DE3519965C3 - Anordnung zur Halterung eines Katalysators in einem Gehäuse eines Abgassystems eines mit flüssigem Brennstoff betriebenen Motors - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Halterung eines Katalysatorkörpers in einem Gehäuse, gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es sind Anordnungen bekannt, bei denen in einer Rohrleitung, durch die heiße Gase geführt werden, ein Gehäuse mit einem Körper, z. B. einen Filterkörper, angeordnet ist. Solche Anordnungen sind z. B. bekannt aus der chemischen Industrie oder als Anordnungen zur Abgasreinigung aus dem Kraftfahrzeugbau. Im letzteren Anwen­ dungsgebiet handelt es sich um katalytisch beschichtete Mono­ lithe, die in einem in der Abgasleitung des Fahrzeugmotors an­ geordneten Gehäuse untergebracht sind. Die Verwendung bei Fil­ tern in der chemischen Industrie ist analog. Bei den zu halten­ den Körpern handelt es sich meistens um stoßempfindliche Körper und um solche, die in ihrer Einbaulage fixiert sein müssen. Dieses ist z. B. auch bei Meßinstrumenten in gasdurchströmten Leitungen der Fall.

Da weiterhin oftmals der zu haltende Körper oder die zu haltende Einrichtung einen anderen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist als die Rohrleitung bzw. das aufnehmende Gehäuse, er­ geben sich besondere Schwierigkeiten für solche Halterungen. Bei den Einrichtungen zur Halterung eines katalytisch beschichteten Monolithen für die Abgasreinigung bei Fahrzeugen mit einem mit flüssigem Brennstoff betriebenen Motor hat sich eine Halterung des Monolithen durch ein Umfanggestrick bewährt. Dabei kann die Halterung nur über stirnseitig angeordnete und die Stirnseite des Körpers umgreifende Gestricke erfolgen oder über Mineralgeflechte, die längs des Umfanges und die Stirnkanten des Körpers umgreifend angeordnet sind (DE-PS 22 13 539). Die DE-AS 14 76 507 schließlich zeigt noch eine Monolithhalterung, bei welcher die Oberfläche des Körpers mit einer porenschließenden Schicht aus Aluminumsilikat bedeckt ist und sodann die eigentliche Halterung mittels eines metallischen gewellten Gestrickes erfolgt. Nach der DE-PS 22 13 539 ist es auch bekannt, eine Umströmung des zu haltenden Körpers durch Anordnung eines oder mehrerer radialer Dichtringe zwischen dem Haltekörper und dem Gehäuse bzw. den Abdichteinprägungen zu verhindern.

Dem Anschein nach sind von den Firmen Anselm & Co., 8832 Weissenburg, und Max Rhodius GmbH, 8832 Weissenburg, vor dem Anmeldetag des Patents mehrlagige, pfeilförmig gewellte, mehrfädige Metallgestricke der Firma Heinrich Gillet KG, 6732 Edenkoben, die sich mit dem Einbau von Katalysatorkörpern in Abgasanlagen befaßt, geliefert bzw. angeboten worden. Der Oberbegriff des Anspruchs 1 ist so gefaßt, daß derartige Metallgestricke bzw. damit fertigbare Katalysatorkörperhalterungen den Ausgangspunkt der Erfindung darstellen.

Die Vielzahl der Lösungsvorschläge für die Halterung eines Körpers in einem gasdurchströmten Gehäuse zeigt, daß eine befriedigende Lösung noch nicht gefunden ist. Dieses gilt insbesondere bezüglich der sicheren Halterung unter dem Einfluß einer pulsierenden Gas­ strömung wie es bei den Abgasen von Brennkraftmaschinen oder bei mit Kolbenmotoren geförderten Gasen auftreten. Bei derartigen Ein­ richtungen besteht die Gefahr, daß sich der zu haltende Körper infolge der impulsartigen Beaufschlagung bewegt und bei Berührung mit Teilen des Gehäuses beschädigt wird. Eine zweite, damit zu­ sammenhängende Schwierigkeit ist in der Abdichtung gegenüber dem den Körper umströmenden Gas zu sehen.

