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EP0471175A1 - Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung zur katalytischen Reinigung bzw. Zerlegung von heissen Abgasen - Google Patents

Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung zur katalytischen Reinigung bzw. Zerlegung von heissen Abgasen Download PDF

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Publication number
EP0471175A1
EP0471175A1 EP91110837A EP91110837A EP0471175A1 EP 0471175 A1 EP0471175 A1 EP 0471175A1 EP 91110837 A EP91110837 A EP 91110837A EP 91110837 A EP91110837 A EP 91110837A EP 0471175 A1 EP0471175 A1 EP 0471175A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
housing
catalyst body
catalyst
annular
end faces
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
EP91110837A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0471175B1 (de
Inventor
Rainer Diez
Thomas Dipl.-Ing. Sommer
Dieter Bozian
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Friedrich Boysen GmbH and Co KG
Original Assignee
Friedrich Boysen GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Friedrich Boysen GmbH and Co KG filed Critical Friedrich Boysen GmbH and Co KG
Publication of EP0471175A1 publication Critical patent/EP0471175A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0471175B1 publication Critical patent/EP0471175B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/24—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by constructional aspects of converting apparatus
    • F01N3/28—Construction of catalytic reactors
    • F01N3/2839—Arrangements for mounting catalyst support in housing, e.g. with means for compensating thermal expansion or vibration
    • F01N3/2853—Arrangements for mounting catalyst support in housing, e.g. with means for compensating thermal expansion or vibration using mats or gaskets between catalyst body and housing
    • F01N3/2857—Arrangements for mounting catalyst support in housing, e.g. with means for compensating thermal expansion or vibration using mats or gaskets between catalyst body and housing the mats or gaskets being at least partially made of intumescent material, e.g. unexpanded vermiculite
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N13/00—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00
    • F01N13/009—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00 having two or more separate purifying devices arranged in series
    • F01N13/0097—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00 having two or more separate purifying devices arranged in series the purifying devices are arranged in a single housing

Definitions

  • the invention relates to a device for the catalytic purification or decomposition of hot exhaust gases, in particular an internal combustion engine, with a tube-like housing arranged or attachable in the exhaust gas flow and at least one catalytically active body (catalyst body) accommodated therein or coated with catalytically active material, which is held in the housing by means of a resilient mat encasing the body in an annular manner, which is formed at least within an area encircling the associated catalyst body in the form of an expandable mat consisting of a material which irreversibly swells under heat and which seals an annular spacing zone between the catalyst body and the wall of the housing, which is constructed from at least two axially assembled tube-like housing sections.
  • the catalyst body generally consists of ceramic material, the body being penetrated by a large number of narrow channels, the walls of which are coated with catalytically active material, as a rule platinum. If necessary, however, the catalyst body can also consist of metal. In any case, each catalyst body forms a monolith, which is resiliently held in the housing.
  • DE-OS 38 11 224 describes a device of the type mentioned at the beginning with a catalyst body designed as a metal monolith.
  • the metal monolith has a monolith jacket, for example made of sheet steel, the end edges of which protrude beyond the end faces of the metal monolith. These end edges are welded to funnel-shaped connecting parts, which are arranged together with the monolith jacket within a housing which encloses the monolith jacket and the connection funnels at a radial distance, the spacing space or the like being provided by an expansion mat. is filled out.
  • the housing consists of two axially assembled housing sections which are connected to one another via a sliding seat and are accordingly able to move against one another .
  • DE-OS 38 11 224 also describes a modified embodiment in which the monolith jacket is connected to at least one connecting funnel via a sliding seat and the housing has an integral design.
  • DE-OS 38 11 224 does not explain in more detail how the illustrated embodiments are to be produced.
  • a housing cross section is shown, from which it can be seen that the housing or the housing parts each consist of two interconnected shell parts into which the metal monolith together with the inflatable mat enveloping it and the connection funnels, etc. can be inserted before connecting the shell parts.
  • a further device for catalytic cleaning or decomposition of hot exhaust gases is known, in which the catalyst body is resiliently held within a housing by means of a metal structure arranged between the housing inner wall and the catalyst body.
  • ring flanges or the like are inside the housing. arranged, which radially overlap the cross section of the metal knitted fabric and an adjacent ring zone on the end faces of the catalyst body and thus shield against the exhaust gas flow.
  • the like axially between the ring flanges. and said ring zones on the end faces of the catalyst body each have a flexible sealing ring, for example in the form of a gas-filled ring hose.
  • DE-PS 38 30 352 shows a further device for the catalytic cleaning or decomposition of hot exhaust gases.
  • the catalyst body and funnel-shaped housing linings adjoining it on the end face within a housing with the interposition of an inflatable mat or the like. arranged.
  • Spacer rings or the like are located axially between the funnel-shaped inner linings mentioned and the facing end faces of the catalyst body. arranged, which consist of a material that burns away under heat, so that the like when commissioning the device in the area of the mentioned spacer rings or the like. a space is created between the catalyst body and the funnel-shaped inner linings by the hot exhaust gases. Tensions between the catalyst body and the above-mentioned lining parts can thus be avoided.
  • the object of the invention is now to provide a device of the type specified at the outset that is easy to manufacture and is characterized by a particularly reproducible arrangement of the catalyst body or the catalyst bodies.
  • stops are arranged in the housing on the end faces of the catalyst body or on the foremost and rearmost end faces of the successive catalyst bodies in the flow direction of the exhaust gas, which radially overlap the end faces mentioned, that the catalyst body or bodies with the associated one Mat are inserted axially into the housing sections and the housing sections are firmly connected to one another with compensation for manufacturing tolerances in an axially assembled state, in which the stops abut the assigned end faces of the catalyst body or the catalyst bodies and the optionally successive catalyst bodies against one another or against them arranged spacers are pushed, and that by axially between the stops and the facing end faces of the catalyst body or the catalyst body and inserted under heat spacing elements which burn off or dissolve, a predeterminable axial spacing space can be formed or formed.
  • each catalyst body with the associated mat can be pushed into the associated housing section or the corresponding housing sections in the manner of a plug. A visual inspection is easily possible here.
  • a particular advantage of the invention is that the axial position of the catalyst body or the catalyst body in the housing is precisely predetermined by the stops arranged therein. After inserting the catalyst body or the catalyst body into the respective housing section or the housing sections, the same are plugged together with sufficient force that the stops come to rest on the assigned end faces of the catalyst body or the catalyst body and in any case an exact adaptation of the housing to the dimensions of the catalyst body or the catalyst body is reached.
  • the spacer elements which burn off or dissolve under the action of heat ensure that, after the housing has been installed between the stops and the facing end faces of the catalyst body or the catalyst body, a precisely defined free space can be generated, which prevents the stops and the respective catalyst body from being prevented destructive compressive forces can be effective, for example if the housing and the catalyst body or bodies expand to the same extent under the influence of heat or shrink to the same extent when cooled.
  • Said axial distance between the stops and the respectively adjacent catalyst body is completely harmless for its seat in the axial direction of the housing, because when the device is first subjected to heat, the inflatable mat, which holds the catalyst body or the catalyst bodies in the housing, swells and thus the catalyst body or fixes the catalyst body immovably.
  • housing sections can in principle be produced in any manner.
