DE3711626A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines traegerkoerpers fuer einen katalytischen reaktor - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines traegerkoerpers fuer einen katalytischen reaktorInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur
Herstellung eines Trägerkörpers für einen katalytischen Reaktor
nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Es ist bekannt (DE-OS 29 24 592), bei der Herstellung eines
Trägerkörpers für einen katalytischen Reaktor Lotmaterial in
Pulverform oder in der Form flüssiger Lotpaste auf eine oder
beide Oberflächen eines glatten Metallbandes aufzubringen, das
anschließend mit einem gewellten Metallband zu einem zylinder
förmigen Trägerkörper gewickelt wird. Nachteilig ist, daß bei
einem solchen Verfahren zum Lotauftrag ein Binder vorgesehen
sein muß, der entweder vor dem pulverförmigen Auftrag des Lot
materiales auf die Oberfläche des glatten Bandes gebracht wird
oder in der flüssigen Lotpaste enthalten ist, um dafür zu sor
gen, daß das Lotmaterial auch auf der Bandoberfläche haftet.
Die Verwendung eines Binders führt bei der anschließenden Wärme
behandlung des Trägerkörpers in einem Vakuumofen zu einer un
erwünschten Verunreinigung des Ofens und damit auch zu Quali
tätseinbußen bzw. zu hohen Wartungskosten für den Ofen. Nach
teilig ist auch, daß die Binderschicht schon vor dem Schmelzen
des Lotes verkoken kann und damit eine schädliche Zwischen
schicht bildet, die das Anhaften des Lotes verhindert . Ein
Lotauftrag in Pulverform ist zudem nur auf die Oberseite des
Glattbandes möglich, wenn nicht Blaseinrichtungen verwendet
werden sollen, die das Lotpulver von unten her gegen das Band
schleudern, was aber zu einer unhomogenen Auftragung des
Lotmateriales führt. Nachteilig ist ferner, daß bei der
bekannten Herstellungsmethode die aufzutragenden Schichten
wegen der Notwendigkeit der Binderschicht und der
Lotmaterialschicht verhältnismäßig dick sind, so daß der
Durchmesser des gewickelten Trägerkörpers zunächst unnötig
vergrößert wird, im Vakuumofen dann aber zu einem Schrumpfen
führt, was die Einhaltung von Maßtoleranzen erschwert.
Schließlich ist es auch noch ein Nachteil, daß bei der bekann
ten Methode nach dem Auftragen des Binders das so vorbereitete
Glattband umgehend und mit Vorsicht weiterverarbeitet werden
muß. Der Binder ist in der Regel nämlich hygroskopisch. Das ist
für die Atmosphäre im Lötofen schädlich. Bei zu starker oder zu
früher Vortrocknung vor dem Vakuumlöten nimmt entweder der Bin
der Feuchte aus der Umgebung auf, oder es treten Lotverluste
beim Chargieren auf.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde,
ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art
vorzuschlagen, die eine wesentlich einfacher und gleichmäßigere
Herstellungsart erlauben. Zur Lösung dieser Aufgabe werden die
kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 vorgesehen.
Durch diese Ausgestaltung kann das Lotmaterial durch eine Flam
me aufgeschmolzen und in Form von Partikeln mit hoher Geschwin
digkeit auf die Oberfläche des zu beschichtenden Bandes ge
schleudert werden. Die Oberfläche des Glattbandes wird durch
dieses Verfahren in der Regel weder angeschmolzen noch aufge
schmolzen. Dies hat den Vorteil, daß die mechanischen Eigen
schaften des Bandes selbst nicht beeinflußt werden, und daß auch
keine aufwendige Vorbereitung des Glattbandes, etwa durch einen
Binderauftrag o.dgl., vor dem Aufbringen des Lotmateriales not
wendig wird. Vorteilhaft ist auch, daß die so erzeugten Schich
ten des aufgetragenen Lotmateriales sehr dünn sein können, so
daß die Gefahr des Schrumpfens des gewickelten Trägerkörpers
entscheidend vermindert werden kann.
In besonders vorteilhafter Weise kann das Lotmaterial auf bei
den Seiten des glatten Metallbandes durch Plasmaspritzen aufge
tragen werden. Das Plasmaspritzen weist den Vorteil auf, daß
sehr hohe Partikelgeschwindigkeiten erreichbar sind, so daß
Schichten hoher Haftfestigkeit, hoher Dichte und hoher Reinheit
erreichbar sind, wobei auch Oxidation vermieden werden kann.
Aufgrund der hohen Partikelgeschwindigkeiten und der geringen
Größe der Partikel können auch die Schichtdicken-Toleranzen im
Bereich von wenigen Mikrometern gehalten werden. Dies ist, wie
bereits erwähnt, für das Schrumpfmaß des fertigen Trägerkörpers
von entscheidender Bedeutung.
