DE102006042967A1

DE102006042967A1 - Vorrichtung zur Reinigung der Abgase von Verbrennungsmotoren und Verfahren zu deren Herstellung

Info

Publication number: DE102006042967A1
Application number: DE102006042967A
Authority: DE
Inventors: Mykola Dr.-Ing. Konopinsky; Pascal Dipl.-Ing. Galivel
Original assignee: Heinrich Gillet GmbH
Current assignee: Tenneco GmbH
Priority date: 2006-09-13
Filing date: 2006-09-13
Publication date: 2008-03-27

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zum Reinigen der Abgase von Verbrennungsmotoren mit einem aktiven Trägerkörper (4), gebildet aus wenigstens zwei eng benachbarten Schichten. Die eine Schicht ist eine Metallplatine (10), die andere Schicht eine Drahtstruktur (11).

Description

Die Erfindung betrifft Vorrichtungen zur Reinigung der Abgase von Verbrennungsmotoren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Sie betrifft ferner Verfahren zur Herstellung derartiger Vorrichtung.
Abgaskatalysatoren benötigen einen Trägerkörper für die katalytisch aktive Edelmetallschicht. Diese Trägerkörper gibt es in zwei Grundausführungen. Eine Ausführung verwendet einen stranggepressten Keramikkörper, der eine Vielzahl paralleler Kanäle aufweist, deren Wände die katalytische Edelmetallschicht tragen. Die andere Ausführungsform besteht aus zwei gewickelten oder gestapelten Metallfolien, von denen wenigstens eine wellenförmig geprägt ist, wodurch die parallelen Kanäle entstehen, deren Wände die katalytische Edelmetallschicht tragen.
Für eine optimale katalytische Reinigung der Abgase ist es erforderlich, dass die Abgase einen möglichst innigen Kontakt zur Edelmetallschicht haben. In der Praxis wird dies dadurch angestrebt, dass die mit Edelmetall beschichteten Wände der Kanäle durch geeignete Oberflächengestaltung, z. B. durch Aufrauen, eine möglichst große Oberfläche bekommen.
Ein gewisser Nachteil der beschriebenen Trägerkörper besteht darin, dass die parallelen Kanäle die Ausbildung von laminaren Strömungsprofilen unterstützen. Laminare Strömungen haben jedoch die störende Eigenschaft, den Kontakt zwischen dem Abgas und der katalytischen Edelmetallschicht an der Kanalwand zu minimieren. Das ist unbefriedigend.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen alternativen Trägerkörper für die katalytischen Edelmetallschichten anzugeben.
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Katalysator mit dem Merkmal des Anspruchs 1.
Die vorliegende Erfindung verwendet anstelle der gewellten Bleche eine Drahtstruktur, gemäß einer Ausgestaltung in Form eines Gewebes, eines Gewirks, eines Gestricks, eines Vlieses oder eines Filzes. Es handelt sich somit um Drahtstrukturen, die von Hause aus die Ausbildung von turbulenten Strömungen unterstützen.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Drahtstruktur schmäler als die Metallplatine. Dies hat den Vorteil, dass sich die Drahtstruktur stets im Schutz der Metallplatine befindet, wenn sie sich temperaturbedingt ausdehnt.
Vorteilhafterweise ist in diesem Fall die Drahtstruktur auf der Metallplatine zentriert positioniert, so dass auf beiden Seiten ein möglichst gleicher Abstand besteht. Auch dies dient dem Schutz der Drahtstruktur.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist die Drahtstruktur länger als die Metallplatine und der Überstand bildet das Zentrum eines Spiralwickels. Dadurch entsteht im Zentrum des Wickels kein Loch, das nachträglich geschlossen werden müsste.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung trägt die Metallplatine auf der Oberseite und der Unterseite Drahtstrukturen. Diese Drahtstrukturen können sich vorteilhafterweise in der Mitte bereichsweise überlappen. Durch diese Ausgestaltung erhält der Katalysatorhersteller weitere Möglichkeiten, turbulente Abgasströmungen zu erzeugen.
