DE19743196A1

DE19743196A1 - Katalysatorträgeranordnung

Info

Publication number: DE19743196A1
Application number: DE19743196A
Authority: DE
Inventors: Rolf Brueck; Wolfgang Maus
Original assignee: Emitec Gesellschaft fuer Emissionstechnologie mbH
Current assignee: Vitesco Technologies Lohmar Verwaltungs GmbH
Priority date: 1997-09-30
Filing date: 1997-09-30
Publication date: 1999-04-01
Also published as: DE29800038U1; KR20010015597A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Katalysatorträgeranordnung mit einem Gehäuse, in dem ein Katalysatorträgerkörper angeordnet ist, mit den Merk malen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Katalysatorträgerkörperanordnungen mit einem Gehäuse, in dem ein Katalysa torträgerkörper angeordnet ist, der über einem Umfang in einer radialen Richtung unterschiedliche Festigkeiten aufweist, und mit einer zwischen einer Wandung des Gehäuses und dem Katalysatorträgerkörper angeordneten Schicht, die den Katalysatorträgerkörper umgibt, ist beispielsweise durch das Gebrauchsmuster G 74 01 002 bekannt.

Der Katalysatorträgerkörper weist eine Vielzahl von durch Trennwände voneinander getrennten Kanälen auf. Die Kanäle weisen einen quadratischen, rechteckförmigen oder einen anderen polygonalen Querschnitt auf. Aus der US-PS 3,853,485 sind unterschiedliche Querschnittsformen beschrieben.

Aufgrund der Ausgestaltung der Kanalgeometrie und der Anordnung der Kanäle innerhalb einer Querschnittsfläche des Katalysatorträgerkörpers weist ein solcher Katalysatorträgerkörper über dem Umfang verteilt in radialer Richtung unterschiedliche Festigkeiten auf. Diese unterschiedlichen Festigkei ten des Katalysatorträgerkörpers verändern auch das Elastizitätsverhalten des Katalysatorträgerkörpers. Durch die WO 94/15712 ist ein Katalysatorträger körper bekannt, der eine erhöhte Elastizität aufweist, wobei insbesondere die Elastizitätseigenschaften in unterschiedlichen Richtungen nicht unterschiedlich sind. Nach dem Vorschlag der WO 94/15712 weist der Katalysatorträgerkör per zumindest in einem äußeren Bereich Trennwände auf, die so angeordnet und geformt sind, daß sie im Querschnitt durch den Wabenkörper keine in radialer Richtung starren Strukturen und/oder starre in Umfangsrichtung verlaufende Stützstrukturen bilden.

Ein solcher Katalysatorträgerkörper, der aus einem keramischen und/oder metallischen Material hergestellt ist, hat den Vorteil, daß dieser durch die von einem Gehäuse auf den Katalysatorträgerkörper einwirkenden Kräfte in radialer Richtung nicht zerstört wird, da dieser über einem Umfang in einer radialen Richtung eine gleichmäßige Festigkeit aufweist.

Das prinzipielle Problem der Zerstörung eines Katalysatorträgerkörpers durch vom Gehäuse in radialer Richtung auf den Katalysatorträgerkörper einwirken de Kräfte ist durch die WO 94/15712 gelöst.

Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Katalysa torträgeranordnung anzugeben, bei der eine Beschädigung eines Katalysator trägerkörpers mit über einem Umfang in einer radialen Richtung unterschied lichen Festigkeitseigenschaften durch vom Gehäuse einwirkende radial gerich tete Kräfte vermieden werden kann.

Erfindungsgemäß wird diese Zielsetzung durch eine Katalysatorträgeranord nung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und des Anspruchs 11 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Der Erfindung liegt der Grundgedanke zugrunde, daß die über einem Um fang in einer radialen Richtung unterschiedlichen Festigkeitseigenschaften eines Katalysatorträgerkörpers durch eine entsprechende Ausgestaltung der zwischen dem Katalysatorträgerkörper und einem Gehäuse angeordneten Schicht kompensiert werden können. Die Schicht, die zwischen dem Gehäuse und dem Katalysatorträgerkörper angeordnet ist, weist in einer Umfangs richtung des Katalysatorträgerkörpers wenigstens zwei Tragabschnitte auf, die in einer radialen Richtung eine höhere Festigkeit aufweisen als die weiteren Abschnitte der Schicht. Die Tragabschnitte der Schicht sind dabei in Berei chen einer höheren radialen Festigkeit des Katalysatorträgerkörpers ausgebil det. In den Bereichen der Tragabschnitte werden die vom Gehäuse auf den Katalysatorträgerkörper einwirkenden Kräfte im wesentlichen aufgenommen und in die relativ steife Struktur des Katalysatorträgerkörpers eingeleitet. In den weiteren Abschnitten, die zwischen jeweils zwei benachbarten Trag abschnitten der Schicht liegen, werden nur geringe oder keine Kräfte in den Katalysatorträgerkörper eingeleitet. Der Katalysatorträgerkörper wird durch die Ausgestaltung der Schicht innerhalb des Gehäuses quasi an wenigstens zwei Punkten bzw. in zwei Bereichen gelagert.

