschlußflansches 8 weisen in axialer Richtung gegeneinander wirkende Schultern 13 auf, zwischen die wärmeisolierendes Mate­ rial 14 eingelegt, welches hierzwischen bei Verspan­ nung des Anschlußflansches 8 an dem nicht dargestell­ ten Gegenflansch fest eingeklemmt wird. Durch die radial geringfügig voneinander beabstandeten Teile 11, 12 des Anschlußflansches 8 entsteht ein Luftspalt 15, welcher den Wärmeabtransport vom Inneren des Abgaskata­ lysators über den Flanschbereich 7 an die Umgebung begünstigt. Eine Isolationsschicht 16, z. B. aus Glim­ mer-Quellkeramik bestehend, liegt der dem Abgaskataly­ sator abgewandten Stirnseite 17 des inneren Teils 11 vom Anschlußflansch 8 an und wird bei dessen Montage zur Abdichtung an den Gegenflansch gepreßt.

An den in den Fig. 2 und 3 dargestellten Anschluß­ flansch 8 des Abgaskatalysators aus Metall, insbesondere aus Stahl sind randseitige Aussparungen 18 sowie innerseitige Ausnehmungen 19 vorgesehen, in die wärmeisolierendes Material 14 eingebracht ist. Die Aussparungen 18 sind derart ausgebildet, daß ein radi­ al nach außen gerichteter, umlaufender Steg 20 des Anschlußflansches 8 von dem wärmeisolierenden Material 14 U-förmig umgriffen ist. Die innerseitigen Ausnehmungen 19 auf der dem Katalysator abgewandten Stirnseite 17 bzw. zugewandten Stirnseite 21 des An­ schlußflansches 8 sind etwa halbkreisförmig ausgestal­ tet und zwischen der Zentralbohrung 9 und einer hier­ von beabstandeten Schraubenbohrung 10 angeordnet. Der Anschlußflansch 1 des Abgaskatalysators ist nicht auf das vorliegende Ausführungsbeispiel beschränkt, viel­ mehr können die mit wärmeisolierendem Material umfaß­ ten bzw. ausgefüllten Aussparungen 18 und Ausnehmungen 19 eine beliebige, anders geartete Form aufweisen.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 ist der An­ schlußflansch 8 einteilig aus Metall od. dgl. ausgebil­ det. In die Bohrung 9 ist das im Flanschbereich 7 axial ausgebildete Gehäuseende 6 eingesteckt und über die Außenschale 5 mit dem Anschlußflansch 8 fest ver­ bunden. Die Innenschale 3 des Gehäuses 1 ist in dem Flanschbereich 7 von der Außenschale 5 beabstandet und lediglich über eine linienähnliche Berührungsfläche 22 nahe der dem Abgaskatalysator abgewandten Stirnseite 17 mit der Außenschale 5 verschweißt. In dem von Innen­ schale 3 und Außenschale 5 des Gehäuseendes 6 gebilde­ ten Zwischenraum 23 ist Luft eingeschlossen, die der Wärmeleitung vom Inneren des gaseintritts- bzw. gasaus­ trittsseitigen Gehäuseendes 6 im Flanschbereich 7 an die Umgebung bzw. Außenschale 5 einfach und wirksam verringert. Fig. 5 zeigt eine hiervon geringfügig abgewandelte Ausführungsform eines Abgaskatalysators mit Anschlußflansch 8. Hier sind wiederum die axial auslaufenden Innenschale 3 und Außenschale 5 im Flanschbereich 7 voneinander, ohne sich zu berühren, gänzlich beabstandet, und werden mit dem Anschluß­ flansch 8 aus Stabilitätsgründen jeweils separat ver­ schweißt. Zu diesem Zweck ist an der Bohrung 9 auf der dem Abgaskatalysator zugewandeten Stirnseite 21 eine zylindrische Ausdrehung 24 vorgesehen, die zudem noch eine zur Montage erleichternde Aufnahme und Fixierung der Außenschale 5 darstellt. Der mit Luft angefüllte Zwischenraum 23 zwischen der Innenschale 3 und der Außenschale 5 sichert die gewünschte Wärmeisolierung.