Durch geschickte Bearbeitung der Metallplatine lassen sich die Abgasströmungen zusätzlich beeinflussen.
Gemäß einer ersten Ausgestaltung besitzt die Metallplatine Perforationen.
Gemäß einer zweiten Ausgestaltung besitzt die Metallplatine ausgestellte Zungen oder Taschen.
Schließlich besteht die Möglichkeit, die Metallplatine aus einem offenporigen Metallschaum herzustellen.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung sind Metallplatine und Drahtstruktur spiralig aufgerollt. Diese Anordnung entspricht den bekannten Methaliten.
Alternativ hierzu sind Metallplatine und Drahtstruktur mehrfach z. B. zickzackförmig gefaltet.
Gemäß einer dritten Variante sind Metallplatine und Drahtstruktur mehrfach gestapelt.
Es versteht sich, dass der aus zwei Schichten hergestellte Trägerkörper mechanisch fixiert werden muss.
Gemäß einer ersten Ausgestaltung sind Metallplatine und Drahtstruktur, wenn sie spiralig aufgerollt, mehrfach gefaltet oder auch mehrfach gestapelt sind, durch wenigstens einen durchgehenden Stift fixiert.
Eine alternative Ausgestaltung sieht vor, dass die Drahtstruktur auf der Metallplatine fixiert ist, beispielsweise durch eine materialschlüssige Verbindung.
Anhand der Zeichnung soll die Erfindung in Form von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Es zeigen jeweils rein schematisch
1 einen Längsschnitt durch einen Abgaskatalysator, mit einem metallischen Trägerkörper,
2 eine Draufsicht auf die Stirnseite des Trägerkörpers der 1,
3 teilweise aufgebrochen eine Draufsicht auf einen ersten Stapel aus Metallplatinen und Drahtstruktur,
4 teilweise aufgebrochen eine Draufsicht auf einen zweiten Stapel aus Metallplatinen und einer alternativen Drahtstruktur,
5 teilweise aufgebrochen eine Draufsicht auf einen dritten Stapel aus Metallplatinen und einer alternativen Drahtstruktur,
6 teilweise aufgebrochen eine Draufsicht auf einen vierten Stapel von Metallplatinen und weiteren alternativen Drahtstrukturen,
7 einen Ausschnitt aus einem alternativen Trägerkörper,
8 einen Ausschnitt aus einem weiteren alternativen Trägerkörper,
9 eine Metallplatine, die auf beiden Seiten eine Drahtstruktur trägt,
10 einen aus der Anordnung der 9 gewickelten Trägerkörper,
11 einen fünften Stapel aus Metallplatine und Drahtstruktur,
12 eine weitere alternative Anordnung aus Metallplatine und Drahtstruktur und
13 eine Draufsicht auf die Stirnseite eines aus der Anordnung der 12 gewickelten Trägerkörpers.
1 zeigt rein schematisch einen Längsschnitt durch einen Abgaskatalysator zur Reinigung der Abgase von Verbrennungsmotoren. Man erkennt ein Gehäuse 1 mit einer Einlassöffnung 2 und einer Auslassöffnung 3. Im Inneren des Gehäuses 1 befindet sich ein katalytisch aktiver Trägerkörper 4, gebildet aus einer Vielzahl von Metallplatinen 10, die sich mit einer Vielzahl von Drahtstrukturen 11 abwechseln. Die durch die Einlassöffnung 2 eintretende Abgasströmung tritt an der Stirnseite des Trägerkörpers 4 in diesen ein und passiert dort die Drahtstrukturen 11. Dabei kommt es auf Grund der Drahtstrukturen 11 zur Ausbildung von Turbulenzen, die für einen innigen Kontakt der Abgasströmung mit der auf den Wänden der Metallplatinen 10 und der Drahtstrukturen 11 sitzenden katalytisch aktiven Edelmetallschicht sorgen.
Schließlich erkennt man in 1 einen durch das Gehäuse 1 und den katalytisch aktiven Trägerkörper 4 hindurchgehenden Stift 18, der den Trägerkörper 4 im Gehäuse 1 fixiert.
2 zeigt eine Draufsicht auf die Stirnseite des Trägerkörpers 4 der 1. Man erkennt die Metallplatine 10 sowie die Drahtstruktur 11, die gemeinsam spiralig aufgewickelt sind. Zusammengehalten wird die Spirale durch den Stift 18.
