DE19618656A1 - Montageverfahren für einen Abgaskatalysator und Lagerungsmatte zur Durchführung dieses Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Montage eines Abgaskatalysators und eine zu diesem Zweck geeignete Lagerungsmatte. Ein Abgaskatalysator besteht in der Regel aus einem Metallgehäuse, einem oder mehreren keramischen Monolithen und wenigstens einer Lagermatte. Der Monolith ist zentral im Gehäuse angeordnet und ist im wesentlichen von zylindrischer Form. Seine Längsachse verläuft in Längsrichtung des Gehäuses bzw. in Richtung des strömenden Abga­ ses. In einem zwischen der Umfangsfläche des Monolithen und der Gehäusein­ nenseite vorhandenen Spaltraum ist die Lagerungsmatte mit Vorspannung ange­ ordnet. Sie hält durch elastische Rückstellkräfte den Monolithen im Gehäuse fest.

Es gibt drei grundsätzlich unterschiedliche Bauweisen von Abgaskatalysatoren. Bei der einen Bauform ist das Gehäuse in zwei Gehäuseschalen unterteilt, wobei die Trennfuge zwischen den Gehäuseschalen in Längsrichtung des Abgaskata­ lysators verläuft. Im Montagezustand sind die beiden Gehäuseschalen aufeinan­ dergesetzt und miteinander verschweißt. Bei einer anderen Bauform ist das Ge­ häuse ein Rohrabschnitt, auf dessen einem Ende ein Einström- und auf dessen anderem Ende ein Ausströmtrichter aufgesetzt ist. Bei einer weiteren Bauform wird um einen mit einer Lagermatte versehenen Monolithen ein Blechzuschnitt gewickelt. Solche Abgaskatalysatoren werden auch als Wickel-Katalysatoren be­ zeichnet.

Bei der Montage eines Rohrkatalysators, also eines Abgaskatalysators mit rohr­ abschnittsförmigem Gehäuse, wird zunächst auf die Umfangsfläche des Monolithen ein entsprechend bemessener Lagermattenzuschnitt aufgelegt und das so ent­ standene Paket in einen Gehäuse-Rohrabschnitt eingepreßt. Die Haftreibung zwi­ schen Lagermatte und der keramischen Monolith-Oberfläche ist in der Regel größer als zwischen Lagermatte und der Innenseite des als Gehäuse dienenden Rohrabschnittes. Je nach Art der verwendeten Lagermatte kann aber die Reibung zwischen Gehäuseinnenseite und Lagermatte so groß sein, daß die dabei entste­ henden und gegen die Einschubrichtung des Monolithen wirkenden Kräfte die Festigkeit der Lagermatte übersteigen. Lagerungsmatten bestehen im allgemei­ nen aus Mineralfasern, die durch ein Bindemittel, etwa ein organisches Polymer, zusammengehalten sind bzw. in die Matrix eines solchen Bindemittels eingebettet sind. Wenn die obengenannten, durch die Reibung zwischen Lagermatte und Ge­ häuseinnenseite verursachten Kräfte die Kohäsionskräfte des Lagermatten­ systems übersteigen, kommt es zu einem Abscheren, d. h. die an die Gehäuse­ innenseite angrenzenden Außenbereiche der Lagermatte bleiben bei der Ein­ schubbewegung des Monolithen gegenüber den dem Monolithen nahen Berei­ chen zurück. Dadurch werden die elastischen bzw. mechanischen Ligenschaften der Lagermatte und damit deren Haltefunktion in unkontrolliertem Maße beein­ flußt. Außerdem besteht die Gefahr, daß am Ende der Einschubbewegung die in Einschubrichtung vorlaufende Stirnkante der Lagermatte zurückgeschoben wird und der Spaltraum zwischen Monolith und Gehäuse an dieser Stelle nicht voll­ ständig mit der Lagermatte ausgefüllt ist. Werden diese Stirnkantenbereiche den Abgaspulsationen ausgesetzt, so kann es zu einem Auswaschen bzw. zu einer Erosion der Lagermatte kommen. Bei den aus zwei Halbschalen bestehenden Abgaskatalysatoren und bei den obengenannten Wickelkatalysatoren erfolgt die Montage auf eine grundsätzlich andere Weise. Es treten aber auch hier Verschie­ bungen der Lagerungsmatte auf, die mit einer Relativbewegung zwischen Gehäu­ seinnenseite und Lagerungsmatte im Zusammenhang stehen.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, das obengeschilderte Problem dadurch zu umgehen, daß zwischen der Lagermatte und der Gehäuseinnenseite zumindest während der Montage des Abgaskatalysators eine die Reibung zwischen Lager­ matte und Gehäuseinnenseite verringernde Gleitschicht angeordnet wird. Diese Gleitschicht bedeckt zumindest einen Teil der miteinander in Reibkontakt stehen­ den Flächen. Auf diese Weise ist gewährleistet, daß beispielsweise beim Einschieben eines aus Monolith und Lagermatte bestehenden Pakets in ein rohr­ abschnittsförmiges Gehäuse die Lagermatte nicht abgeschert wird und am Ende der Einschubbewegung in einer vorbestimmten Position angeordnet ist.

