DE3833675A1

DE3833675A1 - Traegerkoerper fuer einen katalytischen reaktor zur abgasreinigung

Info

Publication number: DE3833675A1
Application number: DE3833675A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl Ing Heeb
Original assignee: Behr GmbH and Co KG
Current assignee: Vitesco Technologies Lohmar Verwaltungs GmbH
Priority date: 1988-10-04
Filing date: 1988-10-04
Publication date: 1990-04-05

Description

Die Erfindung betrifft einen Trägerkörper für einen katalyti schen Reaktor zur Abgasreinigung, insbesondere für Brennkraft maschinen von Kraftfahrzeugen, der aus einem aus Metallbändern hergestellten Wabenkörper besteht, der in ein Mantelrohr einge schoben und mit diesem verbunden ist.

Bei Trägerkörpern dieser Art besteht das grundsätzliche Problem, daß aufgrund der im Betrieb des Katalysators auftretenden hohen Temperaturen und der dadurch bedingten Wärmedehnungen des Wa benkörpers eine Spaltbildung zwischen dem Umfang des Wabenkör pers und dem Mantelrohr im kalten Zustand auftritt, die zu ei ner Beschädigung der Lotstellen zwischen Mantel- und Wabenkör per führen kann.

Um dies zu vermeiden, hat man den Wabenkörper schon mit Hilfe einer elastisch verformbaren, hitzebeständigen, sogenannten Quellmatte in das Mantelrohr eingesetzt (DE-GM 87 15 289-G 8171), die den notwendigen Sitz des Wabenkörpers im Mantelrohr garan tieren soll. Vorgeschlagen wurde auch schon (DE-GM 87 12 267-G 8063), den Wabenkörper mit einer Umhüllung aus einem Drahtge flecht zu versehen, das ebenfalls in gewisser Weise nachgiebig ist und sich sowohl mit dem Wabenkörper als auch mit dem Man telrohr verlöten läßt. Beide Lösungsformen sind aber insbeson dere für den Einsatz von Katalysatoren für Kraftfahrzeuge nicht voll befriedigend, weil der Herstellungsaufwand relativ hoch ist und weil der gewünschte kompakte Sitz des Wabenkörpers im Mantelrohr nicht immer erreicht werden kann. Dazu kommt, daß bei Verwendung eines Drahtgeflechtes die Verlötung nicht immer gleichmäßig genug durchführbar ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Träger körper der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß die gängigen Herstellungmethoden verwendbar sind, daß aber dennoch ein strammer Sitz des Wabenkörpers im Mantelrohr erreichbar ist und eine gleichmäßige Verlötung stattfinden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einem Trägerkörper der ein gangs genannten Art vorgeschlagen, daß zwischen dem Umfang des Wabenkörpers und dem Mantelrohr mindestens ein den Wabenkörper umgebendes Hüllband vorgesehen ist, das kissenartige Hohlräume besitzt. Diese kissenartigen Hohlräume können zum einen für den notwendigen Verbindungsdruck zwischen Mantelrohr und Wabenkör per sorgen. Sie wirken in gewissem Umfang elastisch und können daher auch Wärmedehnungen zwischen Wabenkörper und Mantelrohr aufnehmen. Vor allen Dingen lassen sich die Hohlräume definiert verteilen, so daß auch eine definierte Anlage zwischen Mantel rohr einerseits und dem Umfang des Wabenkörpers andererseits und damit eine einwandfreie Verlötung möglich ist, die sich auch, da die hohlraumartigen Kissen bei Wärmedehnungen in sich nachgeben, während des Betriebes nicht lösen kann.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Gegenstandes der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. Dabei bieten die Merkmale der Ansprüche 2 und 3 den Vorteil einer relativ ein fachen Herstellung eines Kissenbandes. Die Merkmale der Ansprü che 4 und 5 erlauben es, den Trägerkörper in der herkömmlichen Weise herzustellen, so daß ein gesonderter Arbeitsvorgang für das Einlegen einer Umhüllung überflüssig wird.

