DE2733640C3 - Matrix für einen katalytischen Reaktor zur Abgasreinigung bei Brennkraftmaschinen - Google Patents

Matrix für einen katalytischen Reaktor zur Abgasreinigung bei Brennkraftmaschinen

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Description

Die Erfindung betrifft eine Matrix für einen katalytischen Reaktor zur Abgasreinigung bei Brennkraftmaschinen, bestehend aus einem oder mehreren mit Katalysatormaterial beschichteten hochtemperaturfesten Stahlblechen oder Stahlbändern, von denen zur Bildung von Strömungskanälen für das Abgas mindestens eines gewellt ist
Eine derartige Matrix ist aus der DE-OS 23 02 746 bekannt.
Bei dieser bekannten Matrix können die einzelnen Lagen der Stahlbleche untereinander geschweißt sein. Die Matrix selbst kann in einem Mantel durch vorzugsweise vor der Stirnfläche der Matrix angeordnete Haltemittel, ζ. B. aus sich kreuzenden Streben, aus Drähten oder Stegen oder aus einem Drahtgitter, fixiert sein.
Das Schweißen der einzelnen Lagen der Stahlbleche ist in der Fertigung aufwendig. Die Haltemittel an der Stirnfläche der Matrix reichen nicht immer aus, um eine gegenseitige axiale Verschiebung der einzelnen Schichten der Stahlbleche der Matrix zu verhindern.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Matrix der eingangs erläuterten Art derart auszubilden, daß eine Verschiebung der Schichten in Anströmrichtung der Abgase mit Sicherheit vermieden wird und daß darüber hinaus eine möglichst turbulente Strömung der Gase in den Kanälen der Matrix bewirkt wird.
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung bei einer Matrix der eingangs beschriebenen Art im wesentlichen dadurch gelöst, daß mindestens eines der Stahlbleche oder Stahlbänder mit lokalen Erhebungen und/oder Vertiefungen versehen ist, die mindestens mit der benachbarten Stahlblech- bzw. Stahlbandlage zum Verhindern einer gegegenseitigen Verschiebung in Anströmrichtung des Abgases formschlüssig zusammenwirken.
Nach einer Ausgestaltung der Erfindung sind die Erhebungen und/oder Vertiefungen als ausgestellte, aus der Fläche des Stahlbleches gestanzte Lappen ausgebildet.
In vorteilhafter Weise können auch die Erhebungen und/oder Vertiefungen als aus der Fläche des Stahlbleches in Anströmrichtung der Stahlbleche ausgestellte Lappen und senkrecht zu dieser Richtung ausgestellte Lappen ausgebildet sein.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weisen die den mit Lappen versehenen Stahlblechen benachbarten Stahlbleche Löcher auf, in welche die ausgestellten Lappen eingreifen.
Außerdem schließt die Erfindung alle möglichen Kombinationen der in und senkrecht zur Anströmrichtung des Stahlbleches orientierten, nach oben und unten ausgestellten Lappen ein, wobei die senkrecht zur Anströmrichtung orientierten Lappen vorzugsweise zur Befestigung der Matrix, die in Anströmrichtung des Stahlbleches zeigenden Lappen vorzugsweise zur Turbulenzerzeugung dienen.
Zur Erzielung von zusätzlicher Turbulenz, wodurch eine Verkürzung der Baulänge der Matrix möglich ist, kann es vorteilhaft sein, wenn gewellte und/oder glatte
Stahlbleche zusätzliche Löcher zur erhöhten Turbulenzerzeugung in der Abgasströmung aufweisen.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind die Lappen des Stahlbleches so ausgestellt, daß sie sich in die benachbarte(n) Wickellage(n) einkerben.
Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung sind am Rand des glatten Stahlbleches Lappen abwechselnd nach oben und unten gestellt, so daß sie das jeweils benachbarte gewellte Stahlblech der oberen und unteren Wickellage seitlich halten.
Nach .einem noch weiteren Ausführungsbeispiel sind erfindungsgemäß die Erhebungen bzw. Vertiefungen als Rillen ausgebildet, die Rille eines glatten Stahlbleches greift in die obere Rille eines gewellten Stahlbleches und die untere Rille des gewellten Stahlbleches in die Rille des folgenden glatten Stahlbleches ein.
Wie in einem weiteren Ausführungsbeispiel gezeigt wird, lassen sich die Erhebungen bzw. Vertiefungen im gewellten Stahlblech, für die Turbulenz sehr vorteilhaft, als bogenförmige Segmente ausbildt/i, in welche benachbarte Rillen des glatten Stahlbleches eingreifen.