  • production from shell parts is also possible, which can be connected to one another to form the pipe-like housing sections before the respective catalyst body is inserted.
  • the production of the housing sections from pipe sections is advantageous if the housing has a circular or slightly eccentric cross section.
  • the cross sections In the case of markedly non-circular cross sections, in particular if the cross sections have height and width dimensions which differ greatly from one another, it is generally advisable to produce the housing sections from shell parts.
  • the device shown in Fig. 1 for the catalytic cleaning and decomposition of combustion gases of a vehicle engine has a housing 1, which between an engine-side exhaust pipe 2 and one to the outside to the atmosphere re or to an exhaust silencer leading exhaust-side exhaust pipe 3 is arranged.
  • the main part of the housing 1 is formed by two pipe sections 4 and 5.
  • the pipe section 5 has a widened left end in the manner shown, such that the pipe section 4 can be inserted into this end.
  • the two pipe sections 4 and 5 are welded to one another at a peripheral seam 6.
  • an inwardly projecting ring step with a radial ring surface 7 is formed.
  • two catalyst bodies 8 are arranged at a distance from one another.
  • these are ceramic monoliths which are penetrated by a large number of narrow channels in the axial direction of the housing 1.
  • the walls of these channels are covered with catalytically active material, usually platinum, in order to be able to catalytically break down the exhaust gases passing through the catalyst bodies 8 and thus detoxify them.
  • the catalyst bodies 8 are each covered by an inflatable mat 9, which consists of an irreversibly swellable material under the influence of heat and also acts in the manner of thermal insulation, so that the catalyst body 8 heated by the hot exhaust gases flowing through it only comparatively little heat to the outside of the pipe sections 4 and 5 transferred.
  • a ceramic ring 10 is arranged as a spacer, which is coated in a manner similar to the catalyst bodies 8 by an inflatable mat 11 and is held within the pipe sections 4 and 5.
  • the end face of the ceramic ring 10 is practically gap-free on the facing end faces of the catalyst body 8, so that the expansion mats 9 and 11 of the catalyst body 8 and the ceramic ring 10 between the catalyst bodies 8 are practically not acted upon by the exhaust gases flowing through the housing 1 and their pulsations can. This is important because the material of the inflation mats 9 and 11 can only withstand the pulsations of the exhaust gases for a limited time.
  • the catalyst bodies 8 enclosing sealing rings 12 made of wire mesh are arranged, which prevent the pulsations of the exhaust gases by the annular gaps between the annular surfaces 7 and the facing End faces of the catalyst body 8 remain, which can inflate the inflatable mats 9 of the catalyst body 8 in a destructive manner.
  • annular gaps mentioned between the annular surfaces 7 and the catalyst bodies 8 must be present because the housing 1 or the pipe sections 4 and 5 expand to different extents under the influence of the hot exhaust gases or shrink at different speeds when cooled.
  • destructive compressive forces could occur between the annular surfaces 7 overlapping the facing end faces of the catalyst bodies 8 and the ceramic bodies 8 if the pipe sections 4 and 5 previously heated by the exhaust gases are suddenly and strongly cooled by spray water (for example in a car washer for vehicles) and shrink accordingly.
  • annular disk-shaped inserts 13 made of, for example, ceramic paper material, which burns or dissolves quickly under the action of the hot exhaust gases.
  • funnel-like double-walled connecting pieces 14 and 15 are arranged, wherein the space between the inner and outer wall can be filled with heat-resistant heat insulation material 16, for example a ceramic-based material.
  • heat-resistant heat insulation material 16 for example a ceramic-based material.
  • the inner walls 14 'and 15' have tubular end regions which, with the formation of a sliding seat, that is to say axially displaceably, protrude into an axial annular gap which extends between the outer circumference of the exhaust pipe 2 or 3 and the Outside wall of the connector 14 or 15 is formed.
  • the outer walls of the attachment pieces 14 and 15 each have tubular end regions with ring steps 19, the radial height of which is adapted to the thickness of the inner walls 14 'and 15'.
  • the end edges of the tubular end pieces of the outer walls of the connecting pieces 14 and 15 are along the peripheral seams 20 and 21 welded to the exhaust pipes 2 and 3.
  • the catalyst bodies 8 are first arranged in the associated pipe sections 4 and 5, which are still separated from one another. First, the annular disk-shaped inserts 13 are inserted, in each case from the ends of the pipe sections 4 and 5 remote from the annular surfaces 7. Then the associated catalyst body 8, which was previously covered with the associated inflatable mat 9 and provided at one end with the associated wire mesh sealing ring 12, is inserted axially into the associated pipe section 4 or 5 in the direction of the annular surface 7.
  • the ceramic ring 10 which was also previously covered with the associated inflatable mat 11, is now inserted into one of the pipe sections 4 and 5. Now the pipe sections 4 and 5 can be axially one into the other or. are plugged onto one another, with sufficient axial thrust forces ensuring that the catalyst bodies 8 rest against the annular disk-shaped inserts 13 and the ceramic ring 10 without play. At the same time, the pipe sections 4 and 5 are welded along the circumferential seam 6.
  • the welding of the pipe sections 4 and 5 to one another along the circumferential seam 6 can take place simultaneously with the welding of the pipe sections 4 and 5 to the associated connecting pieces 14 and 15 along the circumferential seams 17 and 18, if the connecting pieces 14 and 15 have been prepared accordingly beforehand.
  • the ring-shaped inserts 13 burn off or dissolve, at the same time the material of the inflation mats 9 and 11 swells, so that on the one hand between the annular surfaces 7 of the pipe sections 4 and 5 and the facing end faces of the Catalyst body 8 annular gaps are formed with a predetermined width by the inserts 13 and on the other hand, the catalyst body 8 and the ceramic ring 10 are held axially fixed in the pipe sections 4 and 5.
  • the axial dimensions of the main part of the housing 1 formed by the pipe pieces 4 and 5 are exactly adapted to the dimensions of the catalyst body 8 and the ceramic ring 10, i.e. all manufacturing tolerances are compensated.
  • the embodiment shown in FIG. 2 differs from the embodiment according to FIG. 1 first in that the housing 1 is composed of two housing halves 22 and 23, each of which has a section encasing the associated catalyst body 8 with a constant cross section and a funnel-shaped widening section have, which corresponds to the connecting pieces 14 and 15 in Fig. 1.
  • housing halves 22 and 23 are expediently each constructed from shell parts which are tightly connected or welded to one another at longitudinal seams which are not visible in FIG. 2.
  • the inner walls 14 'and 15' of the connection areas can be inserted into the housing halves 22 and 23 together with the associated heat insulation material 16 from the ends of the housing halves 22 and 23 which are larger in cross section.
  • annular bead 24 projecting radially inwards can be formed on the end of the inner wall 14' which has the larger cross section and which extends into a radially outwardly projecting flange-like annular surface 25 continues, wherein in the transition area between the annular bead 24 and the funnel-shaped part of the inner wall 14 'an annular bead 26 is formed with its convex side projecting outwards.
  • a sealing ring 27 made of wire mesh is clamped, which is arranged together with a further sealing ring 28 made of wire mesh in a bead of this housing half 22 running in the circumferential direction of the housing half 22, the ring surface 25 of the inner wall 14 'protrudes into the gap between the sealing rings 27 and 28. This ensures the axial position of the end of the inner wall 14 ′ facing the catalyst body 8.
