DE19821942A1 - Fertigungsverfahren für eine Katalysatoranordnung mit einer konischen gewickelten Metallträgermatrix - Google Patents

Fertigungsverfahren für eine Katalysatoranordnung mit einer konischen gewickelten Metallträgermatrix

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Fertigungsverfahren für eine Katalysatoranordnung mit einer konischen gewickelten Metallträgermatrix, die in einen entsprechend konischen kegelstumpfförmigen Mantel über dessen querschnittsgrößere offene Stirnseite eingesetzt wird und in diesem an dessen Innenwand anliegend gehalten ist. Erfindungsgemäß wird der Mantel vor dem Einsetzen der Metallträgermatrix auf der querschnittsgrößeren Stirnseite mit einer den freien Einsetzquerschnitt gegenüber der Stirnseiten-Fläche zumindest geringfügig reduzierenden Ausbildung versehen, und danach die unter Vorspannung auf einen dem Einsetzquerschnitt entsprechenden reduzierten größten Durchmesser gewickelte Metallträgermatrix in den Mantel eingesetzt. Bevorzugt wird die den freien Einsetzquerschnitt zumindest geringfügig reduzierende Ausbildung durch Umformen des Endbereiches des gegenüber der Metallträgermatrix verlängerten Mantels erzeugt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Fertigungsverfahren für eine Katalysatoranordnung mit einer konischen gewickelten Metallträgermatrix, die in einen entspre­ chend konischen kegelstumpfförmigen Mantel über dessen offene Stirnseite eingesetzt wird und in diesem an dessen Innenwand an liegend gehalten ist. Zum technischen Umfeld wird beispielshalber auf die DE 41 11 264 A1 ver­ wiesen.
Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Fertigungsverfahren für eine Katalysatoranordnung, die in Abgasanlagen von Brennkraftmaschinen zum Einsatz kommt. Dabei sind neben den keramischen Trägerkörpern für die katalytische Schicht, die vom Abgas der Brennkraftmaschine durchströmt werden, auch die sog. Metallmatrix-Trägerkörper bekannt, die jeweils in ein geeignetes Katalysatorgehäuse, durch welches die Brennkraftmaschinen- Abgase geführt werden, eingesetzt werden. Diese Katalysatorgehäuse wei­ sen üblicherweise sog. Einlauftrichter und Auslauftrichter auf, die unter strö­ mungsdynamischen Gesichtspunkten konisch gestaltet sind. Beispielsweise in diese Einlauftrichter kann nun ebenfalls eine katalytisch beschichtete Me­ tallträgermatrix, die der Gestaltung des Einlauftrichters entsprechend konisch geformt ist, eingesetzt werden, daneben sind jedoch nach weitere Anwen­ dungsfälle für konisch geformte Metallmatrix-Trägerkörper für die katalyti­ sche Schicht möglich.
Dem Fachmann bekannt ist ferner der grundsätzliche Aufbau eines Metall­ matrix-Trägerkörpers, wie er auch in der vorliegenden Erfindung zur Anwen­ dung kommt. Demnach ist eine äußerst dünne Metallfolie zu dieser sog. Metallträgermatrix aufgewickelt, wobei die Wickelachse der Matrix- Längsachse mit der Durchströmungsrichtung der zu behandelnden Gase, d. h. insbesondere der Brennkraftmaschinen-Abgase, zusammenfällt. Diese gewickelte und bei der vorliegenden Erfindung konisch geformte Metallträ­ germatrix wird danach in einen entsprechend geformten Mantel über dessen querschnittsgrößere offene Stirnseite eingesetzt und danach mit dem Mantel verbunden bzw. in diesem gehalten, so daß diese Katalysatoranordnung, bestehend aus Metallträgermatrix und Mantel anschließend in das Kataly­ satorgehäuse eingelegt und in diesem auf geeignete Weise gehalten werden kann.