Ein weiteres vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird dadurch gebildet, daß das gewellte Stahlblech mit tiefen Wellen und mit senkrecht zu den tiefen Wellen verlaufenden ausgestellten Lappen versehen ist
Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel wird das formschlüssige Zusammenwirken zwischen benachbarten Stahlblechen durch kleine Durchzüge in den Stahlblechen bewirkt, die durch Einbringen von Nägeln oder Klammern erzeugt sind, wobei die Nägel oder Klammern in der Matrix verbleiben oder nach der Bildung der Durchzüge wieder entfernt werden können.
Weitere Vorteile und Ausführungseinzelheiten der Erfindung werden anhand der Zeichnungen näher erläutert, die schematisch die verschiedenen Ausführungsbeispiele darstellen. Dabei zeigt
F i g. 1 in auseinandergezogener Darstellung ein erstes Ausrührungsbeispiel der Erfindung,
F i g. 2 ein gegenüber F i g. 1 abgewandeltes Ausführungsbeispiel,
F i g. 3 ein Ausführungsbeispiel, welches eine Kombination der in den F i g. 2 und 3 dargestellten Beispiele darstellt,
F i g. 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel,
F i g. 5 das Ausführungsbeispiel nach F i g. 4 teilweise im Schnitt,
F i g. 6 ein noch weiteres Ausführungsbeispiel,
F i g. 7 ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel,
F i g. 8 ein weiteres abgewandeltes Ausführungsbeispiel,
F i g. 9 ein noch weiteres Ausführungsbeispiel,
Fig. 10 die Matrix nach dem Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 9 im zusammengerollten Zustand, und
F i g. 11 ein weiteres abgewandeltes Ausführungsbeispiel.
Eine erfindungsgemäße Matrix 1 wird im allgemeinen durch Stapeln oder Aufwickeln von Stahlblechen bzw. Stahlbändern 2 und 3 hergestellt. Dabei wechseln sich übereinander glatte Stahlbleche 2 mit gewellten Stahlblechen 3 zur Bildung von Strömungskanälen für das Abgas ab. Die Anstromnchtung A des Abgases verläuft in der Regel parallel zu den Scheiteln der gewellten Stahlbleche 3 bzw. parallel zur Wickelachse. Die glatten Stahlbleche 2 sind mit Lappen 4a und 4b versehen, die teilweise nach oben und unten aus der Ebene des Stahlbleches 2 ausgestellt sind. Die gewellten Stahlbleche 3 sind mit Löchern 5, vorzugsweise Schlitzen in der Längsrichtung des Stahlbandes, versehen. Beim Aufeinaiiderfügen der Stahlbleche 2 und 3 zu einer Matrix greifen die ausgestellten Lappen 4a und 4b in die Löcher 5 der jeweils oberen bzw. unteren benachbarten Wickellage ein. Das Ausstanzen der Löcher 5 und das Ausstellen der Lappen 4a und 4b läßt sich in einfacher Weise maschinell durchführen, so daß ohne Befestigungsmittel oder Schweißvorgänge die einzelnen Lagen der Stahlbleche 2 u-.;d 3 miteinander verbunden werden können, wobei durch das Eingreifen der Lappen 4a und 4b in die Löcher 5 eine Verschiebung in der Anströmrichtung des Abgases der Stahlbleche 2 gegenüber den Stahlblechen 3 (und umgekehrt) mit Sicherheit verhindert ist. Bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 zeigen die ausgestellten Lappen 4a senkrecht zur Anströmrichtung der Stahlbleche 2 bzw. 3.
Das in Fig. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich im wesentlichen von dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 lediglich in der Orientierung der ausgestellten Lappen 4a. Gemäß F i g. 2 zeigen die Lappen 4b in Anströmrichtung der Stahlbleche 2. Die Lappen 4b sind dabei in Zeilen und Reihen angeordnet, wobei die einzelnen Reihen gegeneinander versetzt sein können. Dementsprechend können auch die Längslocher 5 in den Stahlblechen 3 reihenweise versetzt angebracht sein. Bei den in den F i g. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispielen sind die Lappen 4a bzw. 46 einer Zeile gleichsinnig ausgestellt, während die Lappen 4a bzw. 4ö der nächsten Zeile in entgegengesetzter Richtung aus der Ebene des Stahlbleches 2 ausgestellt sind. Die Ausbildung kann jedoch auch derart getroffen sein, daß die abwechselnde Ausstellung der Lappen 4a bzw. 4b schachbrettartig angeordnet ist.
