DE2947694C2 - Katalytträgermatrix zum Reinigen von Brennkraftmaschinen-Abgasen - Google Patents

Description

a; das gewellte Metallband (3) nur mit seinen das glatte Metallband (2) berührenden Flächen und

b) ein die beiden Metallbänder (1,2) umfassendes Umschlußteil (8) durch Sintern bei rund 1300⁰C zu einer Baueinheit verbunden sind.

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Reinigen von Brennkraftmaschinen-Abgasen mit einer ein Umschlußteil aufweisenden Katalytträgermatrix in Form eines gewickelten oder aus einzelnen Elementen geschichteten Wabenkörpers aus hochtemperaturfestem, gewelltem oder gefaltetem und glattem Metallband mit einer katalytisch aktiven Beschichtung.

Eine Vorrichtung gemäß dem Gattungsbegriff ist durch die DE-OS 23 02 745 beka.uit. Der Vorteil der metallischen Katalytträgermutrizen gegenüber solchen aus Keramik ergibt sich aus der sehn ileren Betriebsbereitschaft aufgrund der günstigeren Flächen-Masse-Verhältnisse. Nachteilig ist jedoch noch die Verbindung der einzelnen Bauteile der Trägermatrix zur Erzielung einer spannungsfreien und verschleißfesten Struktur. Um den hohen Anforderungen durch die ständig auf die Trägermatrix einwirkenden Erschütterungen, Schwingungen und Temperaturschocks einigermaßen gerecht zu werden, können zum Zusammenfügen und zur Verfestigung des Matrixkörpers die einzelnen Lagen bereits insgesamt miteinander verschweißt oder verlötet sein. Diese Verbindungstechnik ist aufwendig. Zum Verlöten z. B. ist ein eigener Arbeitsgang für das Aufbringen des Lotes, z. B. Plattieren mit dem Lotmetall, nötig.

Wird die Verbindung der Bauteile durch Diffusionsschweißen erzielt, so ist eine Verbindungsvorstufe, z. B. die Aluminiumbeschichtung der Stahlbleche, unumgänglich (DE-AS 27 45 188).

Durch die DE-OS 23 13 040 ist ein Abgas-Katalysator bekannt, bei dem auf die Elemente der Trägermatrix vorher eine Nickelschicht aufgetragen wird, wobei die genannten, miteinander in Kontakt gebrachten Elemente dann durch Erhitzen der vernickelten Elemente in einem neutralen Gas oder im Vakuum untereinander verschweißt werden. In dieser Druckschrift wird auch ein Verfahren zum Herstellen einer katalytischen Struktur beschrieben, wobei die flachen mit aufgeschweißten Drähten versehenen Elemente der Trägermatrix aus austenitischem gestrecktem Stahl bestehen sollen. Auf die einzelnen Elemente der Trägermatrix soll eine Nikkeifarbe aufgetragen werden. Nach dem Trocknen sollen die Elemente der Trägermatrix übereinandergelegt, dann zwei Stunden lang bei 1000 Grad Celsius einer Behandlung in gereinigtem Wasserstoff unterzogen werden. Gleichzeitig mit der Verschweißung der Elemente der Trägermatrix untereinander soll es zu einer Diffusion des Nickels im rostfreien Stahl kommen. Auch hier ist somit eine Verbindungsvorstufe nötig, nämlich das Auftragen der Nickelfarbe.

Die DE-OS 24 53 358 betrifft einen Abgas-Katalysator zum Reinigen von Stickstoffoxyde, Kohlenwasserstoff und Kohlenmonoxyde einzeln oder nebeneinander enthaltenden Gasgemischen durch katalytische Oxyda tion bzw. Reduktion, bestehend aus einer dichten Ein- oder Mehrphasenlegierung aus mindestens einem überwiegenden Anteil Chrom und Kupfer oder Chrom, Kupfer und Nickel mit jeweils mindestens 5% Chrom. Dabei wird vorgeschlagen, auf einen hitzebeständigen Träger

is mit Hilfe eines flüchtigen Bindemittels mindestens eine den Katalysator ergebende Schicht aus einem feinteiligen Pulver aufzubringen, das mindestens Kupfer und Chrom als vorlegierte Fraktion enthält, wobei der Träger mit der Pulverschicht in nichtoxydierender Atmo- Sphäre mit flüssiger Phase gesintert wird. Eine Herstellung des Trägers, d. h. einer Trägermatrix, durch Sintern ist nicht angeführt