Durch diese erfindungsgemäße Ausgestaltung der Katalysatorträgeranordnung wird daher sichergestellt, daß während der Herstellung einer solchen Kataly satorträgeranordnung keine Zerstörung des Katalysatorträgerkörpers eintritt. Ein weiterer Vorteil dieser Ausgestaltung ist, daß während eines Betriebes der Katalysatorträgeranordnung die aufgrund thermischer Dehnungen ent stehenden Kräfte durch die Tragabschnitte wenigstens teilweise aufgenommen werden.

Der Katalysatorträgerkörper kann ein extrudierter metallischer und/oder keramischer Körper sein. Die Kanalquerschnitte können eine relativ einfache Geometrie aufweisen, die zur Ausbildung unterschiedlicher Festigkeit des Katalysatorträgerkörpers führen, verwendet werden.

Die unterschiedliche Festigkeit des Katalysatorträgerkörpers kann durch geeignete Auswahl der Eigenschaften der Schicht kompensiert werden. Bevorzugt ist hierbei eine Ausgestaltung der Schicht, bei der die Tragab schnitte ein gegenüber den weiteren Abschnitten höheres Gewicht pro Flä cheneinheit aufweisen. Insbesondere weisen die Tragabschnitte eine gegenüber den weiteren Abschnitten höhere Dichte auf. Durch diese Ausgestaltung der Schicht wird ein unterschiedliches Deformationsverhalten der Tragabschnitte und der weiteren Abschnitte erreicht. Eine höhere Festigkeit der Tragab schnitte kann auch dadurch erreicht werden, daß die Tragabschnitte wenig stens teilweise durch wenigstens eine Einlage gebildet sind.

Die Einlage kann hierbei eine Struktur aufweisen, bei der es sich beispiels weise um eine Sandwichstruktur handeln kann, wodurch die vom Gehäuse in radialer Richtung zu dem Katalysatorträgerkörper gerichteten Kräfte durch die Einlage aufgenommen werden.

Alternativ oder zusätzlich kann die Einlage aus einem Material bestehen, das gegenüber einem Material der weiteren Abschnitte eine höhere Festigkeit aufweist. Bevorzugt ist hierbei die Verwendung eines metallischen Materials. Diese Einlage kann auch als Kontaktstelle für einen elektrischen Anschluß dienen, wenn der Katalysatorträgerkörper ein elektrisch beheizbarer Katalysa torträgerkörper sein soll.

Vorzugsweise ist die zwischen dem Katalysatorträgerkörper und dem Gehäuse angeordnete Schicht wenigstens teilweise mattenförmig ausgebildet, wodurch auch eine thermische Isolierung des Katalysatorträgerkörpers vom Gehäuse erreicht wird. Vorzugsweise ist die Schicht eine keramische Matte.

Eine Kompensation der unterschiedlichen Festigkeiten in radialer Richtung über dem Umfang des Katalysatorträgerkörpers kann auch dadurch erfolgen, daß die Tragabschnitte durch wenigstens zwei, vorzugsweise drei, Lagen der Schicht gebildet sind. Hierbei ist die Schicht einteilig ausgebildet und die Lagen sind durch Aufeinanderfalten der Schicht gebildet. Diese Möglichkeit eröffnet eine einfache und kostengünstige Realisierung der Erfindung.