  • the catalyst body 8 enclosed by the housing half 22 can be arranged in the housing half 22.
  • annular disk-shaped inserts 29 are placed on the flank of the annular bead 24 facing the catalyst body 8, which inserts 29 in FIG 1 correspond. Then the catalyst body 8, which previously with the associated inflatable mat 9 was encased, inserted axially into the housing half 22.
  • the sealing rings 27 and 28 can also be combined into a single wide sealing ring 30, as is shown in the case of the inner wall 15 'within the housing half 23.
  • the sealing ring 30 forms a press and slide fit for the associated end of the inner wall 15 ', while the other end of the inner wall 15' is fixedly connected or welded to the housing half 23 for axial securing of the position.
  • inserts 29 are again arranged from a material that burns or dissolves under the influence of heat, so that during later operation, i.e. during exhaust gas separation or purification, a sufficient distance remains between the catalytic converter body 8 and the inner wall 15 'and no axial pressure forces can be transmitted.
  • the inserts 29 are secured in their position on the side facing the inner wall 15 'by the flank of the inner annular bead 24 formed on the inner wall 15' facing the catalyst body 8 or by an edge region 31 which is turned radially inward.
  • the catalyst body 8 assigned to the housing half 23 can be inserted axially into the housing half 23 with its inflatable mat 9.
  • the ceramic ring 10 with its inflatable mat 11 encasing it is pushed axially into one of the housing halves 22 and 23, respectively, after which the housing halves 22 and 23 axially plugged together, with sufficient axial thrust force, such that the ends of the ceramic ring 10 lie against the facing ends of the catalyst bodies 8 without gaps and the ends of the catalyst bodies 8 facing away from one another with the annular inserts 29 being clamped against the facing ends of the inner walls 14 ' and 15 'are pushed.
  • the housing halves 22 and 23 are then welded to one another along the peripheral seam 6.
  • the embodiment shown in Fig. 2 can also be modified in such a way that the inflatable mat 9 of each catalyst body 8 projects into the space between the inner walls 14 'and 15' and the housing halves 22 and 23 or fills this space.
  • Such an arrangement is similar to the embodiment shown in the right part of FIG. 2, only the sealing ring 30 is omitted.
  • the annular gap between the inner wall 15 'and the catalyst body 8 is expediently provided by a heat-resistant woven or wire mesh layer to protect the inflatable mat 9 sealed against the pressure pulsations of the exhaust gases, the fabric or wire mesh layer mentioned encasing adjacent areas of the catalytic converter body 8 and the inner wall 15 'from the outside.
  • the catalyst body 8 and the associated inner wall 15 '(or 14') can be pushed together axially into the housing half 23 (or 22) after being coated with the inflatable mat 8, the axial distance between the inner wall 15 '(or 14' ) and the adjacent catalyst body 8 is in turn secured by the previously arranged annular inserts 29.
  • both the pipe sections 4 and 5 and the housing halves 22 and 23 can be dimensioned with a greater axial length such that two catalyst bodies 8 can be inserted axially one behind the other, with a ceramic ring 10 being expediently interposed between these catalyst bodies 8, in order to form a space acting as a mixing zone for the exhaust gases between successive catalyst bodies 8.
  • a further pipe section which encloses a catalyst body 8 in the same manner as the other two pipe sections 4 and 5, can be interposed between the pipe sections 4 and 5.
  • a housing section encasing a further catalyst body 8 can be arranged between the housing halves 22 and 23.
  • the axial housing length can always be exactly the axial length of the successive catalyst bodies 8 and, if appropriate, the intermediate one Ceramic rings 10 are adapted by holding together the pipe sections or housing sections forming the housing 1 with sufficient axial thrust force, while the pipe sections or housing sections are connected to one another.
  • FIG. 1 the type shown in FIG. 1 is characterized in that for adapting to exhaust systems of different internal combustion engines, it is easily possible to manufacture housings 1 with different dimensions for differently sized catalyst bodies 8 and different spacer rings 10. In essence, it must only be assumed that the housing is manufactured in accordance with differently dimensioned tubes.
  • the housing sections 4 and 5 (cf. FIG. 1) or 22 and 23 (cf. FIG. 2) can be plugged together axially with very great force, in such a way that in each case that between the catalyst bodies 8 arranged ceramic ring 10 or the like. even if the end surfaces of the ceramic ring 10 or the catalyst body 8 are not exactly ground flat, adjoins the catalyst body 8 axially close by the ceramic ring 10 "digging" somewhat into the end faces of the catalyst body 8. This allows a very good seal between the ceramic ring 10 or the like. and reach the facing end faces of the catalyst bodies 8. The space between the successive catalyst bodies 8 encompassed by the ceramic ring 10 is accordingly well sealed off from the inflation mat 9.
  • FIG. 1 has the advantage that the inlet and outlet funnels 14, 15 can be modified without great effort - in particular without changing the parts encasing the catalyst body 8. This is advantageous when manufacturing prototypes or with regard to possible modifications during series production.

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Abstract

Das Gehäuse (1) besteht aus zumindest zwei axial ineinandergesteckten rohrähnlichen Gehäuseabschnitten (4,5), in die sich die Katalysatorkörper (8) zusammen mit einer durch Blähmatten gebildeten Ummantelung axial einschieben lassen, wobei die Sollage durch Anschläge (7) vorgegeben wird. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur katalytischen Reinigung bzw. Zerlegung von heißen Abgasen, insbesondere eines Verbrennungsmotors, mit einem im Abgasstrom angeordneten bzw. anbringbaren rohrähnlichen Gehäuse sowie zumindest einem darin untergebrachten katalytisch wirksamen bzw. mit katalytisch wirksamem Material beschichteten gasdurchlässigen Körper (Katalysatorkörper), welcher im Gehäuse mittels einer den Körper ringförmig ummantelnden nachgiebigen Matte gehaltert ist, die zumindest innerhalb eines den zugehörigen Katalysatorkörper ringförmig umfassenden Bereiches als aus einem unter Hitze irreversibel aufquellenden Material bestehende Blähmatte ausgebildet ist und eine ringförmige Abstandszone zwischen dem Katalysatorkörper und der Wandung des Gehäuses abdichtet, welches aus zumindest zwei axial zusammengesteckten rohrähnlichen Gehäuseabschnitten aufgebaut ist.
  • Verbrennungsmotoren von Kraftfahrzeugen werden heute in großem Umfange mit Vorrichtungen zur katalytischen Reinigung bzw. Zerlegung der Abgase ausgerüstet, um den Anteil besonders schädlicher bzw. giftiger Auspuffgase deutlich zu verringern. Der Katalysatorkörper besteht in der Regel aus Keramikmaterial, wobei der Körper von einer Vielzahl enger Kanäle durchsetzt wird, deren Wandungen mit katalytisch wirksamem Material, in der Regel Platin, beschichtet sind. Gegebenenfalls kann der Katalysatorkörper jedoch auch aus Metall bestehen. In jedem Falle bildet jeder Katalysatorkörper einen Monolithen, welcher im Gehäuse nachgiebig gehaltert ist.
