DE4103571A1 - Abgaskatalysator mit dichtelement - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Abgaskatalysator mit einem einen Abgasstrom führenden Gehäuse, in dem mindestens ein Katalysatorkörper angeordnet ist, der mittels einer, seine Mantelfläche umgebenden Umhüllung im Gehäuse gehalten ist und stirnseitig durch Dichtelemente geschützt wird.

Bei bekannten Abgaskatalysatoren dieser Art kommen verschiedenartig ausgebildete Katalysatorkörper zum Einsatz. Häufig werden sogenannte keramische Monolithen eingesetzt, die von dem zu reinigenden Abgasstrom durchströmt werden. Die zum Einsatz kommenden Monolithen besitzen meist Zylinderform, die verschiedenartige Grundflächen ausweisen können. Die Halterung des Katalysatorkörpers im Gehäuse erfolgt mittels einer dessen Mantelfläche umgebenden Umhüllung, die verschiedenartig ausgeführt sein kann. Es ist bekannt als Umhüllung Stahlgeflecht oder Blähmatten vorzusehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine im Betrieb zuverlässige Abdichtung (Schutz) der Umhüllung gegenüber dem Abgasstrom vorzuschlagen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß anströmseitig ein die Stirnseite der Umhüllung gegenüber dem Abgasstrom abdichtendes Dichtelement vorgesehen ist, daß einen den Katalysatorkörper umgebenden Ringkörper besitzt, der in Anströmrichtung zunächst mit einer federnd im abzudichtenden Spalt verspannten Dichtlamelle und danach mit mindestens einer Aufnahme für eine elastische, den Spalt ausfüllende Dichtung versehen ist.

Mittels des zum Einsatz kommenden Dichtelementes wird erreicht, daß die Stirnseite der Umhüllung gegenüber dem Abgasstrom abgedichtet wird und dieser lediglich dem Katalysatorkörper durch­ strömt. Durch die Verhinderung einer eventuell auftretenden am Katalysatorkörper vorbei führenden Nebenströmung wird eine Verbesserung der Reinigungswirkung des Abgaskatalysators erzielt. Weiterhin wird durch das erfindungsgemäß zum Einsatz kommende Dichtelement erreicht, daß die Umhüllung vor durch den Abgasstrom bewirkten Beschädigungen geschützt wird. Insbesondere bei Bläh- oder Quellmatten können diese dadurch auftreten, wenn diese dem heißen und aggressiven Abgasstrom ausgesetzt sind. Das erfindungsgemäß zum Einsatz kommende Dichtungselement verhindert an der Stirnseite der Umhüllung das Auftreten von Erosionserscheinungen. Somit kann die Haltbarkeit des Abgaskatalysators gesteigert werden.

Die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Dichtelementes gewährleistet im Betrieb eine besonders zuverlässige Abdichtung der Umhüllung. Durch die in Anströmrichtung zunächst vorgesehene Dichtlamelle, die federnd in dem abzudichtenden Spalt verspannt ist, wird eine erste Dichtkante geschaffen, die die Stärke der ersten Druckpulsation abbaut. Die Dichtlamelle ist an einem Ringkörper ausgebildet, der weiterhin mindestens eine Aufnahme für eine elastische Dichtung besitzt. Mit der am Ringkörper ausgebildeten Aufnahme wird eine zuverlässige Fixierung der elastischen Dichtung erreicht. Im Zusammenspiel mit der in Anströmrichtung vorne liegend angeordneten Dichtlamelle bewirkt die elastische Dichtung eine zuverlässige Abdichtung der Stirnseite der Umhüllung.

Der neue Abgaskatalysator ist besonders einfach herzustellen, da das erfindungsgemäße Dichtelement separat montiert wird. In den Ringkörper des Dichtelementes wird zunächst die elastische Dichtung eingesetzt. Im weiteren Montageprozeß wird das Dichtelement im Gehäuse durch geeignete Maßnahmen fixiert.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindungen sind in den Unteransprüchen aufgeführt.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Ringkörper als dünnwandiges metallisches Metallteil ausgebildet. Ein derartiger Ringkörper ist besonders günstig herstellbar und weist eine hohe Elastizität auf.

