DE3719773C2

DE3719773C2 -

Info

Publication number: DE3719773C2
Application number: DE3719773A
Authority: DE
Inventors: Herbert Dr.-Ing. 7307 Aichwald De Damsohn
Original assignee: Behr GmbH and Co KG
Current assignee: Vitesco Technologies Lohmar Verwaltungs GmbH
Priority date: 1987-06-13
Filing date: 1987-06-13
Publication date: 1989-04-20
Also published as: DE3719773A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Trägerkörper für einen katalyti schen Reaktor zur Abgasreinigung, insbesondere für Kraftfahr zeugmotoren nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Trägerkörper dieser Art sind bekannt (DE-PS 27 33 640). Bei den bekannten Bauarten werden jeweils glatte Stahlbänder und ge wellte Stahlbänder untereinander aufgewickelt. Es entstehen so Strömungskanäle in einem zylindrischen Körper, durch welche die Abgasströmung geleitet werden und mit dem katalytischen Materi al, das auf den Trägerkörper aufgebracht ist, reagieren kann. Ein Nachteil der bekannten Trägerkörper ist es, daß die aufge wickelten Lagen untereinander und mit dem zylindrischen Mantel verbunden, insbesondere verlötet werden müssen, damit die ein zelnen Lagen nicht untereinander verrutschen und der gesamte Körper in der Mantelhülse gehalten wird. Dieser Herstellungs vorgang ist daher verhältnismäßig aufwendig.

Es ist auch bekannt (DE-PS 35 17 035), Stahlbänder in ihrer Längsrichtung mit den Wellungen zu versehen und sie quer zu diesen Wellungen so zu falten, daß jeweils die Rinnen zwischen den Wellungen nach der stirnseitigen Faltung um 180° sich zu Kanälen ergänzen. Eine auf diese Weise gefaltete Matrix weist dann zwar den Vorteil auf, daß die einzelnen Lagen untereinan der noch eine mechanische Verbindung haben und deshalb unter sich nicht verlötet werden müssen. Nachteilig ist aber, daß die Metallbänder vor dem Falten mit Querschnittsschwächungen verse hen werden müssen und daß der Faltkörper in der Mantelhülse ebenfalls durch Verlöten gehalten werden muß.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Trägerkörper der eingangs genannten Art so auszubilden, daß eine Verlötung der einzelnen Schichten untereinander und eine Verlötung mit der Mantelhülse überflüssig wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe werden bei einem Trägerkörper der eingangs genannten Art die kennzeichnenden Merkmale des Patent anspruches 1 vorgesehen. Durch die kegelige Ausbildung des Trä gerkörpers und seiner zugeordneten Hülse ergibt sich eine defi nierte Anlage des Wickelkörpers in der Hülse, die auch zur Aus übung von Andrückkräften der einzelnen Schichten untereinander ausgenutzt werden kann. Der Wickelkörper kann daher durch das Einschieben in seine Hülse bereits stabil gehalten werden. Da bei ist es möglich, den Konuswinkel so zu bemessen, daß die ge wünschten Haltekräfte ausgeübt werden und andererseits durch eine Selbsthemmung das Wiederherausziehen des Wickelkörpers nach der größeren Seite des Kegels unmöglich gemacht wird. Die Anströmseite des erfindungsgemäßen Trägerkörpers wird auf die Seite gelegt, auf der der Trägerkörper den größeren Durchmesser aufweist. Auch die beim Betrieb durch die strömenden Abgase ausgeübten Reibungs- und Staudruckkräfte können daher nicht zu einem Lösen des Trägerkörpers aus seiner Hülse führen.

Der für den Wickelkörper verwendete Kern kann nach den Unteran sprüchen 2 und 3 in einfacher Weise so ausgebildet werden, daß er eine Befestigung der Anfangskanten der zu wickelnden Bänder ermöglicht. Nach Anspruch 7 kann der Kern selbst auch in einfa cher Weise mit Hilfe eines Endsteges mit der Hülse fest verbun den werden, so daß, unabhängig von den ausgeübten Klemmkräften, nach der Anströmseite hin ein sicherer Abschluß des Trägerkör pers gegen Herausfallen oder gegen ein Herausnehmen des Wickel körpers entsteht.

Die zur Herstellung des Wickelkörpers benötigten Metallbänder müssen eine von üblichen Wellbändern abweichende Form aufwei sen, die sich aber in sehr einfacher Weise durch das Verformen eines glatten Metallbandes zu einem gewellten Band mit Hilfe von Kegelwalzen oder entsprechenden Stanz- bzw. Plissierwerk zeugen erreichen läßt, die dafür sorgen, daß die Wellungen an den gegenüberliegenden Kanten des Bandes zwar jeweils die gleichen oder geringfügig kleineren Amplituden, aber unter schiedliche Wellenlängen erhalten. Die dadurch entstehenden gebogenen Wellbänder eignen sich zur Herstellung der Kegelform.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel eines neuen Trä gerkörpers dargestellt und wird im nachfolgenden beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch einen neuen Trägerkörper für einen katalytischen Reaktor, dessen Konuswinkel der Deutlichkeit halber übertrieben ge zeichnet ist,

