DE2312794A1

DE2312794A1 - Katalysator zur katalytischen reinigung von abgasen

Info

Publication number: DE2312794A1
Application number: DE19732312794
Authority: DE
Inventors: Manfred Birth; Stanislav Dipl Ing Papez
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1973-03-15
Filing date: 1973-03-15
Publication date: 1974-09-19

Description

Katalysator zur katalytischen Reinigung von Abgasen Die Erfindung bezieht sich auf einen Katalysator zur katalytischen Reinigung der Abgase von Brennkraftmaschinen, bei dem ein mit einer Katalysatormasse versehener monolithischer Trägerkörper in einem Gehäuse elastisch gehalten ist, wobei in einem Zwischenraum zwischen dem Trägerkörper und dem Gehäuse eine den Trägerkörper umgebende, unter radialer Vor spannung stehende Ummantelung aus einem hoch temperaturbeständigen, elastischen Material, insbesondere einem keramischen Tonerde-Silikat-Paser-Material, angeordnet ist, nach Patent Nr. ... ... (Patentanmeldung P 22 48 442.0).
Die gemäß dem Vorschlag des Hauptpatentes-vorgesehene, unter radialer Vorspannung stehende Ummantelung aus einem hoch temperaturbeständigen, elastischen Material dient der Schaffung einer sicheren elastischen Halterung für den aus einer porösen, keramischen Substanz bestehenden empfindlichen Trägerkörper des Katalysators. i)iese Halterung muß zum einen den hohen mechanischen und thermischen Belastungen in einer Abgasreinigungsanlage, beispielsweise in Eraftfahrzeugen, standhalten und soll zum anderen einfach und preisgünstig in ihrer Ausführung sein.
Dadurch, daß die Ummantelung unter einer radialen Vorspannung steht, wird eine kraftschlüssige, dämpfend wirkende Verbindung zwischen dem Gehäuse einerseits und dem Trägerkörper andererseits herbeigeführt, die weitgehend eine axiale Verschiebung des Trägerkörpers in dem Gehäuse auch bei höheren mechanischen Belastungen verhindert. Um eine derartige radiale Vorspannung in der Ummantelung zu erzeugen, sind gemäß einer Ausführungsform des Hauptpatentes am Außenumfang der Ummantelung sich axial erstreckende Gleitsegmente vorgesehen, mittels derer der ummantelte Trägerkörper unter radialer Zusammenpressung der Ummantelung in axialer Richtung in das Gehäuse einbringbar ist. Gemäß einem anderen Vorschlag kann diese Vorspannung auch dadurch erreicht werden, daß das Gehäuse in der Form eines zylindrischen Blechmantels aus einem vorgerollten Rechteckblech gebildet ist, das in Umfangsrichtung um den mit der Ummantelung umgebenen Trägerkörper gewickelt wird.
Die der F Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht nun darin, die nach dem Hauptpatent ausgebildete Halterung des Trägerkörpers in dem Gehäuse weiter zu verbessern und insbesondere sicherzustellen, daß der monolithische Trägerkörper auch noch nach längerer Betriebszeit, wenn etwa durch Setzerscheinungen des Ummantelungsmaterials und dadurch bedingte Herabsetzung der radialen Vorspannung eine Lockerung der kraftschlüssigen Verbindung auftreten kann, eine einwandfreie und in axialer Richtung unverrückbare Halterung des monolithischen Trägerkörpers in dem Gehäuse gewährleistet ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, daß an den der Ummantelung zugewandten Flächen des Gehäuses und des Trägerkörpers Mittel zur formschlüssigen Verbindung zwischen dem Gehäuse bzw. dem Trägerkörper einerseits und der Ummantelung andererseits vorgesehen sind.
Durch die gemäß der Erfindung vorgesehene formschlüssige Verbindung zwischen dem Gehäuse und der Ummantelung bzw. zwischen der Ummantelung und dem'monolithischen Trägerkörper wird nun auch eine indirekte formschlüssige Verbindung zwischen dem Monolithen und dem Gehäuse geschaffen, die im wesentlichen unabhängig ist von dem Verlauf und der Güte der kraftschlüssigen Verbindung zwischen den einzelnen Teilen. Diese auf einfache Weise herstellbare formschlüssige Verbindung gewährleistet also auch dann, wenn nach einer längeren Betriebszeit des Katalysators und der dabei etwa auftretenden Setzerscheinungen des Ummantelungsmaterials die Vorspannung in der Ummantelung nachgelassen hat, einen sicheren und in axialer Richtung festen Halt des monolithischen Trägerkörpers.
