DE3820981A1 - Abgasreinigungsvorrichtung mit dicht umhuellter lager- und isolationsmatte - Google Patents

Description

Die Erfindnng bezieht sich auf eine Abgasreinigungsvor­ richtung mit einem in einem metallischen Gehäuse mit stirnseitigen Abgaszu- und -abführstutzen angeordnetem Reinigungsaggregat, wobei zwischen der Innenwand des Gehäuses und der Außenfläche des Reinigungsaggregats wenigstens eine elastische, Glas-, Keramikfasern, Oxid-, Schotteilchen und/oder Glimmer aufweisende Matte zur Lagerung und Isolation des Reinigungsaggre­ gats angeordnet ist.

Derartige, insbesondere nach dem Katalysatorprinzip oder mit Ruß/Dieselfiltern arbeitende Vorrichtungen sind weithin bekannt. Wenn das Abgas die Reinigungsvor­ richtung durchströmt, tritt folgendes Problem auf: Auf­ grund der Abgas-Durchströmung können aus der Lage­ rungs- und Isolationsmatte leicht einzelne Partikel wie Schottkügelchen, Glas und/oder Keramikfasern, Glimmer und Oxidteilchen od. dgl. herausgerissen wer­ den. Wegen des in der Regel pulsierenden Abgasstroms können diese Partikel bei bestimmten Einbaulagen der Abgasreinigungsvorrichtung leicht in den Motorbereich (Zylinder, Kolben, Ventile) gelangen und dort Schäden anrichten.

Um diesem Problem zu begegnen, sind bei einer bekann­ ten, katalytischen Abgasentgiftungsvorrichtung (DE-PS 35 14 150) den Glas- und/oder Keramikfasern der Lage­ rungs- und Isolationsmatte Bindemittel aus Glas- und Kunststoff beigemischt. Deren Erweichungspunkt liegt unter der Betriebstemperatur der Abgasentgiftungsvor­ richtung, so daß bei Erreichen der Betriebstemperatur aus dem zugegebenen Bindemittel zähklebrig hoch viskos erweichte Teilchen entstehen, welche die Fasern zusam­ menhaltende Brücken bilden. Allerdings darf nicht mehr als eine bestimmte Menge an Bindemittel zugegeben werden, um elastische Eigenschaften der Matte, die für deren Funktion wesentlich sind, nicht zu beeinträchti­ gen. Dieses Einhalten der zugegebenen Höchstmenge an Bindemittel bringt den Nachteil mit sich, daß der Mattenaustrag nicht vollständig verhindert wird. Zudem härten beim Abkühlen der Reinigungsvorrichtung die zuvor klebrigen Bindemittelbrücken wieder aus und zerbrechen möglicherweise. Folglich ist bei der bekann­ ten Vorrichtung vor Erreichen einer Mindestbetriebstem­ peratur mit einem unerwünscht hohen Mattenaustrag zu rechnen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Abgasreinigungsvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der einerseits der Mattenaustrag zuverlässig und sicher verhindert ist und andererseits funktionswesentliche Eigenschaften der Lagerungs- und Isolationsmatte, insbesondere deren federnde Elastizi­ tät, erhalten bleiben.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung gelöst mit einer Abgasreinigungsvorrichtung mit einem in einem metallischen Gehäuse mit stirnseitigen Abgaszu- und -abführstutzen angeordneten Reinigungsaggregat, wobei zwischen der Innenwand des Gehäuses und der Außenwand des Reinigungsaggregats wenigstens eine elastische, Glas-, Keramikfasern, Oxid-, Schotteilchen und/oder Glimmer aufweisende Matte zur Lagerung und Isolation des Reinigungsaggregats angeordnet ist, und wobei die Matte von mindestens einer gegenüber Mattenaustrag dicht gewebten oder gewirkten Hülle aus hoch hitzebe­ ständigem Material ganz oder teilweise derart umgeben ist, daß im wesentlichen kein Mattenaustrag zu den Zu­ und Abführstutzen gelangt.