Die Verbindung zwischen dem Mantel der konischen Katalysatoranordnung und der an dessen Innenwand anliegenden Metallträgermatrix erfolgt dabei zumeist durch Löten, wobei es jedoch erforderlich ist, vor dem Verlöten die Metallträgermatrix im Mantel gegen Herausfallen zu sichern. Da das Verlöten in einem Lötofen erfolgt, ist es nämlich erforderlich, die Metallträgermatrix bezüglich des Mantels vorab nach dem Einsetzen lagegenau zu fixieren. Hierzu kommt derzeit eine spezielle Vorrichtung zum Einsatz, die nach dem Lötvorgang wieder entfernt werden muß, was ein aufwendiges Handling zur Folge hat. In diesem Zusammenhang sei noch kurz darauf hingewiesen, daß selbstverständlich auch eine andere, dem Löten vergleichbare Verbin­ dungstechnik zwischen der Metallträgermatrix und dem Mantel zum Einsatz kommen kann, so wie dies auch bereits in der oben genannten DE 41 11 264 A1 durch den Begriff einer "erhärtenden Verbindungsschicht" beschrie­ ben ist.
Ausgehend von diesem bekannten Stand der Technik hat sich die vorliegen­ de Erfindung die Aufgabe gestellt, einen demgegenüber vereinfachten Ver­ fahrensablauf bzw. ein vereinfachtes Fertigungsverfahren aufzuzeigen.
Die Lösung dieser Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel vor dem Einsetzen der Metallträgermatrix auf der querschnittsgrößeren Stirn­ seite mit einer den freien Einsetzquerschnitt gegenüber der Stirnseiten- Fläche zumindest geringfügig reduzierenden Ausbildung versehen wird, und daß danach die unter Vorspannung auf einen dem Einsetzquerschnitt ent­ sprechenden reduzierten größten Querschnitt gewickelte Metallträgermatrix in den Mantel eingesetzt wird. Bevorzugt wird dabei die den freien Ein­ setzquerschnitt zumindest geringfügig reduzierende Ausbildung durch Um­ formen des Endbereiches des gegenüber der Metallträgermatrix verlänger­ ten Mantels erzeugt.
Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird auf die beigefügte Prinzipskizze verwiesen, die ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer nach dem erfin­ dungsgemäßen Fertigungsverfahren hergestellten Katalysatoranordnung zeigt, die im Einlauftrichter eines Katalysatorgehäuses, welches für die Ab­ gasanlage einer Brennkraftmaschine vorgesehen ist, eingebaut ist.
Mit der Bezugsziffer 1 ist dieses besagte, lediglich teilweise dargestellte Ka­ talysatorgehäuse bezeichnet, durch welches in Richtung seiner Längsachse 2 das zu behandelnde Brennkraftmaschinen-Abgas geführt wird. Innerhalb dieses Katalysatorgehäuses 1 ist eine lediglich bruchstückhaft dargestellte zylinderförmige und katalytisch beschichtete Metallträgermatrix 3 angeord­ net, ferner befindet sich im Bereich des sog. Einlauftrichters 4 des Katalysa­ torgehäuses 1 noch eine konisch geformte Metallträgermatrix 5. Jede Me­ tallträgermatrix 3, 5 ist dabei gewickelt und wie üblich von einem Mantel 6 umgeben. Dabei bildet die jeweilige Metallträgermatrix 3 bzw. 5 zusammen mit dem zugehörigen Mantel 6 jeweils eine sog. Katalysatoranordnung, für welche hier keine separate Bezugsziffer verwendet wird. Jede der gezeigten Katalysatoranordnungen ist dabei in das Katalysatorgehäuse 1 eingelegt und in diesem auf nicht gezeigte geeignete Weise gehalten.
Wie bereits erwähnt, betrifft die vorliegende Erfindung das Fertigungsverfah­ ren für die konisch geformte, in den Einlauftrichter 4 eingelegte Katalysa­ toranordnung, die aus der konisch geformten bzw. konisch gewickelten Me­ tallträgermatrix 5 sowie dem zugehörigen kegelstumpfförmigen Mantel 6 besteht. Letzterer ist in durchgezogenen Linien in seinem Endzustand dar­ gestellt, in welchem diese Katalysatoranordnung dann in das Katalysatorge­ häuse 1 eingesetzt werden kann; ferner ist in teilweise strichlierten Linien noch der Ausgangszustand des Mantels 6 gezeigt.
Wie ersichtlich läuft im Ausgangszustand des konischen bzw. kegel­ stumpfförmigen Mantels 6 dessen Endbereich 6' der konischen Formgebung folgend weiter, während im Endzustand dieser Endbereich 6' nach innen hin, d. h. zur Längsachse 2 hin, umgebogen ist. Dabei ist der Mantel 6 im Aus­ gangszustand inclusive seines Endbereiches 6' in Richtung der Längsachse 2 betrachtet länger als die Metallträgermatrix 5, während im Endzustand des Mantels 6 dessen um den umgeformten Endbereich 6' reduzierte Länge im wesentlichen derjenigen der Metallträgermatrix 5 entspricht.
