DE3822944C2

DE3822944C2 -

Info

Publication number: DE3822944C2
Application number: DE3822944A
Authority: DE
Inventors: Hermann Dipl.-Ing. 8500 Nuernberg De Ermer; Rainer Dipl.-Ing. 8070 Ingolstadt De Scholz; Axel Dipl.-Ing. 8500 Nuernberg De Boehmer
Original assignee: Leistritz AG
Current assignee: Leistritz AG
Priority date: 1988-07-07
Filing date: 1988-07-07
Publication date: 1991-05-23
Also published as: DE3822944A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Abgaskatalysator, ins besondere für Fahrzeuge, bestehend aus einem Gehäuse, mit einer den Katalysatorkörper aufnehmenden Innenschale, sowie einer thermisch isolierten Außenschale, und mit trichter förmig ausgebildeten Gehäuseenden verbundenen Anschluß flanschen, die jeweils eine das Gehäuseende aufnehmende, etwa mittig angeordnete Bohrung und mehrere hiervon beab standete, über die Anschlußflansche verteilte Schrauben bohrungen aufweisen.

Bei den bislang bekanntgewordenen Abgaskatalysatoren der vorstehend bezeichneten Art handelt es sich in der Regel um Katalysatoren mit einem mehrschichtigen Gehäuse, welches den eigentlichen Katalysatorkörper aufnimmt. Dabei besteht die Innenschale des Gehäuses zumeist aus einem hochwerti gen, thermisch außerordentlich belastbaren Material. Dage gen 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 iso lierende Einlage, z. B. in Form einer Keramikmatte mit oder ohne Glimmerzusätzen u. a., angeordnet. Im Bereich der trichterförmig ausgebildeten Gehäuseenden liegen allerdings aus Platzgründen Innen- und Außenschalen direkt aneinander und sind jeweils miteinander und mit einem Anschlußflansch fest verbunden. Es hat sich nun in der Praxis herausge stellt, daß gerade im Bereich der trichterförmig ausgebil deten Gehäuseenden wegen der fehlenden, thermisch isolie renden Einlagen eine Wärmeleitung vom Inneren des trichter förmig ausgebildeten Gehäuseendes über den Bereich des Anschlußflansches an die Katalysatoraußenschale stattfinden kann. Nachdem nun aber gerade die Außenschale wegen ihrer Materialbeschaffung den auftretenden hohen thermischen Belastungen 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 Wärmeabschirmung weitere Maßnahmen, wie beispielsweise, zusätzliche Außenschalen mit Isolierung vorgesehen, womit sich allerdings wiederum die Herstellungskosten eines sol chen Katalysators erhöhen.

Aus diesen Gründen ist, z. B. von der DE-OS 35 06 219, bereits vorgeschlagen worden, daß bei einem Katalysator mit mindestens zwei hintereinander angeordneten Monolithen die Innenschale durch eine im Bereich zwischen den Monolithen liegende Sickenverbindung axial unverrückbar festgelegt ist und im Bereich der Anschlußflansche je einen Gleitsitz zum Ausgleich der Wärmeausdehnung aufweist. Diese Anordnung bringt jedoch mit sich, daß die Innenschale aus einem ein zigen Teil gefertigt sein muß, damit zumindest ein Berühren der inneren und äußeren Schale im Bereich der trichterför migen Verjüngung infolge Verrutschens der inneren Schale ausgeschlossen ist. Bei einer einteiligen Innenschale er gibt sich infolge ihres hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten eine teilweise Verschiebung derselben gegenüber dem Mono lithen, vor allem in axialer Richtung. Insbesondere ver schiebt sich dadurch die trichterförmige Verjüngung der Innenschale, wodurch bei heißem Katalysator, also während der Fahrt, kein formschlüssiger Sitz des Monolithen in axi aler Richtung, also meist in Fahrtrichtung, mehr gegeben ist. Bei plötzlichen Verzögerungen des Fahrzeugs kann dies zu einer irreversiblen Verschiebung des Monolithen gegen über der Innenschale und nach Abkühlung des Katalysators zu erheblichen Spannungen in der Innenschale führen, wodurch diese auf Dauer beschädigt werden kann. Demgegenüber hat eine mehrteilige Innenschale, deren äußere Teile am Befe stigungsflansch angeschweißt sind und am Umfang des Mono lithen einen Gleitsitz aufweisen, den Vorteil, daß bei erhitzter Innenschale dieselbe aufgrund ihrer Ausdehnung mit ihrem konischen Teil axial verstärkt auf den Monolithen drückt und diesen somit vor allem während der Fahrt unver rückbar festgelegt. Nach Abkühlung des Katalysators kann sich die Innenschale problemlos in axialer Richtung zusammen ziehen, so daß Spannungen durch Gleiten der Innenschale auf dem Monolithen abgebaut werden können. Somit ist die Maß nahme, die Wärmeleitung von der Innen- bzw. Außenschale durch einen Gleitsitz im Bereich der Befestigungsflansche zu verringern, auf einteilige Innenschalen beschränkt, und birgt außerdem die erhebliche Gefahr einer Beschädigung der Innenschale.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Abgaskatalysator der eingangs beschriebenen Art so auszuge stalten, daß trotz einer festen Verbindung der Innen- und Außenschale im Bereich des Befestigungsflansches die Wär meleitung von der Innen- zur Außenschale so weit als mög lich reduziert wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Abgaskatalysator der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Innen- und Außenschale im Flanschbereich mit Ausnahme höchstens einer linienähnlich verschweißten Berührungs fläche voneinander beabstandet sind. Durch den Abstand zwi schen den Schalen bis in den Bereich des Befestigungs flansches besteht für die Wärmeleitung eine relativ große Strecke über die gesamte Innenschale und die Schweißnaht oder den Befestigungsflansch zur Außenschale, so daß der Wärmewiderstand maximal wird. Somit wird die Wärmeleitung im Flanschbereich von zwischen Innen- und Außenschale des Abgaskatalysators eingeschlossener Luft oder durch eine eingebrachte Isolationsmatte verhindert.