Die Gleitschicht kann dadurch erzeugt werden, daß auf die Außenseite der Lager­ matte ein reibungsverringernder Stoff aufgebracht wird, der eine Flüssigkeit, ein Gel oder ein Feststoff sein kann. Die Flüssigkeit kann ein vorzugsweise Öl oder eine ölartige Flüssigkeit sein. Die Gleitschicht kann aber auch durch eine Gleitfolie gebildet sein. Zweckmäßigerweise ist die Gleitfolie mit der Lagermatte verbunden. Dadurch ist gewährleistet, daß bei der Montage zwischen Folie und Lagermatte keine Relativbewegung entsteht. Bei einem Rohrkatalysator heißt das, daß die Gleitfolie zuverlässig an dem in einem Rohrabschnitt eingepreßten Mono­ lithenpaket haftet. Vorzugsweise ist die Verbindung zwischen Gleitfolie und Lager­ matte eine Klebeverbindung. Es ist aber auch zweckmäßig, wenn die Gleitfolie aus einem Material besteht, das mit dem Bindemittel der Lagermatte verschweiß­ bar ist. Eine solche Verschweißung kann durch Einwirkung etwa von Wärme oder Ultraschall hergestellt werden.

Vorteilhaft ist es, wenn die Gleitflüssigkeit oder die Gleitfolie aus einem Material besteht, das bei den im Abgaskatalysator herrschenden Temperaturen rück­ standsfrei verbrennt oder sich rückstandsfrei zersetzt. Im Montagezustand bzw. im Betriebszustand ist nämlich gerade eine große Reibung zwischen der Lagermatte und der Gehäuseinnenseite erwünscht. Andernfalls bestünde die Gefahr, daß das aus Lagermatte und Monolith bestehende Paket bei Beschleunigungen in Längs­ richtung des Katalysatorgehäuses verschoben werden könnte.

Die Gleitschicht kann entweder kurz vor oder während der Montage eines Abgas­ katalysators im Montagewerk auf die Lagermatte aufgebracht werden. Es ist aber auch zweckmäßig, wenn dies bereits im Herstellerwerk geschieht. Es könnten dann den jeweiligen Katalysatortypen bzw. Baugrößen entsprechende Zuschnitte angefertigt werden, deren im Montagezustand der Gehäuseinnenseite zuge­ wandte Außenseite mit der Gleitschicht, also einer Gleitflüssigkeit oder einer Gleitfolie zumindest teilweise versehen werden. Bezüglich der Art der Gleitschicht und deren Befestigung gilt das oben Gesagte analog.