Es ist klar erkennbar, daß die konisch gewickelte Metallträgermatrix 5 nur von der querschnittsgrößeren Stirnseite 7 her in den entsprechend koni­ schen kegelstumpfförmigen Mantel 6 eingesetzt werden kann. Dabei liegt im Ausgangszustand des Mantels 6, d. h. wenn dessen Endbereich 6' noch nicht wie gezeigt zur Längsachse 2 hin umgebogen ist, ein (theoretischer) freier Einsetzquerschnitt für die Metallträgermatrix 5 vor, der mit der Bezugsziffer 8' bezeichnet ist. Zwar wäre nun die Metallträgermatrix über diesen theoreti­ schen (theoretisch) freien Einsetzquerschnitt 8' auf einfache Weise in den Mantel 6 einführbar, jedoch kann danach die Metallträgermatrix 5 entgegen der Einsetzrichtung auch wieder aus dem Mantel 6 herausfallen, bevor die eingangs bereits erwähnte Verbindung zwischen dem Mantel 6 und der Me­ tallträgermatrix 5 - beispielsweise durch Verlöten - erfolgt.
Um dies zu verhindern, ist vorgesehen, daß die konisch gewickelte Metall­ trägermatrix 5 bereits vor dem Verlöten mit dem Mantel 6 lagegenau in die­ sem gehalten wird, und zwar durch eine den (theoretischen) Einsetzquer­ schnitt 8' zumindest geringfügig reduzierende Ausbildung des Mantels 6. Durch diese Ausbildung wird somit der (theoretische) Einsetzquerschnitt 8' gegenüber der Fläche der Stirnseite 7 auf einen kleineren (tatsächlichen) freien Einsetzquerschnitt 8 reduziert. Da es jedoch fertigungstechnisch schwer möglich ist, den Mantel 6 nach dem Einsetzen der Metallträgermatrix 5 mit einer den freien Einsetzquerschnitt 8 reduzierenden Ausbildung zu ver­ sehen, wird diese sog. Ausbildung bereits vor dem Einsetzen der Metallträ­ germatrix 5 vorgenommen, d. h. der kegelstumpfförmige Mantel 6 wird im Bereich seiner Stirnseite 7 bereits vor dem Einsetzen der Metallträgermatrix 5 mit der den freien Einsetzquerschnitt 8 gegenüber der Stirnseiten-Fläche zumindest geringfügig reduzierenden Ausbildung versehen.
Nachdem der Mantel 6 somit wie in durchgezogenen Linien dargestellt vor­ liegt, kann danach die Metallträgermatrix 5 eingesetzt werden, wozu jedoch besondere Maßnahmen vorzusehen sind, da - wie ersichtlich - der größte Querschnitt 9 der Metallträgermatrix 5 größer ist als der nunmehr reduzierte freie Einsetzquerschnitt 8, wenn - wie üblich - die in den Mantel 6 einge­ setzte Metallträgermatrix 5 an dessen Innenwand anliegen soll. Diese ge­ nannte Maßnahme besteht darin, daß die Metallträgermatrix 5 zunächst un­ ter Vorspannung auf einen dem reduzierten freien Einsetzquerschnitt 8 ent­ sprechenden reduzierten größten Querschnitt 9' gewickelt wird. In diesem Zustand kann die Metallträgermatrix 5 ähnlich einer Spiralfeder unter Vor­ spannung stehend über den reduzierten freien Einsetzquerschnitt 8 in den Mantel 6 eingesetzt werden.
Nach vollständigem Einsetzen der Metallträgermatrix 5 in den Mantel 6 er­ folgt ein selbsttätiges Entspannen unter Einfluß der besagten Vorspannung. Dabei legt sich die Metallträgermatrix 5 mit ihrer Außenseite vollständig an die Innenwand des Mantels 6 an und wird hierbei durch den umgeformten Endbereich 6' desselben gegen ein Herausfallen gehalten bzw. am Heraus­ fallen gehindert. In diesem Zustand kann diese Katalysatoranordnung, be­ stehend aus dem Mantel 6 sowie der darin festgehaltenen Metallträgermatrix 5 somit in den Lötofen gebracht werden, wo die gewünschte (stoff­ schlüssige) Verbindung zwischen dem Mantel 6 und der Metallträgermatrix 5 hergestellt wird.