Ein weiterer Vorteil des Plasmaspritzens für das vorliegende
Verfahren das - zur Verhinderung von Oxidation - wie beim
Schutzgasschweißen bei Normalatmosphäre unter einer Inertgas
glocke, oder wie beim Niederdruckschweißen in einem Teilvakuum
vorgenommen werden kann, besteht darin, daß der Lichtbogen des
Plasmabrenners nicht auf das Glattband übertragen wird. Das
Glattband bleibt daher, obwohl es nur relativ geringen Abstand
von der Plasmaspritzpistole einzuhalten hat, selbst relativ
kalt. Temperaturen von ca. 200°C werden nur selten überschrit
ten. Es können daher auch sehr dünne Metallfolien in der Grö
ßenordnung von unterhalb 0,05 mm verwendet werden, ohne daß die
Gefahr eines Verzuges dieser dünnen Folien zu befürchten ist.
Die aus solchen Folien hergestellten Trägerkörper können bei
gleichem Einbauraum mehr Oberfläche und damit mehr Wirksamkeit
erhalten.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens hat sich eine
Vorrichtung als besonders geeignet erwiesen, bei der eine Plas
maspritzpistole, oder auch mehrere, mit einer mindestens mit
einer Maske ausgerüsteten Einrichtung zur exakten Begrenzung
des Spritzstrahles versehen werden. Eine Dickenänderung der
aufgetragenen Schicht zu den Außenseiten hin braucht daher
nicht befürchtet zu werden. Vorteilhaft ist es auch, wenn je
weils mindestens zwei in der Bewegungsrichtung des Glattbandes
zueinander in Abstand angeordnete Plasmaspritzeinrichtungen und
zwischen diesen Kühlzonen für das Glattband vorgesehen werden.
Auf diese Weise lassen sich problemlos auch in einem automati
sierten Vorgang Schichtdicken in gewünschter Stärke aufbringen,
ohne daß das glatte Metallband durch Wärmeeinwirkungen verwor
fen wird. Auf diese Weise läßt sich eine optimale Herstellungs
geschwindigkeit erreichen und das mit Lotmaterial versehene
glatte Band läßt sich anschließend, wie das auch bei bekannten
Verfahren der Fall ist, vor der Weiterverarbeitung zu einem
Coil aufwickeln.
Weitere Merkmale und Vorteile ergeben sich aus den Unteransprü
chen.
Die Erfindung ist anhand von zwei Ausführungsbeispielen von
Vorrichtungen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Seitenansicht
einer Vorrichtung zum Aufbringen von Lotstreifen
auf ein glattes Band,
Fig. 2 die perspektivische schematische Darstellung einer
der beiden Spritzeinrichtungen der Fig. 1 in einer
ersten Ausführungsform und
Fig. 3 die schematische Darstellung einer weiteren Ausfüh
rungsform einer Spritzeinrichtung die anstelle der
Spritzeinrichtung der Fig. 2 vorgesehen werden kann.
In der Fig. 1 ist schematisch eine bandförmige Metallfolie (1)
gezeigt, die von links nach rechts in Richtung des Pfeiles (18)
dadurch gezogen wird, daß sie zu einem Coil (17) aufgewickelt
wird. Dies geschieht durch eine nicht im einzelnen gezeigte
Wickeleinrichtung, die eine z.B. von einem in seiner Drehzahl
regelbaren Motor angetriebene Wickelwelle (12) ist. Dieser Coil
(17) wird später dazu verwendet, das glatte Metallband (1) mit
einem gewellten Metallband zusammen zu einer Trägermatrix so
aufzuwickeln, daß das glatte Metallband die äußerste Lage für
den wabenförmigen Trägerkörper für die Beschichtung mit kataly
tischem Reaktormaterial bildet.