Die obengeschilderten Probleme können aber auch dadurch umgangen werden, daß die Lagermatte selbst so eingestellt ist, daß die bei einer Relativbewegung zwischen Lagermatte und Gehäuse während der Montage des Abgaskatalysators auftretenden Reibkräfte kleiner sind als die Abscherkräfte der Lagermatte. Wenn hier von Abscherkräften gesprochen wird, so sind darunter jene Kräfte zu verstehen mittels derer eine Deformation durch eine entgegengerichtete Verschiebung aneinandergrenzender Mattenschichten erfolgt. So bleibt etwa beim Einpressen eines Monolithenpakets in ein rohrförmiges Gehäuse bei zu großer Reibung die Außenseite einer Lagermatte gegenüber der fester am bewegten Monolithen haftenden Innenseite. Die zwischen den genannten Seiten liegenden Mattenbereiche werden gegeneinander verschoben, was letztlich zu einem Abscheren, d. h. zu einer Trennung einander benachbarter Mattenschichten führt.

Eine Lagermatte, die die erforderlichen Eigenschaften aufweist, kann auf ihrer Außenseite, d. h. also der im Montagezustand der Gehäuseinnenseite zugewandten Seite, mit einer Gleitschicht bedeckt sein. Die Gleitschicht kann aus einer Flüssigkeit, einem Feststoff oder einem Gel gebildet sein. Es können aber auch Mischungen, dieser genannten Stoffe Verwendung finden. Die Gleitschicht muß sich auch nicht streng auf die Oberfläche der Lagermatten erstrecken, sie kann sich auch zumindest teilweise sich in die Matte hineinerstrecken oder diese etwa ganz durchsetzen. Vorteilhaft ist es auch, wenn ein Bindemittel zur Herstellung der Lagermatte verwendet wird, das in Reibpaarung mit den in Rede stehenden Gehäuseinnenseiten einen geringen Reibbeiwert aufweist. Denkbar ist es auch, der Lagermatte einen Stoff zuzusetzen, der eine Absenkung der Reibung zwischen Lagermatte und Gehäuseinnenseite bewirkt.

Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein rohrabschnittsförmiges Katalysatorgehäuse mit darin angepreßtem Monolithenpaket,

Fig. 2 einen Querschnitt durch einen Abgaskatalysator mit einem zweischa­ ligen Gehäuse,

Fig. 3 den Ausschnitt III aus Fig. 2 und

Fig. 4 einen Ausschnitt einer erfindungsgemäßen Lagermatte.

Bei der Herstellung eines rohrabschnittsförmigen Abgaskatalysators, im folgenden Rohrkatalysator genannt, wird ein Rohrabschnitt 1 bereitgestellt und in diesen Rohrabschnitt 1 ein Monolithpaket 2 eingepreßt. Das Monolithpaket 2 besteht aus dem Monolithen 3 und einer Lagermatte 4. Die Lagermatte 4 bedeckt dabei voll­ ständig die Außenumfangsfläche des Monolithen 3. Der angestrebte Idealzustand bzw. die gewünschte Anordnung der Lagerungsmatte ist in Fig. 1 durch die gestri­ chelten Linien 5 angedeutet. Die Lagerungsmatte schließt dabei vorzugsweise bündig mit den Stirnflächen 6 des Monolithen 3 ab. Der gesamte zwischen den Stirnflächen sich erstreckende Spaltraum ist dabei vollständig mit der Lagerungs­ matte ausgefüllt. Ein typischer Fall einer Mattenverschiebung während des Ein­ pressens eines Monolithenpakets ist in Fig. 1 ebenfalls dargestellt. Die nicht ord­ nungsgemäß verlaufenden Stirnflächen der Lagerungsmatte 4 sind mit durchge­ zogenen Linien 8 angedeutet. Im oberen Teil der Fig. 1 ragt die Lagerungsmatte über die Stirnfläche 6 des Katalysators hinaus. Diese überstehenden Bereiche sind dem zerstörenden Einfluß der Abgaspulsationen des Abgasstromes beson­ ders ausgesetzt. Es kommt hier zu einem erhöhten Mattenaustrag bzw. einer Mat­ tenerosion, die sich - einmal begonnen - in den Spaltraum hinein fortsetzen kann. Das andere, der Stirnfläche 6b benachbarte Ende der Lagerungsmatte füllt den Spaltraum 7 nur teilweise aus. Die Folge ist, daß in diesem Bereich die Lagermat­ te 4 praktisch ohne Flächenpressung im Spaltraum 7 einliegt. Zumindest in die­ sem Bereich ist dadurch eine Haltefunktion der Lagermatte nicht gewährleistet.