Mit anderen Worten, die Lagerungs- umd Isolationsmatte - nachfolgend kurz Federmatte genannt - wird mit dich­ ten und hoch hitzebeständigen Geweben eingehüllt, gleichsam gekapselt, so daß auf Erschütterungen und Gaspulsation und anderes beruhender Mattenaustrag nahezu vollständig unterbunden wird. Damit wird die unmittelbare Umgebung der Abgasreinigungsvorrichtung, insbesondere der abgasbereinigte Motor, weit weniger belastet als mit konventionellen Abgasreinigungsvor­ richtungen.

Ein weiterer, mit der Erfindumg erzielter Vorteil besteht darin, daß dadurch die Lebensdauer der Feder­ matten selbst beträchtlich erhöht wird. Bei bisherigen Abgasreinigungsvorrichtungen bestand das Problem, daß die pulsierende Abgasströmung zu einem Abrieb auf der Außenfläche der Federmatte und damit zu einer Erosion der Fasern der Federmatte führte, insbesondere wenn die Federmatten als sich mit steigender Temperatur stark ausdehnende, sogenannte Quellmatten ausgebildet waren. Dagegen führt die Erfindung zu einer weitgehen­ den Verhinderung der Fasererosion, da die Federmatten­ fasern nunmehr durch die angebrachte Umhüllung vor Strömungsabrieb geschützt sind.

Eine praktische Realisierumgsmöglichkeit besteht dar­ in, die Matte als elastischer Strumpf oder elastische Gamasche auszubilden. Diese können entweder durchge­ hend, also ohne Naht, gewebt oder gewirkt oder an freien Rändern vernäht sein. Die strumpfartige Ausbil­ dung hat die besondere Wirkung, daß die Federmatte bei schwankenden Temperaturausdehnungen stets eng anlie­ gend umhüllt wird.

Es liegt auch im Rahmen der Erfindung, die Hülle als mindestens ein- oder mehrfach um die Matte gelegtes Tuch auszubilden. Die Tücher können dann mit der Matte ganz oder teilweise verklebt sein. Eine andere Möglich­ keit besteht darin, die freien Ränder der Tücher mit­ einander zu vernähen oder anderweitig miteinander zu verbinden, beispielsweise mittels selbstklebender Folien oder mittels Haft-/Klettverschlüssen. Die Aus­ bildung der Hülle als Tuch ist besonders vorteilhaft für die Lagerhaltung und die Anpassung an unterschied­ liche Federmattenabmessungen; denn die tuchartigen Hüllen lassen sich leicht auf entsprechende Maße zu­ schneiden.

Zur Einsparung an Hüllenmaterial ist nach einer weite­ ren Ausbildung vorgesehen, nur die mit pulsierendem Abgasstrom in Kontakt stehenden Mattenflächen - wie z. B. die endseitigen Stirnkanten der Matten - mit den Hüllen zu umgeben. Sind dabei mindestens zwei Hüllen im Abstand voneinander angeordnet, entstehen aufgrund deren Mindestdicke von diesen begrenzte Zwischenräume. Diese Tatsache läßt sich zur Stabilisierung der räumli­ chen Anordnung von Reinigungsaggregat, Federmatte und Schutzhülle ausnützen, in dem in den Zwischenraum den der voneinander beabstandeten Hüllen ein oder mehrere Mattenstreifen und/oder vorspringende Gehäuseteile angeordnet sind. Damit ist die Zuverlässigkeit der Abgasreinigungsvorrichtung insbesondere für den Be­ trieb unter mechanischen Erschütterungen verbessert.

Vor allem bei der Anwendung von Segmentmonolithen als Reinigungsaggregate für Abgase kommt es häufig dazu, daß sich im Abgasstrom befindliche Festkörperpartikel auf die Stirnkanten der Federmatte und der diese umge­ bende Hülle auftreffen. Dem begegnet eine besondere Ausbildung der Erfindung, nach der zumindest die mit pulsierendem Abgasstrom in Kontakt stehenden Außenflä­ chen der Hülle, insbesondere die genannten, endseiti­ gen Stirnkanten von Metallfolien umgeben sind.

Eine den durch starke Temperaturschwankungen gekenn­ zeichneten Betriebsbedingungen von Abgasreinigungsvor­ richtungen angepaßte Ausbildung besteht darin, daß die Federmatte von mindestens zwei voneinander beabstandeten Hüllen umgeben ist, welche mittels Kunst­ stoffolien miteinander verbunden sind, die bei Errei­ chen einer bestimmten Temperaturhöhe in ihren Abmes­ sung zu schrumpfen beginnen. Dies führt dazu, daß die Hüllen besonders fest und eng an die Federmatte anlie­ gen.