Der Anspruch 6 gibt ein besonders einfaches Verfahren zur Her stellung des neuen Trägerkörpers an, bei dem aber auch herkömm liche Verfahrensweisen verwendet werden, dennoch aber durch die Ausnützung des Unterdruckeffektes beim Löten in einfacher Weise ein Aufblasen der Hohlräume des Hüllbandes erreicht wird, das zu einem strammen Sitz des Wabenkörpers im Mantelrohr ausgenützt werden kann. Gleichzeitig entstehen in den Spalten im Bereich der Berührungsstellen des Kissenbandes mit dem Mantelrohr ei nerseits und mit dem Trägerkörper andererseits dauerhafte Lot stellen. Der Anspruch 7 schließlich umreißt eine zweite Art der Herstellung, bei der aber - wegen des Fehlens von Unterdruck - eine andere einfache Möglichkeit zum Aufblasen der Kissen ge wählt ist.

Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispieles in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung des Querschnittes durch einen erfindungsgemäßen Trägerkörper mit kreisrundem Querschnitt,

Fig. 2 eine vergrößerte Detaildarstellung des Bereiches II der Fig. 1 mit den äußersten Lagen des gewickelten Wabenkörpers in einem Mantelrohr,

Fig. 3 die Draufsicht auf das Ende für das zum Wickeln des Wabenkörpers der Fig. 1 und 2 verwendeten Bandes,

Fig. 4 die schematische Darstellung des Wickelvorganges zur Herstellung des Wabenkörpers der Fig. 1 und 2 in dem Verfahrenszustand kurz vor dem Erreichen der äußer sten Wickellage,

Fig. 5 eine vergrößerte Detaildarstellung des Bereiches V der Darstellung nach Fig. 2 in dem Zustand mit ein geschobenem Wabenkörper im Mantelrohr, jedoch noch vor dem Verlöten und

Fig. 6 die Darstellung analog Fig. 5, jedoch nach dem Löt vorgang.

Aus den Fig. 1 und 2 wird der grundsätzliche Aufbau eines aus einem Wellband (4) und einem Glattband (3) durch Wickeln herge stellten Trägerkörpers erkennbar. Der durch das Wickeln der beiden metallischen Bänder (3 und 4) hergestellte Wabenkörper (1) ist in einem Mantelrohr (2) gehalten, das beim Ausführungs beispiel kreisrunden Querschnitt mit dem Innenradius (R) besitzt. Wie die Fig. 1 und 2 zeigen, ist der Wabenkörper (1) bei seiner Lage innerhalb des Mantelrohres (2) von einem Hüllband (5) um schlossen, das zwischen dem Mantelrohr (2) und dem äußeren Um fang des Wabenkörpers (1) liegt. Wie später noch anhand der Fig. 5 und 6 erläutert werden wird, besteht eine Lötverbindung zwischen Mantelrohr (2) und Hüllband (5) einerseits bzw. zwischen Hüllband (5) und Wabenkörper (1) andererseits.

Bei der Herstellung des Wabenkörpers (1) der Fig. 1 und 2 wird, wie aus Fig. 3 erkennbar ist, an dem später außenliegenden Ende des normalerweise den Abschluß des Wabenkörpers (1) bildenden Glattbandes (3) das Hüllband (5) z. B. durch Punktschweißen an gebracht, so daß dieses Hüllband (5) die später außenliegende Seite des zu wickelnden Glattbandes bildet, das, in bekannter Weise, zusammen mit dem Wellband (4) in der aus der Fig. 4 er kennbaren Weise aufgewickelt wird.

Die Länge (L) des Hüllbandes (5) wird dabei so bestinmt, daß es dem späteren Umfang des so entstehenden Wabenkörpers (1) ent spricht, d. h. die Länge (L) entspricht beim Ausführungsbeispiel dem Umfang (2 R π), den der Wabenkörper (1) innerhalb des Man telrohres (2) nach der Fertigstellung einnimmt.

