DE3105982A1 - Katalysatoraggregat - Google Patents
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Description
* 31Q5982
J 21 P 270
Anmelder; JOHNSON, MATTHEY & CO., LIMITED,
43 Hatton Garden, London, EC1N 8EE, England
der Erfindung; Katalysatoraggregat
Beschreibung ■
Die Erfindung bezieht sich auf Katalysatoraggregate. Katalysatoraggregate werden weitgehend bei der Reinigung
von Abgasen aus Motorfahrzeugen und Industrieanlagen, wie Salpetersäurefabriken, verwendet sowie bei katalytischen
Oxidations- und Reduktionsreaktionen in vielen industriellen Verfahren.
Katalysatoraggregate umfassen häufig ein wabenförmiges
Substrat (manchmal als Träger bezeichnet), auf dem katalytisches Material gelagert ist. In der Absicht, die endgültige
Oberflächa des katalytischen Materials zu vergrößern und auch um das katalytischo Material auf dem Substrat zu
verankern, wird das Substrat gewöhnlich mit einem feuerfesten Oxid mit großer Oberfläche wie Aluminiumoxid, Magnesiumoxid
oder Berylliumoxid beschichtet. Die Beschichtung wird gewöhnlich in Form einer Lösung aufgetragen und wird oft als
Aufschlämmung ("wash-coat") bezeichnet.
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Ein metallisches, wabenförmiges Substrat kann durch das spiralförmige
Zusammendrehen zweier übereinandergelagerter Streifen
aus Metallfolie hergestellt werden, von denen einer in Querrichtung gewellt und der andere eben ist, um einen Zylinder
mit dem geforderten äußeren Durchmesser zu bilden. Danach wird die Wabe mit einer Aufschlämmung versehen und das
katalytisch^ Material, z.B. ein Metall der Platingruppe oder eine ein Metall der Platingruppe enthaltende Legierung, aufgebracht
.
Der so gebildete Katalysator wird dann in einem hitzeresistenten
Metall- oder einem anderen Gehäuse befestigt - manchmal als Büchse bezeichnet -, das z.B. in der Abgasführung
des Auspuffsystems eines Motorfahrzeugs angeordnet ist.
Gewöhnlich ist der Durchmesser der Büchse etwas größer als der äußere Durchmesser des Substrats und der Raum dazwischen
wird of mit einem hitzeisolierenden Material wie "Fiberfax"
(eingetragenes Warenzeichen) ausgefüllt. Um die Lage des Substrats innerhalb der Büchse in Längsrichtung zu fixieren,
werden an die innere Oberfläche der Büchse Ringscheiben geschweißt oder anders befestigt. Die Ringscheiben, manchmal
als Fenster eingebracht, fixieren nicht nur die Lage des Substrats in Längsrichtung innerhalb der Büchse, sondern dienen
auch dem Festhalten der Isolation und halten Reaktionsgase vom Vorbeiströmen am Katalysator ab.
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_ ^f mm
-Ιο-
Obwohl während der Herstellung des wabenförmigen Substrats wie oben beschrieben die verdrehten und ebenen Metallfolienstreifen
dicht miteinander verwunden sind und obwohl die Aufschlämmung und das Katalysatormaterial bis zu einem gewissen
Ausmaß einen Verband bei Kontaktpunkten zwischen aufeinanderfolgenden Windungen des spiralförmig verdrehten Substrats
bilden, entsteht trotzdem beim Gebrauch eine Tendenz für die Windungen des spiralförmig verdrehten Substrats, relativ
zueinander axial verschoben zu werden. Diese Verschiebung geschieht prinzipeil wegen des Durchströmens von Reaktionsgasen unter relativ hohem Druck durch das Substrat, und in
ernsten Fällen und im Längsschnitt betrachtet, bilden die Enden des Substrats eine fast parabolische Form.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die axiale Verschiebung oder Verdrängung der Windungen aus
spiralförmig verdrehtem Metal!substrat durch die Herstellung
einer oder mehrerer Schweißstellen über mindestens einem Endstück des Substrats verhindert. Zweckmäßigerweise ist
jede Schweißstelle durchgehend und wird kreisförmig über das Endstück des Substrats verteilt. Vorzugsweise ist jede
Schweißstelle nicht breiter als 3 mm.
Man fand heraus, daß es vorzuziehen ist, das Substrat vor der Oxidation des Substrats und der nachfolgenden Befestigung
von beidem sowie vor dem Auftragen der Aufschlämmung
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und des katalytischen Materials zu schweißen, da sonst die elektrische Leitfähigkeit und der Stromfluß während des
Schweißens beeinträchtigt wären. Argon- oder CO0-MIG-Schweißtechniken
können verwendet werden und letztere ist speziell nützlich, wo automatische Schweißgoräte verwendet
werden. Für das Schweißen bereits bearbeiteter Substrate, das sind Substrate, die oxidiert und mit einer Aufschlämmung
versehen sind und bei denen das katalytische Material auf der Aufschlämmung befestigt ist, kann zum Schweißen auch ein
Plasmalichtbogen mit niedriger Energie verwendet werden, der keine Stromrückführung benötigt.
In der Absicht, die Kosten der Befestigung des Katalysatormaterials
in einer Büchse zu senken, wie auch die Verwendung einer Isolation zwischen dem Substrat und der Büchse sowie
von Rückhaltescheiben oder -fenstern zu vermeiden, fand man heraus, daß das Substrat innerhalb eines relativ dicht
schließenden Metallzylinders eingebaut und darin versiegelt werden kann, indem man eine ümfangsschweißnaht zwischen den
Enden des Zylinders bildet, der z.B. aus rostfreiem Stahl hergestellt sein kann.