Es kann vorteilhaft vorgesehen sein, daß der Ringkörper eine wellenförmige Querschnittsform besitzt, wobei im Bereich der Wellentäler des Ringkörpers Aussparungen vorgesehen sind. Ein derart geformter Ringkörper gleicht besonders gut auftretende Spalttoleranzen aus. Gleichzeitig bewirkt die Wellenform eine sichere Aufnahme der elastischen Dichtung. Durch die im Bereich der Wellentäler vorgesehenen Aussparungen wird erreicht, daß die elastische Dichtung auf den Katalysatorkörper aufliegt. Somit füllt die elastische Dichtung vollständig den abzudichtenden Spalt aus.

Verbindungsstege, die im Bereich der Wellentäler des wellenförmigen Ringkörpers angeordnet sind, stellen die Verbindung im Axialrichtung des Ringkörpers sicher. Werden bespielsweise drei über den Umfang verteilte Verbindungsstege vorgesehen, so kann der restliche Teil des Umfanges ausgespart bleiben, wodurch eine große Dichtfläche für die elastische Dichtung erreicht wird.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, daß die Verbindungsstege verschiedener in Axialrichtung hintereinander angeordneter Aufnahmen am Umfang des Ringkörpers zueinander versetzt angeordnet sind. Die versetzte Anordnung der Verbindungsstege bewirkt gleichzeitig eine versetzte Anordnung der wirksamen Dichtflächen der elastischen Dichtung. Somit wird die Dichtwirkung ähnlich wie bei einer Labyrinthdichtung erhöht.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, daß die Dichtlamelle mit über den Umfang des Ringkörpers verteilten Schlitzen ausgebildet ist. Hierdurch wird eine hohe elastische Federwirkung der anströmseitig angeordneten Dichtlamelle erzielt. Weiterhin gestattet eine mit Schlitzen versehene Dichtlamelle einen besonders guten Toleranzausgleich. Toleranzen können einerseits fertigungsbedingt an den den abzudichtenden Spalt begrenzenden Bauteilen und andererseits als Folge der thermischen Ausdehnung auftreten.

Es kann hierbei vorteilhaft vorgesehen sein, daß die Schlitze sich von der Spitze der Dichtlamelle bis etwa in deren Mittelbereich erstrecken.

Eine Vereinfachung der Montage des erfindungsgemäßen Abgaskatalysators wird dadurch erreicht, daß der Ringkörper am Außendurchmesser des abzudichtenden Spaltes festgelegt ist.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß das Dichtelement in einem von einem Eingangs-/Ausgangskonus und dem Katalysatorkörper begrenzten ausgebildeten Spalt angeordnet ist. Der Konus, der innerhalb des Gehäuses angeordnet ist, führt den Abgasstrom an die Stirnseite des Katalysatorkörpers.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist als Umhüllung des Katalysatorkörpers eine Bläh- oder Quellmatte vorgesehen. Ein derartiges, an sich bekanntes Lagerungssystem für den Katalysatorkörper gewährleistet dessen elastische und sichere Lagerung. Außerdem bewirkt die zum Einsatz kommende Blähmatte eine gute thermische Isolation des Katalysatorkörpers. Somit kann auf eine zusätzliche Außenisolierung des Gehäuses, wie sie bei Lagerungssystemen mit Drahtgestrick vorzusehen ist, verzichtet werden. Darüberhinaus ermöglicht eine derartige Umhüllung eine besonders kompakte Bauweise. Schließlich ermöglicht die Verwendung einer Blähmatte als Umhüllung den Einsatz von ferritischen Edelstählen als Trägerschalen gegenüber den üblichen aus austenitischen Edelstählen bei Drahtgestricklagerung.

Durch das zum Einsatz kommende Dichtelement wird die direkte Anströmung der Stirnseite der Blähmatte durch heißes Abgas verhindert. Hierdurch werden Beschädigungen, insbesondere die Erosion der Blähmatte an der stirnseitig offenen Kante vermieden.

Vorteilhaft kann vorgesehen sein, daß die Dichtungen aus hitzebeständigen Keramikfaser- oder Silikatgewebe bestehen. Derartige Dichtungen weisen bei gleichbleibenden Eigenschaften eine besonders hohe Standzeit auf.

Ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel, aus dem sich weitere erfinderische Merkmale ergeben, ist in der Zeichnung dargestellt.