Das glatte Metallfolienband (1) muß in bekannter Weise mit dem
Wellband verlötet werden. Zu diesem Zweck wird auf das Metall
folienband (1) Lotmaterial aufgebracht. Dies geschieht in der
in der Fig. 1 gezeigten Einrichtung dadurch, daß in der Bewe
gungsrichtung (18) des Metallfolienbandes (1) zwei thermische
Spritzeinrichtungen (2) versetzt zueinander angeordnet sind,
die beim gezeigten Ausführungsbeispiel jeweils aus mindestens
einer Plasmaspritzpistole (4) und aus einer diese einhüllenden,
rotierenden Maske (3) bestehen, die als ein Zylinderkörper aus
gebildet ist, der im Uhrzeigersinn um die Achse (14), die auch
als Antriebsachse ausgebildet ist, rotiert. Im Bereich der
Plasmaspritzpistole (4) kann auch noch eine Düse zur Abgabe von
Inertgas vorgesehen werden, die es erlaubt, den Lotauftrag ähn
lich wie beim Schutzgasschweißen aufzubringen. Die Plasmaspritz
pistole (4) gibt nach unten einen Sprühstrahl (19) ab, der zu
einem Sprühfleck (6) führt. In der Maske (3) sind umlaufende
Schlitze (5) vorgesehen, die in einer senkrecht zur Achse (14)
stehenden Ebene verlaufen. Die Schlitze (5) sind gegeneinander
durch Verbindungsstege (7) getrennt. Die Maske (3) wird dabei
in ihrer Umdrehungsgeschwindigkeit auf die Bewegungsgeschwin
digkeit des Metallfolienbandes (1) abgestimmt. Da der Sprüh
strahl (19) ausschließlich durch die Schlitze (5) hindurch auf
die Oberfläche des Metallfolienbandes (1) auftreffen kann, ent
stehen auf dem Metallfolienband (1) exakt abgegrenzte Streifen
(11) von Lotmaterial, dessen Schichtdicke sehr dünn sein kann
und in der Größenordnung von 20µ oder auch darunter liegen
kann. Das an der Innenseite der Maske (3) anhaftendes Material
kann durch einen Schaber (21) oder auch durch eine Bürste mit
Absaugung entfernt werden. Es ist natürlich auch möglich, die
Maske (3) mit mehreren Reihen von Schlitzen (5) über die Breite
des Bandes (1) zu versehen und jeder Schlitzreihe eine Plasma
spritzpistole zuzuordnen. Um von der Maske (3) das gespritzte
Material abnehmen zu können, kann diese entweder selbst aus ei
nem lotabweisenden Material, z.B. Keramik oder Al-Oxid-Typen
bestehen, oder mit einer Beschichtung aus solchem Material
versehen sein.
Wie aus Fig. 1 außerdem hervorgeht, sind thermische Spritzein
richtungen in der Form von Plasmaspritzeinrichtungen sowohl der
Oberseite als auch der Unterseite des Metallfolienbandes (1)
zugeordnet. Lotstreifen werden daher auf beiden Seiten des
glatten Metallfolienbandes (1) aufgebracht. Dies bringt nach
dem Aufwickeln zu einem Wabenkörper, bei dem das glatte Band
die äußerste Lage bildet, den Vorteil mit sich, daß der Waben
körper auch mit dem Mantelrohr, in das er eingeschoben wird,
ohne zusätzlichen Lotauftrag verlötet werden kann.
Aus Fig. 1 ist ferner erkennbar, daß zwischen den beiden Plasma
spritzeinrichtungen (2) mit den Masken (3) durch Trennwände
(15) abgeteilte Zonen (20) vorgesehen sind, die als Kühlzonen
ausgebildet sind. Innerhalb dieser Kühlzonen wird die Untersei
te des Metallfolienbandes (1) im Sinne der Pfeile (16) von ei
nem Kühlmedium beaufschlagt, das beispielsweise gasförmiges CO2
mit geringer Temperatur sein kann. Obwohl bei dem Plasmaspritz
verfahren die Erwärmung der Metallfolie (1) ohnehin nicht sehr
groß ist, kann durch diese Anordnung von Kühlzonen eine uner
wünschte Aufheizung des dünnen Metallfolienbandes (1) verhin
dert werden. Es lassen sich auf diese Weise durch die Plasma
spritzeinrichtungen Lotmaterialaufträge auch auf sehr dünnen
Metallfolien erzielen, die z.B. nur eine Dicke von 0,04 mm oder
vielleicht 0,02 mm aufweisen, ohne daß ein Verwerfen dieser
dünnen Metallfolie zu befürchten ist.
In Fig. 3 ist eine Variante der Plasmaspritzeinrichtung inso
fern gezeigt, als hier den in der Richtung des Pfeiles (18)
fortbewegten Metallfolienband (1) eine Maske (10) in der Form
einer Scheibe zugeordnet ist, die um eine vertikal zur Oberflä
che des Bandes (1) stehende Achse (13) rotierend seitlich neben
dem Band gehalten ist. Diese scheibenförmige Maske (10) besitzt
um die Achse (13) kreisförmig herum angeordnete Schlitze (8),
die durch Stege (9) gegeneinander getrennt sind. Diese Schlitze
(8) laufen unterhalb einer Plasmaspritzpistole (4) hindurch, so
daß auch auf diese Weise der streifenförmige Lotmaterialauftrag
(11) erreicht wird. Überflüssiges Material kann auch in diesem
Fall von der Oberfläche der Maske (10) durch einen Schaber (21)
o.dgl. entfernt werden.
