DE3510715A1

DE3510715A1 - Abgaskatalysator

Info

Publication number: DE3510715A1
Application number: DE19853510715
Authority: DE
Inventors: Walter 3352 Einbeck Wagner
Original assignee: HEIDEMANN WERKE
Current assignee: HEIDEMANN WERKE
Priority date: 1985-03-23
Filing date: 1985-03-23
Publication date: 1986-10-02

Description

Beschreibung
Die Erfindung bezieht sich auf einen Abgaskatalysator entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Derartige, in der Regel durch Schweißung in das Abgasrohrsystem eines Kraftfahrzeugs eingesetzte Abgaskatalysatoren dienen bekanntlich dazu, die in dem Abgas enthaltenen Schadstoffe,z.B. Kohlenmonoxyde,Kohlenwasserstoffe und Stickoxyde auf katalytischem Wege in eine unschädliche Form umzuwandeln.
Die optimale Durchführung dieses katalytischen Prozesses setzt außer einem intensiven Kontakt zwischen der katalytisch wirksamen Schicht, welche aus Platin, Rhodium oder Palladium bestehen kann auch eine bestimmte Betriebstemperatur voraus. Die sich hieraus ergebenden konstruktiven Gesichtspunkte für den Abgaskatalysator zielen auf eine möglichst große aktive Oberfläche bei gleichzeitig kleiner Wärmekapazität ab. Letzteres ist insbesondere bei winterlichem oder Kurzstrekkenbetrieb von großer Bedeutung, da bei zu großer Wärmekapazität die Aufheizzeiten zu lang ausfallen so daß während dieser Zeiten keine wirksame Abgasreinigung gegebe#ist. Sonstige thermische Anforderungen bestehen in einer guten Wärmeleitfähigkeit sowie in der grundsätzlichen Eignung für einen Dauereinsatz bei Temperaturen zwischen 8000C und 1000°C. Eine gute Wärmeleitfähigkeit dient der Vermeidung kurzzeitiger Überhitzungen. Weitere konstruktive Gesichtspunkte sind ein möglichst geringes Bauvolumen, eine geringe Masse und eine hohe mechanische Festigkeit, da die Abgasrohre zusammen mit dem Abgaskatalysator hohen schwingenden Beanspruchungen ausgesetzt sind.
Schließlich sollte der Abgaskatalysator, um eine ausreichende Standzeit zu erzielen auch eine gute Korrosionsbeständigkeit aufweisen.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen Abgaskatalysator zu konzipieren, bei dem bei geringem Druckverlust für das Abgas eine größtmögliche katalytisch wirksame Oberfläche bei geringem Bauvolumen und eine kleine Wärmekapazität bei gleichzeitig hoher mechanischer Festigkeit gegeben sind. Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Kennzeichnungsteils des Anspruchs 1. Der Träger ist somit erfindungsgemäß ei- ne Rolle bestehend aus einem metallischen Band, wobei sich die Achse der Rolle zweckmäßigerweise in Richtung der Achse des Mantelrohres erstreckt. Durch die profilierte Ausbildung des Bandes werden die einzelnen Lagen der Rolle in einem genau definierten Abstand zueinander gehalten. Das Aneinanderliegen der einzelnen Lagen der Rolle im Bereich der Profilierungen in Verbindung mit den in das Band eingearbeiteten Öffnungen hat zur Folge, daß das, das Mantelrohr durchströmende Abgas innerhalb diesem zahlreichen Umlenkungen ausgesetzt ist, und zwar sowohl um die Profilierungen herum als auch radial durch die Öffnungen des Bandes hindurch. Die Öffnungen gewährleisten auf diese Weise einen Gastransport zwischen den einzelnen Lagen der Rolle, so daß das Abgas innerhalb des Mantelrohres von dessen Eintritts- bis zu dessen Austrittsöffnung eine größere Wegstrecke zurücklegen muß als es der axialen Länge des Mantelrohres entspricht. Dies hat in Verbindung mit den durch die Umlenkungen bedingten Verwirbelungen des Abgases einen sehr intensiven Kontakt mit der katalytisch wirksamen Schicht und demzufolge auch eine effektive Umwandlung von Schadstoffen des Abgases zur Folge. Unter Berücksichtigung des zulässigen Druckabfalles können die Profilierungen des Bandes in Verbindung mit den Öffnungen derart gering dimensioniert werden, daß sich bei gegebenem Einbauvolumen des Abgaskatalysators eine optimale Oberfläche für die katalytisch wirksame Schicht ergibt. Die innerhalb des Mantelrohres befindlichen Massen können kleingehalten werden, wobei aufgrund der Abstützung der einzelnen Lagen der Rolle über die Profilierungen gleichzeitig ein mechanisch sehr stabiles und festes Gebilde entsteht, welches Schwingungsbeanspruchungen gewachsen ist. Die