DE29619985U1 - Exhaust gas catalytic converter - Google Patents
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Description
Beschreibung:Description:
Die Erfindung betrifft Abgas-Katalysatoren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Derartige Abgas-Katalysatoren werden in großem Umfang verwendet, um die Abgase von Verbrennungsmotoren zu entgiften.The invention relates to exhaust gas catalysts according to the preamble of claim 1. Such exhaust gas catalysts are used on a large scale to detoxify the exhaust gases of internal combustion engines.
Wesentliches Element der Abgas-Katalysatoren ist ein von den zu reinigenden Abgasen durchströmter Trägerkörper mit großer Oberfläche, die mit katalytisch wirksamen Materialien beschichtet ist. Die Trägerkörper selbst bestehen entweder aus einer stranggepreßten Keramik oder aus gewickelten Metallfolien. Die vorliegende Erfindung betrifft Abgas-Katalysatoren, deren Trägerkörper aus Metallfolien gewickelt ist.The essential element of the exhaust gas catalysts is a carrier body through which the exhaust gases to be cleaned flow and which has a large surface area that is coated with catalytically active materials. The carrier bodies themselves consist either of an extruded ceramic or of wound metal foils. The present invention relates to exhaust gas catalysts whose carrier body is wound from metal foils.
Die derzeit am weitesten verbreitete Ausführungsform dieser sogenannten Metallite verwendet zwei spiralig aufgewickelte Metallfolien, von denen die eine wellblechartig verformt ist. Die gewickelte Folienspirale sitzt in einem stabilen Gehäuserohr aus Edelstahl.The currently most common version of these so-called metallites uses two spirally wound metal foils, one of which is shaped like a corrugated sheet. The wound foil spiral sits in a sturdy stainless steel housing tube.
Um zu verhindern, daß sich der Folienwickel unter dem Druck der Abgase und der Schwingungsbelastungen im Betrieb in axialer Richtung verschiebt und verformt, sind zwei Verfahren üblich. Beim ersten Verfahren werden die bereits katalytisch beschichteten und spiralig aufgewickelten Metallfolien untereinander und mit dem Gehäuserohr durch kreuzförmig eingeschlagene Nägel verbunden. Beim zweiten Verfahren werden die unbeschichteten und spiralig aufgewickelten Metal!folien untereinander und mit dem Gehäuserohr in einem speziellen Vakuumlötverfahren verbunden. Auf den verlöteten Trägerkörper wird dann die katalytisch aktive Beschichtung aufgebracht, wobei auch die Innenfläche des Gehäuserohrs beschichtet wird. Der fertigeIn order to prevent the foil roll from shifting and deforming in the axial direction under the pressure of the exhaust gases and the vibration loads during operation, two processes are commonly used. In the first process, the already catalytically coated and spirally wound metal foils are connected to each other and to the housing tube using nails driven in crosswise. In the second process, the uncoated and spirally wound metal foils are connected to each other and to the housing tube using a special vacuum soldering process. The catalytically active coating is then applied to the soldered carrier body, whereby the inner surface of the housing tube is also coated. The finished
Trägerkörper wird abschließend mit Eingangs- und Ausgangskonen als Übergang zu den Anschlußrohren gasdicht verschweißt. Dabei muß durch geeignete Verfahren sichergestellt werden, daß die katalytische Schicht auf dem Gehäuserohr den Schweißprozeß nicht stört.The carrier body is then welded gas-tight to the inlet and outlet cones as a transition to the connecting pipes. Suitable methods must be used to ensure that the catalytic layer on the housing pipe does not interfere with the welding process.
In vielen Anwendungsfällen ist eine zusätzliche Isolierung erforderlich. Hierzu wird auf den fertiggestellten Katalysator eine Isolierung und darüber ein Schutzgehäuse aufgebracht oder ein Hitzeschild befestigt.In many applications, additional insulation is required. To do this, insulation is applied to the finished catalyst and a protective housing is placed over it or a heat shield is attached.
