DE7412737U - Katalytischer Konverter zur Behandlung von Abgasen - Google Patents

Description

ίο. Aprii 1971

PottichtcMconto· MOntJwn 175459-601 Bank ■ Dautidi· Bank MOndicn, Zwclgil. Moxlmlllomttr., Kto. 41 /M230

U 84-2/74-

UNIVERSAL OIL PRODUCTS COMPANY Des Piaines, Illinois 60016 (V.St.A.)

Katalytischer Konverter zur Behandlung von Abgasen und Verfahren zu oeiner Herstellung

Die Erfindung bezieht sich auf katalytisehe Konverter für die Entfernung giftiger oder schädlicher Bestandteile aus Abgasen von Explosionsmotoren und insbesondere auf katalytische Konverter des Typs, bei dentn der Katalysator in Form eines Überzugs auf einen monolithischen, von zahlreichen Kanälen durchzogenen bzw. wabenartig ausgebildeten Keramikkörper aufgebracht ist.

Anders gesagt betrifft die Erfindung somit insbesondere einen katalytischen Konverter zur Behandlung von co Abgasen mit einem Metallgehäuse (Gehäuse), das einen Abgaseinlaß und einen Abgasauslaß aufweist, und einem im Gehäuse angeordneten, mit Katalysator überzogenen, in axialer E* Richtung von Kanälen durchzogenen, monolithischen Keramikkörper (Monolith).

Da derartige monolithische Keramikkörper außerordentlich zerbrechlich sind und raschem Abrieb unterliegen, wenn man zuläßt, daß sie gegen das sie umgebende Metall-

gehäuse Vibrationsbewegungen ausführen, wurden bereits zahlreiche Versuche unternommen, den Monolith gegen das Gehäuse zu isolieren (vgl. z. B. die USA-Patentschriften 3 441 381, 3 441 382 und 3 692 497). Ein zur Lösung dieses Problems beso&rlttener Weg bestand darin, den Monolithen dadurch abzupolstern, daß seine Mantelfläche mit einem Stück eines gewellten feinmaschigen Drahtgeflechts oder -strumpf s., typiocherweise aus einem nicht-ro st enden Material, wie korrosionsbeständigem Stahl oder Inconel, umhüllt wurde. Der umhüllte Monolith wurde dann in das Konvertergehäuse eingesetzt.

Es wurde festgestellt, daß bei dieser Technik das Drahtmaschengeflecht beim Einsetzen in das Metallgehäuse wegen der infolge der Pederungseigenschaften des gewellten Drahtmaschengeflechts zwischen diesem und dem Metallgehäuse auftretenden Reibung nicht in befriedigender Weise kontröilier-t werden kann. Wsgsn dsr Reibung zwischen dem Drahtmaschengeflecht und dem Ke cexllgehäuse neigt das Drahtmaschengeflecht dazu, sich so aufzubauschen, daß.es ungleichmäßige Druckkräfte auf den Monolith ausübt. Aufgrund der örtlich ungleichmäßigen Verteilung der auf den Monolith einwirkenden Druckkräfte kann es leicht zu einem frühen Versagen bzw. zu einer raschen Zerstörung des Mcnoliths infolge der harten Temperatur- und Vibrationsbeanspruchung kommen, der er dabei ausgesetzt ist. Weiterhin stellt die vorstehend erwähnte üblicherweise angewendete Einsetzmethode nicht sicher, daß der Monolith fest so zentriert angeordnet und gehaltert werden kann, daß die Achsen bzw. Seelen der zahlreichen ihn durchziehenden Kanäle parallel zur Achse des Konvertergehäuses liegen und bleiben· Da selbst eine geringfügige Verkantung des Monoliths bereits dazu führt, daß die pulsierend mit hoher. Geschwindigkeit strömenden Abgase einen ungleichmäßigen Druck auf die Seitenwände der den Monolith durchziehenden Kanäle ausüben, wird ein nicht exakt zentrierter Honolith in der feindlichen

Umgebung eines Kraftfahrzeugauspuffstroms rascher als ein zentrierter Monolith zerstört. Wenn sich beispielsweise eine nach dem Stand der Technik verwendete Polsterdecke aus Maschendrahtgeflecht an einem zwischen den Enden de»» Monoliths liegenden Punkt aufbauscht« so bildet sie dadurch einen Kippunkt, um den die weniger fest unterstützten Enden des Monoliths Schwingbewegungen ausführen können, wodurch sie verschlissen oder abgesplittert werden, wenn sie unter der Wirkung der von den Auspuffgasströmen ausgeübten Kräfte gegen im Metallgehäuse vorgesehene metallische Rückhalteorgane stoßen.