Die von der Erfindung vorgeschlagene formschlüssige Verbindung kann vorteilhafter Weise dadurch verwirklicht werden, daß an den der Ummantelung zugewandten Umfangsflächen des Gehäuses und des Trägerkörpers in das Ummantelungsmaterial eingreifende Vorsprünge oder von Ummantelungsmaterial ausgefüllte Ausnehmungen vorgesehen sind. Um dabei eine örtliche Überhöhung der radialen Vorspannung in der Ummantelung zu verhindern, können diese Verbindungsmittel so angeordnet sein, daß jeweils Vorsprüngen an der Gehäuseumfangsfläche Ausnehmungen an der Trägerkörperumfangsfläche gegenüberstehen. Selbstverständlich wäre auch eine umgekehrte Anordnung möglich, bei der die Vorsprünge an der Trägerkörperumfangsfläche und gegenüberliegende Ausnehmungen an der Gehäuseumfangsfläche vorgesehen sind.
Die Vorsprünge an der Gehäuseumfangsfläche lassen sich in besonders einfacher Weise durch in Umfangsrichtung umlaufende Sicken des Gehäuses verwirklichen. Eine ausreichend formschlüssige Verbindung zwischen dem Trägerkörper und dem Ummantelungsmaterial kann unter Umständen schon dadurch geschaffen werden, daß die Umfangsfläche des Trägerkörpers eine extrem große Rauhigkeit, beispielsweise in Form von vorzugsweise in Umfangsrichtung verlaufenden Rillen oder Riefen, aufweist.
Weitere Vorteile und die wesentlichen Merkmale der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung enthalten, die die in der Zeichnung gezeigten Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in schematischer Darstellungsweise in Figur 1 einen in eine Abgasleitung einer Brennkraftmaschine einschaltbaren Katalysator, bei dem die in einem Zwischenraum zwischen dem monolithischen Trägerkörper und dem Gehäuse angeordnete Ummantelung durch entsprechende Ausbildung der der Ummantelung zugewandten Flächen des Gehäuses und des Trägerkörpers formschlüssig mit diesen verbunden ist, Figur 2a, Figur 2b und Figur 3 andere Ausführungsmöglichkeiten der erfindungsgemäßen formschlüssigen Verbindung zwischen der Ummantelung und dem Gehäuse bzw. dem Trägerkörper.
In der Figur 1 ist ein Katalysator dargestellt, der einen in einem Gehäuse 2 mit Hilfe einer unter Vorspannung stehenden, elastischen, hoch temperaturfesten Urnmantelung 3 aufgehängten Trägerkörper 1 aufweist. Der Trägerkörper zeigt in bekannter Weise in axialer Richtung verlaufende, durchgehende Kanale, an deren Oberfläche eine katalytisch wirksame Schicht aufgebracht ist, die die chemische Umsetzung der in den Abgasen von Brennkraftmaschinen enthaltenen schädlichen Gasbestandteile bewirkt. Da der Durchtritt des Abgases durch den monolithischen Trägerkörper 1 mit einem-Durokverlust verbunden ist, der zu einer Verminderung des thermodynamischen Wirkungsgrades der Verbrennungskraftmaschine führt, ist die Querschnittsfläche des Katalysators in dem Bestreben, diesen Druckverlust möglichst gering zu halten, im allgemeinen wesentlich größer gewählt als die Querschnittsfläche der das Abgas zu- und abführenden, hier nicht gezeigten Rohrleitungen.
Der Übergang von den Rohrleitungen zu dem den Trägerkörper 1 aufnehmenden Gehäuse 2 wird daher an der Zu- und Abströmseite des in Richtung des Pfeiles 12 strömenden Abgases durch konische Übergangsstücke 8 und 10 gebildet. Flansche 9 und 11 ermöglichen die Einschaltung des Katalysators in eine Abgas führende Leitung einer Brennkraftmaschine.