Diese bekannten Ausführungsformen haben, jedenfalls wenn eine thermische Isolierung erforderlich ist, ein relativ hohes Gewicht. Dies steht im Gegensatz zu dem Bestreben der Automobilhersteller, das Gewicht der Fahrzeuge, den Kraftstoffverbrauch und die Gestehungskosten zu senken.These known embodiments are relatively heavy, at least when thermal insulation is required. This is contrary to the efforts of automobile manufacturers to reduce the weight of vehicles, fuel consumption and production costs.
Wie schon erwähnt, gibt es auch keramische Trägerkörper. Diese werden mit Hilfe einer Lagermatte, meist einer sogenannten Quellmatte, in dem aus Blech bestehenden Katalysatorgehäuse gelagert. Die Lagermatte hat die Aufgabe, den Trägerkörper zu halten, die thermischen Ausdehnungsdifferenzen zwischen Keramik und Metallgehäuse auszugleichen und das Vorbeiströmen ungereinigter Gase zu verhindern.As already mentioned, there are also ceramic carrier bodies. These are stored in the catalyst housing made of sheet metal using a storage mat, usually a so-called expansion mat. The storage mat has the task of holding the carrier body, compensating for the thermal expansion differences between the ceramic and the metal housing, and preventing uncleaned gases from flowing past.
Ein wesentlicher Vorteil der metallischen gegenüber den keramischen Trägerkörpern ist darin zu sehen, daß die die Zellwände bildenden Metal!folien sehr dünn sein können. Dadurch lassen sich sehr viel mehr Zellen pro Fläche realisieren mit der Folge, daß auch die katalytische wirksame Oberfläche sehr groß wird. Eine große Oberfläche ist besonders wichtig für kurze Anspringzeiten und gute Gesamtkonversion des Katalysators. Ein weiterer Vorteil ist die Reduzierung des Druckverlusts, bedingt durch die dünnenA significant advantage of metallic carrier bodies over ceramic ones is that the metal foils forming the cell walls can be very thin. This means that many more cells can be created per area, with the result that the catalytically effective surface is also very large. A large surface is particularly important for short start-up times and good overall conversion of the catalyst. Another advantage is the reduction in pressure loss, due to the thin
Kanalwände bei gleicher geometrischer Oberfläche. Schließlich wäre als Vorteil zu nennen, daß örtlich begrenzte Übertemperaturen im Trägerkörper über die Wärmeleitung von Metallfolien besser abgeführt werden als bei Keramik. Diese Vorteile der Metallite sind von besonderer Bedeutung bei Abgas-Katalysatoren, die motornahe positioniert sind, weil dort die Druckverluste eine größere Rolle spielen und die thermischen Bedingungen kritischer sind.channel walls with the same geometric surface. Finally, one advantage is that localized excess temperatures in the carrier body are dissipated better by the heat conduction of metal foils than with ceramics. These advantages of metallite are particularly important for exhaust gas catalysts that are positioned close to the engine, because pressure losses play a greater role there and the thermal conditions are more critical.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Abgas-Katalysator der eingangs genannten Art anzugeben, der die prinzipiellen Vorteile der metallischen Trägerkörper nützt, der jedoch preiswerter und vor allem erheblich leichter ist als bisher.The present invention is therefore based on the object of specifying an exhaust gas catalyst of the type mentioned at the beginning, which uses the fundamental advantages of the metallic carrier bodies, but which is cheaper and, above all, considerably lighter than before.
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Abgas-Katalysator mit den Merkmalen des Anspruchs 1.This object is achieved by an exhaust gas catalyst with the features of claim 1.
Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.Further developments and refinements of the invention emerge from the subclaims.
Der vorliegenden Erfindung liegt das Prinzip zugrunde, den Trägerkörper wie bisher aus Metallfolien zu wickeln und den Metallfolienwickel materialschlüssig zu verbinden, d.h. im Vakuum zu verlöten. Auf das bisherige Gehäuserohr wird jedoch total verzichtet. Auf diese Weise entsteht ein sehr leichter katalytisch beschichteter Metallträger, der nun mit einer Lagermatte im Katalysatorgehäuse gelagert wird.The present invention is based on the principle of winding the carrier body from metal foils as before and connecting the metal foil winding in a material-locking manner, i.e. soldering it in a vacuum. However, the previous housing tube is completely dispensed with. In this way, a very light catalytically coated metal carrier is created, which is now stored in the catalyst housing with a bearing mat.