Hauptaufgabe der Erfindung ist insbesondere, eine Polsterdecke zum Anordnen und Haltern eines monolithischen Keramikkörpers im Gehäuse eines katalytischen Konverters zu schaffen, die den Monolith zentriert, keine ungleichmäßigen Pressungen auf seinen Umfang ausübt, den Zusammenbau das Konverters bei einer !Fertigung in hohen Stückzahlen erleichtert, es ermöglicht, bei der Herstellung der verschiedenen Teile des Konverters größere Fertigungstoleranzen zuzulassen und das den Monolith umgebende Metallgehäuse so kühl hält, daß die verhältnismäßig großen Unterschiede zwischen den Wärmedehnungskoeffizienten des Metallgehäuses und des Monoliths nur einen vernachlässigbar geringen Einfluß auf die für den Monolith vorgesehene Halterung haben. .

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen katalytischen Konverter der eingangs bezeichneten Art gelöst, der durch eine um den Monolith gelegte Polsterdecke aus einem zusammenpreßbaren, federnden und gegen Temperaturen bis zu mindestens etwa 815°C (i5OO°B^l)beständigen Material, die sich axial über mindestens einen ^eil der Länge des Monoliths erstreckt und in teilweise zusammengepreßtem, also zwischen dem voll entlasteten und dem voll zusammengepreßten Zustand liegenden Zustand in einem Mittelstück des Gehäuses

angeordnet ist, und einen gekrümmten Metallmantel, der die Polsterdecke so umgibt, daß er diese von der Innenwand des Mittelstücks des Gehäuses trennt, gekennzeichnet ist.

Bei den Konvertern der Erfindung ist der Monolith somit in dem - vorzugsweise röhrenförmig ausgebildeten Metallgehäuse sicher gehaltert und zentriert.

Erfindungsgemäß wird der Monolith somit zunächst mit einer zusammenpreßbaren Polsterdecke, vorzugsweise aus Keramik- bzw. Steinwolle mit einem echten Schmelzpunkt von mindestens etwa 1650⁰C (3000⁰F), umhüllt. Um die Polsterdecke wird dann ein dünner Metallmantel so gelegt, daß sich seine Kanten etwas überlappen. Dann wird der Metallmantel zusammengedrückt, bis sein Durchmesser kleiner als der Innendurchmesser des Gehäuses ist, und hierauf in das röhrenförmige Mittelstück des Gehäuses eingeführt und anschließend losgelassen. Obwohl der Metallmantel dünn ist, weist er eine ausreichende Zugfestigkeit (column strength) auf, um die beim Einschieben auftretenden Reibkräfte zu überwinden und dadurch zu verhindern, daß sich die Polsterdecke aufbauscht. Vorzugsweise werden die verschiedenen Teile so bemessen, daß die Kanten der (um den Monolith gelegten) Polsterdecke aneinander stoßen und die Polsterdecke sich nach dem Einsetzen in das Gehäuse nur.bis zu etwa 80 %> ihrer ursprünglichen Dicke wieder ausdehnen kann, so daß sie auf den Monolith einen Druck von mindestens etwa 0,14 kp/cm²(2 p.s.i.) ausübt. Für die Zwecke der Erfindung geeignetes Steinwoll-Polsterdeckenmaterial ist im Handel 'von verschiedenen Herstellern (u„ a. von Johns Manville, Babcock und Wilcox, und Carborundum) erhältlich. Es wurde gefunden, daß ein Polsterdeckenmaterial mit einer Nominaldicke von 6,35 mm (0,25 inch) und einer Dichte von 0,13 kg/dm^ (8 lbs./ft.') gut geeignet ist, jedoch haben diese Maßnahmen natürlich keinen beschränkenden Charakter.