Hierzu entsprechend ist erfindungsgemäß weiter vorgesehen, daß die voneinander beabstandete Innen- und Außenschale zur Stabilisierung jeweils einzeln mit den entsprechenden Anschlußflanschen verbunden sind.

Schließlich erfährt die Erfindung noch eine alternative Ausgestaltung dadurch, daß die Anschlußflansche eine Aus sparung derart aufweisen, daß eine linienähnliche Berüh rungsfläche jeweils zwischen Gehäuseende im Flanschbereich und hieran angeschweißtem Anschlußflansch vorhanden ist. Durch diese Maßnahme wird die Kontaktfläche zwischen dem jeweiligen Gehäuseende und dem entsprechenden Anschlußflansch besonders klein gehalten, was ebenfalls zur Verringerung der Wärmeleitung vom Inneren eines jeden Gehäuseendes über den jeweiligen Flanschbereich an die Außenschale des Abgaskatalysators führt. Die Verhinderung von Wärmeleitung kann noch zusätzlich verstärkt werden, indem die Aussparungen so ausgebildet sind, daß zwischen Innen- und/oder Außenschale des Gehäuseendes und dem dazu korrespondierenden Anschlußflansch jeweils ein Luftspalt vorgesehen ist. Eine derartige Ausgestaltung der Anschlußflansche erleichtert zudem die Aufnahme und Fixie rung des jeweiligen Gehäuses in dem dazugehörigen Anschlußflansch.

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

Fig. 1 einen Teil-Längsschnitt durch eine Ausführungsform eines Abgaskatalysators im Flanschbereich;

Fig. 2 eine Draufsicht einer anderen Ausführungsform eines Anschlußflansches von einem Abgaskataly sator ohne Gehäuse,

Fig. 3 einen Teil-Längsschnitt durch eine andere Ausfüh rungsform eines Abgaskatalysators im Flansch bereich;

Fig. 4 einen Teil-Längsschnitt durch eine abgewandelte Ausführungsform eines Abgaskatalysators im Flanschbereich.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist der Anschlußflansch 8 einteilig aus Metall od. dgl. ausgebil det. In der Bohrung 9 ist das im Flanschbereich 7 axial ausgebildete Gehäuseende 6 eingesteckt und über die Außen schale 5 mit dem Anschlußflansch 8 fest verbunden. 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 Abgaskata lysator abgewandten Stirnseite 17 mit der Außenschale 5 verschweißt. In dem von Innenschale 3 und Außenschale 5 des Gehäuseendes 6 gebildeten Zwischenraum 23 ist Luft einge schlossen, die der Wärmeleitung vom Inneren des gasein tritts- bzw. gasaustrittsseitigen Gehäuseendes 6 im Flanschbereich 7 an die Umgebung bzw. Außenschale 5 einfach und wirksam verringert. Fig. 3 zeigt eine hiervor gering fügig abgewandelte Ausführungsform eines Abgaskatalysators mit Anschlußflansch 8. Hier sind wiederum die axial auslau fende Innenschale 3 und Außenschale 5 im Flanschbereich 7 voneinander, ohne sich zu berühren, gänzlich beabstandet, und werden mit dem Anschlußflansch 8 aus Stabilitätsgründen jeweils separat verschweißt. Zu diesem Zweck ist an der Bohrung 9 auf der dem Abgaskatalysator zugewandten Stirn seite 21 eine zylindrische Ausdrehung 24 vorgesehen, die zudem noch eine die Montage erleichternde Aufnahme und Fixierung der Außenschale 5 darstellt. Der mit Luft ange füllte Zwischenraum 23 zwischen der Innenschale 3 und der Außenshale 5 sichert die gewünschte Wärmeisolierung.