Eine solche Lagermatte hat prinzipiell dieselben Aufgaben wie die Lagermatten in Abgaskatalysatoren mit keramischen Trägerkörpern. Sie muß den metallischen Trägerkörper im metallischen Außengehäuse fixieren, sie muß verhindern, daß Abgas zwischen Trägerkörper und KatalysatorgehäuseSuch a bearing mat has in principle the same tasks as the bearing mats in exhaust gas catalysts with ceramic carrier bodies. It must fix the metal carrier body in the metal outer housing, it must prevent exhaust gas from getting between the carrier body and the catalyst housing
ungereinigt passieren können, und sie muß die thermische Isolierung zwischen dem heißen Trägerkörper und dem kalten Metallgehäuse gewährleisten. Die isolierende Wirkung hat eine deutlich geringere Gehäusetemperatür zur Folge, verglichen mit den herkömmlichen Metalliten. Deshalb können weniger temperaturbeständige und preiswertere Werkstoffe verwendet werden. Da bei dem erfindungsgemäßen Katalysator Trägerkörper und Gehäuse aus Metall bestehen, haben beide einen relativ großen thermischen Ausdehnungskoeffizienten. Insbesondere aufgrund der Isolierung durch die Lagermatte haben sie jedoch unterschiedliche Temperaturen, so daß sowohl in axialer als auch in radialer Richtung Ausdehnungsdifferenzen entstehen. Speziell die thermischen Ausdehnungen in radialer Richtung bewirken eine Reduzierung des Spaltes für die Lagermatte. Dies ist ein gravierender Unterschied zu der Situation bei keramischen Monolithen, wo der Lagerspalt mit steigender Temperatur größer wird, was durch die Verwendung von sogenannten Quellmatten, die aus Materialien bestehen, die sich mit zunehmender Temperatur ausdehnen, kompensiert wird.can pass through uncleaned, and it must ensure thermal insulation between the hot carrier body and the cold metal housing. The insulating effect results in a significantly lower housing temperature, compared to conventional metallites. Therefore, less temperature-resistant and less expensive materials can be used. Since the carrier body and housing of the catalyst according to the invention are made of metal, both have a relatively large thermal expansion coefficient. However, due in particular to the insulation provided by the bearing mat, they have different temperatures, so that expansion differences arise in both the axial and radial directions. In particular, the thermal expansion in the radial direction causes a reduction in the gap for the bearing mat. This is a major difference to the situation with ceramic monoliths, where the bearing gap increases with increasing temperature, which is compensated for by the use of so-called swelling mats, which consist of materials that expand with increasing temperature.
Aus diesem Grunde sind als Lagermatten solche von Vorteil, die einen hohen Anteil an keramischen Fasern, vorzugsweise aus Aluminiumoxid, aufweisen.For this reason, bearing mats that have a high proportion of ceramic fibers, preferably made of aluminum oxide, are advantageous.
In besonderen Anwendungsfällen kann es sich empfehlen, der Lagermatte einen wenn auch nur geringen Anteil an Blähglimmer zuzusetzen.In special applications, it may be advisable to add a small amount of expanded mica to the storage mat.
Anhand der Zeichnung soll die Erfindung in Form eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Es zeigenThe invention will be explained in more detail in the form of an embodiment with reference to the drawing.
Fig. 1 rein schematisch eine perspektivische Darstellung eines aus Metallfolien gewickelten Trägerkörpers undFig. 1 shows a purely schematic perspective view of a carrier body wound from metal foils and
Fig. 2 einen Längsschnitt durch einen kompletten Abgas-Katalysator.Fig. 2 shows a longitudinal section through a complete exhaust gas catalyst.
Fig. 1 zeigt in rein schematischer, perspektivischer Darstellung einen Trägerkörper 10 für Abgas-Katalysatoren, hergestellt aus zwei spiralig gewickelten Metallfolien 11, 12. Die eine Metallfolie 11 ist in diesem Fall glatt, die andere Metallfolie 12 wellblechartig geprägt.Fig. 1 shows a purely schematic, perspective view of a carrier body 10 for exhaust gas catalysts, made from two spirally wound metal foils 11, 12. In this case, one metal foil 11 is smooth, the other metal foil 12 is embossed like a corrugated sheet.