Befestigung der einzelnen Lagen der Rolle aneinander und die Befestigung der Rolle an dem Mantelrohr ist an sich beliebig und kann beispielsweise durch Lötung erfolgen. Da die Rolle aufgrund der Fixierung deren einzelner Lagen über die Profilierungen außerdem eine hohe Gestaltfestigkeit aufweist, kann die Dicke des eingesetzten Bandes extrem klein gehalten werden, ohne daß die Stabilität des gesamten Gebildes hierunter leidet. Auf diese Weise ist gleichzeitig eine geringe Wärmekapazität des Trägers sichergestellt. Hieraus folgt ein schnelles Erreichen der optimalen Betriebstemperatur und damit eine möglichst rasch einsetzende Abgasentgiftung. Der erfindungsgemäße Abgaskatalysator ist einfach verstellbar,mit geringen Materialkosten verbunden und kann aus diesem Grunde preiswert bereitgestellt werden.
Das Band besteht gemäß den Merkmalen des Anspruchs 2 aus einem warmfesten Stahlblech, wobei die Profilierungen durch Auswölbung der Fläche des Stahlbleches im Bereich jeweils von Schnitten hergestellt werden. Praktisch wird die höchst zulässige Temperatur der Rolle durch die Alterungseigenschaften der katalytisch wirksamen Schicht bestimmt. Diese erfindungsgemäße Ausbildung der Profilierungen ist sehr einfach und bezüglich ihrer Maßhaltigkeit sehr genau herzustellen und hat sich praktisch als besonders vorteilhaft erwiesen. Dabei ist die genaue Geometrie der Auswölbungen an sich beliebig - wesentlich ist insoweit nur, daß das Ausmaß der Auswölbungen bei allen Schnitten eine gleiche Größenordnung aufweist, so daß sich entlang der gesamten Rolle eine gleichmäßige Abstützung der einzelnen Laien aneinander ergibt. Da somit die innere Struktur des Mantelrohres nur durch ein einziges Band gebildet wird, ergibt sich ein sehr einfacher und übersichtlicher Aufbau des erfindungsgemäßen Abgaskatalysators.
Gemäß den Merkmalen des Anspruchs 3 kann das Band grundsätzlich auch aus einem Streckmetall oder einem sonstigen Gittergeflecht bestehen. Voraussetzung ist hierbei lediglich, daß das Streckmetall bzw. das Gittergeflecht ausreichend feinmaschig ausgebildet sind und daß sich ausreichende Profilierungen auf deren jeweiliger Oberfläche befindet, so daß die einzelnen Lagen der Rolle in jedem Fall mit einem genau definierten Abstand voneinander innerhalb des Mantelrohres gehalten werden.
Die Maßbereiche des Anspruchs 4 haben sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wobei gleichzeitig der sich ergebende Durchströmungswiderstand nicht zu groß ausfällt und eine optimale Raumausnutzung bei gleichzeitiger Erzielung e#iner größtmöglichen wirksamen katalytischen Oberfläche gegeben ist.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den folgenden, in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen. Es zeigen Fig. 1 einen Querschnitt eines Abgaskatalysators entsprechend der Linie 1-1 der Fig. 2; Fig. 2 eine Ansicht eines Katalysators entsprechend Pfeil II in Fig. 1; Fig. 3 eine teilweise Darstellung einer ebenen Abwicklung eines erfindungsgemäß eingesetzten Bandes in stark schematischer Darstellung; Fig. 4 einen Querschnitt eines Abgaskatalysators gemäß Linie IV-IV der Fig. 5; Fig. 5 eine Ansicht eines Abgaskatalysators gemäß Pfeil V der Fig. 4.
Mit 1 ist in den Fig. 1 und 2 das Mantelrohr eines Abgaskatalysators zur Nachbehandlung von Abgasen einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Kfz-Motors bezeichnet, welches zylindrisch ausgebildet ist und beispielsweise in Richtung des Pfeiles 2 von Abgasen durchströmt wird. Während des Durchströmens werden in an sich bekannter Weise in den Abgasen enthaltene Schadstoffe wie z.B. Kohlenmonoxyde, Kohlenwasserstoffe und Stickoxyde auf katalytischem Wege in eine unschädliche Form umgewandelt.
