DE2920604A1 - Hitzefester puffer - Google Patents

Description

Hitzefester Puffer

Die Erfindung bezieht sich auf einen hitzefesten Puffer nach dem -Oberbegriff des Anspruchs 1, der insbesondere als nachgiebiger Träger für eine Katalysator-Tragvorrichtung in einem Verbrennungsabgas-Reiniger für eine Intern-Brennkraftmaschine verwendbar ist.

Es sind Reiniger für Abgase von Brennkraftmaschinen bekannt (US-PS 3 441 381 ) , die einen monolithischen Keramikkörper mit wabenartiger Struktur und mit einer Katalysatorbeschichtung aufweisen. Das technische Interesse richtet sich hierbei auf die Befestigung des Keramikkörpers, der besonders empfindlich gegen mechanische Beanspruchungen ist, in einem Metallgehäuse derart, daß sämtliche Probleme vermieden sind, die beim Montieren des Reinigers in einem Kraftfahrzeug auftreten können. Für diese Verwendung ist nämlich zu beachten, daß sowohl der Keramikkörper als auch das Metallgehäuse hohen Temperaturbeanspruchungen und sehr schnellen Temperaturänderungen unterworfen werden, wobei die beiderseitigen Materialien einem unterschiedlichen Grad thermischer Verformung unterworfen sind. Zur Lösung dieses Problems kann ein hitzefester Puffer zwischen den Keramikkörper und das Gehäuse eingesetzt sein. Der Puffer besteht aus einem Pressling aus einem Netzgebilde aus dünnen Drähten aus speziellem Stahl wie korrosionsfestem Stahl oder Inconel und gleicht die radial und/oder axial vom keramischen Körper wirkenden Kräfte aus. Dieser Puffer hat sich zunächst als erfolgreich erwiesen.

Mit steigenden Anforderungen an die hohe Reinigungswirkung er-

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weist es sich jedoch als Nachteil dieses Stands der Technik, daß durch das Geflecht des Metallnetzpuffers ungereinigtes Abgas durchsickert. Hiermit hängt der weitere Nachteil zusammen, daß die das Puffer bildenden dünnen Metalldrähte allmählich durch Oxidation insofern, als sie den heißen Abgasen ausgesetzt werden, beeinträchtigt werden.

Es ist auch ein Ringgebilde aus dünnen Metalldrähten bekannt (JA-OS 60 466/1975), das eine Strumpf- oder hülsenförmige Gestalt aufweist und seinerseits zu einem Toroid gerollt ist. 'Zum Gebrauch wird das Toroid zum als Puffer verwendbaren Pressling gepresst. Hierbei besteht die Möglichkeit, daß Fasern eines wärmeisolierenden Materials wie Asbest oder Gesteinswolle mit dem Netzmaterial im Puffer verwendet werden. Es ist jedoch nicht beschrieben, wie die wärmeisolierenden Fasern in den Puffer eingebaut werden. Eine Möglichkeit besteht darin, daß ein aus einem Metalldraht und einem Faden aus wärmeisolierender Faser gebildeter gedrillter Draht hergestellt wird, der dann zusammengesetzt zur Herstellung des Ringnetzes verwendet wird, das dann zur toroidalen Form aufgerollt wird. Alternativ könnte auch während der Anfangsphase der Formung des metallenen Netzes zum Toroid ein Asbestseil zusammengespult werden, so daß das Asbest den Kern des Toroidaufbaus bildet.

Ein Vorteil des Einbauens der hitzefesten, anorganischen Fasern wie Asbestfasern in den Puffer aus Metallnetz ist die Tatsache, daß hierdurch die Menge des durch den Puffer hindurchtretenden Gases auf ein Minimum reduziert wird, da nahezu der gesamte Raum innerhalb des Metallnetzpuffers, dessen volumetrischer Drahtanteil, die sog. Drahtdichte, nur etwa 20 bis 30 % beträgt, mit den anorganischen Fasern gefüllt wird. Dies lindert das Problem, 'daß ungereinigtes Abgas durch den Puffer entweicht. Da der Puffer im wesentlichen den Durchtritt des Gases verhindert, sind die im Puffer enthaltenen Metalldrähte in geringerem Maß dem Abgas ausgesetzt, so daß auch die Verschlechterung des Puffers durch die Oxidation der Metalldrähte verzögert wird.