Aus der DE-OS 23 00 982 ist eine Vorrichtung zur Halterung eines aus einem keramischen Material beste henden monolytischen Katalysatorkörpers für eine ka talytische Abgasreinigungsanlage von Brennkraftmaschinen bekannt, mit einem den keramischen Körper umgebenden metallischen Gehäuse, wobei das Gehäuse als um den keramischen Körper gegossenes Gußgehäu se ausgebildet ist

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Vorrichtung so zu gestalten, daß sie sich besonders einfach herstellen läßt und dabei den eingangs angeführten hohen Anforderungen gerecht wird.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches gelöst

Durch die Erfindung wird ein Abgas-Katalysator vorgeschlagen mit einer Verbindungstechnik, die dem bislang praktizierten Widerstands-Purtktschweißverfah- ren, den Laserstrahl- und Elektronenstrahl-, Lot- und anderweitigen Fixierungen an Wirtschaftlichkeit und Haltbarkeit erheblich überlegen ist

Zum Aneinandersintern des gewellten und glatten Metaiibandes und des Umschlußteils bedarf es nur eines einzigen Verfahrensschrittes mit einer Wärmebehandlung, deren Temperatur unterhalb des Schmelzpunktes der zu verbindenden Werkstoffe von Trägermatrix und Umschlußteil liegt. Nach dem Sintern sind die einzelnen Lagen an ihren Berührungsflächen und das die Träger matrix umfassende Gehäuse spannungsfrei miteinander verbunden. Eine thermische Nachbehandlung erübrigt sich. Infolge der durch das Sintern bewirkten flächigen Verbindung ist die Trägermatrix wesentlich widerstandsfähiger gegen Belastungen, denen sie ständig un- terworfen ist. Daraus ergibt sich eine höhere Lebensdauer. Dadurch, daß die Sinterung zu Materialbrücken mit abgerundeten Übergängen führt, wird zusätzlich die Kerbwirkung herabgesetzt. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, daß man eine Trägermatrix mit einem Umschlußteil in Form eines Zylinders erhält, der in die Abgasanlage eingeschweißt werden kann. Durch Werkstoffauswahl oder durch Wahl der Veränderlichen bei der Sinterung kann eine Schrumpfung des Gehäuses und damit eine erhöhte

Festigkeit des Bauteiles erzielt werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung anhand der Zeichnung. Darin zeigt

F ϊ g. 1 einen Segment-Ausschnitt einer möglichen Ausführung einer gewickelten Katalyt-Trägermatrix;

F i g. 2 eine mögliche Ausführung mit geschichtetem Wabenkörper;

F i g. 3 ein vergrößertes Teilstück einer Ausführung der Trägermatrix;

F i g. 4 eine gewickelte Trägermatrix mit einem z. B. pulvermetallurgisch hergestellten Hülsen-Umschluß;

F i g. 5 eine gewickelte Trägermatrix mit einem mitgesinterten Ring- bzw. Band-Umschluß;

F i g. 6 die Anordnung einer gewickelten Trägermatrix innerhalb eines mitgesinterten Gehäuses, verbunden mit einer Abgasrohrleitung.

Die Reaktor-Trägerniatrix zur Abgasreinigung von Brennkraftmaschinen kann aus einem zylindrisch gewik- ι s kelten oder einem geschichteten Wabenkörper bestehen und in bekannter Weise in geeigneter Verbindung und Anordnung mit, bzw. in einer, Abgasanlage benutzt werden. Der Wabenkörper ist aus einem vorgeformten, z. B. gewellten oder gezackten Metallband 1 und einem glatten Metallband 2 aus der Legierung gemäß Patentanspruch hergestellt Die Weilen des Metaübandes S liegen beidseitig an einem glatten Metallband S an. Die beiden Metallbänder 1 und 2, bzw. die daraus geformte Wabenstruktur werden mit einer katalytisch aktiven Beschichtung versehen.