Dadurch, daß man in der genannten Weise

die Foisterdecke mit einem Metallmantel umgibt und diesen zusammenpreßt, kann man eine gleichmäßige Zusammenpressung der Polsterdecke erreichen und vermeiden, daß die Polsterdecke aufgeffcuscht wird. Dies ist insbesondere insofern vorteilhaft, als dadurch das Einsetzen des Monoliths in das Gehäuse erleichtert und ein vibrationsbeständiges Polster für den Monolith geschaffen wird. Die Polsterdecke bildet nicht nur eine gleichmäßig gepolsterte Auflage für die gesamte Umfangsflache des Monoliths,. sondern weist, wenn sie aus Keramik- bzw. Steinwolle besteht, auch Wärmespeicher- und -isoliereigenschaften auf, die es ermöglichen, daß das Metallgehäuse verhältnismäßig kühl bleibt, obwohl der Monolith infolge der Verbrennung der im Abgas entnaltenen Schad- bzw. Schmutzstoffe sehr heiß wird. Beispielsweise ist aus Spezifikationsangaben eines Herstellers über eine 6,35 mm (0,25 inch) starke Keramikwollbahn mit einer Dichte von 0,192 kg/dnr⁵ (12 lbs./ft.^) zu ersehen, daß die Bahn, wenn sie auf einer Seite einer Temperatur von 1093⁰C (2000⁰P) ausgesetzt wird, auf der anderen Seite über eine Stunde lang eine Temperatur von weniger als 482⁰C (90O⁰F) aufweist. Da bei den erfindungsgemäßen Konvertern ein Metallmantel vorgesehen ist, der die Polsterdecke umgibt, ist zu erwarten, daß durch die Polsterdecke fließende Wärme vom Metallmantel reflektiert wird, so daß das Metallgehäuse noch kühler bleibt, als es ohne den erfindungsgemäß "orgesehenen Metallmantel bleiben würde.

Der thermische Ausdehnungskoeffizient des Metallgehäuses ist sehr viel, nämlich je nach dem verwendeten Material etwa 4- bis 10-mal größer als derjenige des Monoliths. Wenn das Metall und des Keramikmaterial gleich stark erhitzt wurden, so würde das Metallgehäuse beim Erhitzen auf die in einem katalytischen Konverter herrschenden extrem hohen Temperaturen beträchtlich langer werden. Aufgrund der Verlängerung des Metallgehäuses könnte der darin befindliche Monolith unter der Wirkung der Auspuffgasstöße leicht im Gehäuse vibrieren. Durch die erfindungsgeniäße Bauweise wird das Gehäuse jedoch gegen den heis-

sen Monolith gut isoliert, so daß der Temperaturanstieg des Gehäuses auf einen Bruchteil der Temperaturerhöhung begrenzt wird, die der Monolith erfährt. Somit sind nur minimale Relativbewegungen zwischen dem Gehäuse und dem Monolith möglich.

Das Metallgehäuse, der Metallmantel und die Polsterdecke begrenzen bzw. verhindern zwar Hadialbewegungen und bis zu einem gewissen Ausmaß auch Bewegungen des Monoliths in Längsrichtung, jedoch ist es erforderlich, longitudinale Bewegungen des Monoliths absolut zu verhindern. Bei den Gehäusen bekannter katalytischer Konverter waren mit Teilen des Gehäuses einstückige, sich nach innen erstreckende Flansche als Endstopper bzw. Anschläge für den Monolith vorgesehen. Derartige Flansche greifen jedoch zuweilen nicht gleichmäßig am Monolith an, so daß an den Stellen, an denen der Beruhrungsdruck am größten ist, Abrieb des Monoliths auftreten kann. Der Monolithabrieb ist insbesondere dann hoch, wenn der Monolith nicht genau zentriert ist und etwas vibrieren kann, so daß er mit den Flanschen in Berührung kommt. Erfindungsgemäß werden Bewegungen des Monoliths in longitudinaler Richtung vorzugsweise durch beilagscheibenartige Rückhaltringe unterbunden, von denen jeweils einer als eigenes Teil in jedem Ende des röhrenförmigen Gehäuses bzw. dessen Mittelstück angeordnet ist. Die Innenseite der Rückhaltringe liegt jeweils an dem anstoßenden Ende des Monoliths an, während die Außenseite jeweils an einer Schulter oder einem Flanschteil, die bzw. der an dem benachbarten Konverterein- bzw* -auslaß-Übergangsstück ausgebildet ist, anliegt.