  • Eine Vorrichtung der eingangs angegebenen Art mit einem als Metallmonolithen ausgebildeten Katalysatorkörper ist Gegenstand der DE-OS 38 11 224. Dabei besitzt der Metallmonolith einen Monolithmantel, beispielsweise aus Stahlblech, dessen Stirnränder über die Stirnseiten des Metallmonolithen hinausragen. Diese Stirnränder sind mit trichterförmigen Anschlußteilen verschweißt, die zusammen mit dem Monolithmantel innerhalb eines Gehäuses angeordnet sind, welches den Monolithmantel und die Anschlußtrichter mit radialem Abstand umschließt, wobei der Abstandsraum durch eine Blähmatte od.dgl. ausgefüllt ist. Um zu gewährleisten, daß beim Betrieb aufgrund der den Katalysatorkörper durchströmenden heißen Abgase keine unerwünschten Verspannungen zwischen Monolithmantel und Gehäuse auftreten, ist vorgesehen, daß das Gehäuse aus zwei axial zusammengesteckten Gehäuseabschnitten besteht, die miteinander über einen Schiebesitz verbunden sind und sich dementsprechend gegeneinander zu bewegen vermögen.
  • Darüber hinaus wird in der DE-OS 38 11 224 auch eine abgewandelte Ausführungsform beschrieben, bei der der Monolithmantel mit zumindest einem Anschlußtrichter über einen Schiebesitz verbunden ist und das Gehäuse eine einstückige Ausbildung hat. In der DE-OS 38 11 224 wird nicht näher erläutert, wie die dargestellten Ausführungsformen hergestellt werden sollen. Jedoch wird in der Zeichnung (Fig. 7) ein Gehäusequerschnitt dargestellt, aus dem ersichtlich ist, daß das Gehäuse bzw. die Gehäuseteile jeweils aus zwei miteinander verbundenen Schalenteilen bestehen, in die sich der Metallmonolith zusammen mit der ihn umhüllenden Blähmatte sowie den Anschlußtrichtern usw. vor Verbindung der Schalenteile miteinander einlegen läßt.
  • Aus der DE-OS 25 25 661 ist eine weitere zur katalytischen Reinigung bzw. Zerlegung von heißen Abgasen vorgesehene Vorrichtung bekannt, bei der der Katalysatorkörper innerhalb eines Gehäuses mittels eines zwischen der Gehäuseinnenwand und dem Katalysatorkörper angeordneten Metallgestrikkes nachgiebig gehaltert ist. Um zu vermeiden, daß Abgase unter Umgehung des Katalysatorkörpers durch den vom Metallgestrick ausgefüllten Ringraum hindurchströmen können, sind innerhalb des Gehäuses Ringflansche od.dgl. angeordnet, die den Querschnitt des Metallgestrickes sowie eine angrenzende Ringzone auf den Stirnseiten des Katalysatorkörpers radial überlappen und damit gegenüber der Abgasströmung abschirmen. Zusätzlich kann axial zwischen den Ringflanschen u.dgl. und den genannten Ringzonen auf den Stirnseiten des Katalysatorkörpers jeweils ein nachgiebiger Dichtring, beispielsweise in Form eines gasgefüllten Ringschlauches, angeordnet sein.
  • Angaben darüber, wie der Katalysatorkörper bei der Herstellung der Vorrichtung im Gehäuse untergebracht wird, werden in der DE-OS 25 25 661 nicht gemacht.
  • Die DE-PS 38 30 352 zeigt eine weitere Vorrichtung zur katalytischen Reinigung bzw. Zerlegung von heißen Abgasen. Hier sind der Katalysatorkörper und daran stirnseitig anschließende trichterförmige Gehäuseauskleidungen innerhalb eines Gehäuses unter Zwischenschaltung einer Blähmatte od.dgl. angeordnet. Axial zwischen den genannten trichterförmigen Innenauskleidungen und den zugewandten Stirnseiten des Katalysatorkörpers sind Distanzringe od.dgl. angeordnet, die aus einem unter Hitze wegbrennbaren Material bestehen, so daß bei der Inbetriebnahme der Vorrichtung im Bereich der genannten Distanzringe od.dgl. durch die heißen Abgase ein Abstandsraum zwischen dem Katalysatorkörper und den trichterförmigen Innenauskleidungen geschaffen wird. Damit können Verspannungen zwischen dem Katalysatorkörper und den genannten Auskleidungsteilen vermieden werden.
  • Im übrigen fehlen auch hier genauere Angaben darüber, wie die dargestellte Vorrichtung hergestellt werden könnte.
  • Aufgabe der Erfindung ist es nun, für eine Vorrichtung der eingangs angegebenen Art eine leicht herstellbare Konstruktion aufzuzeigen, die sich durch eine besonders gut reproduzierbare Anordnung des Katalysatorkörpers bzw. der Katalysatorkörper auszeichnet.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß im Gehäuse an den Stirnseiten des Katalysatorkörpers bzw. an den in Strömungsrichtung des Abgases vordersten und hintersten Stirnseiten der aufeinanderfolgenden Katalysatorkörper Anschläge angeordnet sind, welche die genannten Stirnseiten radial überlappen, daß der bzw. die Katalysatorkörper mit der zugehörigen Matte axial in die Gehäuseabschnitte eingeschoben sind und die Gehäuseabschnitte unter Ausgleich von Fertigungstoleranzen in einem axial zusammengesteckten Zustand miteinander fest verbunden sind, bei dem die Anschläge an den zugeordneten Stirnseiten des Katalysatorkörpers bzw. der Katalysatorkörper anliegen und die gegebenenfalls aufeinanderfolgenden Katalysatorkörper gegeneinander bzw. gegen zwischen ihnen angeordnete Abstandshalter gedrängt werden, und daß durch axial zwischen den Anschlägen und den zugewandten Stirnseiten des Katalysatorkörpers bzw. der Katalysatorkörper eingelegte und unter Hitzeeinwirkung abbrennende bzw. sich auflösende Abstandselemente ein vorgebbarer axialer Abstandsraum ausbildbar bzw. ausgebildet ist.
  • Bei der erfindungsgemäßen Konstruktion kann also jeder Katalysatorkörper mit zugehöriger Matte nach Art eines Pfropfens in den zugehörigen Gehäuseabschnitt bzw. die zugehörigen Gehäuseabschnitte eingeschoben werden. Hierbei ist eine Sichtkontrolle leicht möglich.
  • Ein besonderer Vorzug der Erfindung liegt darin, daß die axiale Lage des Katalysatorkörpers bzw. der Katalysatorkörper im Gehäuse durch die darin angeordneten Anschläge genau vorgegeben wird. Nach Einschieben des Katalysatorkörpers bzw. der Katalysatorkörper in den jeweiligen Gehäuseabschnitt bzw. die Gehäuseabschnitte werden dieselben mit hinreichender Kraft so weit zusammengesteckt, daß die Anschläge zur Anlage an den zugeordneten Stirnseiten des Katalysatorkörpers bzw. der Katalysatorkörper kommen und in jedem Falle eine exakte Anpassung des Gehäuses an die Maße des Katalysatorkörpers bzw. der Katalysatorkörper erreicht wird.