3 zeigt teilweise aufgebrochen eine Draufsicht auf einen ersten Stapel aus Metallplatinen 10 und einer Drahtstruktur 11, hier in Form eines Gewebes. Die Drahtstruktur 11 ist schmaler als die Metallplatine 10, so dass rechts und links ein Abstand 13 entsteht, wodurch die Drahtstruktur geschützt untergebracht ist.
4 zeigt teilweise aufgebrochene Draufsicht auf einen zweiten Stapel aus Metallplatinen 10 und einer Drahtstruktur 11, hier wieder in Form eines Gewebes. Die Fäden des Gewebes 11 sind um 45° gegenüber der durch den Pfeil 0 angedeuteten Abgasströmung gedreht, wodurch die Abgase zusätzlich verwirbelt werden.
5 zeigt teilweise aufgebrochen eine Draufsicht auf einen dritten Stapel aus Metallplatinen 10 und einer alternativen Drahtstruktur 11. Diese besteht hier aus zwei identischen schmalen Gewebebändern, die mit gegenseitigem Abstand 14 zwischen den Metallplatinen 10 positioniert sind.
6 zeigt teilweise aufgebrochen eine Draufsicht auf einen vierten Stapel von Metallplatinen 10 und weiteren alternativen Drahtstrukturen 11, 12. Beide Drahtstrukturen sind als schmale Bänder 11, 12 ausgeführt, die mit gegenseitigem Abstand zwischen den Metallplatinen 10 positioniert sind. Dabei besitzt die zweite Drahtstruktur 12 eine erheblich feinere Struktur als die erste Drahtstruktur 11. Diese Anordnung ist besonders geeignet für Rußpartikelfilter.
7 zeigt einen Ausschnitt aus einem alternativen Trägerkörper 4. Man erkennt drei Lagen der Metallplatine 10 mit den dazwischen angeordneten Drahtstrukturen 11. Die Metallplatinen 10 sind mit Perforationen 16 versehen, die dem Abgas zusätzliche Strömungswege eröffnen, wodurch die Ausbildung von turbulenten Strömungen weiter verbessert wird.
8 zeigt einen Ausschnitt aus einem weiteren alternativen Trägerkörper 4. In diesem Fall sind die Metallplatinen 10 nicht nur mit Perforationen 16 sondern auch mit ausgestellten Zungen 17 versehen. Die Zungen 17 bilden zusätzliche Hindernisse für die Abgasströmung, was zu einer weiteren Verwirbelung führt. Außerdem können die ausgestellten Zungen 17 dazu benutzt werden, die Drahtstrukturen 11 an den Metallplatinen 10 zu fixieren.
9 zeigt eine Metallplatine 10, die auf beiden Seiten einen Drahtstruktur 11 trägt.
10 zeigt einen aus der Anordnung der 9 gewickelten Trägerkörper. Man erkennt, dass im Endzustand zwei Lagen der Drahtstruktur 11 zwischen einer Lage Metallplatine 10 liegen.
11 zeigt einen fünften Stapel aus einer Metallplatine 10 und einer Drahtstruktur 11. Die Drahtstruktur 11 ist deutlich länger als Metallplatine 10, so dass ein Überstand 19 gebildet ist. Aus diesem Überstand 19 wird das Zentrum eines Spiralwickels gebildet, ohne dass die beim Stand der Technik unvermeidliche Bypassöffnung entsteht, die dort in einem zusätzlichen Arbeitsgang geschlossen werden muss.
12 zeigt eine weitere alternative Anordnung aus einer Metallplatine 10 und einer Drahtstruktur 11, 11' auf der Oberseite bzw. der Unterseite. Beide Metallstrukturen 11, 11' sind schmäler als die Metallplatine 10 und so positioniert, dass eine Überlappungszone 21 entsteht.
13 zeigt eine Draufsicht auf die Stirnseite eines Trägerkörpers, gewickelt aus der Anordnung nach 12. Durch die besondere Anordnung der Drahtstrukturen 11, 11' auf der Metallplatine 10 erhält man im Zentrum des Trägerkörpers einen doppellagige Anordnung der Drahtstrukturen; in den Außenbereichen dagegen sind die Drahtstrukturen nur noch einlagig.
Es versteht sich, dass die Drahtstrukturen 11, 11', 12 nicht nur wie in der Zeichnung aus Vereinfachungsgründen dargestellt als Gewebe sondern auch als Gewirke, Gestrick, Vlies oder Filz realisiert werden können. Des weiteren kann die Metallplatine 10 auch aus einem offen- oder geschlossenporigen Metallschaub bestehen.