Fig. 2 die Ansicht des Trägerkörpers der Fig. 1 in Richtung des Pfeiles II,

Fig. 3 die Seitenansicht des für die Herstellung des Wickelkörpers für den Trägerkörper der Fig. 1 ver wendeten Kerns,

Fig. 4 den Kern der Fig. 3 vor seiner Fertigstellung als Stanzkörper,

Fig. 5 die schematische perspektivische Teildarstellung eines der für den Wickelkörper verwendeten Metall bänder,

Fig. 6 das mit dem Metallband nach Fig. 5 aufzuwickelnde benachbarte Metallband,

Fig. 7 eine schematische Darstellung einer Möglichkeit der Herstellung der für den Wickelvorgang ver wendeten Metallbänder und

Fig. 8 die schematische Darstellung eines Kegelwalzen paares zur Herstellung der Bänder gemäß den Fig. 5, 6 und 7.

In den Fig. 1 und 2 ist ein Trägerkörper (1) für einen kataly tischen Reaktor zur Abgasreinigung, insbesondere von Kraftfahr zeugmotoren gezeigt, der aus einer Mantelhülse (8) mit der Au ßenkontur eines Kegelstumpfes und aus einem Wickelkörper be steht, der zu einer Konusform gewickelt ist und in die Hülse (8) eingeschoben ist. Der Wickelkörper besteht dabei aus mehre ren eng aufeinander gesetzten Lagen (4, 5 und 6) von zwei Me tallbändern (2 und 3), die, wie aus den Fig. 5 und 6 hervorgeht, mit Wellungen (14) versehen sind, die hier unter einem gewissen Winkel (γ) schräg zur Längsrichtung (15) der Bänder (2 bzw. 3) verlaufend angeordnet sind. Die beim Wickeln jeweils benachbar ten Lagen (4, 5) der aneinanderliegenden Bänder sind so herge stellt, daß Wellungen (14 bzw. 14′) (siehe Fig. 5 und 6) in aneinandergrenzenden Lagen sich kreuzen. Die Bänder (2, 3) rutschen daher beim Aufeinanderwickeln nicht ineinander. Eine solche Art des Aufeinanderwickelns ist an sich bekannt. Die sich kreuzenden Wellenberge werden mechanisch verformt durch die Wickelspannung am Umfang und sind somit gegenseitig lose verhakt.

Der Wickelkörper wird so aufgebaut, daß die Anfangsenden der Bänder (2 und 3) jeweils an Haken (9) vor dem Wickeln ein gehängt werden, die Teil eines Kernes (7) sind, der mit dem Wickelkörper in die Mantelhülse (8) eingeschoben ist. Um die sen, ebenfalls konischen Kern (7) herum werden dann die Bänder (2 und 3) spiralförmig aufgewickelt, bis der kegelstumpfförmige Wickelkörper in den Fig. 1 und 2 entsteht und in die Hülse (8) eingeschoben werden kann.

Der Kern (7) weist dabei einen Endsteg (17) auf, der diagonal zum Wickelkörper und zur Hülse (8) verläuft und dessen Länge so gewählt ist, daß er mit seinen beiden Enden (17 a, 17 b) mit der Hülse (8) verbindbar, z.B. verschweißbar ist.

Aus den Fig. 3 und 4 geht der Aufbau des Kerns (7) hervor, der dadurch gewonnen wird, daß ein Blechstück mit einer Form eines gleichseitigen Dreieckes so ausgestanzt wird, daß jeweils Aus nehmungen (12) parallel zur Grundseite (10) des gleichschenkli gen Dreieckes entstehen, zwischen denen Stege (13) stehenblei ben, die dann, wie Fig. 3 zeigt, mit ihren freien Endbereichen, die auch verkürzt werden können, zu der Form der Haken (9) auf gewickelt werden. Die Außenkontur der Haken (9) liegt dabei auf einer Kegelfläche, wobei der spitze Winkel (2ß) dieses gedach ten Kegels doppelt so groß ist, wie der aus der Fig. 1 ersicht liche Neigungswinkel der Kegelmantelfläche der Hülse (8) gegen über der Achse (20) des Trägerkörpers (1).

Wie Fig. 4 zeigt, ist die Länge (1) der Grundseite (10) und da mit des Endsteges (17) des Kernes (7) so bemessen, daß sie dem Durchmesser (2 R) (Fig. 2) der Hülse (8) an deren größeren Seite entspricht.