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Bei Verwendung eines gedrillten Drahts, der aus einem Metalldraht und einem Asbestfaden besteht, zur Bildung des die anorganische Faser enthaltenden Metallnetzpuffers wird der Anteil des Asbestfadens im Volumen des fertigen Puffers, also die im Folgenden als Faserdichte bezeichnete Dichte der anorganischen Faser im Puffer, verhältnismäßig hoch mit dem Ergebnis, daß der Puffer nicht so nachgiebig ist, wie es erwünscht ist. Außerdem sind diejenigen Asbestfäden, die an der Außenfläche des Puffers liegen, im Betrieb den hohen Temperaturen ausgesetzt, v/odurch sie sich vom Pufferaufbau lösen, während sich ihr Material verschlechtert. Sofern das Asbest in Bündelform als Kern des Toroidkörpers verwendet wird, ergibt sich nicht nur die gewünschte Elastizitätsund Nachgiebigkeitscharakteristik', sondern es wird auch das Maß des Gasdurchsickerns durch den relativ dicken das Bündel umgebenden Netzkörper nennenswert.

Bei Untersuchungen des Erfinders, die der Erfindung vorausgingen, wurde zum Vermeiden der Nachteile des Metallnetzpuffers mit anorganischen Fasern ein gestricktes oder gewirktes Ringflächengebilde hergestellt, bei dem in regelmäßigen Abständen Umläufe oder Maschenreihen aus Asbestfaden gebildet sind, während die verbleibenden Maschenreihen aus Metalldraht bestehen. Beispielsweise können die ungeradzahligen Maschenumläufe aus Metalldraht und die geradzahligen Maschenumläufe aus Asbestfaden oder umgekehrt bestehen. Dieses Produkt erwies sich jedoch als nicht erfolgversprechend, da ein häufiger Bruch der Asbestfaden auftrat, der dadurch bewirkt wurde, daß der Faden von einer schleifenbildenden Nadel einer Hochgeschwindigkeits-Strickmaschine ergriffen wurde.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen hitzefesten Puffer mit guter Abdichtungswirkung zu schaffen, der den Gasdurchtritt durch den Puffer sperrt und eine ausreichende nachgiebige Reaktion zeigt. Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch gekennzeichnete Erfindung gelöst. Der anorganische Faden kann hierbei bruchfrei eingearbeitet werden und es können die für die Puffereigenschaften optimalen Werte für die

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Drahtdichte und die Faserdichte gewählt werden. Zweckmäßigerweise "besteht hierbei der Metalldraht aus anti-korrosivem Material. Der zweite Abschnitt kann eine Art innerer Oberfläche des toroidalen Körpers darstellen, dessen ausgewählte Metalldrahtmaschen den Faden oder Garn aus der anox'ganischen Faser wenigstens teilweise tragen.

Das netzartige Gebilde kann ■ aus einem einzigen Ringgebilde mit einem ersten und einem zweiten Abschnitt, die einander in Axialrichtung folgen, bestehen oder kann alternativ ein erstes Ringgebilde, das den ersten Abschnitt darstellt, und ein zweites Ringgebilde, das den zweiten Abschnitt darstellt, umfassen, wobei dann der zweite Abschnitt zuerst zur toroidalen Form gerollt wird und dann durch den ersten Abschnitt umgeben wird, der um diese toroidale Form herumgewickelt wird. Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfaßt das Netzgebilde zwei konzentrische Ringgebilde, von denen ein Ende des inneren Ringgebildes eine axiale Ausdehung aufweist, die sich über das angrenzende Ende des äußeren Ringgebildes hinauerstreckt. Das äußere Gebilde enthält die Fäden oder Garne aus anorganischer Faser und die Ausdehnung des inneren Gebildes bestimmt den ersten Abschnitt, während das

des inneren Gebildes / äußere Gebilde und ein dieses äußere Gebilde überlappender Teil/ zusammen den zweiten Abschnitt bestimmen. Hierbei kann das andere Ende des äußeren Ringgebildes eine axiale Verlängerung haben und über das andere Ende des inneren Gebildes vorstehen. Gemäß anderer Darstellung können die beiden ineinandergesteckten Gebildeeinheiten gleiche axiale Länge haben, jedoch in Axialrichtung zueinander versetzt sein, während sie konzentrisch zu einander angeordnet sind.

Jede der beiden Gebildeeinheiten des Ringgebildes kann aus Fäden aus rostfreiem Stahl oder SpezialStahl wie beispielsweise Inconel gestrickt oder gewebt sein, wobei eine glatte, flache Bearbeitung bevorzugt'wird. Die Außenfläche der gestrickten oder gewirkten Maschenware stellt eine Vorderfläche und die innere Oberfläche eine Rückfläche dar.