  • Gleichzeitig wird durch die abbrennbaren bzw. sich unter Hitzeeinwirkung auflösenden Abstandselemente gewährleistet, daß nach der Gehäusemontage zwischen den Anschlägen und den zugewandten Stirnseiten des Katalysatorkörpers bzw. der Katalysatorkörper ein genau definierter Freiraum erzeugt werden kann, welcher verhindert, daß zwischen den Anschlägen und dem jeweiligen Katalysatorkörper zerstörerische Druckkräfte wirksam werden können, beispielsweise wenn sich das Gehäuse und der oder die Katalysatorkörper unter Hitzeeinwirkung ungleich stark ausdehnen bzw. bei Abkühlung ungleich stark schrumpfen. Der genannte axiale Abstandsraum zwischen den Anschlägen und dem jeweils benachbarten Katalysatorkörper ist für dessen Sitz in Axialrichtung des Gehäuses völlig unschädlich, weil bei der ersten Hitzebeaufschlagung der Vorrichtung die Blähmatte, welche den Katalysatorkörper bzw. die Katalysatorkörper im Gehäuse haltert, aufquillt und damit den Katalysatorkörper bzw. die Katalysatorkörper unverrückbar festsetzt.
  • Im übrigen ist vorteilhaft, daß die Gehäuseabschnitte in prinzipiell beliebiger Weise hergestellt werden können. Neben einer Herstellung der Gehäuseabschnitte aus Rohrabschnitten ist auch eine Herstellung aus Schalenteilen möglich, die vor dem Einsetzen des jeweiligen Katalysatorkörpers miteinander zu den rohrähnlichen Gehäuseabschnitten verbunden werden können.
  • Im allgemeinen ist die Herstellung der Gehäuseabschnitte aus Rohrabschnitten dann vorteilhaft, wenn das Gehäuse einen kreisförmigen oder wenig exzentrischen Querschnitt aufweist. Bei ausgeprägt unrunden Querschnitten, insbesondere wenn die Querschnitte stark voneinander abweichende Höhen- und Breitenmaße besitzen, ist in aller Regel eine Herstellung der Gehäuseabschnitte aus Schalenteilen zweckmäßig.
  • Im übrigen wird hinsichtlich bevorzugter Merkmale der Erfindung auf die Ansprüche sowie die nachfolgende Erläuterung besonders vorteilhafter Ausführungsformen verwiesen, die in der Zeichnung dargestellt sind.
  • Dabei zeigt
    • Fig. 1 einen Längsschnitt einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur katalytischen Reinigung bzw. Zerlegung von heißen Abgasen, wobei das Gehäuse aus Rohrabschnitten zusammengesetzt ist, die mit trichterartigen doppelwandigen Anschlußstücken verschweißt sind, und
    • Fig. 2 einen der Fig. 1 entsprechenden Längsschnitt einer abgewandelten Ausführungsform, bei der die Gehäuseabschnitte aus Schalenteilen bestehen.
  • Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung zur katalytischen Reinigung und Zerlegung von Verbrennungsgasen eines Fahrzeugmotors besitzt ein Gehäuse 1, welches zwischen einem motorseitigen Abgasrohr 2 und einem nach außen zur Atmosphäre bzw. zu einem Abgasschalldämpfer führenden auslaßseitigen Abgasrohr 3 angeordnet ist.
  • Der Hauptteil des Gehäuses 1 wird durch zwei Rohrstücke 4 und 5 gebildet. Dabei besitzt das Rohrstück 5 ein in der dargestellten Weise aufgeweitetes linkes Ende, derart, daß sich das Rohrstück 4 in dieses Ende einschieben läßt. An einer Umfangsnaht 6 sind die beiden Rohrstücke 4 und 5 miteinander verschweißt.
  • An den voneinander abgewandten Enden der Rohrstücke 4 und 5 ist jeweils eine nach innen ragende Ringstufe mit einer radialen Ringfläche 7 angeformt.
  • Innerhalb des von den Rohrstücken 4 und 5 gebildeten Hauptteiles des Gehäuses 1 sind zwei Katalysatorkörper 8 voneinander beabstandet angeordnet. Dabei handelt es sich in an sich bekannter Weise um keramische Monolithen, welche von einer Vielzahl enger Kanäle in Achsrichtung des Gehäuses 1 durchsetzt werden. Die Wandungen dieser Kanäle sind mit katalytisch wirksamem Material, in der Regel Platin, behaftet, um die die Katalysatorkörper 8 durchsetzenden Abgase katalytisch zerlegen und damit entgiften zu können.
  • Die Katalysatorkörper 8 sind jeweils von einer Blähmatte 9 ummantelt, welche aus einem unter Hitzeeinwirkung irreversibel aufquellenden Material besteht und außerdem nach Art einer Wärmeisolation wirkt, so daß die von den durchströmenden heißen Abgasen erhitzten Katalysatorkörper 8 nur vergleichsweise wenig Wärme nach außen auf die Rohrstücke 4 und 5 übertragen.
  • Zwischen den einander zugewandten Stirnseiten der Katalysatorkörper 8 ist als Abstandshalter ein Keramikring 10 angeordnet, welcher in ähnlicher Weise wie die Katalysatorkörper 8 von einer Blähmatte 11 ummantelt und innerhalb der Rohrstücke 4 und 5 gehaltert wird.
  • Der Keramikring 10 liegt mit seinen Stirnenden praktisch spaltfrei auf den zugewandten Stirnseiten der Katalysatorkörper 8 auf, so daß die Blähmatten 9 und 11 der Katalysatorkörper 8 sowie des Keramikringes 10 zwischen den Katalysatorkörpern 8 praktisch nicht von den das Gehäuse 1 durchströmenden Abgasen und deren Pulsationen beaufschlagt werden können. Dies ist wichtig, weil das Material der Blähmatten 9 und 11 den Pulsationen der Abgase nur begrenzte Zeit standhalten kann.
  • An den voneinander abgewandten Stirnenden der Katalysatorkörper 8 bzw. an den Ringflächen 7 der Rohrstücke 4 und 5 sind die Katalysatorkörper 8 umschließende Dichtringe 12 aus Drahtgestrick angeordnet, welche verhindern, daß die Pulsationen der Abgase durch die Ringspalte, welche zwischen den Ringflächen 7 und den zugewandten Stirnseiten der Katalysatorkörper 8 verbleiben, die Blähmatten 9 der Katalysatorkörper 8 in zerstörerischer Weise beaufschlagen können.
  • Die genannten Ringspalte zwischen den Ringflächen 7 und den Katalysatorkörpern 8 müssen vorhanden sein, weil sich das Gehäuse 1 bzw. die Rohrstücke 4 und 5 unter dem Einfluß der heißen Abgase unterschiedlich stark ausdehnen bzw. bei Abkühlung unterschiedlich schnell schrumpfen. Beispielsweise könnten ohne die Ringspalte zerstörerische Druckkräfte zwischen den die zugewandten Stirnseiten der Katalysatorkörper 8 überlappenden Ringflächen 7 und den Keramikkörpern 8 auftreten, wenn die zuvor durch die Abgase erwärmten Rohrstücke 4 und 5 durch Spritzwasser (beispielsweise in einer Waschanlage für Fahrzeuge) plötzlich und stark abgekühlt werden und damit entsprechend stark schrumpfen.