In Fig. 2 ist ein aus zwei Gehäuseschalen 10 zusammengesetzter Abgaskataly­ sator dargestellt. Bei der Montage eines solchen Abgaskatalysators wird das Mo­ nolithpaket in die untere Gehäuseschale 10a eingelegt. Die zweite Gehäusescha­ le 10b wird dann von oben im wesentlichen in Richtung des Pfeiles 11 aufgesetzt. Dabei tritt häufig das Problem auf, daß Mattenteile in die Trennfuge 12 zwischen den beiden Gehäuseschalen 10a und 10b eingedrückt werden. Die so entstande­ ne Materialansammlung 13 in der Trennfuge 12 verhindert, daß die Gehäusescha­ len 10a und 10b trennspaltfrei aufeinandergesetzt werden können. Die Material­ ansammlung 13 behindert außerdem das Zusammenschweißen der Gehäuse­ schalen. Die gestrichelte Linie 16 in Fig. 2 zeigt die korrekte Lage der Lagermatte an.

Bei einem in Wickeltechnik hergestellten Katalysator wird ein Blechzuschnitt um ein Monolithpaket 2 herumgewickelt. Es ist leicht einsichtig, daß bei dieser Be­ wegung die Lagermatte infolge zu großer Haftung an der Innenseite des Blech­ zuschnitts in Wickelrichtung mitgenommen und dadurch eine Relativbewegung zwischen Mattenaußenseite und Matteninnenseite entsteht. Auch hier kann es zu einer Ungleichverteilung der Lagermatte kommen. Insbesondere kann sich eine Materialansammlung an den miteinander zu verschweißenden Enden des Blech­ zuschnittes kommen.

Die geschilderten Mattenverschiebungen bzw. Beeinträchtigungen können verhin­ dert werden, wenn zumindest bei der Montage zwischen der Lagermatte 4 und 12 eine Gleitschicht 14 vorhanden ist. Diese in Fig. 2 nur abschnittsweise dargestellte Gleitschicht 14 kann z. B. eine Gleitfolie 14a (Fig. 4) sein. Es kann sich aber auch um eine Gleitflüssigkeit, etwa ein Öl oder eine ölartige Flüssigkeit handeln. Die Gleitschicht verringert die Reibung zwischen der Lagermatte 4 und der Gehäuse­ innenseite 15. Die Gleitschicht kann entweder vor oder während der Montage im Montagewerk angebracht werden oder bereits bei der Herstellung einer Lager­ matte vorgesehen werden. In Fig. 4 ist eine solche Lagermatte dargestellt. Mit der im Montagezustand der Gehäuseinnenseite zugewandten Außenseite der Lagermatte 3 ist eine Gleitfolie 14a verbunden. Die Dicke dieser Gleitfolie 14a so­ wie die Dicke der Gleitschicht 14 in Fig. 1 ist aus zeichnerischen Gründen über­ trieben dargestellt.

Bezugszeichenliste

1 Gehäuse
2 Monolithpaket
3 Monolith
4 Lagermatte
5 gestrichelte Linie
6a Stirnfläche
6b Stirnfläche
7 Spaltraum
8 durchgezogene Linie
10a Gehäuseschale
10b Gehäuseschale
11 Pfeil
12 Trennfuge
13 Materialansammlung
14 Gleitschicht
14a Gleitfolie
15 Gehäuseinnenseite
16 gestrichelte Linie
17 Außenseite.