Alternativ kann der Zylinder aus zwei im wesentlichen halbzylindrischen Teilen hergestellt werden, von denen jedes
ein peripheres Ausmaß hat, das etwas weniger als den halben
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Umfang des zylindrischen Substrats hat. So bleiben, wenn die zwei Teile rund um das Substrat geklemmt werden, zwei
diametral entgegengesetzte und enge längsgerichtete Lücken zurück, die das darunterliegende Substrat zeigen und zwei
einstückige Längsschweißnähte dienen nicht nur der Sicherung der erwähnten Teile gegeneinander, sondern auch der Teile
gegen das Substrat.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines Beispiels und
der beigefügten Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung ist in einer Explosionsdarstellung ein Katalysator und ein
Teil einer Büchse oder eines Gehäuses aus zwei (identischen) Teilen dargestellt.
Ein in der Zeichnung dargestelltes zylindrisches Katalysatorsubstrat
1 in Form einer Wabe ist dadurch hergestellt, daß zwei ubereinandergelegte Streifen aus einer Metallfolie zusammengedreht
sind, von denen einer transversal verdreht und der andere eben ist, um einen Zylinder mit dem geforderten äußeren
Durchmesser zu bilden. Vier kreisförmige Schweißraupen 2, jede nicht dicker als 3 mm Durchmesser, werden über mindestens
ein Endstück des Zylinders 1 gelegt. Danach wird das Substrat mit einer Umhüllung aus feuerfestem Oxid aus Aluminiumoxid
umgeben, und dann wird das Katalysatormaterial auf der Aluminiumoxidumhüllung befestigt.
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Die Büchse besteht aus zwei identischen Teilen 3, von
denen nur eines dargestellt ist. Die beiden Teile 3 bilden zusammen ein im wesentlichen zylindrisches Bauteil mit
einem zylindrischen Mittelteil aus Zylinderhalbschalen 4 und kegelstumpfförmigen Endteilen aus entsprechenden Halbschalen
5. Die Endteile dienen der Befestigung der Büchse insbesondere in der Auspuffanlage einer Brennkraftmaschine
Das periphere Ausmaß jedes halbzylindrischen Teils 4 beträgt etwas weniger als den halben Umfang des Substrats 1, so daß,
wenn das Substrat zwischen die Teile 4 geklemmt wird, ein längsgerichteter Spalt verbleibt, der eine Fläche 6 des Substrats
zeigt, das bei der Vorbereitung zum Schweißen gereinigt wurde. Man fand heraus, daß einzelne Schweißraupen nicht
nur dazu dienen, die zwei Teile 3 zusammenzuschweißen, sondern auch dazu, die Teile 3 an das Substrat zu schweißen.
Argonschweißung mit einem manuell geführten Schweißdraht
kann verwendet werden, wenn die.Zahl der erforderlichen Katalysator/Büchsenmontagen klein ist. Jedoch wird für die
Raupenherstellung unter Verwendung von automatischen Schweißgeräten, COjMIG-Schweißung bevorzugt.
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L e e r s e i t e
Claims (9)
1. Katalysatoraggregat, das ein allgemein zylindrisches
Substrat und ein Katalysatormaterial, das direkt oder indirekt darauf gestützt ist, enthält, wobei das Substrat
zwei spiralförmig verdrehte, übereinander liegende Metallstreifen enthält, die derart sind, daß eine Vielzahl
von Kanälen, ausgehend von einem Ende des Substrats zum anderen Ende, gebildet werden, wenn die zwei Streifen
spiralförmig verdreht werden, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehr Schweißstellen auf wenigstens einem Endstück
des Substrats liegen und daß die Schweißstelle oder die Schweißstellen die Metallstreifen miteinander verbinden
und den Zwischenraum zwischen den Metallstreifen überbrücken.
2. Katalysatoraggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß von den beiden gewickelten Metallstreifen einer glatt und der andere mit Querwellen versehen ist.
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3. Katalysatoraggregat gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Schweißstelle durchgehend ist und sich diametral über jedes Ende des Substrats erstreckt.
4. Katalysatoraggregat gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat innerhalb eines dicht schließenden Gehäuses eingeschlossen ist.
5. Katalysatoraggregat gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß das Gehäuse eine Büchse aus zwei oder mehreren Teilschalen ist, wobei einander zugekehrte
Teilschalenkanten miteinander und mit dem darunter liegenden Substrat miteinander verschweißt sind.
6. Katalysatoraggregat gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die zwei oder mehreren Teilschalen aneinander und an das Substrat geschweißt sind in einer Richtung,
die parallel oder im wesentlichen parallel zur Längsachse des im wesentlichen zylindrischen Substrats
liegt.
7. Katalysatoraggregat gemäß Anspruch 4 oder Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, daß jede Teilschale im wesentlichen halbzylindrisch ist.
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8, Katalysatoraggregat gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Substrat vor der Aufbringung des Katalys atormateriales mit einer Schicht aus feuerfestem
Oxidmaterial umgeben worden ist.
9. Katalysatoraggregat gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß der Katalysator ein Metall der Platingruppe oder eine ein Metall der Platingruppe enthaltende Legierung
ist.
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18.2.1981
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