Nach einem weiteren erfinderischen Gedanken wird vorgeschlagen, daß die über einem Umfang in einer radialen Richtung unterschiedlichen Festigkeits eigenschaften eines Katalysatorträgerkörpers durch eine entsprechende Ausge staltung des Gehäuses kompensiert werden können. Das Gehäuse weist in einer Umfangsrichtung des Katalysatorträgerkörpers wenigstens zwei radial einwärts gerichtete Tragabschnitte auf, die in Bereichen einer höheren radialen Festigkeit des Katalysatorträgerkörpers ausgebildet sind. In den Bereichen der Tragabschnitte werden die vom Gehäuse auf den Katalysator trägerkörper einwirkenden Kräfte in die Bereiche des Katalysatorträgerkörpers eingeleitet, in denen der Katalysatorträgerkörper eine höhere radiale Festig keit aufweist. Hierdurch wird erreicht, daß die Bereiche des Katalysator trägerkörpers, die eine verringerte radiale Festigkeit haben, keine oder nur sehr geringe Kräfte aufnehmen müssen.

Die Katalysatorträgeranordnung kann ein Gehäuse mit radial einwärts gerich teten Tragabschnitten sowie eine Schicht zwischen dem Gehäuse und dem Katalysatorträgerkörper aufweisen, die wenigstens zwei Tragabschnitte auf weist, die in einer radialen Richtung eine höhere Festigkeit aufweisen als die weiteren Abschnitte der Schicht. Diese Kombination der Ausgestaltung des Gehäuses und der Schicht hat den Vorteil, daß bei Verwendung von Katalysatorträgerkörpern mit unterschiedlicher Struktur oder aus unterschied lichen Werkstoffen eine Anpassung an die radiale Festigkeit des Katalysator trägerkörpers über die Schicht erfolgen kann. So kann ein Gehäuse mit der erfindungsgemaßen Ausgestaltung für unterschiedliche Katalysatorträgerkörper verwendet werden.

Die Tragabschnitte können sich über die gesamte axiale Länge des Katalysa torträgerkörpers erstrecken. Dies ist jedoch nicht zwingend notwendig. Vorteilhaft ist es, wenn die Tragabschnitte sich lediglich über einen Teil der axialen Länge des Wabenkörpers erstrecken. Es ist nicht zwingend notwen dig, daß die Tragabschnitte auf einer gemeinsamen Geraden, die im wesent lichen parallel zur Längsachse des Katalysatorträgerkörpers erstreckt. Es können auch Tragabschnitte vorgesehen werden, die auf einer Mantelfläche des Katalysatorträgerkörpers verteilt ausgebildet sind. Die Anzahl und die Länge der Tragabschnitte sollte jedoch dabei so bemessen sein, daß sicherge stellt ist, daß der Katalysatorträgerkörper sicher und zuverlässig in dem Gehäuse gehalten wird.

Nach einem weiteren vorteilhaften Gedanken wird vorgeschlagen, daß die Katalysatorträgeranordnung bei einer geraden Anzahl der Tragabschnitte, diese so angeordnet sind, daß jeweils zwei Tragabschnitte diametral gegen überliegend angeordnet sind.

Zur Vereinfachung der Montage der Katalysatorträgeranordnung und um sicherzustellen, daß die Tragabschnitte der Schicht in den Bereichen einer höheren radialen Festigkeit des Katalysatorträgerkörpers angeordnet werden. Hierzu wird insbesondere vorgeschlagen, daß die Positionierhilfe in Form wenigstens einer optischen Markierung ausgebildet ist, wodurch der Zu sammenbau einer Katalysatorträgeranordnung auch automatisierbar ist. Es wird auch vorgeschlagen, daß die Positionierhilfe durch einen Vorsprung oder eine Vertiefung gebildet ist.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine erste Ausführungsform einer Katalysatorträgeranordnung in einer Vorderansicht,

Fig. 2 eine erste Ausführungsform einer Schicht,

Fig. 3 eine zweite Ausführungsform einer Schicht,

Fig. 4 eine zweite Ausführungsform einer Katalysatorträgeranordnung in einer Vorderansicht und

Fig. 5 eine Draufsicht auf eine Katalysatorträgeranordnung.

In der Fig. 1 ist eine Katalysatorträgeranordnung in einer Vorderansicht dargestellt. Die Katalysatorträgeranordnung weist einen Katalysatorträgerkörper 1 auf. Der Katalysatorträgerkörper 1 hat eine Vielzahl von Kanälen 5. Die Kanäle 5 erstrecken sich in axialer Richtung des Katalysatorträgerkörpers 1. Jeder Kanal 5 ist durch Trennwände 6, 7 begrenzt. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel bilden die Trennwände 6, 7 Stützstrukturen, wodurch der Katalysatorträgerkörper über einem Umfang in Richtung U in einer radialen Richtung R unterschiedliche Steifigkeiten aufweist. Mit den Pfeilen sind die Bereiche des Katalysatorträgerkörpers 1 gekennzeichnet, die die höchste Festigkeit aufweisen.