Claims (20)

1. Verfahren zum Herstellen eines Abgaskatalysators mit einem Gehäuse (1), wenigstens einem Monolithen (3) und wenigstens einer Lagermatte (4), wobei der Monolith zentral im Gehäuse, und zwischen der Gehäuseinnenseite (15) und der Umfangsfläche des Monolithen die Lagermatte angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß vor oder während der Montage der genannten Teile zwischen der Lagermatte und dem Gehäuse eine während der Montage wirksame, die Reibung zwischen Lagermatte und Gehäuseinnenseite verringernde Gleitschicht angeordnet wird, die zumindest einen Teil der miteinander in Reibkontakt stehenden Flächen bedeckt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitschicht (14) durch einen vor der Montage des Abgaskatalysators auf die im Montagezustand der Gehäuseinnenseite (15) zugewandte Außenseite (17) der Lagermatte (4) aufgebrachten Stoff erzeugt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stoff eine Flüssigkeit, ein Gel oder ein Feststoff ist.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit ein Öl oder eine ölartige Flüssigkeit ist.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitschicht durch eine Gleitfolie (14a) gebildet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitfolie (14a) mit der Außenseite (17) der Lagermatte (4) verbunden ist.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitfolie (14a) mit der Lagermatte (4a) verklebt ist.

8. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerungsmatte ein Bindemittel enthält, das mit der Gleitfolie (14a) durch Anwendung von Temperatur, Ultraschall etc. verschweißbar ist.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitfolie (14a) aus einem bei den Betriebstemperaturen eines Abgas­ katalysators im wesentlichen rückstandsfrei zersetz- oder verbrennbaren Ma­ terial besteht.

10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitfolie (14a) aus Polyethylen besteht.

11. Lagermatte (4) für einen wenigstens einen Monolithen (3) und ein Gehäuse (1) umfassenden Abgaskatalysator, mit hitzebeständigen Fasern, insbesondere mit Mineralfasern, die durch ein elastisches Bindemittel zusammengehalten bzw. in einer Matrix eines solchen Bindemittels eingebettet sind, gekennzeichnet durch einen Reibbeiwert zwischen der im Montagezustand der Gehäuse­ innenseite (15) zugewandten Außenseite (17) der Lagermatte derart, daß die bei einer Relativbewegung zwischen Lagermatte und Gehäuse während der Montage des Abgaskatalysators auftretenden Reibkräfte kleiner sind als die Abscherkräfte der Lagermatte.

12. Lagermatte nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenseite (17) der Lagermatte (4) zumindest teilweise mit einer die Reibung zwischen der Lagermatte und der Gehäuseinnenseite verringernden Gleitschicht (14) bedeckt ist.

13. Lagermatte nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitschicht (14) durch ein auf die Außenseite (17) der Lager­ matte (4) aufgebrachten Stoff gebildet ist.

14. Lagermatte nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Stoff eine Flüssigkeit, ein Gel oder ein Feststoff ist.

15. Lagermatte nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit ein Öl oder eine ölartige Flüssigkeit ist.

16. Lagermatte nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitschicht (14) durch eine Gleitfolie (14a) gebildet ist.

17. Lagermatte nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitfolie (14a) mit der Lagermatte (4) verklebt ist.

18. Lagermatte nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitfolie (14a) mit der Lagermatte (4) heiß- oder ultraschallver­ schweißt ist.

19. Lagermatte nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitfolie aus einem bei den Betriebstemperaturen eines Abgaskataly­ sators im wesentlichen rückstandsfrei zersetz- oder verbrennbarem Material besteht.

20. Lagermatte nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch ein Bindemittel oder einen der Lagermatte beigefügten Zusatzstoff, welche die Reibung zwischen der Lagermatte und der Gehäuseinnenseite verringern.