Es zeigt:

Fig. 1 einen schematischen Querschnitt durch einen Teilbereich des erfindungsgemäßen Abgas­ katalysators,

Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung der Einzelheit X gemäß Fig. 1,

Fig. 3 den Schnitt längs der Linie III-III, gemäß Fig. 1,

Fig. 3a eine vergrößerte Darstellung der Einzelheit Y gemäß Fig. 3,

Fig. 4 den Schnitt längs der Linie IV-IV gemäß Fig. 1,

Fig. 4a eine vergrößerte Darstellung der Einzelheit Z gemäß Fig. 4,

Fig. 5 den Schnitt längs der Linie V-V gemäß Fig. 1, und

Fig. 6 den Schnitt längs der Linie VI-VI gemäß Fig. 1.

Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch einen Abgaskatalysator, in dessen Gehäuse 10 ein als keramischer Monolith 11 ausgeführter Katalysatorkörper angeordnet ist. Der Monolith 11 wird von dem heißen Abgasstrom 12 angeströmt, der an der Stirnseite 13 des Monolith 11 in diesen eintritt. Der Abgasstrom 12 wird mittels eines kegelförmigen Zwischenringes 14 (Eingangskonus) an den Monolithen 11 geleitet. Zwischen dem Gehäuse 10 und dem Zwischenring 14 ist eine Zwischenschicht 15 (Isolierung) vorgesehen.

Der Monolith 11 ist mittels einer Bläh- oder Quellmatte 16 im Gehäuse 10 des Abgaskatalysators gehalten. Die zum Einsatz kommende Blähmatte 16 gewährleistet im Betrieb eine besonders elastische und sichere Lagerung des Monolithen 11. Darüber hinaus wirkt sie isolierend, so daß auf eine zusätzliche Außenisolierung des Gehäuses 10 verzichtet werden kann. Um die als Umhüllung des Monolithen 11 vorgesehene Blähmatte 16 vor einem direkten Anströmen des heißen Abgases zu schützen, ist ein Dichtelement 17 vorgesehen, das den durch den Zwischenring 14 und die Mantelfläche 18 des Monolithen 11 begrenzten Spalt 19 abdichtet. Hierdurch wird verhindert, daß ein Teilstrom des Abgasstromes 12 an die Stirnseite 20 der Blähmatte 16 gelangt. Somit wird verhindert, daß in diesem Bereich durch das direkte Anströmen von heißem Abgas Erosionen auftreten.

Das Dichtelement 17 besitzt einen Ringkörper 21, der nährungsweise eine wellenförmige Querschnittsform besitzt. Mit der Wellenform des Ringkörpers 21 werden Aufnahmen 22 gebildet, in denen jeweils eine elastische Dichtung 23 fixiert ist.

Die genaue Ausgestaltung des Dichtelements 17 soll anhand von Fig. 2 beschrieben werden, die eine vergrößerte Darstellung der Einzelheit X gem. Fig. 1 zeigt. Der wellenförmig ausgebildete Ringkörper 21 weist anströmseitig, d. h. im Bereich der Stirnseite 13 des Monolithen 11 einen als Dichtlamelle 24 wirkenden Bereich auf. Die Dichtlamelle 24, die infolge der Wellenform des Ringkörpers 21 im Schnitt näherungsweise S-Form besitzt, stützt sich einerseits auf der Mantelfläche 18 des Monolithen 11 und andererseits an der Innenseite 25 des Zwischenringes 14 ab. Da der Ringkörper 21 aus einem dünnwandigen Stahlblech hergestellt ist, weist die Dichtlamelle 24 eine hohe Federwirkung auf. Dies hat zur Folge, daß im Spalt 19 auftretende Toleranzen, die einerseits fertigungsbedingt und andererseits infolge der Wärmeausdehnung auftreten können, ausgeglichen werden. Mit der Oberfläche 18 des Monolithen 11 bildet der Vorderteil 24′ der Dichtlamelle 24 eine erste Dichtkante 26. Die Abdichtung des Spaltes 19 im Bereich der Innenseite 25 des Zwischenringes 14 wird durch das ebenfalls federnd anliegende Hinterteil 24′′ der Dichtlamelle 24 erreicht.