Der Katalysatorträgerkörper ist umgeben von einer Schicht 2. Die Schicht 2, die in dem dargestellten Ausführungsbeispiel in Form einer keramischen Matte ausgebildet ist, liegt an einer Wandung 9 eines Gehäuses 8 an.

Die Schicht 2 weist Tragabschnitte 3 auf, die in einer radialen Richtung R eine höhere Festigkeit aufweisen als die weiteren Abschnitte 4 der Schicht 2. Die Tragabschnitte 3 sind in Bereichen einer höheren radialen Festigkeit des Katalysatorträgerkörpers 1 ausgebildet. In dem dargestellten Ausführungs beispiel sind jeweils zwei Tragabschnitte 3 diametral gegenüberliegend angeordnet. Die Anordnung der Tragabschnitte 3 ist abhängig von der Festigkeitsverteilung des Katalysatorträgerkörpers 1.

Die von dem Gehäuse 8 radial einwärts gerichteten Kräfte werden im wesentlichen über die Tragabschnitte 3 der Schicht 2 in den Katalysator trägerkörper 1 eingeleitet. Die Tragabschnitte 3 erstrecken sich wenigstens teilweise in axialer Richtung des Katalysatorträgerkörpers. Vorzugsweise erstrecken sich die Tragabschnitte 3 über die gesamte Länge des Katalysator trägerkörpers 1.

In der Fig. 2 ist schematisch eine Ausgestaltung einer Schicht 2 dargestellt. Die Schicht 2 weist einen Tragabschnitt 3 auf, der durch eine Einlage 10 gebildet ist. Die Einlage 10 besteht aus einem metallischen Werkstoff.

Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Schicht 2. Fig. 3 zeigt insbesondere einen Tragabschnitt 3 auf, der durch drei Lagen 11, 12, 13 der Schicht 2 gebildet ist. Die Lagen 11, 12, 13 sind durch Aufeinanderfal ten der Schicht 2 gebildet.

Fig. 4 zeigt eine zweite Ausführungsform einer Katalysatorträgeranordnung in einer Vorderansicht. Die Katalysatorträgeranordnung hat einen Katalysator trägerkörper 1. Der Katalysatorträgerkörper weist eine Vielzahl von Kanälen 5, die sich in axialer Richtung der Katalysatorträgeranordnung erstrecken, auf. Jeder Kanal 5 ist durch Trennwände 6, 7 begrenzt. In dem dargestell ten Ausführungsbeispiel bilden die Trennwände 6, 7 Stützstrukturen. Hier durch wird dem Katalysatorträgerkörper 1 in einer bevorzugten Richtung eine erhöhte Festigkeit verliehen. Die Festigkeit des Katalysatorträgerkörpers 1 ändert sich in Richtung des Umfangs U.

Das Gehäuse 8 weist in einer Umfangsrichtung U des Katalysatorträgerkör pers 1 radial einwärts gerichtete Tragabschnitte 3 auf. Die Tragabschnitte 3 sind im Bereich einer erhöhten radialen Festigkeit des Katalysatorträgerkör pers 1 ausgebildet. Die von dem Gehäuse 8 radial einwärts gerichteten Kräfte werden im wesentlichen über die Tragabschnitte 3 in den Katalysator trägerkörper 1 in den Bereichen eingeleitet, in denen der Katalysatorträ gerkörper 1 eine höhere radiale Festigkeit aufweist, wodurch ein Zerstören des Katalysatorträgerkörpers 1 vermieden wird.

In dem dargestellten Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 ist zwischen dem Gehäuse 8 und dem Katalysatorträgerkörper 1 keine Schicht 2, wie in der Fig. 1 dargestellt, angeordnet. Eine entsprechend ausgestaltete Schicht kann jedoch vorgesehen werden, wenn dies zweckmäßig ist.

In der Fig. 5 ist eine Katalysatorträgeranordnung in einer Draufsicht darge stellt. Aus der Darstellung ist ersichtlich, daß die Tragabschnitte 3 unter schiedlich ausgebildet sein können. Es kann beispielsweise sich der Trag abschnitt 3 über die gesamte axiale Länge des Katalysatorträgerkörpers bzw. des Gehäuses 8 erstrecken. Alternativ können Tragabschnitte abschnittsweise ausgebildet sein. Gleichartig können die Tragabschnitte einer Schicht 2 ausgebildet sein.