Claims (17)
1. Verfahren zur Herstellung eines Trägerkörpers für einen
katalytischen Reaktor, der aus mit katalytischem Material be
schichtbaren Metallbändern aufgebaut wird, die zu einer Waben
form gewickelt oder gefaltet werden, wobei jeweils ein glattes
Metallband angrenzend an ein gewelltes Metallband vorgesehen
und auf das glatte Metallband vor dem Wickeln oder Falten min
destens streifenförmig Lotmaterial aufgetragen wird, das nach
dem Aufeinanderwickeln oder Falten der Metallbänder und gege
benenfalls nach dem Einschieben des so geschaffenen Körpers in
einen Mantel einer zur Verlötung ausreichenden Temperaturerhö
hung ausgesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Lotauf
trag durch thermisches Spritzen erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
das Lotmaterial auf beiden Seiten des glatten Metallbandes auf
gebracht wird.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Lotauftrag durch Plasmaspritzen erfolgt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge
kennzeichnet, daß das glatte Metallband die äußerste Lage des
gewickelten oder gefalteten Wabenkörpers bildet.
5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem
der Ansprüche 1 bis 4, mit einer Wickeleinrichtung für die Me
tallbänder, einer dieser vorgeschalteten und dem glatten Me
tallband zugeordneten Lotauftrageinrichtung und einem Lötofen
o.dgl., dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (2) zum
thermischen Spritzen des Lotmateriales vorgesehen und mit einer
mit mindestens einer Maske (3, 10) ausgerüsteten Einrichtung
zur Begrenzung des Spritzstrahles (19) kombiniert ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß als Einrichtung zum thermischen Spritzen eine Plasmaspritz
pistole (4) vorgesehen ist, die durch Ausnehmungen (5, 8) einer
Maske (3, 10) hindurch auf das Glattband (1) spritzt.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß die Ausnehmungen (5, 8) schlitzförmig ausgebildet sind.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeich
net, daß die Plasmaspritzpistole ortsfest über dem bewegten
Band angeordnet ist und die Maske (3, 10) zwischen Plasmaspritz
pistole (4) und bewegtem Glattband (1) rotierend angeordnet
ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
daß die Maske (3) die Form eines um eine parallel zur Oberflä
che des Glattbandes (1) angeordnete Achse (14) rotierenden Zy
linders aufweist, in dessen Inneren mindestens eine Plasma
spritzpistole (4) angeordnet ist, deren Sprühstrahl (19) durch
Schlitze (5) auf das Band (1) auftrifft, die in der Maske (3)
in einer zur Achse (14) senkrecht stehenden Ebene umlaufend in
der zylinderförmigen Maske angeordnet sind.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
daß die Maske (10) aus einer um eine zur Oberfläche des Bandes
(1) senkrecht stehende Achse (13) rotierenden Scheibe (10) be
steht, die mit Schlitzen (18) versehen ist, welche auf einem
gemeinsamen Radius um die Achse (13) angeordnet sind.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch
gekennzeichnet, daß die Maske (3, 10) aus einem lotabweisenden
Material besteht oder mit einem solchen Material beschichtet
ist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch
gekennzeichnet, daß Kühlzonen (15, 16) zum Abkühlen des Glatt
bandes (1) vorgesehen sind.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,
daß die Kühlzonen als an das Glattband (1) angrenzende Kammern
(20) ausgebildet sind, die von einem Kühlmittel in Richtung
(16) zum Band (1) hin durchströmt sind.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet,
daß als Kühlmittel gasförmiges CO2 mit Raumtemperatur oder mit
niedrigerer Temperatur vorgesehen ist.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 14, dadurch
gekennzeichnet, daß mindestens zwei Einrichtungen (2) zum ther
mischen Spritzen in der Bandlaufrichtung (18) des Glattbandes
(1) in Abstand zueinander angeordnet sind und daß die Kühlzonen
(15, 16) zwischen diesen vorgesehen sind.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 15, dadurch
gekennzeichnet, daß zur Vermeidung von Oxidation unter Normal
atmosphäre die Plasmaspritzpistolen (4) unter einer Schutzgloc
ke aus einem Inertgas arbeiten.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 15, dadurch
gekennzeichnet, daß zur Vermeidung von Oxidation die Plasma
spritzdüsen (4) in einem Teilvakuum arbeiten.
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| IT1215997B (it) | 1990-02-22 |
| DE3711626C2 (de) | 1990-02-15 |
| JP2686767B2 (ja) | 1997-12-08 |
| IT8819657A0 (it) | 1988-03-04 |
| JPS63264149A (ja) | 1988-11-01 |
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