Als Gewebewerkstoffe für die erfindungsgemäße Hülle eignen sich insbesondere Quarzfasern, Glasfasern, Kohlefasern, oxidische oder nichtoxidische Keramikfa­ sern, Mullitfasern, Safilfasern, Siliciumcarbidfasern od. dgl. Die Erfindung läßt sich besonders vorteilhaft zum Schutz von Quell-, Blähmatten, Quellmatten/Drahtge­ strickkombinationen od. dgl. anwenden. So ausgebildete Federmatten könmen dann zur Isolierung und elastischen Lagerung von Metallmonolithen, Stahlwollefiltern, Keramikmonolithe, Wabenfilter od. dgl. eingesetzt werden.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfin­ dung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigt

Fig. 1 eine teilweise aufgebrochene Seitenansicht einer Abgasreinigungsvorrichtung nach der Erfindung und

Fig. 2 bis 7 im Schnitt unterschiedliche Möglichkeiten der Ausbildung der erfindungsgemäßen Hülle.

Übereinstimmende Bezugszeichen unterschiedlicher Figu­ ren bezeichnen einander entsprechende Teile.

Im in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine nach dem Katalysatorprinzip arbeitende Abgasreinigungsvorrichtung. Deren Gehäuse besteht aus einem rohrförmigen Mantel 1, der einstückig oder bevor­ zugt aus zwei Halbschalen ausgebildet sein kann, sowie daran angeschweißte Kappen 2 und 3 mit diese abschlie­ ßenden Flanschen 4, von denen in Fig. 1 der Einfach­ heit halber nur der linke dargestellt ist. Der Mantel 1 des Gehäuses umgibt einen monolithischen Keramikkör­ per 5, der als dünnwandige Wabenstruktur ausgebildet sein kann. Er besitzt porenartige Längskanäle, die in axialer Richtung verlaufen, so daß sie von Abgasen geströmt werden.

Zwischen der äußeren Mantelfläche des Keramikkörpers 5, dessen gesamte Oberfläche einschließlich der Innen­ fläche der Poren mit einer katalytisch wirksamem Oberflächenbeschichtung versehen ist, und dem Gehäuse­ mantel 1 ist eine aus Glas- und/oder Keramikfasern bestehende Federmatte 6 angeordnet, welche neben der Lagerung und der wärmedämmenden Isolierung des Keramik­ körpers 5 auch gleichzeitig die Abdichtung des Spalts zwischen Keramikkörper 5 und Mantel 1 bewirkt. Die Fasern können dabei ein Gestrick bilden, wobei gegebe­ nenfalls sogar zusätzlich Stahlfasern oder eine einge­ lagerte Stahlarmierung zur Versteifung dieser Federmat­ te vorgesehen sein können.

Zur Vollendung der Erfindung ist gemäß Fig. 1 um die Federmatte 6 herum eine gewebte oder gewirkte Hülle 7 strumpfartig angeordnet. Die Hülle 7 kann gemäß Fig. 1 nahtlos ausgebildet sein.