Auf den Kern der Fig. 3 werden dann die Bänder der Fig. 5 und 6 in der beschriebenen Weise aufgewickelt. Diese Bänder können gemäß Fig. 7 dadurch hergestellt werden, daß ein zunächst glattes Ausgangsband (2′) in Richtung des Pfeiles (21) einem Kegelwalzenpaar (22) zugeführt wird. Der Umfang der beiden Kegelwalzen (22 a und 22 b) ist - siehe Fig. 8 - dabei mit Wellungen versehen, die jeweils auf beiden Stirnseiten die annähernd gleiche Wellenhöhe d.h. Amplitude aufweisen, wobei jedoch der Abstand der einzelnen Wellenberge, d.h. die Wellen länge, auf der größeren Stirnseite der Kegelwalzen (22 a und 22 b) größer ist, als auf der gegenüberliegenden Stirnseite. Durchläuft daher ein glattes Band (2′) dieses Kegelwalzenpaar (22), so wird es zu einer Bogenform verformt, die Teil eines Kreisbogens ist. Das zweite Band (3), das zunächst ebenfalls glatt ist, wird in Richtung des Pfeiles (21′) durch das Walzen paar (22 b, 22 c) gezogen, so daß es, da die Kegelwalze (22 c) analog zu der Walze (22 b) ausgebildet ist, die gleiche Ausbil dung wie das Band (2) erhält, wobei der Winkel (γ) (Fig. 6) spiegelsymmetrisch zu dem ersten Band liegt. Die so gestalteten Bänder (2 bzw. 3) werden dann in der beschriebenen Weise aufeinandergewickelt. Um die Schrägstellung der Wellungen (14, 14′) gemäß Fig. 5 und 6 zu erreichen, ist jedes Kegelwalzenpaar (22) mit entsprechend schräg zu den Achsen (23) der Kegelwalzen verlaufenden Wellungen versehen.

Der Winkel (β) der Kegelmantelhülse (8) kann so bemessen wer den, daß der mit dem Kern (7) eingeschobene Winkelkörper sich beim Einschieben verklemmt und aufgrund von Selbsthemmung auch nicht mehr zur größeren Stirnseite der Hülse (8) herausgezogen werden kann. Bei diesem Einpreßvorgang drücken sich auch die einzelnen Lagen der Bänder (2, 3) gegeneinander und halten durch Reibungskraft. Eine Verlötung ist nicht nötig. Zur Siche rung kann schließlich noch, wie beschrieben, der Endsteg (17) des Kernes (7), der im Trägerkörper (1) verbleibt, mit der Hülse (8) verschweißt werden.

Die sich in fertiggestelltem Zustand des Trägerkörpers ver zweigenden und zusammenlaufenden Kanäle über- und unterhalb der Wellungen ergeben eine größere Begegnungshäufigkeit mit der katalytischen Oberfläche. Der wechselnde Links- und Rechtsdrall hebt eine Rotation des Gasstroms weitgehend auf.

Die Kegelform ergibt eine beschleunigte Strömungsgeschwindig keit, die eine sichere Führung erlaubt.

Spannungen durch ungleichmäßige Wärmedehnung des Wickelkörpers können sich in axialer Richtung ausgleichen, ohne die Festig keit des Ganzen zu vermindern.

Claims

1. Trägerkörper für einen katalytischen Reaktor zur Abgas reinigung, der aus in mehreren Lagen übereinander gewickelten Metallbändern aufgebaut ist, die quer zu ihrer Wickelrichtung gewellt und mit einem katalytischen Material beschichtbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Lagen (4, 5, 6) der Metallbänder (3) die Form von Kegelmänteln aufweisen, die einen kegeligen Kern (7) umgeben und in einer Mantelhülse (8) mit ke gelstumpfförmiger Außenkontur eingeschoben sind.

2. Trägerkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (7) mit Haken (9) zum Einhängen der inneren Kanten der Metallbänder (2, 3) versehen ist.

3. Trägerkörper nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch ge kennzeichnet, daß der Kern (7) aus einem flachen Blechteil (7′) mit einer Grundfläche eines gleichseitigen Dreieckes besteht, aus dessen gleich großen Seiten (11) parallel zur Grundseite (10) verlaufende Einschnitte (12) herausgestanzt sind, die zwi schen sich Stege (13) belassen, die zu den Haken (9) umgebogen sind.

4. Trägerkörper nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel (α) zwischen den gleich großen Seiten (11) des Blechteiles (7′) dem spitzen Winkel (2 β) des Kegels entspricht, den die gewickelten Metallbänder (2, 3) bilden.

5. Trägerkörper nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekenn zeichnet, daß die Außenkonturen aller umgebogenen Stege (13) auf einer Kegelmantelfläche liegen, die parallel oder annähernd parallel zu der Außenkontur des fertigen Trägerkörpers (1) ver läuft.

6. Trägerkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellungen (14, 14′) in den Metallbändern (2, 3) schräg zu deren Längsrichtung (15) verlaufen und daß aneinandergren zende Lagen (4, 5) von Metallbändern so gelegt sind, daß sich die Wellungen (14, 14′) kreuzen.

7. Trägerkörper nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekenn zeichnet, daß der der Grundseite (10) des Blechteiles (7′) ent sprechende Endsteg (17) eine Länge (1) aufweist, die dem Radius (R) der Mantelhülse (8) an ihrer größeren Seite entspricht und daß der Endsteg (17) an seinen Enden (17 a, 17 b) mit der Mantel hülse (8) fest verbunden, insbesondere verschweißt ist.