Zweckmäßigerweise wird für die Garne oder Fäden aus anorganischer

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Faser Asbest verwendet. Es können jedoch auch andere hitzefeste anorganische Fasermaterialien, beispielsweise Glasfaser oder Kohle_faser, verwendet werden. Der einzelne Faden der anorganischen Faser kann mit einer ausgewählten Masche od.er mit Maschen in der Maschenware aus Metalldraht verkettet sein, und zwar in üblicher, in der Strick- und Wirktechnik an sich bekannter Art. Insbesondere kann hierfür eine bekannte Ringstrickmaschine verwendet werden, die ein einziges ring- oder hülsenförmiges Strickfabrikatiaus einer Mehrzahl von Garnen erzeugt. Auf dem entstehenden gestrickten Schlauchgebilde erscheinen Maschen der einzelnen Garne in voneinander um eine Weite entsprechend der Zahl der verwendeten Garne beabstandeten Maschenumläufen. Werden beispielsweise zur Herstellung des Strickguts oder Gewirks zwei Garne verwendet, so bildet der ein.e Garn Maschen in den ungeradzahligen MaschenuniBufen und der andere in den geradzahligen Maschenumläufen. Es ist dann möglich, einen speziellen Garn einzuführen, der in ausgewählte Maschen eines ausgewählten Maschenumlaufs eingreift, während er die übrigen Maschen gegebenenfalls gewindeartig überspringt. Der axiale Abstand zwischen den aufeinaderfolgenden Runden des speziellen Garns kann gewählt werden, indem die Zahl der verwendeten Garne erhöht oder erniedrigt wird, wodurch es möglich wird, daß die Faserdichte auf einen gewünschten Wert gesteuert werden kann. Wird eine gewöhnliche Strickmaschine verwendet, läuft der Faden aus der anorganischen Faser über die innere oder Rückseite des Ringgebildes aus den Metalldrähten, so daß die Mehrzahl dieser Fäden über die Innenfläche des Ringgebildes verteilt wird. Bei einer Anordnung der anorganischen Faser in dieser Weise bildet der entsprechende Faden keine Maschen, so daß er auch bei Anwendung einer hohen Strickmaschinengeschwindigkeit für die Produktion nicht bricht . Eine ebene gestrickte oder gewirkte Ware weist einen Widerstand gegen Biegung auf der Rückseite auf, ist jedoch auf der Vorderseite flexibel, so daß es möglich ist,' daß das Ringgebilde entlang seiner Vorderfläche zur Toroidform gedreht wird.

Eine zweckmäßige Drahtdichte im fertigen Puffer ist in der Literatur mehrfach diskutiert, worden. Allgemein liegt die Drahtdichte

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im Bereich von 20 bis 30 %. Im Rahmen der Erfindung kann ein bevorzugter Bereich des Verhältnisses des anorganischen Faser-Garns zu den Metalldrähten in der Größenordnung von etwa 30 Gewichts-Prozent liegen.

Nach der Erfindung können die Fäden aus anorganischer Faser im nachgiebigen Puffer im wesentlichen durchgehend gleichmäßig verteilt sein. Da sie so angecfclnet sind, daß sie den Raum zwischen den Metalldrähten ausfüllen, ist der Gasdruchtritt durch den Puffer auf ein Minimum reduziert. Die gleichmäßige Verteilung und die gesteuerte Menge des Garns aus der anorganischen Faser verhindert eine wesentliche Verminderung der nachgiebigen Reaktion des Puffers als Ergebnis des Vorhandenseins dieser Fäden. Da der Gasdurchtritt durch den Puffer im wesentlichen verhindert ist, kann auch die Verschlechterung der Metalldrähte im Puffer etwa aufgrund Oxidation im wesentlichen verhindert werden. Da der Puffer eine dünne Außenschicht aufweist, die miteinander vermaschte Metalldrähte enthält, kann zu einem wirksamen Grad verhindert werden, daß Fäden der anorganischen Faser im Betrieb unter Verschlechterung ihres Materials lose werden.