Bei der in der Figur 1 gezeigten Ausführung weist das zylindrische Gehäuse 2 einen in Umfangsrichtung umlaufenden radial nach innen gerichteten Vorsprung 18 von gewisser axialer Länge auf, der in das elastische Material der Ummantelung 3 eingreift und dieses durch eine formschlüssige Verbindung axial unverschiebbar gegenüber dem Gehäuse 2 festlegt. In etwa in dem gleichen axialen Bereich zeigt der Trägerkörper 1 an seinem äußeren Umfang eine umlaufende Ausnehmung 19, in die das unter Vorspannung stehende Ummantelungsmaterial eindringt. Dadurch wird auch zwischen der'Ummantelung 3 und dem Trägerkörper 1 eine formschlüssige Verbindung geschaffen, die eine axiale Relativbewegung zwischen diesen beiden Teilen verhindert. Insgesamt gesehen ergibt sich nun durch diese Anordnung, bei der die Ummantelung 3 einerseits mit dem Gehäuse 2 und andererseits mit dem Trägerkörper 1 formschlüssig verbunden ist, auch eine quasi formschlüssige" Verbindung zwischen dem Trägerkörper 1 und dem Gehäuse 2.
Wie in der Figur 1 gezeigt ist, können der-Vorsprung an der inneren Umfangsfläche des Gehäuses 2 und die Aussparung an der äußeren Umfangsfläche des Trägerkörpers 1 einander gegenüberliegend angeordnet sein, so daß das elastische Faser-Material der Ummantelung 3 bei seiner Kompression während der Herstellung des Katalysators in etwa gleichmäßig beaufschlagt wird. Aus der Zeichnung geht dabei nicht hervor, auf welche Weise auf die Ummantelung die radiale Vorspannung aufgebracht wird. Dies könnte beispielsweise dadurch geschehen, daß ein mit der Ummantelung versehener Trägerkörper entsprechend dem älteren Vorschlag mit einem Rechteckblech umwickelt wird oder indem das Gehäuse aus zwei den ummantelten Trägerkörper umgreifenden Gehäusehalbschalen unter Druck zusammengefügt wird.
In den übrigen Figuren der Zeichnung sind andere Ausführungsformen für die formschlüssige Verbindung zwischen dem Gehäuse 2 bzw. dem Trägerkörper 1 und der Ummantelung 3 dargestellt.
So wird in der Figur 2a eine Ausführung gezeigt, bei der der Trägerkörper 1 an seiner Umfangsfläche einen Vorsprung in Form eines Ringbundes 20 aufweist, der in das elastische Material der Ummantelung 3 eindringt. An dem Gehäuse 2 ist eine radial nach innen gerichtete Sicke 21 vorgesehen, die gegenüber dem Ringbund 20 axial versetzt angeordnet ist.
Die Figur 2b zeigt eine ähnliche Ausführung, bei der anstelle der aus dem Gehäusematerial herausgearbeiteten Sicke 21 ein aus einem Kreisring bestehendes Kragenblech 22 beispielsweise durch eine Verschweißung an der inneren Umfangsfläche des Gehäuses 2 angebracht ist.
In der Figur 3 ist schließlich eine Ausführung gezeigt, bei der die Ummantelung 3 zwischen zwei an der inneren Umfangsfläche des Gehäuses 2 angebrachten Kragenblechen 23 gehalten ist. Die formschlüssige Verbindung zwischen der Ummantelung 3 und dem Trägerkörper 1 wird dadurch gebildet, daß die äußere Umfangsfläche 24 des Trägerkörpers 1 extrem rauh ausgeführt ist. Die in dem elastischen Material der Ummantelung 3 eingebetteten Erhebungen und Vertiefungen der Oberfläche 24 vergrößern den Reibwert zwischen der Ummantelung 3 und dem Trägerkörper 1 und sichern auf diese Weise den letzteren vor einer relativen axialen Verschiebung gegenüber der Ummantelung,bzw. dem mit der Ummantelung formschlüssig verbundenen Gehäuse 2.
Neben den in der Zeichnung gezeigten Ausführungsformen sind selbstverständlich auch andere Möglichkeiten einer formschlüssigen Verbindung zwischen der Ummantelung einerseits und dem Gehäuse bzw. dem Trägerkörper andererseits möglich.
In jedem Fall soll durch die von der Erfindung vorgeschlagene zweifache formschlüssige Verbindung eine Lagerung für den monolithischen Trägerkörper in dem Gehäuse erzielt werden, die bei Aufrechterhaltung einer die Übertragung von Schwingungen auf den empfindlichen Trägerkörper ausschließenden Elastizität eine auch beim Auftreten von durch die Abgasströmung verursachten Gasimpulsen sichere und axial unverschiebbare Halterung des Trägerkörpers gegenüber dem Gehäuse gewährleistet. Selbstverständlich beschränkt sich die Erfindung nicht auf kreiszylindrische Querschnittsformen des Katalysators; es sind vielmehr auch ovale oder vieleckige Querschnittsformen möglich. Es ist auch nicht unbedingt erforderlich, daß die Vorsprünge und Ausnehmungen durchgehend in Umfangsrichtung umlaufen. Sie können ebenso einzeln oder abschnittsweise über den Umfang verteilt angeordnet sein.