Die Verwendung eigener Rückhaltringe zur Halterung des Monoliths in Längsrichtung ist nicht unbedingt erforderlich, f'wenn die Übergangsstücke des Konverter-Gehäuses so ausgebildet sind, daß sie in dem röhrenförmigen Mittelstück des Gehäuses t'eleskopartig geführt sind und nach

innen weisende Flansche aufweisen, die sehr sorgfältig
eben geformt sind, so daß sie plan und gleichmäßig an der betreffenden Stirnfläche des Monoliths anliegen. Es ist jedoch schwierig und teuer, derartige Flansche so au formen, daß sie ebenso plan sind, wie es eine Beilagscheibe sein kann. Wenn die Übergangsstücke des Konverters so ausgebildet sind, daß sie Buchsen aufweisen, die teleskopartig auf das röhrenförmige Mittelstück des Gehäuses aufschiebbar sind, so kommen· die Vorteile der erfindungsgemäß ι vorzugsweise vorgesehenen Rückhaltringe, nämlich ihre Fähig-

ä keit, an einer ringförmigen Randzone der Stirnfläche(n)

¹ des Monoliths mit gleichmäßigem Anpreßdruck anlegbar zu

i sein, den äußeren Kranz der Mündungsöffnungen der den Mono-

I lith durchziehenden Kanäle abdichten zu können, was dazu beiträgt, die Temperatur der Umfangsflache des Mono- ; lithen zu verringern, größtmögliche Einlaß- und Auslaß=

: querschnitte der Übergangsstücke 1^i gegebenem Monolithdurchmesser und gegebener Endauflagefläche, sowie eine
Erhöhung der zulässigen Abmessungstoleranzen der verschiedenen Vorrichtungsteile zu ermöglichen, besonders stark -■ zum kragen. Um einen gleichmäßigen Anpreßdruck zwischen

den Rückhaltringen und dem Monolith zu gewährleisten, sollte \ die Gesamtlänge des Monoliths und der Rückhaltringe größer

als die Länge des Mittelstücks des Gehäuses sein. Wenn der ; Monolith kürzer als das röhrenförmige Mittelstück des Ge-

; häuses ist, sollte der Durchmesser der Rückhaltringe gering-

: fügig kleiner als der Innendurchmesser des Mittelstücks

: . sein. Wenn der Monolith langer als das röhrenförmige Mittel- \ stück ist, sollte der Durchmesser der Rückhaltringe knapp

: kleiner als der Innendurchmesser der Übergangsstücke sein.

Die Abmessungen der verschiedenen Bauteile, die sich ala . sehr zweckmäßig erwiesen haben, sind:

1,52 mm (0,060 inch) für das Mittelstück und die Übergangs- i- stücke (Wandstärke),

ι ' 1,27 mm (0,050 inch) für die Rückhaltringe, .

ξ_: 3,17 nun (0,125 inch) für die radiale ,.Überlappung zwischen

C den Rückhaltringen und dem Monolith,

0,25 !!im (0,010 inch) für den Metallmantel (Wandstärke).

In der Zeichnung zeigt:

Figur 1 eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen kata-Iyti3chen Konverters in einer bevorzugten Ausführungsform;

Figur 2 eine Ansicht des Konverters von Figur 1 in axialer Richtung, wobei Teile des Gehäuses weggebrochen sind, so daß die verschiedenen Schichten des Konverters zu sehen sind;

Figur 3 einen vergrößerten Ausschnitt der Schnittansicht · von Figur 1;

Figur 4 eine der in Figur 3 wiedergegebenen analoge Teil- ___ Schnittansicht eines modifizierten erfindungsgemäßen Konverters;

Figur 5 eine den in den Figuren 3 und 4 wiedergegebenen Teilschnittansichten analoge Teilschnittansicht einer weiteren modifizierten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Konverters
und

Figur 6 eine den Teilschnittansichten der Figuren 3 his 5 analoge vergrößerte Teilschnittansicht noch einer anderen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Konverters.

