DE3116967C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verlöten eines metallischen Wickelkörpers aus jeweils ebenen und gewell­ ten oder gefalteten oder aus gegeneinander versetzten ge­ wellten oder gefalteten Blech-, Lochblech- oder Siebgewe­ belagen mit einem ihn umhüllenden Metallmantel von größe­ rer Wanddicke als die Lagen und von größerer Wärmeausdeh­ nung als der Wickelkörper.

Das Verfahren ist insbesondere anwendbar bei der Ferti­ gung monolithartiger Katalysatorträgermatrizen aus legier­ tem Stahl. Solche Matrizen bestehen z. B. aus abwechselnd glatten und gewellten Lagen aus Blechen und/oder metalli­ schem Siebgewebe oder aus mit abstandserzeugenden Stütz­ drähten versehenem Siebgewebe, das mit Lagen aus glattem Siebgewebe oder aus glattem oder gewelltem Blech kombi­ niert sein kann, wobei die Lagen zu einem zahlreiche Strömungskanäle aufweisenden Zylinder mit spiralförmigem Querschnitt aufgewickelt sein können.

Zur Anwendung in der Praxis, z. B. beim Einsatz von waben­ artigen Metallträgerkatalysatoren für die katalytische Reinigung von Kraftfahrzeugabgasen werden solche Wickel­ körper in einem Metallmantel, meist einem Stahlmantel, an­ geordnet, welcher eng auf der äußersten Lage des Wickel­ köpers aufsitzt und die Wicklung zusammenhält und mecha­ nisch stabilisiert.

Es ist schon vorgeschlagen worden, die einzelnen Lagen an Umfang und/oder Stirnseite punktuell oder insgesamt unter­ einander oder die letzte Lage mit der vorhergehenden Lage zu verschweißen oder zu verlöten. Desgleichen ist vorge­ sehen worden, einen beispielsweise zylindrischen Wickel­ körper mit spiralförmigem Querschnitt in einem ihn umhül­ lenden Metallmantel auzuschweißen oder anzulöten.

Diesbezüglich wird auf die deutschen Offenlegungsschriften 28 53 547 und 29 08 671 Bezug genommen.

Die Aufgabe, einen metallischen Wickelkörper von zylin­ drischem, ovalen, rechteckigem oder mehreckigem Quer­ schnitt in einem mechanisch stabilisierenden Metallmantel anzulöten, stellt sich auch bei der in der deutschen Offenlegungsschrift 29 51 316 beschriebenen Siebgewebeanord­ nung, bei welcher der Wickelkörper an den gegenüberliegen­ den Stirnflächen so durch Abdeckmittel verschlossen ist, daß ein verschlossener Stirnflächenabschnitt einem offenen Stirnflächenabschnitt gegenüberliegt.

Der den Wickelkörper umschließende Mantel hat üblicher­ weise eine Dicke von 1-3 mm, ist also ca. 30-75mal dicker als eine üblicherweise verwendete Wickelkörperlage aus Blech oder Siebgewebe. Das Material für den Mantel hat dabei meist einen höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten als das Material des Wickelkörpers.

Die Verlötung von Mantel und Wickelkörper wird im einfach­ sten Fall an den Stirnseiten der Mantel/Wickelkörper-Kom­ bination, und zwar entlang der Berührungsstelle zwischen Mantel und Wicklung, z. B. durch Lotauftrag in der Flamme vorgenommen.

Im Rahmen der Erfindung führenden Arbeiten wurde auch vorgesehen, die Mantelfläche mit der außenliegenden Fläche der Wicklung zu verlöten.

Bei der üblichen Verwendung von Mantelwerkstoffen mit höhe­ rem Wärmeausdehnungskoeffizienten als der Werkstoff des Wickelkörpers führt ein an sich fertigungstechnisch einfa­ ches Vorgehen, bei dem vor dem Aufstecken eines geschlos­ senen Mantels über den Wickelkörper auf den vorgesehenen Verbindungsstellen Lot aufgetragen wird und die anschlie­ ßend wieder zusammengesteckte Mantel/Wickelkörper-Kombina­ tion im Ofen verlötet wird, jedoch zu Problemen.

Diese rühren von der größeren Wärmeausdehnung des Mantels gegenüber derjenigen der Wicklung her und führen dazu, daß die Verlötung entweder nicht zustande kommt oder unvoll­ ständig ausfällt und insbesondere Spalte für Fehlströmun­ gen zwischen Mantel und Wickelkörper offennbleiben, die beim praktischen Betrieb eines damit hergestellten Katalysators zur heterogenen Gaskatalyse unerwünscht sind.

