DE4310933C2

DE4310933C2 - Abgaskatalysator, insbesondere für Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE4310933C2
Application number: DE4310933A
Authority: DE
Inventors: Heinz Lemberger
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 1993-04-02
Filing date: 1993-04-02
Publication date: 1999-01-07
Anticipated expiration: 2013-04-03
Also published as: DE4310933A1

Description

Die Erfindung geht gemäß dem Oberbegriff des Pa tentanspruchs 1 von der EP-B 0 245 737 aus.

Dieses Dokument zeigt und beschreibt für einen Abgaskata lysator einen aus einem Stapel glatter und gewellter Bleche gebildeten Katalysator-Trägerkörper, wobei die Stapellagen etwa in S-Form angeordnet sind. Bei derarti gen metallischen Trägerkörpern ist es üblich, die im we sentlichen in Umfangsrichtung der Mantelhülse verlaufen den Stapellagen mit der Mantelhülse jeweils fest zu ver binden.

Der erhebliche Nachteil dieser festen Verbindungen der Stapellagen mit der Mantelhülse ist, daß die Stapellagen bei hoher Temperaturbelastung die auftretende Wärmedeh nung mittels plastischer Verformung kompensieren. Dies führt einerseits beim Abkühlen in den durch Stauchen pla stisch verformten Bereichen zu Rißbildungen infolge hoher Zugspannungen (Heißrisse). Andererseits ergeben die blei benden plastischen Verformungen erhebliche Quer schnittsminderungen in den Kanälen des Katalysator-Trä gerkörpers, verbunden mit einem erhöhten Strömungswider stand.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem gattungsgemäßen Abgas katalysator eine Anordnung für einen aus im wesentlichen S-förmigen Stapellagen aufgebauten, metallischen Trägerkörper aufzuzeigen, mittels der vor allem tempe raturbedingte plastische Verformungen der Stapellagen vermieden sind.

Diese Aufgabe ist mit dem Patentanspruch 1 gelöst, wobei die freien End abschnitte der Stapellagen unter Zwischenschaltung eines zwischen der Außen kontur des Katalysator-Trägerkörpers und der Innenseite der Mantelhülse ange ordneten, nachgiebigen Elementes relativ zu der Mantelhülse schiebebeweglich angeordnet sind.

Zwar ist aus der DE 41 12 354 A ein aus einem Stapel glatter und gewellter Bleche gebildeter Katalysator-Trägerkörper bekannt, wobei die Stapel über freie End abschnitte der Stapellagen am Außenumfang des Trägerkörpers überlappend an geordnet sind, jedoch mit der aufnehmenden Mantelhülse des Abgaskatalysators durch Schweißen fest verbunden sind. Weiter ist zwar aus der DE 38 33 675 A ein Abgaskatalysator bekannt, dessen Wabenkörper unter Zwischenschaltung eines umschließenden Hüllbandes im Mantelrohr gelagert ist, wobei aber die zur Ausbil dung kissenartiger Räume gegeneinander versetzten Wellbleche des Hüllbandes miteinander verschweißt sind.

Demgegenüber liegt der Vorteil der erfindungsgemäß kombinierten Maßnahmen darin, daß zum einen die Stapellagen entsprechend der Temperaturbelastung sich durch die fehlende Fesselung am freien Ende frei dehnen bzw. längen können und damit eine bleibende plastische Verformung unterbunden ist, und daß zum ande ren die Längenänderungen der Stapellagen durch das nachgiebig wirkend gestal tete, der Halterung des Trägerkörpers in der Mantelhülse dienende Zwischen-Ele ment aufgenommen sind.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann der Katalysator-Träger körper gemäß einem Teilmerkmal des Anspruches 2 mittels eines im wesentlichen über die Katalysator-Länge sich erstreckenden Metall-Wellbandes als elastisch nachgiebigem Element mit der Metallhülse in Verbindung stehen. Nach einer weite ren Ausgestaltung kann das nachgiebige Element auch eine Quellmatte sein.

Zwecks einfacher Montage einerseits und unbehinderten Längenänderungen der Stapellagen andererseits weist der Katalysator-Trägerkörper gemäß einem weite ren Teilmerkmal des Anspruches 2 mittels einander in den freien Endabschnitten überlappend angeordneter glatter Bleche der Stapellagen eine gedeckte Außen kontur auf. Die miteinander unverbundenen, überlappten Bleche erlauben in vor teilhafter Weise der jeweiligen Temperatur entsprechende relative Längen änderungen der Stapellagen untereinander, wobei die individuellen Längen änderungen der Stapellagen über das jeweils elastisch nachgiebig anliegende Element aufgefangen sind.