Das Vorderteil 24′ der Dichtlamelle 24 ist mit über den Umfang des Ringkörpers 21 angeordneten Schlitzen 27 versehen, die sich von der Spitze 28 der Dichtlamelle 24 bis etwa in deren Mittelbereich erstrecken.

Wie insbesondere aus den Fig. 3 und 3a hervorgeht, sind die Schlitze 27 mit Abstand über den Umfang des Ringkörpers 21 verteilt. Hierdurch wird eine besonders gute bereichsweise Anpassung an eventuell auftretende Toleranzen erzielt.

In Anströmrichtung hinter der Dichtlamelle 24 ist die elastische Dichtung 23 angeordnet. Die elastische Dichtung 23 ist in Aufnahmen 22 eingebettet, die durch die Wellenform des Ringkörpers 21 gebildet werden. Im Bereich der Wellentäler des Ringkörpers 21 sind Aussparungen 29 vorgesehen, die einen direkten Kontakt der elastischen Dichtung 23 mit der Mantelfläche 18 des Monolithen 11 ermöglichen. Somit ist die elastische Dichtung 23 zwischen der Oberfläche 18 des Monolithen 11 und der Innenseite 25 des Zwischenringes 14 verspannt.

Die Aussparungen 29 sind nahezu vollständig, um den Umfang des Ringkörpers 21 geführt und lediglich durch drei Verbindungsstege 30 unterbrochen. Die Verbindungsstege 30 stellen die Verbindung der Ringkörperbereiche in Axialrichtung sicher.

Die Anordnung der Verbindungsstege 30 der ersten Dichtlippe 31 geht aus den Fig. 4 und 4a hervor. Gemäß Fig. 4 sind die drei Verbindungsstege 30 den Eckpunkten eines gleichzeitigen Dreiecks zugeordnet, das bezüglich der Vertikalachse 32 des Monolithen 11 um 30° im Gegenuhrzeigersinn gedreht ist.

Wie aus Fig. 4a hervorgeht, liegt im Bereich der Verbindungsstege 30 kein direkter Kontakt zwischen der elastischen Dichtung 23 und der Oberfläche 18 des Monolithen 11 vor. Der Verbindungssteg 30 liegt an der Oberfläche 18 des Monolithen 11 auf. Im Bereich der Verbindungsstege 30 ist die elastische Dichtung 23 über die Oberseite 33 der Verbindungsstege geführt.

Wie aus Fig. 1 hervorgeht, weist das Dichtelement 17 weitere Dichtlippen 34, 35 auf, die prinzipiell gleichartig wie die erste Dichtlippe 31 ausgeführt sind. Auch im Bereich der weiteren Dichtlippen 34, 35 sind in entsprechenden Aufnahmen des Ringkörpers 21 elastische Dichtungen 23 vorgesehen.

Die Verbindung des Ringkörpers 21 im Bereich der weiteren Dichtlippe 34, 35 wird durch weitere Stege 36, 37 sichergestellt, deren Anordnung aus den Fig. 5 und 6 hervorgeht. Prinzipiell gleichartig wie im Bereich der ersten Dichtlippe 31 besitzt der Ringkörper 21 im Bereich der weiteren Dichtlippen 34, 35 jeweils 3 über den Umfang des Ringkörpers verteilte Stege 36, 37. Im Bereich der zweiten Dichtlippe 34 sind die Verbindungsstege 36 den Eckpunkten eines gleichzeitigen Dreiecks zugeordnet, das gegenüber der Vertikalachse 32 des Monolithen 11 im Gegenuhrzeigersinn um 70° gedreht ist. Im Bereich der dritten Dichtlippe 35 sind die Verbindungsstege 37 den Eckpunkten eines gleichzeitigen Dreiecks zugeordnet, das gegenüber der Horizontalachse 38 des Monolithen 11 im Gegenuhrzeigersinn um 20° gedreht ist.

Mit der in Axialrichtung des Ringkörpers 21 vorgesetzten Anordnung der Verbindungsstege 30, 36, 37 wird eine labyrinthartige Abdichtung des abzudichtenden Spaltes 19 erreicht. Die versetzte Anordnung der Verbindungsstege 30, 36, 37 bewirkt in Axialrichtung des Ringkörpers ebenfalls eine versetzte Anordnung der wirksamen Dichtfläche der Dichtlippen 31, 34, 35.