Das Hüllband (5) besteht, wie aus Fig. 2, insbesondere aber auch aus Fig. 4 erkennbar wird, aus zwei zunächst flach über einandergelegten Glattbändern (7 und 8), die durch quer- und längsverlaufende Schweißnähte (5) untereinander verbunden sind.

Zwischen jeweils zwei sich beim Ausführungsbeispiel unter 90° kreuzenden Schweißnähten (6) entstehen so zwischen den Glatt bändern (7 und 8) Hohlräume (6), die in Fig. 4, insbesondere aber in Fig. 5, der besseren Anschaulichkeit halber stark ver größert dargestellt sind. Tatsächlich kann aber durch das unter Druck erfolgende Schweißen ein gewisses Aufwerfen des Bandmate rials zwischen den sich kreuzenden Schweißnähten (9) nicht ver mieden werden, so daß das Hüllband (5) nach dem Verschweißen der beiden Glattbänder (7 und 8) schon in etwa das Aussehen ei nes mit vielen Kissen versehenen Bandes hat. Dieses Hüllband (5) wird dann am äußeren Ende des Glattbandes (3) angepunktet und, wie aus Fig. 4 ersichtlich ist, beim Wickelvorgang zusam men mit dem Wellband (4) und dem Glattband (3) aufgewickelt. Das Wellband (4) reicht aber, ebenso wie das Glattband (3), nur bis zum Anfang des Hüllbandes (5), so daß dieses, da seine Länge dem späteren Umfang des Wabenkörpers entspricht, beim Wickeln die äußerste Lage des Wabenkörpers (1) bildet. Ein Lötband (10) wird zwischen benachbarte Lagen von Glattband (3) und Wellband (4) mit eingewickelt. Dieses Lötband (10) wird so lange bemes sen, wie auch das aus dem Glattband (3) und Wellband (4) gebil dete Wickelband einschließlich des Hüllbandes (5) ist. Nach dem Wickelvorgang liegt daher das Lotband (10) noch außerhalb des Hüllbandes (5), so daß sich, wie aus Fig. 5 erkennbar ist, nach dem Einsetzen des fertigen Wabenkörpers (1) in das Mantelrohr (2) zwischen dem Mantelrohr und dem Hüllband (5) ein Lotband und zwischen dem Hüllband (5) und der benachbarten Wickellage des Glattbandes (3) eine weitere Lage des Hüllbandes (10) be findet.

Wird nun in an sich bekannter Weise der Lötvorgang durch Erhö hen der Temperatur - und zur Erzeugung einer möglichst sauer stoffarmen Atmosphäre - auch unter Einsatz von Unterdruck ein geleitet, dann blasen sich die zwischen den einzelnen Schweiß nähten (9) vorhandenen Kissen (6) auf. Da der Unterdruck etwa 10^-4 mbar beträgt, tritt zwischen den dicht zwischen den Schweißnähten (9) eingeschlossenen Hohlräumen (6) und der Umge bung eine deutliche Druckdifferenz auf, die dazu führt, daß sich die Hohlräume (6) unter bleibender Verformung der beiden Glattbänder (7 und 8) aufwölben und so aus dem Hüllband (5) ein mit vielen Luftkissen ausgerüstetes Band machen, das als Puffer zwischen dem Mantelrohr (2) und dem inneren Wabenkörper liegt. Wenn die Hohlräume (6) unter Einwirkung des Unterdruckes aufge blasen sind - eine Ausdehnung in der Größenordnung von 0,5 mm nach jeder Seite ist möglich - dann können dadurch Unregelmä ßigkeiten im Durchmesser des Wabenkörpers in bezug auf das Man telrohr ausgeglichen werden. Zum anderen ergibt sich, was auch aus der Fig. 6 zu erkennen ist, eine ausgezeichnete Verlötung, weil die einzelnenen Kissen des Hüllbandes (5) jeweils nur mit ihren Scheiteln am Mantelrohr und am Umfang des Wabenkörpers (1) anliegen, so daß in die dort gebildeten Spalte das Lötmate rial hereinläuft und eine definierte und dauerhafte Verlötung ergibt.Wärmedehnungen des Wabenkörpers werden durch die elasti schen Luftkissen aufgenommen. Eine Beschädigung der Lötverbin dungen ist nicht zu erwarten.

