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DE2243251B2 - Vorrichtung zur Reinigung der Abgase von Brennkraftmaschinen - Google Patents

Vorrichtung zur Reinigung der Abgase von Brennkraftmaschinen

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DE2243251B2
DE2243251B2 DE2243251A DE2243251A DE2243251B2 DE 2243251 B2 DE2243251 B2 DE 2243251B2 DE 2243251 A DE2243251 A DE 2243251A DE 2243251 A DE2243251 A DE 2243251A DE 2243251 B2 DE2243251 B2 DE 2243251B2
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Germany
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sheet metal
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parts
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Guenther Frietzsche
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Paul Gillet 6732 Edenkoben GmbH
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Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Reining der Abgase von Brennkraftmaschinen und geht dabei von einer solchen Vorrichtung aus, die mit wenig stens einem von den Abgasen durchströmten Katalysa torträgerblock, einem sogenannten Monolithen ausge stattet ist, der in einem metallenen Gehäuse über ring förmige Teile aus Metallgestrick radial und über radial· Blechringe an seinen Stirnkantenbereichen axial gela gert ist Solche Vorrichtungen werden in aller Rege den üblichen Schalldämpfern in Abgasabführungen voi Brennkraftmaschinen in eigenen Gehäusen vorgeschal tet. Die Monolithen sind gegen mechanische Einfluss* verhältnismäßig empfindlich, so daß es besonderer An strengungen bedarf, eine einwandfreie Lagerung füi diese in dem sie umgebenden Gehäuse zu finden. Di< Ausbildung der Lagerung zieht wiederum Probleme irr gesamten konstruktiven Aufbau der Vorrichtung nad sich, insbesondere wenn man berücksichtigt, daß es sicr um ein Massenprodukt handelt, bei welchem entspre chende Anforderungen an den Herstellungsablauf be stehen, wenn man des weiteren berücksichtigt, daß die
*> Vorrichtungen vorzugsweise, wenn sie in Kraftfahrzeugen eingebaut sind, im Betrieb außerordentlich hoher Beanspruchungen mechanischer Art unterworfen sind die zum einen von den beim Fahren auftretenden Er schütterungen herrühren, zum anderen aber vor allen durch die Einwirkungen des hochfrequenten pulsieren den Gasstroms, der durch die Vorrichtungen zu führer ist, bedingt sind. In gleicher Weise wird der Monolith und das Gehäuse sehr hohen Temperaturbelastunger und -Schwankungen unterworfen, weil je nach dem An fall von nachbrennbaren CO-Anteilen und je nach Mo torbelastung sehr hohe Temperatursteigerungen bis zi über 10000C stattfinden können.
Es wurde demgemäß schon versucht. Lösungen ins besondere für die Lagerung des Monolithen im umge benden Gehäuse zu finden, die eine schnelle Zerstö rung des Monolithen im Betrieb verhindern soll. Nacr der DT-AS 14 76 507 wird hierzu vorgeschlagen, der Monolithen mit einem Mantel aus gewelltem Materia zu umgeben, entweder aus gewelltem Blech, oder aucr aus gewelltem Maschendraht, und die ganze Anord nung beidseits stirnseitig durch nach innen gerichtet« Flansche des äußeren Gehäuses abzustützen. Dami wird sicherlich eine genügend elastische Lagerung unc Abstützung des Monolithen in Radialrichtung erreicht.