Es wurde nun gefunden, daß man diese Schwierigkeiten über­ raschend einfach dadurch überwinden kann, daß man anstelle eines geschlossenen Mantels einen um die Wicklung geboge­ nen Streifen anordnet, der um den Betrag der bei der Löt­ temperatur auftretenden Verlängerung kürzer ist als der Umfang der Wicklung und daß sich der dadurch zustandekom­ mende Spalt zwischen den auf dem Wicklungskörper zu liegen kommenden Längskanten des Mantels während der Lötung durch thermische Ausdehnung in Umfangsrichtung verringert bzw. schließt.

Gegenstand der Erfindung ist demgemäß ein Verfahren zum Verlöten eines metallischen Wickelkörpers aus jeweils ebe­ nen und gewellten oder gefalteten oder aus gegeneinander versetzten gewellten oder gefalteten Blech-, Lochblech- oder Siebgewebelagen mit einem ihn umhüllenden Metallmantel von größerer Wanddicke als die Lagen und von größerer Wär­ meausdehnung als der Wickelkörper. Das Verfahren ist da­ durch gekennzeichnet, daß man für einen einteiligen Mantel einen Streifen mit mindestens der Breite der Wickelkörper­ länge und mit der Länge des Wickelkörperumfangs, abzüglich mindestens einer der thermischen Ausdehnung des Mantels unter Lötbedingungen entsprechenden Strecke wählt, den Streifen nach der Wickelkörperkontur zum Mantel biegt, dann Mantel und/oder Wickelkörper an den zu verlötenden Stellen mit einem Lotauftrag versieht, den Mantel auf dem Wickelkörper anbringt, ihn mittels eines ihn umschließen­ den Spannbackensystems an den Wickelkörper andrückt und in diesem Zustand die Verlötung in einem Ofen durchführt.

Die Verlötung kann unter Vakuum oder schutzgas geschehen.

Wird ein mehrteiliger Mantel vorgesehen, so biegt man ent­ sprechend bemessene einzelne Streifen, drückt sie um den Wickelkörper an, wobei zwischen ihnen in Längsrichtung des Mantels Spalte bleiben, welche eine Wärmedehnung ohne Stau­ chung beim Lötvorgang erlauben und führt in diesem Zustand die Verlötung in einem Ofen aus.

Nach vollzogener Lötung eines einteiligen Mantels ist der vor dem Lötvorgang vorliegende Spalt zwischen den Längs­ kanten des Mantels praktisch geschlossen, besonders wenn die Mantellänge nur abzüglich des Betrages der thermischen Ausdehnung beim Lötvorgang bemessen wurde. Andernfalls bleibt nach dem Lötvorgang ein kleiner Spalt, welcher ohne weiteres durch Zuschweißen geschlossen werden kann.

Dasselbe gilt für mehrteilige Mäntel. Hier liegen vor dem Löten des eingespannten Wickelkörper/Mantel-Systems mehre­ re Spalten in Mantellängsrichtung vor, die sich theoretisch beim Lötvorgang schließen, falls die Summe der Spaltbrei­ ten den beim Löten zu erwartenden Verlängerungen der ein­ zelnen Streifen bemessen wurde. Nicht ganz geschlossene Spalten können auch hier ohne weiteres zugeschweißt werden.

Ein auf solche Weise hergestelltes Wickelkörper/Mantel- System weist folgende Vorteile auf:

• 1. Keine Bypaßbildung durch offene Spalte zwischen Wickelkörper und Mantel. Damit werden Konvertie­ rungsverluste von mit dem System hergestellten Katalysatoren vermieden;
• 2. Größere Auspreßfestigkeit in axialer Richtung durch allseitige Auflage der Matrix am Mantel beim Löten, damit bessere Eignung für den Ein­ satz an Kraftfahrzeugen, wo hohe Temperaturen, verbunden mit starken Vibrationen und Abgas­ drücken im Abgasrohrsystem auftreten, die zur Ablösung der Matrix vom Mantel führen können;
• 3. Vermeidung von Deformationen des Mantels und der Matrix bei den beim Löten auftretenden Tempera­ turen bis zu 1200°C. Damit werden spätere auf­ wendige und teure Richt- und Paßarbeiten beim Einbau des Katalysatorsystems in die Abgasgrohr­ leitung eines Kraftfahrzeugs vermieden.

Beispiel 1

Die Teile eines Trägersystems nach Fig. 1, bestehend aus einem Wickelkörper 1, der sich aus zwei spiralförmig auf­ gewickelten Blechfolien zusammensetzt, von denen eine glatt und die andere gewellt ist, sollen von einem dicke­ ren Mantelblech 2 umschlossen und mit diesem so verlötet werden, daß das gesamte System eine Einheit bildet.