Bezugszeichenliste

1

Katalysatorträger

2

Schicht

3

Tragabschnitt

4

Abschnitt

5

Kanal

6

,

7

Trennwand

8

Gehäuse

9

Wandung

10

Einlage

11

,

12

,

13

Lage

Claims

1. Katalysatorträgeranordnung mit einem Gehäuse (8), in dem ein Katalysa torträgerkörper (1) mit einer Vielzahl von durch Trennwände (6, 7) voneinander getrennten Kanälen (5) angeordnet ist, der über einem Umfang (U) in einer radialen Richtung (R) unterschiedliche Festigkeiten aufweist, und mit einer zwischen einer Wandung (9) des Gehäuses (8) und dem Katalysatorträgerkörper (1) angeordneten Schicht (2), die den Katalysatorträgerkörper (1) umgibt, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (2) in einer Umfangsrichtung (U) des Katalysatorträgerkörpers (1) wenigstens zwei Tragabschnitte (3) aufweist, die in einer radialen Richtung (R) eine höhere Festigkeit aufweisen als die weiteren Ab schnitte (4) der Schicht (2), wobei die Tragabschnitte (3) in Bereichen einer höheren radialen Festigkeit des Katalysatorträgerkörpers (1) ausge bildet sind.

2. Katalysatorträgeranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragabschnitte (3) ein gegenüber den weiteren Abschnitten (4) höheres Gewicht pro Flächeneinheit aufweisen.

3. Katalysatorträgeranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragabschnitte (3) eine gegenüber den weiteren Abschnitten (4) höhere Dichte aufweisen.

4. Katalysatorträgeranordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekenn zeichnet, daß die Tragabschnitte (3) wenigstens teilweise durch wenig stens eine Einlage (10) gebildet sind.

5. Katalysatorträgeranordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlage (10) eine Struktur aufweist, die dem Tragabschnitt (3) eine gegenüber den weiteren Abschnitten (4) höhere Festigkeit verleiht.

6. Katalysatorträgeranordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekenn zeichnet, daß die Einlage (10) aus einem Material besteht, das gegen über einem Material der weiteren Abschnitte (4) eine höhere Festigkeit aufweist.

7. Katalysatorträgeranordnung nach Anspruch 4, 5 oder 6 dadurch gekenn zeichnet, daß die Einlage (10) aus einem metallischen Material besteht.

8. Katalysatorträgeranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (2) wenigstens teilweise mattenförmig ausgebildet ist.

9. Katalysatorträgeranordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (2) eine keramische Matte ist.

10. Katalysatorträgeranordnung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekenn zeichnet, daß die Tragabschnitte (3) durch wenigstens zwei, vorzugs weise drei, Lagen (11, 12, 13) der Schicht (2) gebildet sind.

11. Katalysatorträgeranordnung mit einem Gehäuse (8), in dem ein Katalysa torträgerkörper (1) mit einer Vielzahl von durch Trennwände (6, 7) voneinander getrennten Kanälen (5) angeordnet ist, der über einem Umfang (U) in einer radialen Richtung (R) unterschiedliche Festigkeiten aufweist, und mit einer zwischen einer Wandung (9) des Gehäuses (8) und dem Katalysatorträgerkörper (1) angeordneten Schicht (2), die den Katalysatorträgerkörper (1) umgibt, insbesondere nach einem der An sprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (8) in einer Umfangsrichtung (U) des Katalysatorträgerkörpers (1) wenigstens zwei radialeinwärts gerichtete Tragabschnitte (3) aufweist, wobei die Tragabschnitte (3) in Bereichen einer höheren radialen Festigkeit des Katalysatorträgerkörpers (1) ausgebildet sind.

12. Katalysatorträgeranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer geraden Anzahl der Tragabschnitte (3) jeweils zwei Tragabschnitte (3) diametral gegenüberliegend angeordnet sind.

13. Katalysatorträgeranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysatorträgerkörper (1) und/oder die Schicht (2) und/oder das Gehäuse (8) wenigstens eine Positionierhilfe aufweisen bzw. aufweist.

14. Katalysatorträgeranordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Positionierhilfe in Form optischer Markierungen ausgebildet ist.

15. Katalysatorträgeranordnung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekenn zeichnet, daß die Positionierhilfe durch einen Vorsprung oder eine Vertiefung gebildet ist.

16. Katalysatorträgeranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Tragabschnitte (3) wenigstens über einen Teil der axialen Länge des Katalysatorträgerkörpers (1) erstrecken.