In den Figuren 1 bis 3 ist ein erfindungsgemäßer katalytischer Konverter 10 mit einem Metallgehäuse 12 (nachstehend kurz als "Gehäuse 12" bezeichnet) dargestellt, das aus einem röhrenförmigen, vorzugsweise zylindrxEshen Mittelstück 14 und zwei Einlaß- bzw. Auslaß-Übergangsstücken bzw. 17 besteht, die mit Schweißnähten 18 bzw. 19 an das Mittelstück 14 angeschweißt sind. An das Übergangsstück 16 ist ein röhrenförmiges Abgaseinlaßanschlußstück 20 (nachstehend kurz als "Einlaßfitting 20" bezeichnet) und an das Übergangsstück 17 ein Abgasauslaßanschlußstück 22 (nachstehend kurz als "Auslaßfitting 22" bezeichnet) angeschweißt.

Der Konverter 10 ist dazu geeignet und vorgesehen, in der Auspuffleitung eines Explosionsmotors (nicht dargestellt) oder einer anderen Quelle umweltverschmutzender Gase so angeordnet zu werden, daß die Abgase durch den Einlaßfitting 20 in den Konverter 10 ein- und durch den Auslaßfitting 22 wieder aus dem Konverter 10 austreten*

Im Gehäuse 12 ist ein bienenwabenartiger oder monolithischer, katalytischer Keramikkörper 24 (nachstehend kurz als "Monolith 24" bezeichnet) angeordnet- Der Monolith 24 weist eine Vielzahl axial verlaufender Durchflußöffnungen oder Kanäle 26 auf, deren Oberflächen mit einem Katalysator 28 überzogen sind. Vor dem Einsetzen des Monoliths 24 in das Gehäuse 12 wird die Außen- oder Mantelfläche des Monoliths vorzugsweise mit einer Schicht aus faserigem bzw. faserhaltigen! Aluminiumsilikat ζ ement (z.ß, des unter der Handelsmarke "Fiberfrax" verkauften Typs) - die AIuminiumsilikatfaserzementschicht ist nachstehend kurz als

32" be ζ ei cane ti — überzogen. Die Zementschicht 32 dient dazu, die Poren in der Außenfläche des Monoliths abzudichten. Der Monolith 24 wird dann mit einer Polsterdecke 34 aus Keramikfasern umhüllt, die z.B. 6,35 nun (0,25 inch) dick ist und aus Keramik- bzw. Steinwolle mit einem echten Schmelzpunkt von über etwa 1650⁰C (300O⁰F) besteht. Wenn die Polsterdecke 34 so um den Monolith 24 gelegt ist, daß ihre Kanten aneinander stoßen, wird ein dünner, gekrümmter Metallmantel 36» der z.B. aus korrosionsbeständigem Stahl besteht und etwa 0,25 mm (0,010 inch) dick ist, um die Polsterdecke 34 gelegt. Vorzugsweise läßt man die Kanten des Metallmantels 36 etwas überlappen, um sicherzustellen, daß die Polsterdecke vollständig überdeckt ist, sowie um das Zusammendrücken des Metallmantels und der darunterliegenden Pdsterdecke 34 auf einen kleineren Durchmesser, so daß der Metallmantel und die Polsterdecke leicht in das röhrenförmige Mittelstück 14 eingesetzt werden können, zu erleichtern. Der Metallmantel 36 kann mittels

einer (nicht dargestellten) Vorrichtung zusammengepreßt werden, die einer Kolbenringzange gleicht.

Der Metallmantel 36 weist Rutschklemmelemente 36' auf, durch die eine Drehbewegung zwischen der Polsterdecke 34 und dem Metallmantel 36 verhindert wird. Der Metallmantel kann auch auf andere Weise verformt sein oder werden, um Drehbewegungen gegenüber der Polsterdecke zu verhindern. Dies kann beispielsweise auch durch Wellen erreicht werden. Wenn Dreh-Gleitbewegungen zwischen der Polsterdecke 34 und dem Metallmantel 36 kein Problem sind, so kann der Metallmantel 36 auch glatt sein.

Um eine ausreichende.Dämpfung des Monoliths 24 zu erzielen und zu verhindern, daß er unter der Einwirkung pulsierender Auspuffgase in axialer Richtung gegen irgendwelche metallische Haltecrgane bzw. Rückhaltglieder vibriert, wird die Polsterdecke 34- vorzugsweise auf etwa 75 bis 80 % ihrer ursprünglichen Dicke zusaiuD'.engepreßt, so daß für einen Anpreßdruck gegen die äußere Oberfläche des Monoliths

in der Größenordnung von etwa 0,14 bis 0,28 kp/cm (2 bis 4 p.s.i.) gesorgt wird. Die vorstehenden Maßangaben für die Zusammenpressung der Polsterdecke 34 sind nicht als Beschränkung zu verstehen, sondern stellen lediglich ein Beispiel eines Bereiches dar, in dem befriedigende Ergebnisse erzielt werden.