Weitere Einzelheiten, Vorteile und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen:

Fig. 1a,b und c schematische Querschnitte durch erfindungsgemäße hitzefeste Puffer von unterschiedlicher Querschnittsform;

Fig. 2 einen schematischen Querschnitt zur Veranschaulichung der toroidalen Form des Netzgebildes, bevor es zum Pufferring nach Fig. 1 gepreßt " ist;

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines ring- oder schlauchförmigen metallenen Maschengebildes, aus dem das Toroid nach Fig.2 hergestellt wird;

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Fig. 4 eine Draufsicht auf einen abgewickelten Teil des Maschengebildes nach Fig. 3;

-Fig. 5 eine perspektivische Ansicht eines weiteren ring- oder schlauchförmigen metallenen Maschengebildes, das gegenüber Fig. 3 leicht abgewandelt ist; und

Fig. 6 eine perspektivische Ansicht einer Abwandlung des Maschengebildes nach Fig. 5·

Fig. 1 zeigt mehrere beispielsweise Formen von erfingungsgemäßen hitzefesten Puffern. Gemäß Fig. 1a hat der Puffer flache Endflächen, die einen Katalysatorträger axial tragen, der Puffer nach Fig. 1c hat eine Innenfläche, die sich zum radialen Abstützen eines Katalysatorträgers eignet, und der Puffer nach Fig. 1b hat einen L-förmigen Querschnitt, der ein Ende eines Katalysatorträgers sowohl radial als auch axial abstützt. Jeder dieser hitzefesten Puffer hat einen äußeren Oberflächenabschnitt 1, der von miteinander vermaschten Metalldrähten bedeckt ist, und einen inneren Abschnitt 2, der eine Füllung darstellt und aus einer Mischung miteinander vermaschter Metalldrähte und von Garnen aus anorganischer Faser gebildet ist. Während die fertige Konfiguration der einzelnen Puffer unterschiedlich ist, sind sie als Preßling aus einem Toroidkörper hergestellt.

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Fig.2 zeigt schematisch einen toroidalen Körper 3, der aus einer ringförmigen Struktur, also aus einem Schlauch aus Metall-Maschenware 4 gemäß Fig. 3 hergestellt ist. Die Metall-Maschenware stellt ein einziges Teil dar, das aus dünnen, anti-korrosiven Metalldrähten 5 besteht, die schlauchförmig gestrickt oder gewirkt sind, und weist zwei axiale Teile auf, nämlich einen ersten Teil 6 und einen zweiten Teil 7· In der in Fig.4 gezeigten Weise enthält der zweite Teil 7 Fäden 8 aus anorganischer Faser. Die Fäden 8 greifen nur in ausgewählte vom Metalldraht 5 gebildete Maschen ein, während sie über die übrigen Maschen hinweglaufen. Wie in der Zeichnung erkennbar, verlaufen die Fäden 8 um den Umfang der Schlauchstruktur aus der Maschenware 4, wie in Fig.4 durch einen Pfeil C angedeutet ist, und weisen zwischen sich einen axialen Abstand auf, wie in Fig.4 durch einen Pfeil L angedeutet ist. Fig. 4 zeigt die Außencder Vorderseite der Strickware bzw. des Gewirks, also der Maschenware 4 des Schlauchs. Beim dargestellten Beispiel erscheinen die Fäden 8 der anorganischen Faser in jedem dritten Maschenumlauf, beispielsweise im ersten und vierten Umlauf. In jedem Maschenumlauf, in den die Fäden 8 eingreifen, durchsetzen diese die jeweilige Masche aus Metalldraht 5 in einem Bereich 10, in dem sie an der Vorderseite erscheinen.während sie an der Rückseite frei bleiben.Derartige gestrickte oder gewirkte Maschenware und eine diese Ware erzeugende Maschine sind an sich bekannt. Dem Fachmann steht es frei, die Verlegung der Fäden 8 aus der anorganischen Faser von derjenigen nach Fig. 4 abgewandelt vorzunehmen.

Das Ringgebilde aus der Maschenware 4 nach Fig. 3 wird zur toroidalen Form in einer durch einen Pfeil angedeuteten Richtung aufgerollt, wobei vom Ende des zweiten Teils 7 ,der die Fäden 8 aus anorganischer Faser enthält, begonnen wird, wodurch schließlich der Tcrcidkörper nach Fig.2 entsteht. Der erste Teil 6 der- Maschenware 4 hat eine ausreichende Breite,

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um die Außenfläche des torcidalen Körpers 3 zu umkleiden. Der so entstandene tcroidale Körper 3 wird in bekannter Weise gepreßt, wodurch einer der hitzefesten Puffer nach Fig. 1 entsteht.