Claims

Ansprüche

1. Katalysator zur katalytischen Reinigung der Abgase von Brennkraftmaschinen, bei dem ein mit einer Katalysatormasse versehener monolithischer Trägerkörper in einem Gehäuse elastisch gehalten ist, wobei in einem Zwischenraum zwischen dem Trägerkörper und dem Gehäuse eine den Trägerkörper umgebende, unter radialer Vorspannung stehende Ummantelung aus einem hoch temperaturbeständigen, elastischen Material, insbesondere einem keramischen Tonerde-Silikat-Faser-Material, angeordnet ist, nach Patent Nr. ... ...

(Patentanmeldung P 22 48 442.0), dadurch gekennzeichnet, daß an den der Ummantelung (3) zugewandten Flächen des Gehäuses (2) und des Trägerkörpers (1) Mittel (18 bis 24) zur formschlüssigen Verbindung zwischen dem Gehäuse bzw. dem Trägerkörper und der Ummantelung vorgesehen sind.

2. Katalysator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an den der Ummantelung (3) zugewandten Umfangsflächen des Gehäuses (2) und des Trägerkörpers (1) in das Ummantelungsmaterial eingreifende Vorsprünge (18, 20 bis 23) oder von Ummantelungsmaterial ausgefüllte Ausnehmungen (19) vorgesehen sind.

3. Katalysator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß den Vorsprüngen an der Umfangsfläche des Gehäuses (2) Ausnehmungen (19) an der Umfangsfläche des Trägerkörpers (1) gegenüberstehen.

4. Katalysator nach den Ansprüchen 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge an der Umfangsfläche des Gehäuses (2) durch in Umfangsrichtung umlaufende Sicken (18, 21) gebildet sind.

5. Katalysator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umfangsfläche (24) des Trägerkörpers (1) eine extrem große Rauhigkeit aufweist.

L e e r s e i t e