  • Eine hinreichende Bemessung der genannten Ringspalte wird bei der weiter unten erläuterten Montage der Katalysatorkörper 8 in den Rohrstükken 4 und 5 durch ringscheibenförmige Einlagen 13 aus einem beispielsweise keramischen Papiermaterial gewährleistet, welches unter der Einwirkung der heißen Abgase schnell abbrennt bzw. aufgelöst wird.
  • An den voneinander abgewandten Enden der Rohrstücke 4 und 5 sind trichterartige doppelwandige Anschlußstücke 14 und 15 angeordnet, wobei der Abstandsraum zwischen Innen- und Außenwand mit hitzebeständigem Wärmeisolationsmaterial 16, beispielsweise ein Material auf keramischer Basis, ausgefüllt sein kann. Durch dieses Füllmaterial wird gleichzeitig eine erwünschte Geräuschdämmung erreicht.
  • An den Innenwänden 14' und 15' der Anschlußstücke 14 und 15 sind an den den Rohrstükken 4 und 5 benachbarten Enden jeweils nach radial außen gerichtete Ringflächen nach Art von Ringflanschen angeformt, welche auf den zugewandten Seiten der die Ringflächen 7 bildenden Ringstufen der Rohrstücke 4 und 5 aufliegen und an ihren Außenumfängen gemeinsam mit den Außenwänden der Anschlußstücke 14 und 15 längs der Umfangsnähte 17 und 18 mit den Rohrstücken 4 bzw. 5 verschweißt sind.
  • An den voneinander abgewandten Enden der Anschlußstücke 14 und 15 besitzen die Innenwände 14' und 15' rohrförmige Endbereiche, welche unter Bildung eines Schiebesitzes, d.h. axial verschiebbar, in einen axialen Ringspalt hineinragen, welcher jeweils zwischen dem Außenumfang des Abgasrohres 2 bzw. 3 und der Außenwand des Anschlußstückes 14 bzw. 15 ausgebildet ist. Zur Bildung dieser Ringspalte besitzen die Außenwände der Apschlußstücke 14 und 15 jeweils rohrförmige Endbereiche mit Ringstufen 19, deren radiale Höhe jeweils der Dicke der Innenwände 14' und 15' angepaßt ist. Die Stirnränder der rohrförmigen Endstücke der Außenwände der Anschlußstücke 14 und 15 sind längs der Umfangsnähte 20 und 21 mit den Abgasrohren 2 und 3 verschweißt.
  • Bei der Herstellung der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung werden zunächst die Katalysatorkörper 8 in den zugeordneten Rohrstücken 4 und 5, die noch voneinander getrennt sind, angeordnet. Zunächst werden die ringscheibenförmigen Einlagen 13, jeweils von den von den Ringflächen 7 entfernten Enden der Rohrstücke 4 und 5 aus, eingelegt. Sodann wird der jeweils zugehörige Katalysatorkörper 8, der zuvor mit der zugehörigen Blähmatte 9 ummantelt sowie an seinem einen Stirnende mit dem zugeordneten Drahtgestrick-Dichtring 12 versehen wurde, axial in das zugeordnete Rohrstück 4 bzw. 5 in Richtung der Ringfläche 7 eingeschoben.
  • In eines der Rohrstücke 4 bzw. 5 wird nun der Keramikring 10, welcher ebenfalls zuvor mit der zugehörigen Blähmatte 11 ummantelt wurde, eingeschoben. Nunmehr können die Rohrstücke 4 und 5 axial ineinander-bzw. aufeinandergesteckt werden, wobei durch hinreichende axiale Schubkräfte gewährleistet wird, daß die Katalysatorkörper 8 spielfrei an den ringscheibenförmigen Einlagen 13 sowie am Keramikring 10 anliegen. Gleichzeitig erfolgt die Verschweißung der Rohrstücke 4 und 5 längs der Umfangsnaht 6.
  • Die Verschweißung der Rohrstücke 4 und 5 miteinander längs der Umfangsnaht 6 kann simultan mit der Verschweißung der Rohrstücke 4 und 5 mit den zugeordneten Anschlußstücken 14 und 15 längs der Umfangsnähte 17 und 18 erfolgen, wenn die Anschlußstücke 14 und 15 zuvor entsprechend vorbereitet wurden.
  • Dazu müssen im wesentlichen nur Außenwand und Innenwand der Anschlußstücke 14 und 15 unter Zwischenschaltung des Wärmeisolationsmaterials 16 ineinandergesteckt werden. Sodann werden die Anschlußstücke 14 und 15 mit hinreichender Schubkraft axial gegen die Rohrstücke 4 und 5 angeschoben, um Innen-und Außenwände der Anschlußstücke 14 und 15 simultan mit den zugewandten Enden der Rohrstücke 4 und 5 längs der Umfangsnähte 20 und 21 verschweißen zu können.
  • Sobald durch die dargestellte Vorrichtung erstmals heiße Abgase geleitet werden, brennen die ringscheibenförmigen Einlagen 13 ab bzw. lösen sich auf, gleichzeitig quillt das Material der Blähmatten 9 und 11, so daß einerseits zwischen den Ringflächen 7 der Rohrstücke 4 und 5 und den Zugewandten Stirnseiten der Katalysatorkörper 8 Ringspalte mit durch die Einlagen 13 vorbestimmter Breite gebildet werden und andererseits die Katalysatorkörper 8 sowie der Keramikring 10 in den Rohrstücken 4 und 5 axial fest gehaltert werden.
  • Bei der dargestellten Herstellung werden also die axialen Abmessungen des von den Rohrstükken 4 und 5 gebildeten Hauptteiles des Gehäuses 1 exakt den Maßen der Katalysatorkörper 8 und des Keramikringes 10 angepaßt, d.h. es werden sämtliche Herstellungstoleranzen ausgeglichen.
  • Die in Fig. 2 dargestellte Ausführungsform unterscheidet sich von der Ausführungsform nach Fig. 1 zunächst darin, daß das Gehäuse 1 aus zwei Gehäusehälften 22 und 23 zusammengesetzt ist, die jeweils einen den zugehörigen Katalysatorkörper 8 ummantelnden Abschnitt mit gleichbleibendem Querschnitt sowie einen sich trichterförmig erweiternden Abschnitt besitzen, welcher den Anschlußstücken 14 bzw. 15 in Fig. 1 entspricht.
  • Bei dieser Bauart sind die Gehäusehälften 22 und 23 zweckmäßigerweise jeweils aus Schalenteilen aufgebaut, die miteinander an in Fig. 2 nicht sichtbaren Längsnähten dicht verbunden bzw. verschweißt sind.
  • Die Innenwände 14' und 15' der Anschlußbereiche können bei dieser Ausführungsform nach Herstellung der Gehäusehälften 22 und 23 zusammen mit dem zugehörigen Wärmeisolationsmaterial 16 von den im Querschnitt größeren Enden der Gehäusehälften 22 und 23 aus in dieselben eingesetzt werden.