Wie bereits weiter oben erw"lmt, führen die Wärmeisolierungswirkung einer Polsterdecke 34 aus Keramikfasern und das Reflexionsvermögen des Metallmantels 36 dazu, daß das röhrenförmige Mittelstück 14 des Gehäuses im Vergleich zum Inneren des Monolithen 24, in dem die Auspuffgase mit dem Katalysator 28 reagieren, wobei sich Temperaturen von bis zu 815°C (150O⁰F) und zuweilen sogar noch höhere Temperaturen entwickeln, ziemlich kühl bleibt. Dadurch, daß das Mittelstück 14 sehr viel kälter bleibt als

der Monolith 24, "bleibt der Unterschied zwischen der axialen Wärmedehnung des Monoliths 24 einerseits und des Gehäuses bzw. des Mittelstücks 14 andererseits beim Botrieb des Konverters verhältnismäßig unbedeutend, obwohl korrosionsbeständiger Stahl, aus dem das Mittelstück 14 vorzugsweise se gefertigt wird, einen Wärmedehnungskoeffizienten von

etwa 1,25 x 10~⁵/°C (7,0 χ ΙΟ"*⁶/⁰*¹) aufweist, während der Wärmedehnungskoeffizient des Monoliths 24 in Abhängigkeit

von dem Keramikmaterial, aus dem dieser im Einzelfall

^; besteht, nur etwa 1,25 - 3,75 x 10"⁶/°C (0,7 - 2,1 χ 10~⁶/°F)

j betragt.

Wie weiter oben bereits eiwähnt, wird durch den von der Polsterdecke 36 auf den Monolith 24 ausgeübten Radialdruck eine axiale Bewegung des Monoliths 24 verhindert bzw. gehemmt. Eine zusätzliche und noch exaktere bzw, festere axiale Fixierung des Monoliths 24 wird durch ein Paar bexlagsscheibenartiger Rückhaltringe 40 erreicht, die an den Enden des Monoliths 24 angeordnet sind. Die Rückhaltringe 40 weisen vorzugsweise einen Durchmesser auf, der (nur) etwas kleiner als der Innendurchmesser des röhrenförmigen Mittelstücks 14 ist, so daß sie in das Mittelstück 14 einschiebbar sind _und : an den Stirnflächen des Monoliths 24 zum Anschlag gebracht' werden können. Die Rückhaltringe 40 schützen den Monolith 24, da sie plan sind und verhältnismäßig gleichmäßig und satt an dessen Stirnflächen anliegen, so daß alle auftretende?; Axialkräfte auf eine große Fläche verteilt werden. Die Rückbal-fcringe 40 liegen an einer außenliegenden ringförmigen Anschlagrandzone 24¹ der Stirnflächen des Monoliths an und dichten unter ihnen liegende Kanäle 26 ab (die des-Jialb als Blindkanäle 26' bezeichnet werden), wodurch die Umfangsoberfläche des Monoliths 24 kühler als dessen Mittelteil gehalten wird. Die Rückhaltringe 40 ermöglichen es auch, bezüglich der Länge des Monoliths 24 verhältnismäßig große Fertigungstoleranzen zuzulassen. Vorzugsweise

ist der Monolith 24 kürzer als das Mittelstück 14 (Figuren 1 und 3), so daß die Rückhaltringe 40 in die Mündungen des Mittelstücks 14 (zumindest zum Teil) eingeführt und darin gehaltert werden können. Bei der in Figur 1 wiedergegebenen Ausführungsform der Erfindung sollte die Summe der Dicken der beiden Rückhaltringe 40 größer als die Längendifferenz, zwischen dem Mitteistück 14 und dem Monolith 24 sein, um sicherzustellen, daß an den Übergangsstücken 16 und 17 vorgesehene Schultern 42 und 44 in feste Berührung mit den Rückhaitringen 40 gebracht werden können, bevor man die Übergangsstücke 16 bzw. 17 durch die Schweißnähte bzw. 19 mit dem Mittelstück 14 verschweißt.