Die hauptsächlich auf den Monolithen einwirkender Kräfte sind aber axial ausgerichtet. Sie rühren ja irr wesentlichen von dem den Monolithen in Axialrichtung durchströmenden Abgasstrom her. Dabei ist vor allen zu berücksichtigen, daß dieser hochfrequente pulsieren de Abgasstrom immer wieder Bereiche durchläuft unc auch in diesen verbleiben kann, in welchen in den me chanischen Teilen der Vorrichtung Resonanzen auftre ten. Schließlich ist zu berücksichtigen, daß die Vorrich tung wechselnden Temperaturen in einem sehr breiter Temperaturbereich unterworfen wird und der tempera turbedingte Ausdehnungskoeffizient des aus Keramik material bestehenden Monolithen sich in wesentlichen Abstand von demjenigen der umgebenden metallischer Teile der Vorrichtung befindet. Die axiale Lagerung durch Blechringe in Gestalt von am Gehäuse festgeleg ten, nach innen ragenden starren Flanschen kann be Berücksichtigung der aufretenden vorbeschriebener Beanspruchungen nur als unvollkommen bezeichne werden.
Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrun de, Mitte! und Wege zu finden, die eine Lagerung de; Monolithen in der Vorrichtung sicherstellen, die det hohen Anforderungen, die auf Grund der Vorstehern
beschriebenen Umstände entstehen, gewachsen ist. Es kommt hinzu, daß die Vorrichtung, trotzdem diese Lagerung die gestellten Anforderungen in vollem Umfang erfüllt, den Anforderungen des Herstellungsprozesses, die bei einem ausgesprochenen Maisenprodukt beste- S hen, genügen muß, wobei zu berücksichtigen ist, daß die Empfindlichkeit des Monolithen nicht etwa erst im Betrieb, sondern auch bereits bei der Herstellung zu Beschädigungen desselben führen kann.
Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe ausgehend von einer Vorrichtung zur Reinigung der Abgase von Brennkraftmaschinen der eingangs beschriebenen Art dadurch, daß die ringförmigen Teile Preßlinge aus Stahl-, insbesondere Edelstahldraht sind, die im Gehäuse bzw. auch axial anliegen und radial und axial innen von an den Stirnkantenbereichen des Monolithen anliegenden Blechringen bedeckt sind.
Diese Preßlinge sind in gewissem Umfange weichelastisch, sie besitzen eine genügende Zigendämpfung, so daß vor allem die gefürchteten Resonanzerscheinungen, die zur schnellen Zerstörung der Monolithen führen, vermieden werden.
An Stelle eines Radiallagerteiles und eines Axiallagerteiles kann auch eine einteilige Ausbildung vorgesehen sein, die wie die Blechringe und der Monolith eine axial nach außen konisch verengte Anliegefläche aufweisen.
Die Blechringe verhindern zuverlässig das Aufscheuern des Monolithen durch die Einzeldrähte der Preßlinge. Sie sorgen weiterhin für eine gleichmäßige Übertragung der Lagerkräfte auf den gesamten Umfang des Monolithen.
Vorzugsweise sind die Blechringe über ihren Umfang mehrfach durch radial gerichtete Schlitze unterbrochen dergestalt, daß in keinem Bereich der Ringe ein über deren Umfang durchgehender Faserbereich bestehen bleibt. Damit kann am besten der außerordentlich unterschiedliche Wärmekoeffizient zwischen dem Monolithen einerseits und den metallischen Lagerungen andererseits überspielt werden.
Es ist möglich, die Blechringe über ihre Anliegebreite hinaus in Axialrichtung des Monolithen zu vergrößern, insbesondere zu sich über die Gesamtlänge des Monolithen erstreckenden Mänteln und zu dessen Mittelbereich hin vom Umfang des Monolithen bis zum Innendurchmesser des Gehäuses kegelig erweitert auszubilden. Geht man von einem längsgeteilten Gehäuse aus, welches aus zwei Schalenhälften (die Ausführungsform wird sich insbesondere bei Edelstahlgehäusen anbieten), ist diese Ausführungsform besonders vorteilhaft.
Der Mantel stützt sich dann im Mittelbereich des Gehäuses ab und verhindert vor allem einen Teilgasstrom zwischen Monolith und Gehäuse. Die beiden Schalenhälften können dann in an sich bekannter Weise miteinander verschweißt oder auch unter Einbringung einer Dichtungsmasse verfalzt werden.