Die Wanddicke der in diesem Beispiel verwendeten Wickel­ folien besteht aus 0,004 mm dickem Werkstoff 14 725 (CR AL 155). Der hier verwendete einteilige Mantel ist 1 mm dick und aus dem Werkstoff 14 841 (X15 CR NISI 2520) hergestellt. Für seine Fertigung wird ein Streifen, der mindestens so breit ist wie die Länge des Wickelkörpers und eine Länge aufweist, welche dem Umfang des Wickelkör­ pers, abzüglich einer der thermischen Ausdehnung des Man­ tels unter den Lötbedingungen entsprechenden Strecke ent­ spricht, um eine Schablone, die die äußere Form des Wickel­ körpers hat, gebogen und dann beide Teile wieder getrennt.

Der Wickelkörper wird dann an der Außenfläche mit Lot be­ legt, in den Mantel eingeschoben und dieser hierauf in die Spannvorrichtung gemäß Fig. 2 eingespannt. Diese be­ steht aus zwei Teilen 4 und 5, die innen der gewünschten Mantelform angepaßt sind.

Die beiden Teile der Spannvorrichtung sind aus Gußeisen oder Invarstahl (36% Ni-Anteil) und haben somit einen wesentlich geringeren Wärmeausdehnungskoeffizienten als Matrix und Mantel. Die beiden als Spannbacken ausgebilde­ ten Hälften der Spannvorrichtung werden mittels zweier Bolzen 3 zusammengehalten und über zwei geeignete Federn 6, die durch Gewindemuttern 7 vorgespannt sind, während des Lötvorgangs fest aufeinandergedrückt.

Die Spannvorrichtung mit dem eingespannten Wickelkörper/ Mantel-System wird in diesem Zustand in den Lötofen einge­ setzt. Unter dem Einfluß der Wärme kann sich nun beim Löten der Mantel 1 ungehindert in Umfangsrichtung dehnen, ohne den Außendurchmesser wesentlich zu ändern.

Die Wickelkörpermatrix 2 federt und kann damit ihre nun gegenüber dem Mantel in radialer Richtung auftretende unterschiedliche Wärmedehnung kompensieren. Dadurch wird zusätzlich eine sichere Auflage der Matrix an der Mantel­ innenfläche und somit eine gute Lötverbindung gewährlei­ stet.

Beispiel 2

Das Löten kann auch in einer Spannvorrichtung gemäß Fig. 3 erfolgen. Sie besteht ebenfalls aus zwei Spann­ backen 4 und 5, die auf einer Seite mit einem Scharnier 6′ verbunden sind, das durch einen Bolzen 8 zusammengehalten und mit einer Mutter verschraubt wird. Nach dem Einlegen der Matrix werden die Spannbacken zusammengeklappt und mit einer Schraube 3 und einer Feder/Vorspannmutter-Anordnung 6/7 verspannt. Das Löten erfolgt bei dieser Vorrichtung ebenfalls im Ofen.

Claims (4)

1. Verfahren zum Verlöten eines metallischen Wickelkör­ pers aus jeweils ebenen und gewellten oder gefalteten oder aus gegeneinander versetzten gewellten oder ge­ falteten Blech-, Lochblech- oder Siebgewebelagen mit einem ihn umhüllenden Metallmantel von größerer Wand­ dicke als die Lagen und von größerer Wärmeausdehnung als der Wickelkörper, dadurch gekennzeichnet, daß man für einen einteiligen Mantel einen Streifen mit min­ destens der Breite der Wickelkörperlänge und mit der Länge des Wickelkörperumfangs, abzüglich mindestens einer der thermischen Ausdehnung des Mantels unter Löt­ bedingungen entsprechenden Strecke wählt, den Streifen nach der Wickelkörperkontur zum Mantel biegt, dann Man­ tel und/oder Wickelkörper an den zu verlötenden Stel­ len mit einem Lotauftrag versieht, den Mantel auf dem Wickelkörper anbringt, ihn mittels eines ihn umschlie­ ßenden Spannbackensystems an den Wickelkörper andrückt und in diesem Zustand die Verlötung in einem Ofen durchführt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man unter Vakuum oder Schutzgas verlötet.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß für einen mehrteiligen Mantel mehrere ent­ sprechend bemessene Streifen um den Wickelkörper ange­ drückt und verlötet werden.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1-3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß nach der Lötung noch offene Spalten im Mantel zugeschweißt werden.