Die Metallfolien 11, 12 sind an ihren Berührungslinien 13 materialschlüssig miteinander verbunden, bevorzugt verlötet. Es entsteht auf diese Weise ein einstückiger Trägerkörper, dessen Wickellagen zueinander fixiert sind und bleiben.The metal foils 11, 12 are materially connected to one another at their contact lines 13, preferably soldered. This creates a one-piece carrier body, the winding layers of which are and remain fixed to one another.
Fig. 2 zeigt anhand eines Längsschnitts durch einen Abgas-Katalysator den neuartigen Einbau des aus Metallfolien gewickelten Trägerkörpers 10 in ein Gehäuse 1. Zwischen Metallit 10 und Gehäuse 1 befindet sich eine Lagermatte 2. Diese hat in erster Linie die Aufgabe, den Trägerkörper 10 mechanisch zu fixieren und zu verhindern, daß Abgase zwischen Gehäuse 1 und Trägerkörper 10 ungereinigt passieren können. Sie hat darüber hinaus die Aufgabe, das Gehäuse 1 gegenüber dem Trägerkörper 10 thermisch zu isolieren.Fig. 2 shows, using a longitudinal section through an exhaust gas catalyst, the novel installation of the carrier body 10 wound from metal foils into a housing 1. Between the metalite 10 and the housing 1 there is a bearing mat 2. The primary purpose of this is to mechanically fix the carrier body 10 and to prevent exhaust gases from passing uncleaned between the housing 1 and the carrier body 10. It also has the task of thermally insulating the housing 1 from the carrier body 10.
Wie die Figuren zeigen, wird der aus den beiden Metallfolien 11, 12 hergestellte Folienwickel nur durch die Lötverbindung entlang der Berührungslinien 13 zusammengehalten. Das bisher übliche Gehäuserohr entfällt ersatzlos. Dessen Aufgabe wird von dem tragenden Gehäuse 1 in Verbindung mit der Lagermatte 2 übernommen. Dies bietet den Vorteil, daß die geprüften und kostenoptimierten Gehäusekonstruktionen mit direkt angeformten Konen von den Abgas-Katalysatoren mit keramischen Monolithen übernommen werden können. Diese Gehäuse können bei den Metalliten nach dem Stand der Technik nicht eingesetzt werden, weil diese einen langenAs the figures show, the foil roll made from the two metal foils 11, 12 is only held together by the solder joint along the contact lines 13. The previously usual housing tube is no longer needed. Its function is taken over by the supporting housing 1 in conjunction with the bearing mat 2. This offers the advantage that the tested and cost-optimized housing designs with directly molded cones can be adopted from the exhaust gas catalysts with ceramic monoliths. These housings cannot be used with the metallites according to the state of the art because they require a long
Mantelüberstand, aus dem die Konen angeformt werden, benötigen, der nach dem Stand der Technik ebenfalls im Vakuum verlötet werden muß, was hohe Kosten verursacht. Die Fertigung des Gehäuses 1 wird durch keine katalytisch wirksame Beschichtung mehr behindert und das Gehäuse 1 ist gegenüber dem katalytisch aktiven und damit im Betrieb sehr heißen Trägerkörper 10 isoliert.A jacket overhang from which the cones are formed is required, which according to the state of the art also has to be soldered in a vacuum, which causes high costs. The manufacture of the housing 1 is no longer hindered by a catalytically active coating and the housing 1 is insulated from the catalytically active and thus very hot carrier body 10 during operation.
Claims (5)
Priority Applications (1)
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| DE29619985U DE29619985U1 (en) | 1996-11-16 | 1996-11-16 | Exhaust gas catalytic converter |
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| EP3511541B1 (en) * | 2018-01-15 | 2021-11-03 | AM Group Redback AB | Catalytic converter for classic cars |
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1996
- 1996-11-16 DE DE29619985U patent/DE29619985U1/en not_active Expired - Lifetime
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| EP3511541B1 (en) * | 2018-01-15 | 2021-11-03 | AM Group Redback AB | Catalytic converter for classic cars |
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| R207 | Utility model specification |
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