Die vorbeschriebene gewickelte oder geschichtete Wabenstruktur wird, zusammen mit dem Umschlußteil, durch Sintern zu einer Baueinheit verbunden. Durch den Sinterprozeß erhält man ein spannungsfreies Wabengefüge mit Sinterbrücken 3. Diese weisen insbesondere auch abgerundete Konturen 4 auf, wodurch die Kerbwirkung dieser Verbindung wesentlich herabgesetzt wird mit der Folge einer gesteigerten Dauerfestigkeit der Trägermatrix. Eine besonders breite Ausbildung der Material-Sinterbrücken 3 zum Zwecke einer erhöhten Beanspruchungs- und Dauerfestigkeit des Trägermatrix-Wabenkörpers ist bei Verwendung von gewelltem Metallband 1 mit abgeflachten Wellenkämmen 5 entsprechend der Darstellung von F i g. 3 erzielbar.

Es kann z. B. analog der Darstellung nach F i g. 4 ein pulvermetallurgisch hergestelltes Gehäuse 6 Verwendung finden bei zylindrischer Formgebung der Trägermatrix. Diese wird vor dem Sintern in das Gehäuse 6 gesteckt Beim Erhitzen auf Sintertemperatur übt das hakenförmige Gehäuse 6 einen solchen Druck auf den Wabenwinkel aus, daß die Wellenkämme des Wellenbandes 1 die Kontaktflächen des Flachbandes 2 innig berühren und beim Sintern des Materials breite Materialbrücken entstehen.

Anstelle eines Umschlusses entsprechend der Hülse 6 kann auch ein das zylindrische oder polygonale Wabengebilde zusammenhaltender, anders geformter, am Wabengebilde verbleibender Umschluß vorgesehen sein. Letzterer kann z. B. die Form von Ringen oder Bändern 7 (Fig.5) haben, die aus demselben Material wie die beiden Metallbänder 1 und 2 bestehen können und beim Sinterprozeß in die Baueinheit der Trägermatrix übergehen. Dasselbe gilt auch bei Verwendung eines Um-Schlusses in Form eines dickwandigen Gehäuses 6 anstelle der Umschluß-Ringe oder -Bänder 7. In diesem Falle kann man die Trägermatrix mit Hilfe des mit ihr zusammengesinterten Gehäuses 6 in der aus F i g. 6 ersichtlichen Weise recht einfach insbesondere dann in eine Abgasrohrleitung 9 unmittelbar einschweißen, wenn zum Beispiel bei nachträglichem Einbau einer katalytischen Abgasentgiftung keine besonderen bzw. anderen Einbaumöglichkeiten zur Verfügung stehen.

Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn man für die beiden Metallbänder 1 und 2, gegebenenfalls auch für die mitzusinternden Umschlußteile, wie beispielsweise die Ringe bzw. Bänder 7, eine ferritische Eisen-Chrom-Aluminium-Legierung wählt und das Gesamtgebilde bei 1300 Grad Celsius 180 min lang in einem Vakuum von 10~² bis 10~⁵ Torr sintert.

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40 Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Vorrichtung zum Reinigen von Brennkraftmaschinen-Abgasen mit einer ein Umschlußteil aufweisenden Katalytträgesrmatrix in Form eines gewickelten oder aus einzelnen Elementen geschichteten Wabenkörpers aus hochtemperaturfestem, gewelltem oder gefaltetem und glattem Metallband mit einer katalytisch aktiven Beschichtung, dadurch gekennzeichnet,

   daß als Werkstoff für das gewellte Metallband und das glatte Metallband eine ferritische Eisen-Chrom-Aluminium-Legierung vorgesehen ist und