Bei der Montage des Abgaskatalysators kann das Dichtelement 17 zunächst separat montiert werden. Hierbei werden die elastischen Dichtungen 23 in den wellenförmigen Ringkörper 21 eingelegt. In dem weiteren Montageprozeß des Abgaskatalysators wird das Dichtelement 17 in den Zwischenring 14 geschoben und in diesem durch Widerstandsschweißen befestigt.

Im Endzustand der Montage verhindert das den Spalt 19 abdichtende Dichtelement 17 eine direkte Anströmung der Stirnseite 20 der Blähmatte 16 durch heißes Abgas. Somit werden Beschädigungen insbesondere Erosionsprozesse im Bereich der Blähmatte verhindert. Die Unterbindung von Nebenströmungen des Abgasstromes 12 bedingt weiterhin eine verbesserte Reinigungswirkung des Abgaskatalysators.

Die in Strömungsrichtung zunächst angeordnete federnd im Spalt 19 verspannte Dichtungslamelle erzeugt eine erste mechanisch-elastische Dichtkante. Eine derartige Dichtkante kann die Stärke der ersten Druckpulsation abbauen. Die weitere Abdichtung des Spalts 19 gegenüber dem anströmendem Abgasstrom 12 wird durch die in Axialrichtung des Abgaskatalysators hintereinander angeordneten weiteren Dichtlippen 31, 34, 35 erreicht. Durch die Einbettung der elastischen Dichtungen der Dichtlippen 31, 34, 35 in den wellenförmigen Ringkörper 21 wird eine sichere Fixierung der elastischen Dichtungen erzielt.

Claims (12)

1. Abgaskatalysator mit einem einen Abgasstrom (12) führenden Gehäuse (10), in dem mindestens ein Katalysatorkörper (11) angeordnet ist, der mittels einer seine Mantelfläche (18) umgebenden Umhüllung (16) im Gehäuse (10) gehalten ist, dadurch gekennzeichnet, daß anströmseitig ein die Stirnseite (20) der Umhüllung (16) gegenüber dem Abgasstrom (12) abdichtendes Dichtelement (17) vorgesehen ist, das einen den Katalysatorkörper (11) umgebenden Ringkörper (21) besitzt, der in Anströmrichtung zunächst mit einer federnd im abzudichtenden Spalt (19) verspannten Dichtlamelle (24) und danach mit mindestens einer Aufnahme (22) für eine elastische, den Spalt (19) ausfüllende Dichtung (23) versehen ist.

2. Abgaskatalysator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkörper (21) als dünnwandiges, metallisches Bauteil ausgebildet ist.

3. Abgaskatalysator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkörper (21) näherungsweise eine wellenförmige Querschnittsform besitzt, wobei im Bereich der Wellentäler des Ringkörpers (21) Aussparungen (29) vorgesehen sind.

4. Abgaskatalysator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparungen (29) durch Verbindungsstege (30, 36, 37) unterbrochen sind.

5. Abgaskatalysator nach Anspruch 4, durch gekennzeichnet, daß die Verbindungsstege (30, 36, 37) mehrerer hintereinander angeordneter Aufnahmen (22) am Umfang des Ringkörpers (21) zueinander versetzt angeordnet sind.

6. Abgaskatalysator nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtlamelle (24) mit über den Umfang des Ringkörpers (21) verteilten Schlitzen (27) ausgebildet ist.

7. Abgaskatalysator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitze (27) sich von der Spitze (18) der Dichtlamelle (24) bis etwa in deren Mittelbereich erstrecken.

8. Abgaskatalysator nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkörper (21) am Außendurchmesser des abzudichtenden Spaltes (19) festgelegt ist.

9. Abgaskatalysator nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtelement (17) in einem von einem Zwischenring (14) und dem Katalysatorkörper (11) begrenzten Spalt (19) angeordnet ist.

10. Abgaskatalysator nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Umhüllung (16) des Katalysatorkörpers (11) eine Bläh- oder Quellmatte vorgesehen ist.

11. Abgaskatalysator nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungen (23) aus hitzebeständigem Keramikfaser-, Silikatgewebe oder Glasgewebe bestehen.

12. Abgaskatalysator nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtelement (17) durch Widerstandsschweißung im Eingangs-/Ausgangskonus des Katalysators befestigt ist.