Bei der dargestellten Ausführungsform eines Abgaskata­ lysators nach Fig. 6 ist an der Bohrung 9 auf der dem Katalysator zugewandten Stirnseite 21 ebenfalls eine zylindrische Ausdrehung 24 zur Aufnahme und Fixierung des Gehäuseendes 6 im Flanschbereich 7 vorgesehen. Die Innenschale 3 wird dabei über die linienähnliche Berüh­ rungsfläche 28 von der Bohrung 9 aufgenommen und ist an dieser mit dem Anschlußflansch 8 verschweißt. Die das wärmeisolierende Material 4 umgebende Außenschale 5 ist im Bereich der Ausdrehung 24 zur Innenschale 3 hin abgekröpft und mit dieser ebenfalls ver­ schweißt. Zur weiteren Stabilisierung ist die Außenscha­ le 5 an der Innenschale 3 angeheftet. In der von Aus­ drehung 24 des Anschlußflansches 8 und Abkröpfung 25 der Außenschale gebildeten Ringkammer 26 ist Luft zur Reduzierung der Wärmeleitung eingeschlossen. Zusätz­ lich erlaubt gerade diese Ausführungsform eines Abgas­ katalysators mit Anschlußflansch 8 am jeweiligen Gehäu­ seende 6 eine verbesserte Führungs- und Fixierungsmög­ lichkeit von Innenschale 3 und Außenschale 5 im An­ schlußflansch 8.

In Abänderung dieser Ausführungsform eines Abgaskataly­ sators zeigt Fig. 7 einen Anschlußflansch 8 mit einer Bohrung 9, in die die eng aneinanderliegenden Innen­ und Außenschale 3, 5 über die linienähnlich ausgebilde­ ten Berührungsfläche 28 eingesteckt und nahe der dem Abgaskatalysator abgewandten Stirnseite 17 mit dem Anschlußflansch 8 verschweißt sind. Auf der dem Kataly­ sator zugewandeten Stirnseite 21 ist an der Bohrung 9 eine Anfasung 27 angeordnet, die etwa parallel zur trichterförmig ausgebildeten Außenschale 5 verläuft. Der Luftspalt 15 zwischen der Anfasung 27 der Bohrung 9 von dem Anschlußflansch 8 und der Außenschale 5 för­ dert verstärkt den Wärmeabtransport im Flanschbereich 7 an die Umgebung.

Die Erfindung ist nicht nur auf die aufgeführten Aus­ führungsbeispiele beschränkt. So könnte der Abgaskata­ lysator mit jeweils einem Anschlußflansch 8 an jedem Gehäuseende 6 auch als Kombination mehrerer vorgenann­ ter Ausgestaltungen, zur Verringerung bzw. gänzlichen Verhinderung von Weiterleitung der Wärme im gasein­ trittsseitigen und/oder gasaustrittsseitigen Gehäuseen­ de 6 im Flanschbereich 7 und Anschlußflansch 8 auf die Außenschale 5, ausgebildet sein. Auf der anderen Seite sind auch Anschlußflansche 8 mit runder oder quadrati­ scher Grundfläche mit einer erfindungsgemäßen Abgaska­ talysator geeignet.

Claims (7)

1. Abgaskatalysator, insbesondere für Fahrzeuge, bestehend aus einem Gehäuse, mit einer den Kataly­ satorkörper aufnehmenden Innenschale sowie einer thermisch isolierten Außenschale, und mit trichter­ förmig ausgebildeten Gehäuseenden verbundenen Anschlußflanschen, die jeweils eine das Gehäuseen­ de aufnehmende, etwa mittig angeordnete Bohrung und mehrere hiervon beabstandete, über die An­ schlußflansche verteilte Schraubenbohrungen aufwei­ sen, dadurch gekennzeichnet, daß die Gehäuseenden (6) und/oder die Anschlußflansche (8) derart ausge­ bildet sind, daß einer Wärmeleitung über die An­ schlußflansche (8) auf die Außenschale (5) entge­ gengewirkt wird.

2. Abgaskatalysator nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Anschlußflansche (8) teilweise aus wärmeisolierendem Material (14) bestehen.

3. Abgaskatalysator nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die aus Metall, insbesondere Stahl, bestehenden Anschlußflansche (8) Aussparungen (18) und Aunehmungen (19) aufweisen, in die wärmeisolie­ rendes Material (14) eingebracht ist.

4. Abgaskatalysator nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Anschlußflansche (8) zweiteilig ausgebildet sind, wobei ein innerer und ein äuße­ rer Flanschteil (11, 12) durch wärmeisolierendes Material (14) voneinander getrennt sind.

5. Abgaskatalysator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Innen- und Außen­ schale (3, 5) im Flanschbereich 7 mit Ausnahme einer linienähnlich verschweißten Berührungsfläche (22) voneinander beabstandet sind.

6. Abgaskatalysator nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die voneinander beabstandete Innen- und Außenschale (3, 5) jeweils einzeln mit den Anschlußflanschen (8) verbunden sind.

7. Abgaskatalysator nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Anschlußflansche (8) Aussparun­ gen (24, 27) derart aufweisen, daß eine linienähn­ lich ausgebildete Berührungsfläche (28) jeweils zwischen Gehäuseende (6) im Flanschbereich (7) und Anschlußflansch (8) entsteht.