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 Schrau benbohrungen 10 zum Kontern an einem Gegenflansch versehen. Der Anschlußflansch 8 ist aus zwei unverlierbar gehalter ten, zueinander in radialer Richtung geringfügig beabstan deten Teilen 11, 12 gebildet, 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 Anschlußflan sches 8 weisen in axialer Richtung gegeneinander wirkende Schultern 13 auf, zwischen die wärmeisolierendes Material 14 eingelegt ist, welches hierzwischen bei Verspannungen des Anschlußflansches 8 an dem nicht dargestellten Gegenflansch fest eingeklemmt wird. Durch die radial geringfügig vonein ander beabstandeten Teile 11, 12 des Anschlußflansches 8 entsteht ein Luftspalt 15, welcher den Wärmetransport vom Inneren des Abgaskatalysators über den Flanschbereich 7 an die Umgebung begünstigt. Eine Isolationsschicht 16, z. B. aus Glimmer-Quellkeramik bestehend, liegt der dem Abgaskatalysator abgewandten Stirnseite 17 des inneren Teils 11 vom Anschlußflansch 8 an und wird bei dessen Montage zur Abdichtung an den Gegenflansch gepreßt.

Bei der dargestellten Ausführungsform eines Abgaskatalysa tors nach Fig. 4 ist an der Bohrung 9 auf der dem Katalysa tor 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 Berührungsfläche 28 von der Bohrung aufgenommen und ist an dieser mit dem Anschlußflansch 8 verschweißt. Die das wärmeisolierende Material umgebende Außenschale 5 ist im Bereich der Ausdre hung 24 zur Innenschale 3 hin abgekröpft und mit dieser ebenfalls verschweißt. Zur weiteren Stabilisierung ist die Außenschale 5 an der dem Katalysator zugewandten Stirnseite 21 des Anschlußflansches 8 angeheftet. In der von Ausdre hung 24 des Anschlußflansches 8 und Abkröpfung 25 der Außenschale gebildeten Ringkammer 26 ist Luft zur Reduzie rung der Wärmeleitung eingeschlossen. Zusätzlich erlaubt gerade diese Ausführungsform eines Abgaskatalysators mit Anschlußflansch 8 am jeweiligen Gehäuseende 6 eine verbes serte Führungs- und Fixierungsmöglichkeit von Innenschale 3 und Außenschale 5 im Anschlußflansch 8.

Die Erfindung ist nicht nur auf die aufgeführten Ausfüh rungsbeispiele beschränkt. So könnte der Abgaskatalysator mit jeweils einem Anschlußflansch 8 an jedem Gehäuseende 6 auch als Kombination mehrerer vorgenannter Ausgestaltungen, zur Verringerung bzw. gänzlichen Verhinderung von Weiter leitung der Wärme im gaseintrittsseitigen und/oder gasaus trittsseitigen Gehäuseende 6 im Flanschbereich 7 und Anschlußflansch 8 auf die Außenschale 5, ausgebildet sein. Auf der anderen Seite sind auch Anschlußflansche 8 mit runder oder quadratischer Grundfläche mit einem erfindungs gemäßen Abgaskatalysator geeignet.

Claims

1. Abgaskatalysator, insbesondere für Fahrzeuge, beste hend aus einem Gehäuse mit einer den Katalysator körper aufnehmenden Innenschale sowie einer thermisch isolierten Außenschale und mit trichterförmig ausge bildeten Gehäuseenden verbundenen Anschlußflanschen, die jeweils eine das Gehäuseende aufnehmende, etwa mittig angeordnete Bohrung und mehrere hiervon beab standete, über die Anschlußflansche verteilte Schrau benbohrungen aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Innen- und Außenschalen (3, 5) im Flanschbereich (7) mit Ausnahme höchstens einer linienähnlich ver schweißten Berührungsfläche (22, 28) voneinander beab standet sind.

2. Abgaskatalysator nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die voneinander beabstandete Innen- und Außenschale (3, 5) jeweils einzeln durch linien förmige Schweißnähte mit dem Anschlußflansch verbun den sind.

3. Abgaskatalysator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußflansche (8) Ausspa rungen (24, 27) derart aufweisen, daß eine linienähn liche ausgebildete Berührungsfläche (28) jeweils zwi schen Gehäuseende (6) im Flanschbereich (7) und Anschlußflansch (8) entsteht.