Dieser Umströmanteil muß so gering wie möglich gehalten werden, da das den Körper durchströmende Gas bei dem Durchströmen des Körpers, z. B. eines Katalysators, gereinigt wird während der um­ strömende Gasanteil unbehandelt bleibt und hinter dem Katalysa­ torkörper dem Abgas wieder zugeführt wird und so den Wirkungsgrad der Reinigung herabsetzt. Bei gasführenden Leitungen von Fahr­ zeugmotoren mit Abgasen, muß der Umströmanteil extrem gering ge­ halten werden.

Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, eine gattungs­ gemäße Halterung aufzuzeigen, die sowohl in der Herstellung des Halterungsmittels als auch in der Montage möglichst einfach und damit zuverlässig ist, den zu haltenden Körper ohne ihn zu ge­ fährden zuverlässig hält, und zwar auch bei pulsierendem Gas­ strom und ungleichmäßiger Beaufschlagung, und außerdem eine aus­ reichende Dichtung gegenüber dem den Körper umströmenden Gasan­ teil ermöglicht.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist die gattungsgemäße Anordnung erfindungsgemäß so ausgebildet, wie im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegeben.

Die im Anspruch 1 enthaltenen Merkmale, daß das Halteelement eine Teilung der Einprägungen von 8 bis 14 mm und eine Gestrickhöhe von 5 bis 11 mm aufweist, stellen eine unzulässige Erweiterung dar, aus der im Sinne des Beschlusses des 12. Senats des Bundespatentgerichts vom 28. Juni 1988 (Bl. PMZ 89, S. 53-56) Rechte nicht hergeleitet werden können.

Die Halterung des Katalysatorkörpers mittels eines die Stirnkanten umgreifenden Metallgestricks ist an sich bekannt (DE-GM 81 15 324), auch in der Form, daß umgeschlagene zweilagige Randbereiche axial vor den Stirnkanten des Katalysatorkörpers axial haltende Umbiegungen bilden (DE-PS 29 35 470). Hierbei handelt es sich jedoch nicht um Metallgestrick, das pfeilförmige Einprägungen in vierlagigen verstärkten Randbereichen aufweist und überdies aus einem flachgepreßten Metallgestrickschlauch gefertigt ist.

Das erfindungsgemäß eingesetzte Halteelement läßt sich in besonders einfacher Weise herstellen. Die Herstellung eines metallischen Schlauchgestricks, z. B. aus den besonders geeigneten Werkstoffen Inconel 601 oder Nicrofer 6023 ist bekannt. In der Regel ist das Gestrick 2fädig. Wenn dieser Schlauch zusammengepreßt wird, ergibt sich ein gut federndes Gestrickband.

Die beidseitigen pfeilförmigen Einprägungen, gesteigert in der Wirkung durch die Randbereichverstärkung und das Umgreifen der Stirnkanten des Katalysatorkörpers, verhindern eine Schrägverschiebung des Körpers infolge der Gasanströmung und verbauen als Sperre den Strömungsweg des Umströmanteils des Gases. Es werden eine sichere Halterung und eine verbesserte Dichtheit nahezu ohne Gasumströmung des Körpers erreicht. Diese Ausbildung reicht in vielen Anwendungsfällen bereits aus, den Umströmanteil des Gases so weit herabzusetzen, daß sich weitere Maßnahmen erübrigen. Bereits im Anströmbereich ist eine besonders wirkungsvolle Dichtheit gegen eine Umströmung des Körpers erzielt. Ferner ergibt sich eine Verbesserung in der Montage der Halterung, weil der Körper besonders gleichmäßig umhüllt ist. Es wird eine besonders einfache und zuverlässige Halterung des Katalysatorkörpers bewirkt. Da das Halteelement den Körper vor der Montage an mindestens einer Stirnseite überragt und im eingebauten Zustand die Stirnkante des Körpers umgreift, wird erreicht, daß das Halteleement sich in seinem verstärkten Randbereich beim Einführen in das Gehäuse, das einen Einlauf- und einen Auslauftrichter und ggf. eine Anlagekante im Bereich des Übergangs zu dem zylindrischen Teil aufweist, um die Stirnseite des Körpers legt und somit eine Halterung in axialer Richtung bildet, während der den Körper umhüllende Teil des Halteelements die Halterung in radialer Richtung darstellt.

Es hat sich gezeigt, daß ein einfaches, zumindest einlagiges Umhüllen des Körpers mit dem Gestrick zu dessen sicherer Halterung innerhalb des Gehäuses ausreicht. Maßnahmen wie Verdichten der Mantelfläche des Körpers oder stirnseitige Anordnung weiterer Halteelemente sind nicht erforderlich.