Fig. 5 zeigt eine abgewandelte Ausführung eines schlauchförmigen Ringnetzes 11, durch das der Ringkörper nach Fig.3 ersetzt sein kann. Wie dargestellt, umfaßt das Ringnetz 11 zwei Ringr.etzeinheiten 12 und 13. Jede dieser Einheiten ist gestrickt oder gewirkt, besteht also aus Maschenware, und beide sind unter Verwendung von hitzebeständigen Metalldrähten 5 mit gleichem Durchmesser hergestellt, sie weisen jedoch eine selche Flexibilität .in Umfangsrichtung auf, daß sie in konzentrischer Art und Weise angeordnet werden können. Die äußere Einheit 13 enthält die Fäden 8 aus dem anorganischen Material über ihre gesamte axiale Länge. Diese Fäden 8 sind ebenso in die Maschenware eingebaut wie bei der Maschenware nach Fig.4. Eines der Enden der inneren Einheit 12 weist eine axiale Verlängerung 14 auf, die über das entsprechende Ende der äußeren Einheit 13 vorsteht. Die beiden anderen Enden 15 bzw. 16 der Einheiten 12 und 13 schließen miteinander ab. Wenn die beiden Einheiten 12 und 13 des Ringnetzes 11 in die tcroidale Form gebracht werden, wobei mit dem Aufrollen an den Enden 15 und 16 begonnen wird, bildet schließlich der die Verlängerung 14 der inneren Einheit 12 umfassende Abschnitt 6 eine äußere Schicht des resultierenden toroidalen Körpers, während der zweite Abschnitt 7, der'die andere Einheit 13 umfaßt, und der sich mit dieser überlappende Teil der inneren Einheit 12 innen angeordnet wird.

Bei der Ausführungsform nach Fig.6 sind die innere Einheit 12 und die äußere Einheit 13 axial gleich lang, sie sind jedoch versetzt gegeneinander angeordnet, während sie ihre konzentrische Beziehung aufrecherhalten. Zunächst wird nur das Ende 16 der äußeren Einheit 13 zur Toroidform gerollt und wird erst dann diese Einheit zusammen mit der inneren Einheit 12 weitergercllt. Schließlich wird die innere Einheit 12 über die zuvor

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gebildete Rolle gerollt. Der so gebildete toroidale Körper hat einen erhöhten Antei an Fäden 8 aus der anorganischen Faser in seinem zentralen Bereich.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform besteht der Metalldraht aus rostfreiem Stahl und hat einen Durchmesser von 0,15 mm, während der Garn aus der anorganischen Faser speziell einen Gehalt an Asbest hoher Qualität von mehr als 99% hat und eine Dicke aufweist, die einer Länge von 2500 m pro kg entspricht. Ein derartiger Asbestfaden entspricht einem Grad AAAA und einem nominalen Zählwert 0,4, wie er durch die Japanischen Industrie-Standards R 3450 - 1978 definiert ist. Die aus den gestrickten oder gewirkten Metalldrähten gebildete Maschenware stellt ein ebenes Flächengetilde mit elf Maschen pro 25,4 mm sowohl in Axialrichtung als auch in Umlaufrichtung dar und enthält in jedem dritten Maschenumlauf eingefügte Asbestfäden. Der Anteil der Asbestfäden in bezug zu den Metalldrähten beträgt 30 Gewichts-Prozent.

Die Erfindung wurde anhand spezifischer Beispiele beschrieben, es sind jedoch verschiedenerlei Abwandlungen möglich. Beispielsweise kann der Fachmann eine Anzahl Modifizierungen und Änderungen durchführen, !etwa kann ' im Ringnetz nach Fig.3 eine getrennte Ringnetzeinheit mit Metalldrähten allein konzentrisch an seiner Innenseite oder Außenseite angeordnet werden. Außerdem kann beim Aufbau nach Fig. 5 oder eine getrennte Ringnetzeinheit, die nur Metalldrähte enthält,' an einem ausgewählten Bereich davon angefügt werden. Das Ergreifen der Fäden aus der anorganischen Faser nur mit den ausgewählten Maschen, Schleifen oder Wellungen der Ware aus den gestrickten oder gewirkten Metalldrähten kann auch in anderer als der dargestellten Anordnung durchgeführt werden.

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Claims (1)

1. Patentanspruch

   Hitzefester Puffer in Form eines- Presslings aus einem toroidalen Körper, der aus einem Ringgebilde aus Metalldraht und Fäden aus anorganischer Faser gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Ringgebilde aus Strick- oder Wirkmaterial besteht und einen ersten und einen zweiten Abschnitt umfaßt, von denen der erste Abschnitt die Außenfläche des toroidalen Körpers bildet und der zweite, innere Abschnitt die Fäden aus anorganischer Faser enthält, die in gegebenem axialem Abschnitt angeordnet sind, um den Umfang des Ringgebildes verlaufen und durch Eingriff in ausgewählte Maschen der Metalldrähte des zweiten Abschnitts gehaltert sind, wobei das hülsenförmige Ringgebilde auf sich selbst, beginnend mit dem freien Ende des zweiten Abschnitts, aufgerollt ist.

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