Das Beispiel nach F i g. 3 zeigt eine Ausführung, die nach oben und unten ausgestellte Lappen enthält, die sowohl senkrecht {4a) als auch parallel (4b) zur Anströmrichtung der Stahlbleche orientiert sind.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 4 (und F i g. 5) sind die Stahlbleche 2 mit Lappen 6 versehen, die sich beim Aufwickeln der Stahlbleche 2 und 3 zu einer zylindrischen Matrix in die Stahlbleche 3 eindrücken. F i g. 5 zeigt einen Ausschnitt im vergrößerten Maßstab bezüglich der abwechselnden Ausstellung der Lappen 6 des Stahlblechbandes 2, die sich in die zugeordneten Flächen der benachbarten Wickellagen aus Stahlblechen 3 eindrücken.
Ein vereinfachtes Ausführungsbeispiel ist in Fig.6 dargestellt. Dabei weisen die Stahlbleche 2 Randlappen 7 auf, die beispielsweise einseitig aus der Ebene des Stahlbleches 2 abgekantet sein können. Vorzugsweise sind jedoch die Randlappen 7 abwechselnd nach oben und nach unten aus der Ebene des Stahlbleches 2 herausgebogen. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Breite des Stahlbleches 2 geringfügig größer als die Breite der Stahlbleche 3, nämlich um ungefähr die zweifache Höhe der Randlappen 7. Dadurch wird erreicht, daß die Lagen der Stahlbleche 3 zwischen den benachbarten Lagen der Stahlbleche 2 durch die an den Rändern 8 der Stahlbleche 3 anliegenden Randlappen 7 der benachbarten Stahlbleche 2 axial unverschiebbar gehalten werden.
Bei dem in F i g. 7 dargestellten Ausführungsbeispiel sind im glatten Stahlblechband 2 Rillen 9 und im gewellten Stahlblechband 3 Rillen 10 bildende Einprägungen angebracht, wobei jede Rille 9 des glatten Bandes 2 in eine obere Rille 10 des gewellten Bandes 3 und eine untere Rille 10 des gewellten Bandes 3 wieder
in die Rille 9 des folgenden glatten Bandes 2 eingreift.
Bei dem in F i g. 8 dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine Abwandlung von Fi g. 7, wobei die die Rillen 10 der Fig. 7 ergebenden Einprägungen im Wellenberg des gewellten Stahlbleches 3 durch bogenförmige Segmente 11 ersetzt sind. Außerdem werden bei dieser Ausführung weitere solcher bogenförmiger Segmente 12 im Welltental des gewellten Stahlbleches in versetzter Lage angebracht. Schließlich sind die Rillen im glatten Stahlblech 2 abwechselnd nach ]0 oben — Rille 22 — und unten — Rille 9 — angeordnet, so daß dieselben in die durch die bogenförmigen Segmente 11,12 gebildeten Rillen eingreifen können.
Bei dem in F i g. 9 dargestellten abgewandelten Ausführungsbeispiel findet lediglich eine gewellte Art von Stahlblechbändern 3 Verwendung. Die Wellung ist im wesentlichen durch Querwellen 17 erzielt. Aus der gesamten Dicke der Bleche 3 sind Lappen 18 ausgebogen, die beim Zusammenrollen der Stahlblechbänder 3, wie aus Fig. 10 ersichtlich, in zugeordnete, durch das Ausstellen der Lappen 18 gebildete, Löcher 16 eingreifen. Die Richtung der Lappen 18 verläuft dabei senkrecht zur Anströmrichtung des Stahlblechbandes 3. Auch bei dieser Ausbildung ist ein seitliches Verschieben der einzelnen Wickellagen gegeneinander in Anströmrichtung der Abgase mit Sicherheit verhindert In Fig. 11 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel
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25 dargestellt, bei dem während oder nach dem Wickeln der Stahlblechbänder 2 und 3 Nägel 23 oder Klammern 24 angebracht werden, die durch mehrere Wickellagen reichen. Da bereits durch die beim Einbringen der Nägel 23 oder Klammern 24 entstehenden kleinen Durchzüge in den Stahlblechen 2, 3 ein axiales Verschieben der Stahlbleche 2, 3 verhindert wird, ist es bei dieser Ausführung auch möglich, z. B. die Nägel 23 wieder zu entfernen.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt So können beispielsweise auch Matrizen aus aufeinandergestapelten ebenen Stahlblechen 2 und 3 gebildet werden. Die Anordnung und Ausbildung der Querwellen 17 nach Fig.9 kann abweichend vom dargestellten Ausführungsbeispiel auch u-törmig ausgebildet sein.