Claims

Vorrichtung zur Reinigung der Abgase von Verbrennungsmotoren umfassend – ein Gehäuse (1) mit Einlassöffnung (2) und Auslassöffnung (3) – und einen aktiven Trägerkörper (4), gebildet aus wenigstens zwei eng benachbarten Schichten, gekennzeichnet durch die Merkmale; – die eine Schicht ist eine Metallplatine (10) – die andere Schicht ist eine Drahtstruktur (11, 11', 12).
Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch das Merkmal; – die Drahtstruktur (11, 11', 12) ist ein Gewebe, Gewirke, Gestrick, Vlies oder Filz.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch das Merkmal; – die Drahtstruktur (11, 11', 12) ist schmäler als die Metallplatine (10).
Vorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch das Merkmal; – die Drahtstruktur (11, 11', 12) ist auf der Metallplatine (10) zentriert positioniert.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch das Merkmal; – die Drahtstruktur (11, 11', 12) ist schräg zum Abgasstrom orientiert.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch die Merkmale; – die Drahtstruktur (11, 11', 12) ist länger als die Metallplatine (10), – der Überstand (19) bildet das Zentrum eines Spiralwickels.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch das Merkmal; – die Metallplatine (10) trägt auf der Oberseite und der Unterseite Drahtstrukturen (11, 11').
Vorrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch das Merkmal; – die Drahtstrukturen (11, 11') überlappen sich bereichsweise.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch die Merkmale; – es sind wenigsten zwei parallele Drahtstrukturen (11, 12) vorgesehen – die Drahtstrukturen (11, 12) besitzen einen gegenseitigen Abstand.
Vorrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch den Merkmal; – die Drahtstrukturen (11, 12) besitzen unterschiedliche Eigenschaften.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch das Merkmal; – die Metallplatine (10) besitzt Perforationen (16).
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch das Merkmal; – die Metallplatine (10) besitzt ausgestellte Zungen (17) oder Taschen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch das Merkmal; – die Metallplatine (10) ist ein offenporiger Schaum.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, gekennzeichnet durch das Merkmal; – Metallplatine (10) und Drahtstruktur (11, 11', 12) sind spiralig aufgerollt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, gekennzeichnet durch das Merkmal; – Metallplatine (10) und Drahtstruktur (11, 11', 12) sind mehrfach gefaltet.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, gekennzeichnet durch das Merkmal; – Metallplatine (10) und Drahtstruktur (11, 11', 12) sind mehrfach gestapelt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 16, gekennzeichnet durch das Merkmal; – Metallplatine (10) und Drahtstruktur (11, 11', 12) sind durch wenigstens einen durchgehenden Stift (18) fixiert.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, gekennzeichnet durch die Merkmale; – die Drahtstruktur (11, 11', 12) ist auf der Metallplatine (10) fixiert.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, gekennzeichnet durch das Merkmal; – Metallplatine (10) und/oder Drahtstruktur (11, 11', 12) sind katalytisch beschichtet.
Abgaskatalysator, umfassend einen spiralförmig gewickelten Trägerkörper (4) nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 19.
Rußpartikelfilter, umfassend einen spiralförmig gewickelten Trägerkörper (4) nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 19.
Abgaskatalysator, umfassend einen gestapelten Trägerkörper (4) nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 19.
Rußpartikelfilter, umfassend einen gestapelten Trägerkörper (4) nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 19.
Verfahren zum Herstellen von Vorrichtungen zur Reinigung der Abgase von Verbrennungsmotoren nach Anspruch 20 oder 21, gekennzeichnet durch die Merkmale; – an einer Metallplatine (10) wird eine Drahtstruktur (11) so befestigt, dass sie an einer Seite einen Überstand (19) bildet, – Metallplatine (10) und Drahtstruktur (11) werden spiralförmig aufgewickelt, wobei der Überstand (19) das Zentrum des Wickels bildet.
Verfahren zum Herstellen von Vorrichtungen zur Reinigung der Abgase von Verbrennungsmotoren nach Anspruch 20 oder 21, gekennzeichnet durch die Merkmale; – auf der Oberseite und der Unterseite einer Metallplatine (10) werden Drahtstrukturen (11, 11') so befestigt, dass sie eine mittige Überlappung (21) bilden, – Metallplatine (10) und Drahtstrukturen (11, 11') werden von der Mitte ausgesehen spiralig aufgewickelt.