Bei einer anderen Ausführungsform mit einem Gehäuse, welches aus zwei oder mehreren Ringbereichen mit sich in Radialebene erstreckenden Verbindungsflanschen besteht, können sich die zum Mantel erweiterten Blechringe bis in die Radialmittelebene des Monolithen erstrecken und dort mit einem nach außen geführten Verbindungsflansch versehen sein. Eine Verbindung der Flansche kann dann insbesondere durch Verschweißung erfolgen.
Die Gehäuseteile sind hier vorzugsweise zu ihrem in der Radialmittelebene des Monolithen liegenden Verbindungsflansch hin leicht konisch erweitert, um unter Anwendung geringer Preükräfte die Preßlinge besonders einfach montieren zu können.
Gegebenenfalls weisen zur endgültigen Halterung der Preßlinge im Gehäuse die Gehäuseteile neben der für den ringförmigen Freßling vorgesehenen Stelle einen nach innen geführten Ringwulst auf. Bei der zuletzt beschriebenen Ausführungsform wird eine absolute Abdichtung des Ringraums zwischen Monolith und Gehäuse gegen Teügasstrcme erreicht. Es bedarf also hier nicht der ansonsten vorgesehenen Ausfüllung dieses Ringraums mit Mineralwolle, z. B. Basaltwolle.
Zur Verbesserung der Kräfteübertragung kann weiterhin vorgesehen sein, daß kleine Spalten zwischen der Oberfläche des Monolithen an dessen Stirnkantenbereichen und den aufgeschobenen Blechringen durch Zwischenfügung einer Zementschicht ausgeglichen werden können.
Weitere Merkmale der Erfindung sowie der durch dieselbe erzielten Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung verschiedener in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes.
F i g. 1 zeigt eine Grundform der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Längsschnitt, in
F i g. 2 ist der in F i g. 1 mit einem strichpunktierten Ring umgrenzte Bereich vergrößert wiedergegeben;
F i g. 3 zeigt denselben Bereich, jedoch mit einer anderen Ausbildungsform der Lagerung;
F i g. 4 zeigt eine variierte Ausführungsform der Vorrichtung wiederum im Schnitt;
F i g. 5 gibt den Blechring in der Draufsicht wieder;
F i g. 6 ist eine schaubildliche Darstellung der Hälfte eines Rings anderer Ausführung;
F i g. 7 zeigt eine im wesentlichen der F i g. 4 entsprechende Ausführungsform, jedoch mit längs in zwei Halbschalen geteiltem Gehäuse;
F i g. 8 ist eine Vorrichtung mit zwei eingebauten Monolithen;
F i g. 9 ist eine Stirnansicht der F i g. 7 und 8; die
Fig. 10 und 11 zeigen eine abgewandelte Ausführungsform mit einem bzw. wiederum zwei Monolithen;
F i. g. Ί2 ist schließlich eine Stirnansicht auf diese beiden Ausführungsformen.
In einem Gehäuse 1 ist ein z. B. kreiszylinderförmiger Monolith 2 untergebracht und gelagert. Dieses Gehäuse 1 setzt sich an seinen beiden Stirnseiten in sich auf Rohrdurchmesser verengende kegelstumpfförmige Ansätze 3 und 4 fort.
Zur einwandfreien Lagerung des Monolithen 2 im Gehäuse 1, und zwar sowohl in Radial- als auch in Axialrichtung, dienen ringförmige Drahtpreßlinge, vorzugsweise aus Edelstahldraht, wobei die Preßlinge 5 die radiale und die Preßlinge 6 die axiale Lagerung übernehmen. Zwischen den Stirnkantenbereichen 7 des Monolithen 2 und den Preßlingen 5 und 6 sind Blechringe 8 aus dünnem Blech angeordnet. Die Blechstärke und da; Blechmaterial wird dabei so gewählt, daß eier Ring ir gewissem Umfange weichelastisch verformbar ist.