Bei dem in Figur 4 wiedergegebenen. modifizierten erfindungsgemäßen Konverter ist der Monolith 124 langer als das Mittelstück 114, um sicherzustellen, daß der Rückhaltring 140 an der ringförmigen Anschlagrandzone 124' anliegt, das Mittelstück 114 dagegen nicht berührt. Der Rückhaltring 140 ist ebener als Metall, wie die Schulter des Übergangsstücks 116, gewöhnlich geformt werden kann, und kann damit den auf der Stirnfläche des Monoliths 124 lastenden Druck gleichmäßiger verteilen. Weiterhin kann bei gegebener Flächengröße der Anschlagrandzone 124'der Innendurchmesser des Übergangsstücks 116, wenn ein eigener Rückhaltring 140 verwendet wird, größer gemacht werden als wenn man die Schulter 142 in ihrer radialen Ausdehnung so vergrößert, daß der Verlust sn ebener Auflagefläche, der durch den gekrümmten übergangsabschnitt 116' entsteht, ausgeglichen wird.

In ^igur 5 ist eine modifizierte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Konverters wiedergegeben, der eine Polsterdecke 234 aus Keramikwolle und einen Metallmantel 236 aufweist. Wie aus Figur 5 zu ersehen ist, ist zur Fixierung des Endes des Monoliths 224 ein sich nach innen erstreckender Flansch bzw. eine Schulter 242 am Übergangs-

stück 216 vorgesehen. Wahlweise könnte wie "bei der in Figur 4- wiedergegebenen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Konw&rters ein flacher Rückhaltring (nicht dargestellt) vorgesehen werden, um die Schwierigkeiten zu überwinden bzw. zu vermeiden, die es macht, die Schulter 24-2 so zu fertigen, daß sie plan ist.

In Figur 6 ist eine weitere modifizierte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Konverters εit einer Polsterdecke 334- aus einem zusammenpreßbaren, federnden, hochtemperaturbeständigen Material, z.B. einem Metalldrahtmaschengeflecht, wiedergegeben. Es seidarauf hingewiesen, daß stattdessen selbstverständlich auch eine Polsterdecke 334- aus Keramikfasern verwendet werden Könnte. Der Metallmantel 336 dieser Ausfuhrungsform eines erfindungsgemäßen Konverters ist, wie aus der Darstellung zu ersehen ist,mit Rutschklemmelementen (336') versehen, um Drehbewegungen zwischen dem Metallmantel 336 und der Polsterdecke 334-, die aus Maschendrahtgeflecht besteht, zu verhindern. Der Metallmantel kann, statt mit Nagellöchern 336', gegebenenfalls auch auf andere Weise verformt, z. B. gewellt ausgebildet sein, um Drehbewegungen gegenüber der Polsterdecke zu verhindern. Wenn Drehbewegungen zwischen der Polsterdecke und dem Metallmantel kein Problem *>ind, kann der Metallmantel auch glatt sein.

Die Ausführungsformen der Erfindung, bei denen ein Metalldrahtmaschengeflecht als Polsterdecke vorgesehen ist, sind zwar nicht ganz so vorteilhaft wie die Ausführungsformen der Erfindung, die mit einer sich über die gesamte Länge des Monoliths erstreckenden Polsterdecke aus Keramikbzw. Steinwolle ausgerüstet sind, Jedoch den bekannten Konvertern eindeutig überlegen, bei denen das Maschendrahtgeflecht nicht mit einem Metallmantel umhüllt ist, so daß sich das Maschendrahtgefüeoht aufbauschen und zusammenschieben kann, was wiederum zu einer nicht sauber zentrierten

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Halterung führt und das Einsetzen des Monoliths und des Drahtmaschengeflechts in das Gehäuse recht schwierig macht.