Grundsätzlich sind verschiedene Möglichkeiten denkbar, mit Hilfe derer der reduzierte freie Einsetzquerschnitt 8 erzeugt wird, d. h. es bestehen ver­ schiedene Möglichkeiten, mit Hilfe derer der Mantel 6 mit der den Ein­ setzquerschnitt 8 gegenüber der Fläche der Stirnseite 7 zumindest geringfü­ gig reduzierenden Ausbildung versehen werden kann. Besonders einfach ist jedoch die gezeigte Variante, bei welcher diese den freien Einsetzquerschnitt 8 zumindest geringfügig reduzierende Ausbildung durch Umformen des Endbereiches 6' des gegenüber der Metallträgermatrix 5 verlängerten Man­ tels 6 erzeugt wird.
Das Umformen dieses Endbereiches 6', der im nicht umgeformten Aus­ gangszustand um ein Maß x über die Länge l der Metallträgermatrix 5 hin­ ausragt - d. h. der Mantel 6 ist um das Maß x gegenüber der Länge l der Metallträgermatrix 5 verlängert -, kann auf verschiedene Weise erfolgen. Möglich ist hierzu ein Umformen durch Bördeln, Rollen, Kalibrieren, sowie andere gängige Verfahren. Wesentlich ist stets, daß vor dem Einsetzen der Metallträgermatrix 5 der Mantel 6 auf seiner querschnittsgrößeren Stirnseite 7 mit einer den freien Einsetzquerschnitt 8 gegenüber der Stirnseiten-Fläche zumindest geringfügig reduzierenden Ausbildung versehen wird, und daß danach die unter Vorspannung auf einen dem Einsetzquerschnitt 8 entspre­ chenden reduzierten größten Querschnitt 9' gewickelte Metallträgermatrix 5 in den Mantel 6 eingesetzt wird. Dabei wird vorteilhafterweise durch diese den freien Einsetzquerschnitt 8 zumindest geringfügig reduzierende Ausbil­ dung die Metallträgermatrix 5 auch dann im Mantel 6 gehalten, wenn die später herzustellende formschlüssige Verbindung zwischen der Metallträ­ germatrix 5 sowie dem Mantel 6 fehlerbehaftet ist, wobei abschließend noch darauf hingewiesen sei, daß eine Vielzahl von Details, insbesondere kon­ struktiver Art durchaus abweichend vom beschriebenen Ausführungsbeispiel gestaltet sein können, ohne den Inhalt der Patentansprüche zu verlassen.
Bezugszeichenliste
1
Katalysatorgehäuse
2
Längsachse
3
zylindrisch geformte Metallträgermatrix
4
Einlauftrichter
5
konisch geformte/gewickelte Metallträgermatrix
6
Mantel
6
' Endbereich von
6
7
querschnittsgrößere Stirnseite von
6
8
(tatsächlicher) freier Einsetzquerschnitt
8
' (theoretischer) Einsetzquerschnitt bei noch nicht umgeformtem
6
'
9
größter Querschnitt von
5
9
' reduzierter größter Querschnitt von
5
l Länge der Metallträgermatrix
5
x Maß, um welches nicht umgeformter
6
' über l bzw.
5
hinausragt

Claims (2)

1. Fertigungsverfahren für eine Katalysatoranordnung mit einer koni­ schen gewickelten Metallträgermatrix (5), die in einen entsprechend konischen kegelstumpfförmigen Mantel (6) über dessen querschnitts­ größere offene Stirnseite (7) eingesetzt wird und in diesem an dessen Innenwand an liegend gehalten ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (6) vor dem Einsetzen der Metallträgermatrix (5) an der querschnittsgrößeren Stirnseite (7) mit einer den freien Einsetzquerschnitt (8) gegenüber der Stirnseiten- Fläche zumindest geringfügig reduzierenden Ausbildung versehen wird, und daß danach die unter Vorspannung auf einen dem Ein­ setzquerschnitt (8) entsprechenden reduzierten größten Querschnitt (9') gewickelte Metallträgermatrix (5) in den Außenmantel (6) einge­ setzt wird.
2. Fertigungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die den freien Einsetzquerschnitt (8) zumindest geringfügig reduzierende Ausbildung durch Umformen des Endbereiches (6') des gegenüber der Metallträgermatrix (5) verlän­ gerten Mantels (6) erzeugt wird.
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