  • Gemäß einer ersten Ausführungsform, die in Fig. 2 bei der Innenwand 14' dargestellt wird, kann an dem den größeren Querschnitt aufweisenden Ende der Innenwand 14' ein nach radial innen ragender Ringwulst 24 angeformt sein, welcher sich in eine radial nach außen ragende flanschartige Ringfläche 25 fortsetzt, wobei im Übergangsbereich zwischen dem Ringwulst 24 und dem trichterförmigen Teil der Innenwand 14' ein mit seiner konvexen Seite nach außen ragender Ringwulst 26 gebildet wird. Zwischen diesem Ringwulst 26 und der davon beabstandeten Wand der Gehäusehälfte 22 ist ein Dichtring 27 aus Drahtgestrick eingespannt, welcher zusammen mit einem weiteren Dichtring 28 aus Drahtgestrick in einer in Umfangsrichtung der Gehäusehälfte 22 verlaufenden Sicke dieser Gehäusehälfte 22 angeordnet ist, wobei die Ringfläche 25 der Innenwand 14' in den Spaltraum zwischen den Dichtringen 27 und 28 hereinragt. Damit wird die axiale Lage des dem Katalysatorkörper 8 zugewandten Endes der Innenwand 14' gesichert.
  • Nach Anordnung der Innenwand 14' in der Gehäusehälfte 22 sowie nach Montage des letztgenannten Dichtringes 28 kann der von der Gehäusehälfte 22 umschlossene Katalysatorkörper 8 in der Gehäusehälfte 22 angeordnet werden. Um dabei eine unmittelbare Berührung zwischen dem in Fig. 2 rechten Endbereich der Innenwand 14' und der zugewandten Stirnseite des Katalysatorkörpers 8 zu verhindern, werden zuvor auf die dem Katalysatorkörper 8 zugewandte Flanke des Ringwulstes 24 ringscheibenförmige Einlagen 29 aufgelegt, welche den Einlagen 13 in Fig. 1 entsprechen. Sodann wird der Katalysatorkörper 8, welcher zuvor mit der zugehörigen Blähmatte 9 ummantelt wurde, axial in die Gehäusehälfte 22 eingeschoben.
  • Gemäß einer abgewandelten Ausführungsform können die Dichtringe 27 und 28 auch zu einem einzigen breiten Dichtring 30 zusammengefaßt sein, wie es im Falle der Innenwand 15' innerhalb der Gehäusehälfte 23 dargestellt ist. Dabei bildet der Dichtring 30 für das zugeordnete Ende der Innenwand 15' einen Preß- und Schiebesitz, während das andere Ende der Innenwand 15' zur axialen Lagesicherung mit der Gehäusehälfte 23 fest verbunden bzw. verschweißt ist.
  • Zwischen der in Fig. 2 rechten Stirnseite des rechten Katalysatorkörpers 8 und dem zugewandten Stirnende der Innenwand 15' sind wiederum Einlagen 29 aus einem unter Hitzeeinwirkung verbrennenden bzw. sich auflösenden Material angeordnet, so daß beim späteren Betrieb, d.h. bei der Abgaszerlegung bzw. -reinigung, ein hinreichender Abstand zwischen dem Katalysatorkörper 8 und der Innenwand 15' verbleibt und keinerlei axiale Druckkräfte übertragen werden können. Die genannten Einlagen 29 werden auf der der Innenwand 15' zugewandten Seite durch die dem Katalysatorkörper 8 zugewandte Flanke eines an der Innenwand 15' angeformten inneren Ringwulstes 24 bzw. durch einen nach radial innen umgeschlagenen Randbereich 31 in ihrer Lage gesichert.
  • Nach Anordnung der Innenwand 15' kann der der Gehäusehälfte 23 zugeordnete Katalysatorkörper 8 mit seiner Blähmatte 9 axial in die Gehäusehälfte 23 eingeschoben werden.
  • Sobald die Gehäusehälften 22 und 23 mit den Innenwänden 14' und 15' sowie den Katalysatorkörpern 8 montiert worden sind, wird der Keramikring 10 mit seiner ihn ummantelnden Blähmatte 11 in eine der Gehäusehälften 22 bzw. 23 axial eingeschoben, danach werden die Gehäusehälften 22 und 23 axial zusammengesteckt, und zwar mit hinreichender axialer Anschubkraft, derart, daß sich die Stirnenden des Keramikringes 10 spaltfrei an die zugewandten Stirnseiten der Katalysatorkörper 8 anlegen und die voneinander abgewandten Stirnseiten der Katalysatorkörper 8 unter Einklemmung der ringförmigen Einlagen 29 gegen die zugewandten Stirnenden der Innenwände 14' und 15' gedrängt werden. Sodann werden die Gehäusehälften 22 und 23 längs der Umfangsnaht 6 miteinander verschweißt.
  • Gegebenenfalls kann die in Fig. 2 dargestellte Ausführungsform auch in der Weise abgeändert werden, daß die Blähmatte 9 jedes Katalysatorkörpers 8 bis in den Abstandsraum zwischen den Innenwänden 14' bzw. 15' und den Gehäusehälften 22 und 23 hineinragt bzw. diesen Abstandsraum ausfüllt. Eine derartige Anordnung ähnelt der im rechten Teil der Fig. 2 dargestellten Ausführungsform, es entfällt lediglich der Dichtring 30. Darüber hinaus wird der Ringspalt zwischen der Innenwand 15' und dem Katalysatorkörper 8 zweckmäßigerweise durch eine hitzebeständige Gewebe- bzw. Drahtgestricklage zum Schutz der Blähmatte 9 gegenüber den Druckpulsationen der Abgase abgedichtet, wobei die genannte Gewebe- bzw. Drahtgestricklage benachbarte Bereiche des Katalysatorkörpers 8 sowie der Innenwand 15' von außen ummantelt.
  • Bei dieser Ausführungsform können der Katalysatorkörper 8 sowie die zugeordnete Innenwand 15' (oder 14') gemeinsam nach Ummantelung mit der Blähmatte 8 axial in die Gehäusehälfte 23 (oder 22) eingeschoben werden, wobei der axiale Abstand zwischen der Innenwand 15' (oder 14') und den benachbarten Katalysatorkörper 8 wiederum durch die zuvor angeordneten ringförmigen Einlagen 29 gesichert wird.
  • Bei den in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsformen wurde davon ausgegangen, daß das Rohrstück 5 bzw. die Gehäusehälfte 23 an ihrem dem Rohrstück 4 bzw. der Gehäusehälfte 22 zugewandten Ende etwas aufgeweitet sind, derart, daß sich das zugewandte Ende des Rohrstückes 4 bzw. der Gehäusehälfte 22 in den aufgeweiteten Bereich einschieben läßt.
  • Stattdessen ist es auch möglich, die einander zugewandten Enden der Rohrstücke 4 und 5 bzw. der Gehäusehälften 22 und 23 mit gleichem Querschnitt auszubilden und eine zwischen den Rohrstücken 3 und 4 bzw. den Gehäusehälften 22 und 23 verbleibende Fuge durch einen das Gehäuse 1 außen ummantelnden Blechstreifen abzuschließen, der an Umfangsnähten mit den Rohrstücken 3 und 4 bzw. den Gehäusehälften 22 und 23 verschweißt wird.
  • Im übrigen können sowohl die Rohrstücke 4 bzw. 5 als auch die Gehäusehälften 22 und 23 mit größerer axialer Länge bemessen sein, derart, daß sich jeweils zwei Katalysatorkörper 8 axial hintereinander einschieben lassen, wobei zwischen diesen Katalysatorkörpern 8 wiederum zweckmäßigerweise ein Keramikring 10 zwischengeschaltet ist, um zwischen aufeinanderfolgenden Katalysatorkörpern 8 einen als Mischzone für die Abgase wirkenden Abstandsraum zu bilden.