Das gewellte und/oder glatte Stahlblech kann zusätzliche Löcher 5 zur erhöhten Turbulenzerzeugung der Abgasströmung aufweisen. Diese Löcher 5, die vorzugsweise anstelle einzelner Lappen 4 im glatten Stahlblech 2 zur Erzeugung von zusätzlicher Turbulenz angeordnet werden, sind nicht auf die Ausführungsbeispiele nach F i g. 1 bis F i g. 3 beschränkt
Es ist möglich, die hochtemperaturfesten Stahlbleche oder Stahlbänder 2,3 vor oder nach der Fertigung der Matrix mit Katalysatormaterial zu beschichten.
Hierzu 9 Blatt Zeichnungen

Claims (11)

Patentansprüche:
1. Matrix für einen katalytischen Reaktor zur Abgasreinigung bei Brennkraftmaschinen, bestehend aus einem oder mehreren mit Katalysatormaterial beschichteten hochtemperaturfesten Stahlblechen oder Stahlbändern, von denen zur Bildung von Strömungskanälen für das Abgas mindestens eines gewellt ist, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eines der Stahlbleche oder Stahlbänder (2) mit lokalen Erhebungen und/oder Vertiefungen versehen ist, die mindestens mit der benachbarten Stahlblech- bzw. Stahlbandlage (3) zuri Verhindern einer gegenseitigen Verschiebung in Anströmrichtung des Abgases formschlüssig zusammenwirken.
2. Matrix nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhebungen und/oder Vertiefungen als ausgestellte, aus der Fläche des Stahlbleches (2) gestanzte Lappen (4) ausgebildet sind.
3. Matrix nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhebungen und/oder Vertiefungen als aus der Fläche des Stahlblechs (2) in Anströmrichtung der Stahlbleche (2) ausgestellte Lappen {4b) und senkrecht zu dieser Richtung ausgestellte Lappen {4a) ausgebildet sind (Fig. 3).
4. Matrix nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die den mit Lappen versehenen Stahlblechen (2) benachbarten Stahlbleche (3) Löcher (5) aufweisen, in welche die ausgestellten Lappen (4a, 4tyeingreifen.
5. Matrix nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß gewellte und/oder glatte Stahlbleche (2, 3) zusätzliche Löcher zur erhöhten Turbulenzerzeugung in der Abgasströmung aufweisen.
6. Matrix nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lappen (6) so ausgestellt sind, daß sie sich in die benachbarte(n) Wickellage(n) einkerben (F ig. 5).
7. Matrix nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lappen (7) am Rand des glatten Stahlbleches (2) abwechselnd nach oben und unten gestellt sind, so daß sie das jeweils benachbarte gewellte Stahlblech (3) seitlich halten (F i g. 6).
8. Matrix nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhebungen bzw. Vertiefungen als Rillen (9,10) ausgebildet sind, daß die Rille (9) eines glatten Stahlbleches (2) in die obere Rille (10) eines gewellten Stahlbleches (3) und die untere Rille (10) des gewellten Stahlbleches (3) in die Rille (9) des folgenden glatten Stahlbleches (2) eingreifen (F ig. 7).
9. Matrix nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhebungen bzw. Vertiefungen im gewellten Stahlblech (3) als bogenförmige Segmente (11, 12) ausgebildet sind, in welche benachbarte Rillen (9, 22) des glatten Stahlbleches (2) eingreifen (F ig. 8).
10. Matrix nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das gewellte Stahlblech (3) mit tiefen Wellen (17) und mit senkrecht zu den tiefen Wellen (17) verlaufenden ausgestellten Lappen (18) versehen ist (F i g. 9,10).
11. Matrix nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das formschlüssige Zusammenwirken zwischen benachbarten Stahlblechen (2, 3) durch kleine Durchzüge in den Stahlblechen (2, 3) bewirkt ist, die durch Einbringen von Nägeln (23) oder Klammern (24) erzeugt sind, wobei die Nägel (23) oder Klammern (24) in der Matrix verbleiben oder nach der Bildung der Durchzüge wieder entfernt werden können (F i g. 11).
DE2733640A 1977-07-26 1977-07-26 Matrix für einen katalytischen Reaktor zur Abgasreinigung bei Brennkraftmaschinen Expired DE2733640C3 (de)

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