Das als nachgiebiges Element erfindungsgemäß bevorzugte Wellband ist einerseits mit dem Katalysator-Trägerkörper und andererseits mit der Mantelfläche zumindest stellen weise fest verbunden. Diese stellenweisen festen Verbin dungen können entweder in den Stirnseiten von Mantel hülse, Wellband und Trägerkörper oder aber über die Länge der vorgenannten Bauteile in den jeweiligen Außenumfängen vorgesehen sein. Weiter kann das im wesentlichen über die Länge des Trägerkörpers sich erstreckende Wellband in Um fangsrichtung des Trägerkörpers einen offenen Stoß bil den, wobei das Wellband mit der Mantelhülse lediglich in einem der dem Stoß benachbarten Bereiche fest verbunden ist. Ferner können die Wellungen des Wellbandes gegenüber den Wellungen der gewellten Bleche der Stapellagen in Amplitude und/oder Teilung jeweils unterschiedlich groß gewählt sein, wobei in weiterer Ausgestaltung eine um den Faktor 2 größere Teilung bevorzugt ist und zugleich die Amplitude wiederum größer als diese Teilung gewählt ist. Letztgenanntes Merkmal ergibt in Verbindung mit der Aus gestaltung, daß die Wellungen des Wellbandes in Richtung der Wärmedehnung der Stapellagen geneigt angeordnet sind, den Vorteil einer relativ großen, elastischen Nachgiebig keit.

Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung darge stellten, bevorzugten Ausführungsbeispiels beschrieben.

Ein Abgaskatalysator 1 für Brennkraftmaschinen umfaßt einen in einer Mantelhülse 2 angeordneten metallischen Katalysator-Trägerkörper 3, der aus einem Stapel 4 glat ter Bleche 5 und gewellter Bleche 6 gebildet ist. Die En den des Stapels 4 sind jeweils gegensinnig um mindestens zwei Fixpunkte 7 und 8 verschlungen (S-Form), wobei jede der aus einem glatten und einem gewellten Blech 5, 6 ge bildeten Stapellagen 4' im wesentlichen in Umfangsrich tung der Mantelhülse 2 verlaufend in der Außenkontur des Trägerkörpers 3 endet.

Wesentlich bei dieser Anordnung ist, daß die freien Endabschnitte 4" der Stapellagen 4' unter Zwischenschal tung eines nachgiebigen Elementes 9 relativ zur Mantel hülse 2 schiebebeweglich angeordnet sind.

Wie aus der einzigen Figur weiter zu erkennen ist, weist der Katalysator-Trägerkörper 3 mittels einander in den freien Endabschnitten 4" überlappend angeordneter Bleche 5 der Stapellagen 4' eine gedeckte Außenkontur auf, wobei der durch die überlappenden, unverbundenen glatten Bleche 5 eine geschlossene Außenkontur aufweisende Trägerkörper 3 mittels eines im wesentlichen über die Länge des Trä gerkörpers 3 sich erstreckenden Metall-Wellbandes 10 als elastisch nachgiebigem Element mit der Mantelhülse 2 in Verbindung steht. Diese stellenweisen festen Verbindungen können entweder an den Stirnflächen der vorgenannten Bau teile 2, 10 und 3 oder in Längsabschnitten an den Außen umfängen der jeweiligen Bauteile 2, 10 und 3 vorgesehen sein. Ferner kann das Wellband 10 in Umfangsrichtung mit einem offenen Stoß (nicht gezeigt) ausgebildet sein, wo bei dieses mit der Mantelhülse 2 lediglich in einem der den Stoß benachbarten Bereiche fest verbunden ist.