  • Gegebenenfalls kann zwischen den Rohrstükken 4 und 5 ein weiteres Rohrstück, welches einen Katalysatorkörper 8 in prinzipiell gleicher Weise wie die beiden anderen Rohrstücke 4 und 5 umschließt, zwischengeschaltet sein. In entsprechender Weise kann zwischen den Gehäusehälften 22 und 23 ein einen weiteren Katalysatorkörper 8 ummantelnder Gehäuseabschnitt angeordnet sein.
  • Bei allen diesen Ausführungsformen kann die axiale Gehäuselänge immer exakt der axialen Länge der aufeinanderfolgenden Katalysatorkörper 8 sowie der gegebenenfalls zwischengeschalteten Keramikringe 10 angepaßt werden, indem die das Gehäuse 1 bildenden Rohrstücke bzw. Gehäuseabschnitte mit hinreichender axialer Anschubkraft gegeneinander- bzw. zusammengehalten werden, während die Rohrstücke bzw. Gehäuseabschnitte miteinander verbunden werden.
  • Insbesondere die in Fig. 1 dargestellte Bauart zeichnet sich dadurch aus, daß zur Anpassung an Abgassysteme unterschiedlicher Verbrennungsmotoren eine Herstellung von Gehäusen 1 mit unterschiedlichen Abmessungen für unterschiedlich bemessene Katalysatorkörper 8 und unterschiedliche Abstandsringe 10 leicht möglich ist. Im wesentlichen muß dabei für die Gehäusefertigung nur von entsprechend unterschiedlich bemessenen Rohren ausgegangen werden.
  • Im jedem Falle ist eine Änderung der axialen Abmessungen des Gehäuses besonders leicht möglich.
  • Bei allen oben dargestellten Ausführungsformen ist vorteilhaft, daß die Gehäuseabschnitte 4 und 5 (vgl. Fig. 1) bzw. 22 und 23 (vgl. Fig. 2) mit sehr großer Kraft axial zusammengesteckt werden können, derart, daß jeweils der zwischen den Katalysatorkörpern 8 angeordnete Keramikring 10 od.dgl. auch dann, wenn die Endflächen des Keramikringes 10 bzw. der Katalysatorkörper 8 nicht exakt plangeschliffen sind, axial dicht an die Katalysatorkörper 8 anschließt, indem sich der Keramikring 10 etwas in die Stirnseiten der Katalysatorkörper 8 "eingräbt". Damit läßt sich eine sehr gute Abdichtung zwischen dem Keramikring 10 od.dgl. und den zugewandten Stirnseiten der Katalysatorkörper 8 erreichen.Der vom Keramikring 10 umfaßte Abstandsraum zwischen den aufeinanderfolgenden Katalysatorkörpern 8 wird dementsprechend gegenüber der Blähmatte 9 gut abgedichtet.
  • Die in Fig. 1 dargestellte Ausführungsform bietet den Vorteil, daß die Eingangs- und Ausgangstrichter 14,15 ohne größeren Aufwand - insbesondere ohne Abänderung der die Katalysatorkörper 8 ummantelnden Teile - abgeändert werden können. Dies ist bei der Fertigung von Prototypen bzw. im Hinblick auf mögliche Modifikationen während einer Serienfertigung vorteilhaft.

Claims (10)

1. Vorrichtung zur katalytischen Reinigung bzw. Zerlegung von heißen Abgasen, insbesondere eines Verbrennungsmotors, mit einem im Abgasstrom angeordneten bzw. anbringbaren rohrähnlichen Gehäuse sowie zumindest einem darin untergebrachten katalytisch wirksamen bzw. mit katalytisch wirksamem Material beschichteten gasdurchlässigen Körper (Katalysatorkörper), welcher im Gehäuse mittels einer den Körper ringförmig ummantelnden nachgiebigen Matte gehaltertist, die zumindest innerhalb eines den zugehörigen Katalysatorkörper ringförmig umfassenden Bereiches als aus einem unter Hitze irreversibel aufquellenden Material bestehende Blähmatte ausgebildet ist und eine ringförmige Abstandszone zwischen dem Katalysatorkörper und der Wandung des Gehäuses abdichtet, welches aus zumindest zwei axial zusammengesteckten rohrähnlichen Gehäuseabschnitten aufgebaut ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß im Gehäuse (1) an den Stirnseiten des Katalysatorkörpers (8) bzw. an den in Strömungsrichtung des Abgases vordersten und hintersten Stirnseiten der aufeinanderfolgenden Katalysatorkörper (8) Anschläge (7,25) angeordnet sind, welche die genannten Stirnseiten radial überlappen,
daß der bzw. die Katalysatorkörper (8) mit der zugehörigen Matte (9) axial in die Gehäuseabschnitte (4,5;22,23) eingeschoben sind und die Gehäuseabschnitte (4,5;22,23) unter Ausgleich von Fertigungstoleranzen in einem axial zusammengesteckten Zustand miteinander (durch Umfangsschweißnaht 6) fest verbunden sind, bei dem die Anschläge (7,25) an den zugeordneten Stirnseiten des Katalysatorkörpers bzw. der Katalysatorkörper (8) anliegen und gegebenenfalls aufeinanderfolgende Katalysatorkörper (8) gegeneinander bzw. gegen zwischen ihnen angeordnete Abstandshalter (10) gedrängt werden, und
daß durch axial zwischen den Anschlägen (7,25) und den zugeordneten Stirnseiten des Katalysatorkörpers bzw. der Katalysatorkörper (8) eingelegte und unter Hitzeeinwirkung abbrennende bzw. sich auflösende Abstandselemente (13,29) ein vorgebbarer axialer Abstandsraum ausbildbar bzw. ausgebildet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Anschlag jeweils eine Ringfläche (7,25) angeordnet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschläge jeweils von der Flanke einer Sicke bzw. eines Wulstes im Gehäuse (1) bzw. in einem Gehäuseteil (14',15') gebildet werden.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Abstandselemente ringscheibenförmige Einlagen (13,29) angeordnet sind, z.B. aus abbrennbarem bzw. sich bei Hitze auflösendem Keramikmaterial.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen in Strömungsrichtung des Abgases aufeinanderfolgenden Katalysatorkörpern (8) jeweils ein Abstandsraum als Mischzone für die Abgase verbleibt.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekenzeichnet, daß zwischen den einander zugewandten Stirnseiten der Katalysatorkörper (8) als Abstandshalter ein Ringteil (10) angeordnet ist, welches im Gehäuse (1) mittels einer nachgiebigen Matte (11) gehaltert ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der bzw. die Katalysatorkörper (8) sowie das Ringteil (10) im wesentlichen auf ihrer gesamten axialen Länge mittels Blähmatten ummantelt bzw. festgehalten sind.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß von Blähmatten (9,11) ausgefüllte Ringräume zwischen dem Katalysatorkörper (8) bzw. den Katalysatorkörpern bzw. dem Ringteil und dem Gehäuse (1) durch Dichtringe aus Drahtgestrick (12,27,28) abgedichtet sind.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Gehäuseabschnitte als Rohrstücke (4,5) ausgebildet sind.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Gehäuseabschnitte (22,23) aus Schalenteilen zusammengesetzt sind.
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