Die pfeilförmigen Einprägungen verlaufen vorzugsweise unter 70° zur Kante des Metallgesticks.

Die Verstärkung des Randbereichs des Gestricks kann in unterschiedlicher Weise erreicht werden. Zum Beispiel kann der Gestrickschlauch vor dem Verpressen radial nach innen an zwei gegenüberliegenden Seiten um etwa 2 cm eingedrückt und sodann verpreßt werden, so daß das ebene Halteelement in seinen Randbereichen die doppelte Lagenzahl aufweist. Oder daß Halteelement ist an beiden Längsaußenkanten nach innen umgeschlagen, so daß der Randbereich die doppelte Lagenzahl aufweist. Dabei hat es sich als ausreichend erwiesen, wenn der Umschlag an den Längskanten etwa 2 cm beträgt.

Bei den Abgasen von mit flüssigem Brennstoff betriebenen Moto­ ren ist eine weitestgehende Verhinderung der Umströmung des Körpers von Abgas wünschenswert, da der umströmende Gasanteil ungereinigt bleibt. Um eine besonders sichere Abdichtung gegen Umströmungen zu erreichen, weist gemäß einer weiteren Ausfüh­ rung der Erfindung das Halteelement parallel zur Längsachse mindestens eine geradlinige Einprägung zur Aufnahme eines Dichtstreifens auf, wobei die Längsachse die des ebenen Elementes ge­ mäß Fig. 2 ist. Bei nur einer Einprägung kann diese entlang der Längsachse, d. h. ein der Mitte des ebenen Elementes, erfolgen. In dieser Einprägung ist gemäß der Weiterführung der Erfindung ein Dichtstreifen eingelegt. Dieser kann ebenfalls aus einem metallischen Gestrick, aber auch aus Mineralwolle, Glaswolle oder dergleichen bestehen. Auch metallische Streifen, z. B. aus Kupfer oder Edelstahl können als Dichtstreifen eingelegt werden.

Die Patentansprüche 4 bis 6 zeigen eine Weiterführung der Erfindung, die eine besonders wirkungsvolle Verpressung des Halteelements bewirkt. Diese kann bei Anordnungen, z. B. in Kraftfahrzeugen und hohem Abgasdruck angebracht sein. In den Fig. 1, 2 und 3 ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Halterung dar­ gestellt und zwar am Beispiel der Halterung eines katalytisch beschichteten Monolithen in der Abgasleitung eines Fahrzeuges. Es zeigt

Fig. 1 schematisch einen Längsschnitt der Halterung,

Fig. 2 die Abwicklung des Halteelementes und

Fig. 3 einen Ausschnitt an der Stelle Z der Fig. 2.

Bei dem Ausführungsbeispiel soll ein Körper 1, der ein katalytisch beschichteter Monolith mit einer Vielzahl sehr feiner Längskanäle ist, in einer Rohrleitung 11, im vorliegenden Fall der Abgaslei­ tung eines Fahrzeuges, angeordnet sein und gehalten werden. Es soll ferner die Umströmung des Körpers 1 mit Abgas verhindert werden und die Halterung bei allen Betriebszuständen ausreichend sein. Die Halterung soll trotz der unterschiedlichen Ausdehnungs­ koeffizienten von Gehäuse (Stahl) und Körper 1 (Keramik) bei den unterschiedlich auftretenden Temperaturen, also in einem Bereich von etwa 800°C bis 900°C wirksam sein.

