CH636408A5 - Monolithischer metallkatalysator zum entgiften der abgase von brennkraftmaschinen und herstellung. - Google Patents

Monolithischer metallkatalysator zum entgiften der abgase von brennkraftmaschinen und herstellung. Download PDF

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen monolithischen Metallkatalysator zum Entgiften der Abgase von Brennkraftmaschinen, insbesondere in Kraftfahrzeugen, in dessen Gehäuse ein Einsatz aus mehreren zwischen sich Gasdurchlässe bildenden, übereinander geschichteten Metallfolien eingesetzt ist, sowie auf ein Verfahren zum Herstellen desselben.
Derartige Metallkatalysatoren sind gegenüber Katalysatoren mit keramischen Einsätzen unempfindlicher gegen Temperaturschocks und Erschütterungen, wie sie insbesondere bei Kraftfahrzeugen auftreten. Ausserdem sind sie aufgrund des wesentlich günstigeren Fläche/Masse-Verhältnisses schneller betriebsbereit. Schwierigkeiten bei den Metallkatalysatoren kann jedoch die Befestigung des aus
übereinander geschichteten Metallfolien gebildeten Monolithen im Katalysatorgehäuse bereiten, da dieser in sich unstabil ist und zu Geräuschen und Verlagerungen innerhalb des Gehäuses neigt.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine geräuschfreie Ausbildung und eine sichere Befestigung des aus Metallfolien gebildeten Monolithen im Katalysatorgehäuse zu schaffen. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein wirtschaftliches Verfahren zum Herstellen eines derartigen Katalysators bereitzustellen.
Die erfindungsgemässe Lösung besteht darin, dass die Metallfolien untereinander zu einem in sich festen Einsatz verschweisst sind, welcher im Gehäuse starr befestigt ist. Durch das Verschweissen der Metallfolien wird ein in sich fester Einsatz gebildet, der unempfindlich gegen die im Abgassystem auftretenden Schwingungen ist und der bei den im Fahrbetrieb des Kraftfahrzeuges auftretenden Erschütterungen zu keinen Verlagerungen einzelner Metallfolien innerhalb des Katalysatorgehäuses neigt.
Weiter ist es vorteilhaft, wenn die den Aussenumfang des Einsatzes bildende, äussere Lage der Metallfolien mit dem Gehäuse verschweisst ist, so dass der monolithische Einsatz in einem Arbeitsgang und unter Einsetzung gleicher Fertigungsmittel (Schweisstrasse) in wirtschaftlicher Weise mit dem Katalysatorgehäuse verbunden werden kann.
Eine einfach herzustellende, sehr robuste und haltbare Ausbildung wird bevorzugt dadurch erzielt, dass die Stirnseiten der den monolithischen Einsatz bildenden Metallfolien untereinander verschweisst sind.
Ein wirtschaftliches Verfahren zum Herstellen des monolithischen Metallkatalysators wird erfmdungsgemäss dadurch erzielt, dass der monolithische Einsatz mit seinen Stirnseiten sich mehrfach überkreuzend an einer Quelle verschweissender Strahlung vorbeigeführt wird. Dadurch werden jeweils an den stirnseitigen Berührungsstellen der Metallfolien, vorzugsweise entlang einer durch die Längsmittelachse des monolithischen Einsatzes verlaufenden Linie diese untereinander verschweisst.
In zweckmässiger Weiterbildung dieses Verfahrens kann die äussere Lage des monolithischen Einsatzes stirnseitig mit dem Gehäuse verschweisst werden, wobei der Schweisstrahl von der Längsmittelachse des monolithischen Einsatzes nach aussen gerichtet ist. Die Schweissung kann an der stirnseitigen Aussenkante des monolithischen Einsatzes über dessen gesamten Umfang oder punktförmig erfolgen. Eine derartige Schweissung hat den Vorteil, dass sie zugleich mit dem stirnseitigen Verschweissen des monolithischen Einsatzes, also in einem einzigen Arbeitsgang erfolgen kann.
Ein bereits während der Fertigung des monolithischen Einsatzes anwendbares Schweissverfahren besteht darin, dass die den monolithischen Einsatz bildenden Metallfolien während des Aufrollens an wenigstens einer Quelle verschweissender Strahlen vorbeigeführt werden. Dann kann der monolithische Einsatz anschliessend umfangsseitig mit dem Gehäuse verschweisst werden, indem das Gehäuse um seine Längsachse rotiert und in Richtung der Längsachse an einer Quelle verschweissender Strahlung vorbeigeführt wird.
Eine zuverlässige und dauerhafte Schweissung wird insbesondere durch die Anwendung des Elektronenstrahl- oder Laserstrahlschweissens verwirklicht.
Die Erfindung ist anhand zweier Ausführungsbeispiele näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:
Fig. 1 einen Teil eines erfindungsgemässen Metallkatalysators im Längsschnitt,
Fig. 2 den Metallkatalysator in der Ansicht X der Fig. 1,
Fig. 3 den monolithischen Einsatz des Metallkatalysators, bei der Herstellung mittels Elektronenstrahlschweissens,
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Fig. 4 den Metallkatalysator nach der Fig. 3 im Längsschnitt.