Claims (1)

10. April 197¹* U 842/74

Ea-fe^tttiaasprüche

1, Katalytischer Konverter zur Behandlung von Abgasen mit einem Metallgehäuse (Gehäuse), das einen Abgaseinlaß und einen Abgasauslaß aufweist, und einem im Gehäuse angeordneten, mit katalysator überzogenen, in axialer Richtung von Kanälen durchzogenen, monolithischen Keramikkörper (Monolith), gekennzeichnet durch eine um den Monolith (24) gelegte Polsterdecke aus einem zusammenpreßbarenj federnden und gegen Temperaturen bis zu mindestens etwa 815°C beständigen Material, die sich axial über mindestens einen Teil der Länge des Monoliths (24) erstreckt"und in teilweise zusammengepreßtem, also zwischen dem voll entlasteten und dem voll zusammengepreßten Zustand liegenden Zustand in einem Mittelstück (14) des Gehäuses (12) angeordnet ist, und einen gekrümmten. Metallmantel (36), der die Polsterdecke (34) so umgibt, daß er diese von der Innenwand des Mittelstücks (14) des Gehäuses (12) trennt.

2. Konverter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich» net, daß der Metallmantel (36) auf seiner Innenseite an der Polsterdecke (34) an- bzw. in diese eingreifende Rutschklemmelemente (36') aufweist.

3. Konverter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rutschklemmelemente (36') aus dem. Metallmantel (.36) herausgeschlagen bzw.-getrieben und mit diesem einstückig sind.

4. Konverter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Polsterdecke (34) aus einer Bahn aus Keramikfasern besteht.

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5. Konverter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, da^ die Polsterdecke (3*0 so.stark zusammengepreßt ist, daß der in ihr gehaiterte Monolith (24) keine Radial- und/oder Drehbewegungen ausführen kann*

6. Konverter nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine auf 75 bis 80 % ihrer Dicke in unbelastetem Zustand zusammengepreßte Polsterdecke (34).

7. Konverter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Polsterdec'-.e (34) inaxialer Richtung über die im wesentlichen gesamte Länge des Monoliths (24) erstreckt.

8. Konverter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch eine Polsterdecke (3*0, deren Dichte so hoch ist, daß ein Durchfluß voi. Abgas zwischen der Außenseite des Monoliths (24) und der Innenwand des Mittelstükkes (14) des Gehäuses (12) verhindert wird.

9. Konverter nach einem der Ansprüche, 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Kanten des Metallmantels (36) überlappen.

10. Konverter nach einem der Ansprüche 1 bis 9» dadurch gekennzeichnet, daß die PoI^terdecke (34) so stark zusammengepreßt ist, daß sie auf den Monolith (24) einerseits und den Metallmantel (36) andererseits einen Anpreß-, druck von etwa 0,14 bis 0,28 kp/cm (2 bis 4 p.s.i.) ausübt.

11. Konverter nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch eine Polsterdecke (34·)» die unbelastet eine Dichte von etwa 0,13 kg/difr⁵ (8 lbs./ft.^)

und eine Dicke von etwa 6,35 nim (0,25 inch) besitzt.

12. Konverter nach einem der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch ein Gehäuse (12) mit einem länglichen, röhrenförmigen Mittelstück (14) mit im allgemeinem konstantem Querschnitt, das in axialer Richtung etwas länger als der Monolith (24) ist, und mindestens einen Rückhaltring (40), der teilweise im Mittelstück (14) liegend so angeordnet ist, daß seine dem Monolith (24) zugewandte Flachseite (innere Flachseite) an einer ringförmigen Anschlagrandzone (24·) der einen der beiden Stirnflächen des Monoliths (24) anliegt und mit seiner anderen Flachseite, die etwas außerhalb des Mittelstücks (14) liegt, an einem Teil des Gehäuses (12) gegen aus dem Mittelstück (14) herausführende Bewegungen abgestützt ist.

13. Konverter nach einem der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch ein Gehäuse (12) mit einem länglichröhrenförmigen Mittelstück (14) mit im allgemeinen konstantem Querschnitt, das in axialer Richtung etwas kürzer als der Monolith (24) ist, und mindestens einen Rückhaltring (40), der mit seiner inneren Flachseite an der Anschlagrandzone (24') einer der beiden Stirnflächen des Monoliths (24) anliegt und mit seiner anderen Flachseite. an einem Teil des Gehäuses (12) gegen vom Mittelstück (14) · wegführende Bewegungen abgestützt ist.

14. Konverter.nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallmantel (36) in axialer Richtung kürzer als der Monolith (24) ist.

15- Konverter nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Polsterdecke (34) einen echten Schmelzpunkt von mindestens etwa 1650°C (3000°F) besitzt.

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