Aus der Zeichnung ist ferner ersichtlich, daß die Wellun gen 11 des Wellbandes 10 gegenüber den Wellungen der ge wellten Bleche 6 der Stapellagen 4' in Amplitude a und Teilung t unterschiedliche groß gewählt sind. Bevorzugt ist eine Ausführung des Wellbandes 10 mit einer um den Faktor 2 größeren Teilung t, wobei wiederum die Amplitude a größer als die Teilung t gewählt ist. Diese Ausgestal tung gibt in Verbindung mit dem weiteren Gestaltungsmerk mal, daß die Wellungen 11 des Wallbandes 10 in Richtung der Wärmedehnung der Stapellagen 4' geneigt angeordnet sind, den Vorteil eines in Wärmedehnungsrichtung der Sta pellagen 4' besonders elastischen Wellbandes 10.

Im Rahmen der Erfindung kann das nachgiebige Element 9 auch eine Quellmatte sein (nicht dargestellt), wobei der Katalysator-Trägerkörper 3 ebenfalls mittels einander in den freien Endabschnitten 4" überlappend angeordneter Bleche 5 der Stapellagen 4' eine gedeckte Außenkontur aufweist.

Claims

1. Abgaskatalysator, insbesondere für Brennkraft maschinen,

1. umfassend einen in einer Mantelhülse (2) ange ordneten metallischen Katalysator-Trägerkörper (3), der
2. aus einem Stapel (4) glatter (5) und gewellte, (6) Bleche gebildet ist und
3. dessen Enden jeweils gegensinnig um mindestens zwei Fixpunkte (7, 8) verschlungen sind (S- Form), wobei
4. jede der aus einem glatten und einem gewellten Blech (5, 6) gebildeten Stapellagen (4') im wesentlichen in Umfangsrichtung der Mantel hülse (2) verlaufend in der Außenkontur des Trägerkörpers (3) endet,

dadurch gekennzeichnet,

1. daß die freien Endabschnitte (4") der Stapel lagen (4') unter Zwischenschaltung eines zwi schen der Außenkontur des Katalysator-Träger körpers (3) und der Innenseite der Mantelhülse (2) angeordneten, nachgiebigen Elementes (9) relativ zu der Mantelhülse (2) schiebebeweg lich angeordnet sind.

2. Abgaskatalysator nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet,

1. daß der Katalysator-Trägerkörper (3) mittels einander in den freien Endabschnitten (4") schiebebeweglich überlappend angeordneter glatter Bleche (5) der Stapellagen (4') eine gedeckte Außenkontur aufweist, und
2. daß zwischen dieser Außenkontur des Träger körpers (3) und der Innenseite der Mantelhülse (2) als elastisch nachgiebiges Element (9) ein im wesentlichen über die Länge des Träger körpers (3) sich erstreckendes Metall-Wellband (10) angeordnet ist.

3. Abgaskatalysator nach Anspruch 1 und 2, dadurch ge kennzeichnet, daß das Wellband (10) einerseits mit dem Katalysator-Trägerkörper (3) und andererseits mit der Mantelhülse (2) zumindest stellenweise fest verbunden ist.

4. Abgaskatalysator nach den Ansprüchen 1 bis 3, da durch gekennzeichnet,

1. daß das Wellband (10) in Umfangsrichtung des Trägerkörpers (3) mit einem offenen Stoß ausge bildet ist und
2. mit der Mantelhülse (2) lediglich in einem der dem Stoß benachbarten Bereiche fest verbunden ist.

5. Abgaskatalysator nach den Ansprüchen 1 bis 4, da durch gekennzeichnet, daß die Wellungen (11) des Wellbandes (10) gegenüber den Wellungen der gewell ten Bleche (6) der Stapellagen (4') in Amplitude (a) und/oder Teilung (t) jeweils unterschiedlich groß gewählt sind.

6. Abgaskatalysator nach den Ansprüchen 1 bis 5, da durch gekennzeichnet,

1. daß die Teilung (t) des Wellbandes (10) minde stens um den Faktor 2 größer ist und
2. daß die Amplitude (a) größer als die Teilung (t) gewählt ist.

7. Abgaskatalysator nach den Ansprüchen 1 bis 6, da durch gekennzeichnet, daß die Wellungen (11) des Wellbandes (10) in Richtung der Wärmedehnung der Stapellagen (4') geneigt angeordnet sind.

8. Abgaskatalysator nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet,

1. daß das nachgiebige Element (9) eine Quellmatte oder eine Drahtgeflechtmatte ist und
2. daß der Katalysator-Trägekörper mittels einan der in den freien Endabschnitten überlappend angeordneten glatter Bleche der Stapellagen eine gedeckte Außenkontur aufweist.