Der in Fig. 1 dargestellte Metallkatalysator 10 setzt sich aus einem zylindrischen Gehäuse 11 und zwei kegeligen Endstücken 12 mit Flanschen 13 zum Anschluss an eine nicht dargestellte Abgasanlage zusammen. In der Fig. 1 ist nur ein Endstück 12 dargestellt; das zweite ist spiegelbildlich am rechten Ende des Gehäuses 11 vorzustellen. Im Gehäuse 11 ist ein monolithischer Einsatz 14 (Fig. 2) aus zwei in etwa gleich langen, spiralförmig aufgerollten, katalytisch wirksamen Metallfolien 15 und 16 angeordnet. Die eine Metallfolie 15 ist sinusförmig bzw. gewellt ausgebildet (der einfacheren Darstellung wegen ist nur die äussere Windung gezeichnet), so dass sich zwischen den beiden Metallfolien 15 und 16 eine Vielzahl von Gasdurchlässen 22 bildet. Erfin-dungsgemäss sind die Metallfolien, deren Materialstärke nur ca. 5 x 10"2 mm beträgt, untereinander durch Anwendung des an sich bekannten Laserstrahl-Schweissverfahrens zu einem in sich festen Einsatz verbunden, so dass Schwingungsresonanzen oder Verlagerungen des Einsatzes 14 im Gehäuse vermieden werden.
Bei der Herstellung des beschriebenen Metallkatalysators 10 wird der monolithische Einsatz 14 nach dem Aufrollen mit seinen Stirnseiten sich mehrfach überkreuzend (gestrichelte Linien 17 der Fig. 2) an einer Quelle verschweissender Strahlen, an einer sogenannten Laserstrahlkanone (nicht dargestellt) vorbeigeführt, wobei die hochenergetischen Laserstrahlen die Metallfolien 15 und 16 an ihren stirnseitigen Berührungsstellen verschweissen. Anschliessend wird der Einsatz 14 in das Gehäuse eingeschoben; ein Laserstrahl 18 wird von der Längsmittelachse des Einsatzes 14 nach aussen auf die äussere Windung des Einsatzes 14 gerichtet und verschweisst diese mittels einer Kehlnaht mit dem Gehäue 11.
Die Kehlnaht 6 kann über den gesamten Umfang des Einsatzes 14 verlaufen. Es kann aber auch bereits ausreichend sein, wenn diese mehrmals unterbrochen über dessen Umfang verteilt ist. Bei einer punktförmigen Schweissung der äusseren Windung kann dies in einem Arbeitsgang mit dem Verschweissen der Stirnseiten des Einsatzes 14 erfolgen.
Nachdem der monolithische Einsatz 14 in sich mit dem Gehäuse 11 verschweisst ist, werden die Endstücke 12 an das zylindrische Gehäuse 11 angeschweisst.
In den Fig. 3 und 4 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Abweichend von den Fig. 1 und 2 werden die Metallfolien 15,16 des monolithischen Einsatzes
14 während des Aufrollens, also bereits während der Ferti-5 gung des Einsatzes 14 an einer Quelle verschweissender
Strahlung, in diesem Falle mittels Elektronenstrahlen verschweisst. Durch die Anwendung des an sich bekannten Elektronenstrahl-Schweissverfahrens ist es möglich, die sehr dünnen Metallfolien ohne deren Zerstörung untereinander io zu verschweissen, so dass ein sehr steifer, weitgehend resonanzfreier Einsatz 14 geschaffen wird. Die Schweissung erfolgt in bekannter Weise im Vakuum, beispielsweise mit einem modifizierten Schweissautomaten des Types TI 5 (siehe Prospekt «Elektronenstrahltechnik» der Fa. Steigerwald Strahl-15 technik GmbH, 8031 Puchheim/München). Die Metallfolien
15 und 16 werden während des Aufrollens an einer oder mehreren sogenantnen Elektronenstrahlkanonen (nicht dargestellt) vorbeigeführt, wobei unter dem Einfluss der hochenergetischen Elektronenstrahlen (gestrichelte Linien 19) jeweils
20 Scheitel und Sohle der sinusförmigen Metallfolie 15 mit der anliegenden Metallfolie 16 verschweisst werden (Schweiss-stelle 20). Die Schweissung kann kontinuierlich oder durch periodisches Zu- bzw. Abschalten der Elektronenstrahlka-none diskontinuierlich erfolgen. Nach dem Verschweissen 25 wird der monolithische Einsatz 14 in das Katalysatorgehäuse
11 eingeschoben, wobei eines der beiden kegeligen Endstücke
12 als entfernt vorzustellen ist. Der Einsatz 14 könnte im Gehäuse 11 z.B. durch die kegeligen Endstücke 12 axial festgespannt werden. In Weiterbildung der Erfindung ist jedoch
30 die äussere Lage der Metallfolien 15 und 16 mit dem Gehäuse 11 ebenfalls elektronenstrahlverschweisst. Das Gehäuse 11 wird während des Elektronenstrahlschweissens um seine Längsachse gedreht, wobei die Elektronenstrahlkanone noch eine Vorschubbewegung «s» in axialer Richtung des Kataly-35 satorgehäuses 11 zum Erzeugen einer spiralförmigen Schweisslinie 21 erfahren kann.
Durch die Erfindung wird eine sichere und dauerhafte Fixierung sowohl der einzelnen Schichten bzw. Lagen der Metallfolien zueinander als auch des gesamten monolithi-40 sehen Einsatzes im Katalysatorgehäuse erzielt. Den Gasdurchströmquerschnitt verändernde Verlagerugnen der Metallfolien sowie Geräusch- und Resonanzbildungen werden zuverlässig vermieden.
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2 Blatt Zeichnungen