Bei der in F i g. 1 dargestellten Ausführungsform sine die Ansätze 3 und 4 mit sich radial nach außen gerichte ten Flanschen 9 versehen, die als Widerlager für di< Axiallagerteile 6 dienen.
Der zwischen Gehäuse 1 und Monoli h 2 gebildet« Ringraum 10 ist mit Mineralwolle, z. B. Basaltwolle ausgefüllt.
Der Blechring 8 kann auf den Stirnkantenbereich ' des Monolithen 2 aufzementiert sein. Damit ergibt siel vor allem in der Herstellung schon ein Schutz diese
empfindlichen Kantenbereiches gegen Beschädigung.
Der Blechring 8 weist, wie insbesondere aus F i g. 2 ersichtlich, vier Bereiche auf. Er bildet zunächst einen radial nach außen gerichteten Flansch 11, welcher die ihm zugekehrte Seite des Preßlings 5 teilweise überdeckt, setzt sich von dort in einen kreiszylinderförmigen Bereich 12 fort, welcher den Monolithen 2 umschließt, verläuft sodann, wiederum der Stirnseite 13 des Monolithen 2 folgend, mit einem Bereich 14 radial nach innen und endet schließlich in einem kreiszylinderförmigen axial ausgerichteten Flansch 15, der wiederum den stirnseitigen Preßling 6 teilweise überdeckt und für eine innere Radialzentrierung sorgt.
An Stelle der beiden Preßlinge 5 und 6 kann auch ein einziger Preßling 16 vorgesehen sein, welcher mit einer schrägen Innenfläche 17 ausgestattet ist, die mit einem entsprechend abgeschrägten Slirnseitenkantenbereich 18 des Monolithen 2 zusammenwirkt. Bei dieser Ausbildungsform können durch den einzigen Preßling 16 sowohl Axial- als auch Radialkräfte über die nach außen konisch verengte Anliegefläche aufgenommen werden.
Hier ist selbstverständlich der Blechring 19 in seiner Form der Formgebung von Preßling 16 und Monolithen 2 angepaßt.
Die Blechringe können, wie in F i g. 4 dargestellt, zu einem Mantel 21 vergrößert sein, der die Mantelfläche 22 des Monolithen 2 umschließt. Ist des weiteren dieser Mantel 21 zu seinem Mittelbereich 23 hin kegelig bis auf den Innendurchmesser des Gehäuses 1 erweitert, kann er sich dort erstens am Gehäuse abstützen und verhindert zweitens einen Teilgasstrom durch den Ringraum 10, so daß dann die Füllung desselben mit Mineralwolle od. dgl. unterbleiben kann. Im Mittelbereich 23 kann der Mantel 21 mit dem Gehäuse 1 gegebenenfalls verschweißt werden. Bei einer anderen Ausführungsform ist vorgesehen, das Gehäuse 1 mit einem Ringwulst 23' ?u versehen und in diesem zusätzlich eine Radial- und Axial-Abstützung des Mantels 21 vorzunehmen.
Der Blechring 8 bzw. 19 ist über seinen Umfang verteilt mit sich derart radial erstreckenden Schlitzen 24 und 25 versehen, daß in keinem Bereich des Rings ein durchgehender Ringfaserbereich besteht. Selbstverständlich können diese Schlitze auch beim Mantel 21 vorgesehen sein.
Besonders bei Ausbildung des Gehäuses aus Edelstahl ist es vorteilhaft, dieses aus zwei Schalenhälften 31 und 32 zu bilden, die durch einen Längsflansch 33 verbunden werden. Es lassen sich dann in besonders
ίο einfacher Weise die Teile der Innenausstattung in das Gehäuse einlegen, gleichgültig, ob ein Monolith 2 entsprechend F i g. 7 oder zwei Monolithen nach F i g. 8 oder noch mehr vorgesehen sind.