Das gilt auch dann, wenn das Verlöten nicht bei Unterdruck, sondern - ebenfalls in bekannter Weise - in einer Schutzgasat mosphäre erfolgt. Da in diesem Fall aber der die Hohlräume (6) aufblasende, durch Druckdifferenz hervorgerufene Effekt fehlt, wird in diesem Fall vorgesehen, daß bei der Herstellung des Hüllbandes Material in den Hohlräumen eingeschweißt wird, das bei einer längeren Wärmeeinwirkung verdampft. Auch in diesem Fall blasen sich die Hohlräume (6) während des unter Wärmeein wirkung verlaufenden Lötvorganges zu Kissen auf, die die vorher erwähnten Vorteile bringen.

Dazu kommt, daß das Hüllband aufgrund seines Luftvolumens auch eine ausreichende Wärmeisolierung zwischen dem im Betrieb sehr heiß werdenden Wabenkörper und dem äußeren Mantelrohr bewirkt. Dabei bleibt der bekannte Herstellungsprozeß durch Wickeln der gleiche wie bei bekannten Trägerkörpern. Eine Umrüstung auf andere Fertigungsmethoden ist nicht notwendig.

Selbstverständlich läßt sich ein Hüllband gemäß dem erfindungs gemäßen Vorschlag auch an anders aufgebauten Wabenkörpern an bringen und bewirkt dort ähnliche Vorteile. Der Einsatz an ei nem gewickelten Wabenkörper ist aber besonders einfach.

Claims

1. Trägerkörper für einen katalytischen Reaktor zur Abgas reinigung, insbesondere für Brennkraftmaschinen von Kraftfahr zeugen, der aus einem aus Metallbändern hergestellten Wabenkör per besteht, der in ein Mantelrohr eingeschoben und mit diesem verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Umfang des Wabenkörpers (1) und dem Mantelrohr (2) mindestens ein den Wabenkörper umgebendes Hüllband (5) vorgesehen ist, das kissen artige Hohlräume (6) besitzt.

2. Trägerkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlräume (6) zwischen zwei aneinander gelegten metal lischen Glattbändern (7, 8) vorgesehen sind.

3. Trägerkörper nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch ge kennzeichnet, daß die Glattbänder (7, 8) untereinander durch mehrere sich kreuzende Schweißnähte (9) verbunden sind.

4. Trägerkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3 bei einem gewickelten Wabenkörper, dadurch gekennzeichnet, daß das Hüll band (5) am äußersten Ende der Außenlage (3) der gewickelten Bänder (3, 4) angebracht ist und eine Länge (L) besitzt, die mindestens dem Umfang (2 R f) des Wabenkörpers (1) entspricht.

5. Trägerkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Wabenkörper (1), das Hüllband (5) und das Metallrohr (2) untereinander verlötet sind.

6. Verfahren zur Herstellung eines Trägerkörpers nach dem Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Hüllband (5) vor dem Löten durch Verschweißen zweier glatten Metallbänder (7, 8) hergestellt wird und daß dann in an sich bekannter Weise unter Unterdruckeinwirkung die Verlötung unter gleichzeitigem Aufwöl ben der Hohlräume (6) des Hüllbandes (5) vorgenommen wird.

7. Verfahren zur Herstellung eines Trägerkörpers nach dem Anspruch 3 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Hüllband (5) vor dem Löten durch Verschweißen der glatten Metallbänder (7, 8) hergestellt wird, daß in jeden Hohlraum (6) Materialien einge schweißt werden, die bei Wärmebeaufschlagung verdampfen, und daß die Verlötung in bekannter Weise unter Wärmeeinwirkung in einer Schutzgasatmosphäre durchgeführt wird.