Die Fig. 2-7 zeigen andere Realisierungsmöglich­ keiten der erfindungsgemäßen Hülle 7. Gemäß Fig. 2 ist als Hülle 7 eine Gewebetuch um die Federmatte 6 ge­ schlagen; zur Befestigung und Dichtung gegenüber Parti­ kelaustritt aus der Federmatte 6 kann das Gewebetuch an einer beliebigen Stelle vernäht sein (vgl. die in Fig. 2 mit 8 bezeichnete Nahtstelle). Gemäß Fig. 3 ist anstelle einer Naht eine selbstklebende Folie 9 vorge­ sehen, welche freie Ränder eines als Hülle 7 um die Federmatte 6 geschlagenen Gewebetuchs miteinander verbindet und so die Hülle 7 verschließt. Gemäß Fig. 4 ist um jedes der beiden dargestellten Enden der Feder­ matte 6 eine Hülle 7 gestülpt. Der zwischen diesen beiden Hüllen aufgrund deren Dicke verbleibende Zwi­ schenraum ist mit Fasermattenstreifen 10 gleicher Dicke ausgelegt. Nach Fig. 5 dient eine schlauchförmi­ ge Schrumpffolie zur Verbindung zweier Teile 7 a, 7 b, in welche die Hülle 7 aufgeteilt ist. Da bekanntlich Schrumpffolien sich mit steigender Temperatur zusammen­ ziehen, aber bei nachträglichem Fallen der Temperatur ihre Form weitgehend nicht verändern, bildet die Aus­ führung nach Fig. 5 eine für den realen Abgasreini­ gungsbetrieb besonders geeignete Realisierungsmöglich­ keit. Gemäß Fig. 6 ist als Hülle 7 ein Gewebetuch in einfacher Weise um die Federmatte 6 gelegt und dabei mit dessen Außenfläche verklebt. Gemäß Fig. 7 ist die Federmatte 6 mit einer Hülle 7 strumpfartig überzogen. Zudem sind die beiden dargestellten, stirnseitigen Kanten jeweils von einer aufgeklebten Metallfolie 12 zum Schutz vor Zerstörung durch auftreffende Feststoff­ teilchen im Abgasstrom umgeben.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiele beschränkt. Neben der bereits angedeute­ ten Möglichkeit, die erfindungsgemäße Hülle für die Federmatte in Form eines Gewirks, eines Gestricks und der eines Gewebes zu realisieren, liegt es auch im Rahmen der Erfindung, diesen Geweben od. dgl. Bindemit­ tel aus Glas- oder Kunststoff mit geeigneter Schmelz­ temperatur beizumischen. Bei Erreichen der Betriebstem­ peraturen der Abgasreinigungsvorrichtung erweicht das Bindemittel zu zähklebrig hoch viskosen Teilchen, welche durch das Gewebe zusammenhaltende Brücken bil­ den können.

Claims (8)

1. Abgasreinigungsvorrichtung mit einem in einem metallischen Gehäuse (1) mit stirnseitigen Ab­ gaszu- und -abführstutzen angeordneten Reinigungs­ aggregat (5), wobei zwischen der Innenwand des Gehäuses (1) und der Außenfläche des Reinigungsag­ gregats wenigstens eine elastische Glas-, Keramik­ fasern, Oxid-, Schotteilchen und/oder Glimmer aufweisende Matte (6) zur Lagerung und Isolation des Reinigungsaggregats angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Matte von mindestens einer gegenüber Mattenaustrag dicht gewebten oder gewirk­ ten Hülle (7) aus hoch hitzebeständigem Material ganz oder teilweise derart umgeben ist, daß im wesentlichen kein Mattenaustrag zu den Zu- und Abführstutzen gelangt.

2. Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß die Hülle (7) als über die Matte überziehbarer, elastischer Strumpf oder Gamasche mit oder ohne Naht (8) ausgebildet ist.

3. Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß die Hülle (7) als minde­ stens ein ein- oder mehrfach um die Matte gelegtes Tuch ausgebildet ist.

4. Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 3, da­ durch gekennzeichnet, daß das oder die Tücher mit der Matte ganz oder teilweise verklebt, und/oder dessen/deren freie Ränder miteinander vernäht oder mittels selbstklebender Folien (9) oder mit­ tels Klettverschlüsse verbunden sind.

5. Abgasreinigungsvorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß nur die mit pulsierendem Abgasstrom in Kontakt stehenden Mattenflächen - wie z. B. die endseitigen Stirnkanten der Matte - von den Hüllen (7) umgeben sind.

6. Abgasreinigungsvorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß die Matte von mindestens zwei voneinander beabstandeten Hüllen (7) umgeben ist, welche mit­ tels bei Wärmeeinwirkung schrumpfender Kunststoffo­ lien (11) miteinander verbunden sind.

7. Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 6, da­ durch gekennzeichnet, daß zwischen den beabstandeten Hüllen (7) anstelle der Schrumpf- Kunststoffolie ein oder mehrere Fasermattenstrei­ fen (10) und/oder vorspringende Gehäuseteile ange­ ordnet sind.

8. Abgasreinigungsvorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß zumindest die mit pulsierendem Abgasstrom in Kontakt stehenden Außenflächen der Hülle (7) , insbesondere deren endseitige Stirnkanten, von Metallfolien (12) umgeben sind.