Claims (11)

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1. Monolithischer Metallkatalysator zum Entgiften der Abgase von Brennkraftmaschinen, insbesondere in Kraftfahrzeugen, in dessen Gehäuse ein Einsatz aus mehreren zwischen sich Gasdurchlässe bildenden, übereinander geschichteten Metallfolien eingesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallfolien (15; 16) untereinander zu einem in sich festen Einsatz ( 14) verschweisst sind, welcher im Gehäuse (II) starr befestigt ist.
2. Monolithischer Metallkatalysator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die den Aussenumfang des Einsatzes (14) bildende, äussere Lage der Metallfolien (15; 16) mit dem Gehäuse (11) verschweisst ist.
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PATENTANSPRÜCHE
3. Monolithischer Metallkatalysator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnseiten der den monolithischen Einsatz (14) bildenden Metallfolien (15; 16) untereinander verschweisst sind.
4. Verfahren zum Herstellen eines monolithischen Metallkatalysators nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der monolithische Einsatz (14) mit seinen Stirnseiten sich mehrfach überkreuzend an einer Quelle verschweissender Strahlung vorbeigeführt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die äussere Lage des monolithischen Einsatzes (14) stirnseitig mit dem Gehäuse (11) verschweisst wird, wobei der Schweisstrahl von der Längsmittelachse des monolithischen Einsatzes (14) nach aussen gerichtet ist.
6. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem die den monolithischen Einsatz bildenden Metallfolien spiralförmig aufgerollt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallfolien (15;
16) während des Aufrollens an wenigstens einer Quelle verschweissender Strahlung vorbeigeführt und mit dem bereits aufgerollten Teil der Metallfolien (15; 16) verschweisst werden.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der monolithische Einsatz (14) mit dem Gehäuse (11) umfangsseitig verschweisst wird, in dem das Gehäuse (11) um seine Längsachse rotiert und in Richtung der Längsachse an einer Quelle verschweissender Strahlung vorbeigeführt wird.
8. Verfahren nach den Ansprüchen 4-7, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallfolien (15; 16) untereinander durch Elektronenstrahlschweissen verbunden werden.
9. Verfahren nach den Ansprüchen 4-7, dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatz (14) mit dem Gehäuse (11) durch Elektronenstrahlschweissen verbunden wird.
10. Verfahren nach den Ansprüchen 4-7, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallfolien (15; 16) untereinander durch Laserstrahlschweissen verbunden werden.
11. Verfahren nach den Ansprüchen 4-7, dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatz (14) mit dem Gehäuse (11) durch Laserstrahlschweissen verbunden wird.
CH478378A 1977-05-06 1978-05-02 Monolithischer metallkatalysator zum entgiften der abgase von brennkraftmaschinen und herstellung. CH636408A5 (de)

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