Der katalytisch wirksame Teil ist eine, das Mantelrohr 1 vollständig ausfüllende, spiralartig aufgewickelte Rolle 3 aus Stahlblech, die mit einer gleichmäßigen Anordnung von Öffnungen versehen und oberflächlich profiliert ausgestaltet ist. Die einzelnen Lagen der Rolle werden aufgrund der Profilierungen mit einem geringfügigen Abstand voneinander gehalten. Die einzelnen Lagen der Rolle 3 können beispielsweise aneinander durch Lötung befestigt werden, wobei ebenso die Rolle 3 als solche an der Innenseite des Mantelrohres 1 angelötet sein kann. Es ist jedoch auch denkbar, die Rolle 3 innerhalb des Mantelrohres durch kreuz- oder sternförmige Einsätze, die stirnseitig beiderseits der Rolle 3 mit der Innenseite des Mantelrohres 1 verschweißt sind, zu befestigen. Die aus Stahlblech bestehende Rolle wird in an sich bekannter Weise auf galvanischem Wege mit einem katalytisch wirksamen Metall wie z.B. Platin, Rhodium oder Palladium beschichtet. Der Einbau des Mantelrohres 1 in das Abgasrohrsystem eines Kraftfahrzeugs kann an sich in beliebiger Weise beispielsweise durch Schweißung erfolgen.
Fig. 3 zeigt in stark vereinfachter Form eine ebene Abwicklung eines Stahlblechbandes 4 in ausschnittsweiser Darstellung, welches bei dem erfindungsgemäßen Abgaskatalysator Verwendung finden kann. Man erkennt eine gleichmäßige Anordnung von ungefähr parallelogrammartigen Öffnungen 5, welche die gesamte Oberfläche des Stahlblechbandes 4 überziehen. Das Stahlblech band kann demzufolge im einfachsten Fall beispielsweise aus Streckmetall bestehen, welches auf~ grund seines Herstellungsprozesses bereits eine ausreichende Oberflächenprofilierung aufweist, die für die Verwendung im Rahmen des hier vorgeschlagenen Abgaskatalysators ausreichend ist. Es kann sich hierbei jedoch allgemein auch um ein beliebiges ebenes Blech handeln, in welches eine gleichmäßige Anordnung von Schnitten eingebracht wird, wobei im Bereich der Schnitte das Blech jeweils gleichmäßig ausgewölbt wird, so daß sich eine Oberflächenprofilierung ergibt. Schließ~ lich kann das die Rolle 3 bildende Band auch ein beliebiges feinmaschiges Gittergeflecht sein.
Die Fig. 4 und 5 zeigen eine Variante des in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiels mit einem Mantelrohr 1', welches von ovalem Querschnitt ist, so daß demzufolge die dessen Querschnitt lückenlos ausfüllende Rolle 3' ebenfalls oval gewickelt ist. Der Aufbau und die Herstellung dieses Abgaskatalysators entsprechen im übrigen demjenigen der Fig. 1 und 2, so daß auf eine diesbezügliche wiederholte Beschreibung verzichtet wird.
Die in Richtung der Pfeile 2, 2' durchströmten Abgaskatalysatoren bringen aufgrund der erfindungsgemäßen Gestaltung der Rollen 3, 3' eine Gasströmung sowohl in axialer Richtung zwischen den einzelnen Lagen der Rolle als auch gleichzeitig eine radiale Strömung bezüglich der einzelnen Lagen der Rolle mit sich. Diese radiale Gasströmung ist unter anderem durch die im Bereich der Öffnungen oder sonstigen gitterartigen Strukturen des Stahlblechbandes 4 auftretenden Verwirbelungen bedingt. Dadurch, daß der den Abgaskatalysator durchziehende Abgasstrom diesen keineswegs lediglich im wesentlichen geradlinig axial durchströmen kann, sondern vielmehr zahlreiche radial gerichtete Umlenkungen erfährt, jedoch darüber hinaus auch innerhalb einer Schicht zwischen zwei Lagen der Rolle weitere Umlenkungen erfährt, ergibt sich neben einer hohen Verweilzeit eine intensive Durchwirbelung des Gasstromes und hierdurch bedingt ein guter Kontakt zu den katalytisch wirksamen Plächen der Rollen 3, 3', sowie eine wirksame Umwandlung der in dem Abgas enthaltenen Schadstoffe.

Claims

Patentansprüche 1. Abgaskatalysator für eine Verbrennungskraftmaschine, mit einem, ein Mantelrohr (1,1') im wesentlichen ausfüllenden, mit einem katalytisch wirksamen Stoff beschichteten bandartigen Träger, der innerhalb des Mantelrohres (1,1') als Rolle (3,3') vorliegt, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger ein mit Offnungen versehenes, oberflächlich profiliert ausgebildetes metallisches Band ist.
2. Abgaskatalysator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Band aus einem warmfesten Stahlblech besteht, welches in vorzugsweise gleichmäßiger Verteilung mit Schnitten versehen ist und daß die Oberfläche des Stahlbleches im Bereich der Schnitte ausgewölbt ist.
3. Abgaskatalysator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Band aus Streckmetall oder einem Gittergeflecht besteht.
4. Abgaskatalysator nach einem der vorangegangenen Ansprüche I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Band eine Dicke von 0,04 mm bis 0,1 mm aufweist und die Profilierungen aus der Fläche des Bandes um 0,5 mm bis 1 mm herausragen.