Die Abgasleitung 11 weist in Strömungsrichtung einen Einlauftrich­ ter 3a auf, an dem sich das zylindrische Gehäuse anschließt, in welchem der Körper 1 gehalten ist. Das Gehäuse 2 kann an den Ein­ lauftrichter 3a mit größerem Durchmesser angeschlossen sein, so daß sich eine Anlegekante ausbildet. An das Gehäuse 2 schließt sich entsprechend der Auslauftrichter 3b mit der folgenden Rohr­ leitung an. Das Gehäuse 2 ist mit den beiden Trichtern 3a, 3b entweder verschweißt oder über Flansche verbunden. Das zylindri­ sche Gehäuse 2 hat auf dem Umfang umlaufende Einprägungen 12, die entweder parallel zueinander verlaufen oder spiralförmig eingeprägt sind. Diese Einprägung 12 bewirkt die Verpressung des Halteelementes 4, das den Körper 1 umgibt. Das Halteelement 4 be­ steht aus einem zu einem ebenen Element zusammengepreßten 2fä­ digen Schlauchgestrick aus Draht von 0,23 mm Durchmesser aus dem Werkstoff Inconel 601 oder Nicrofer 6023 mit einer Gestrickbrei­ te von 95 mm bei 60 Maschen. Das Halteelement 4 hat beiderseits eine pfeilförmige Einprägung 5. Dabei entsteht eine Wellung mit einer Teilung von 10,5 mm bei einer Höhe des Gestrickes von 6,5 mm, der Pfeilverlauf beträgt beiderseitig 72° zur Kante. An beiden Randbereichen 6a , 6b erfolgt ein Randumschlag an den Längsaußenkanten 7a, 7b von 18 mm, so daß in diesen beiden Be­ reichen die doppelte Lagenzahl besteht. Ferner ist das Halte­ element 4 in einer Längsachse 8 mit einer geradlinigen Einprä­ gung 9 versehen, in welche ein Dichtstreifen 10 eingelegt ist. Im eingebauten Zustand verläuft diese Längsachse 8 rechtwinklig zur Durchströmrichtung des zu haltenden Katalysators.

Das Halteelement 4 ist breiter als die Länge des Körpers 1, so daß es beim Umhüllen des Körpers 1 diesen an beiden Stirnseiten überragt. Nach dem Zusammenbau legen sich diese überragenden Ab­ schnitte über die jeweilige stirnseitige Kante des Körpers 1 und bilden sowohl einen Kantenschutz als auch eine gute Abdichtung gegen Umströmung des Körpers 1 durch das Abgas. Durch die pfeil­ förmigen Einprägungen 5 ergibt sich eine bessere Halterung des Körpers 1 und sie verhindert insbesondere eine Schrägverschiebung des Körpers 1. Ferner ist durch diese Maßnahme eine Unterbrechung des Strömungsweges für das Abgas und damit eine Dichtwirkung gegeben.

Claims (6)

1. Anordnung zur Halterung eines Katalysatorkörpers in einem Gehäuse eines Abgassystems eines mit flüssigem Brennstoff betriebenen Motors und zu dessen Abdichtung gegenüber den Katalysatorkörper umströmendem Abgas, mittels eines den Katalysatorkörper mindestens einfach umhüllenden, diesen in seiner Einbaulage im Gehäuse haltenden Halteelements aus mehrfädigem, mehrlagigem Metallgestrick mit beidseitigen, pfeilförmigen Einprägungen, wobei die Pfeiläste jeweils in einem Wickel von 60 bis 80° gegenüber der in Umfangsrichtung verlaufenden Längsachse des Halteelements verlaufen, mit einer Teilung der Einprägungen von 8 bis 14 mm und einer Gestrickhöhe von 5 bis 11 mm, dadurch gekennzeichnet, daß das Halteelement (4), welches aus einem - ausgehend von einem schlauchförmigen Metallgestrick - zweilagig eben zusammengepreßten, an seinen beiden Längsaußenkanten (7a, 7b) verstärkte Randbereiche (6a, 6b) mit vier Lagen aufweisenden und abschließend, einschließlich der vierlagigen verstärkten Randbereiche (6a, 6b), durch die pfeilförmigen Einprägungen (5) verformten Metallgestrick besteht, an mindestens einer Stirnseite des Katalysatorkörpers (1) mit dem vierlagigen verstärkten Randbereich (6a, 6b) des Metallgestricks die Stirnkante dese Katalysatorkörpers (1) umgreift.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ver­ stärkung im Randbereich (6) des Halteelements (4) durch nach innen Umschlagen des Randbereiches gebildet ist, wobei der Um­ schlag etwa 2 cm beträgt.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Halteelement (4) parallel zur Längsachse (8) mindestens eine geradlinige Einprägung (9) zur Aufnahme eines Dichtstreifens (10) aufweist.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das zylindrische Gehäuse (2) auf seinem Umfang mindestens eine Abdichteinprägung (12) aufweist.

5 Anordnung nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, daß bei mehreren Abdichteinprägungen (12) diese parallel zueinander verlaufen.

6 Anordnung nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, daß die Ab­ dichteinprägung (12) spiralförmig verläuft.