Soll ein Teilgasstrom im Ringraum zwischen Gehäuse 1 und Monolith 2 vollständig ausgeschaltet werden ist eine Ausbildung des Gehäuses und dessen Innenausstattung nach den Fig. IO und 11 zweckmäßig. Hiei sind die Blechringe zu den Monolithen jeweils bis zi dessen Mittelradialebene umfassenden Teilmänteln 35 erweitert, die einen Flansch 36 aufweisen, der zusammen mit den Flanschen 37 der Gehäuseteile 38, 39, insbesondere durch Schweißung, verbunden werden kann Auch hier erübrigt sich dann eine Füllung des Ringraums 40. Die hier verbleibende Luftschicht ist besonders wärmeisolierend.
Die Gehäuseteüe 38 und 39 können vorteilhafterwei se leicht konisch ausgebildet sein. Es ist dann eine bes sere Montage der Innenausstattung möglich. Die Preß linge 5 werden unter leichtem Preßdruck eingebracht Es können gegebenenfalls im Gehäuse nach innen ge richtete Ringwulste 41 vorgesehen sein, die die Preßlin ge 5 in ihrer Endlage festhalten.
Es ist schließlich möglich, die Ansätze 42 des Gehäu ses doppelwandig auszubilden, wobei zumindest die In nenwandung aus Edelstahl bestehen kann und sich die se Innenwandung 43 bei 44 etwas über Preßlinge 6 zi erstreckt.
Im Eckbereich zwischen den Teilmänteln 35 und de ren Flanschen 36 können gegebenenfalls zusätzliche Preßlinge 45 zur Abstützung vorgesehen sein.
Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

Patentansprüche:
1. Vorrichtung zum Reinigen der Abgase von Brennkraftmaschinen, mit wenigstens einem von den Abgasen durchströmten Katalysatorträgerblock (Monolith), der in einem metallenen Gehäuse über ringförmige Teile aus Metallgestrick radial und über radiale Blechringe an seinen Stirnkantenbereichen axial gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmigen Teile Preßlinge (5 und 6 bzw. 16) aus Stahl-, insbesondere Edelstahldraht sind, die im Gehäuse (1 bzw. 38 und 39) auch axial anliegen und radial und axial innen von an den Stirnkantenbereichen (7 bzw. 18) des Monolithen (2) anliegende?: Blechringen (8 bzw. 19) bedeckt sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmigen Teile aus je einem Radiallagerteil (5) und einem Axiallagerteil (6) bestehen (F i g. 1,2,4,7,8,10 und 11).
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmigen Teile (16) einteilig ausgebildet sind und wie die Blechringe (19) und der Monolith (2) eine axial nach außen konisch verengte Anliegefläche aufweisen (Fig. 3).
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Blechringe (8 bzw. 19) über ihren Umfang mehrfach durch radial gerichtete Schlitze unterbrochen sind dergestalt, daß in keinem Bereich der Ringe ein über deren Umfang durchgehender Faserbereich bestehen bleibt.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Blechringe (8) über ihre Anliegebreite hinaus in Axialrichtung des Monolithen vergrößert sind.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Blechringe zu sich über die Gesamtlänge des Monolithen (2) erstreckenden Mänteln (35) vergrößert sind und zu dessen Mittelbereich hin vom Umfang des Monolithen (2) bis zum Innendurchmesser des Gehäuses (1) kegelig erweitert ausgebildet sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Blechringe bis in die Radialmittelebene des Monolithen (2) erstrecken und dort mit einem nach außen geführten Verbindungsflansch (36) versehen sind.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Gehäuseteile (38) zu ihrem in der Radialmittelebene des Monolithen (2) liegenden Verbindungsflansch (37) hin leicht konisch erweitern.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Gehäuseteile (38) neben der für den ringförmigen Preßling (5) vorgesehenen Stelle einen nach innen gefünrten Ringwulst (41) aufweisen.
10. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Blechringe (8, 19) unter Zwischenfügung einer Zementschicht an den Stirnkantenbereichen (7, 18) des Monolithen (2) aufgebracht sind.
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Date Code Title Description
8230 Patent withdrawn