DE4018704C2 - Verfahren zur Herstellung gewickelter und/oder geschichteter metallischer Katalysator-Träger - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung ge­ wickelter und/oder geschichteter metallischer Katalysa­ tor-Träger, insbesondere für Kraftfahrzeug-Abgaskatalysa­ toren, durch Versehen von glatten Blechbändern mit einer Höcker-Nut-Struktur, anschließendes Wickeln und/oder Schichten eines oder mehrerer beschichteter und nicht be­ schichteter Bandabschnitte zu einem quer durchströmbaren Körper und Einfassen dieses Körpers in ein Gehäuse.

Aus DE 89 09 671 01 ist ein Verfahren zur Herstellung von Katalysator-Trägerkörpern, auch Monolithe genannt, bekannt, die eine zylindrische, ovale oder weitgehend rechteckige Form haben. Die für die Herstellung der Kata­ lysator-Kerne verwendeten glatten Blechbänder haben eine Dicke von ca. 40 µm; sie werden üblicherweise quer zur Walzrichtung in Wellen geformt und anschließend auf ein glattes Basisband aufgelegt. Danach werden mehrere sol­ cher Stapel um je eine Knicklinie im Zentralbereich ge­ faltet und im gefalteten Zustand gegenseitig umeinander und um den Zentralbereich mit den Knicklinien verschlun­ gen.

Nachteilig ist, daß die nach dem bekannten Verfahren her­ gestellten metallischen Katalysator-Träger in ihrer als "Monolith" herstellbaren Länge von der Breite des gewalz­ ten Trägerbandes abhängig sind. Die Breite solcher Bän­ der ist wegen der außerordentlich geringen Dicke auf­ grund der technischen Möglichkeiten des Walzens be­ schränkt. Da die von den Abgasen oder zu behandelnden Gasen zu durchlaufenden Strecken unterschiedlich lang sind, ist es erforderlich, entweder unterschiedlich lange Monolithe herzustellen oder mehrere derartiger Mo­ nolithe hintereinander zu schalten, um das gewünschte Ka­ talyse-Verhalten zu erreichen. Dadurch ergeben sich ins­ gesamt fertigungstechnische und kostenmäßige Nachteile, insbesondere in bezug auf die ebenfalls angebotenen, mit Keramik-Trägern arbeitenden Abgas-Katalysatoren.

Es stellt sich demnach die Aufgabe, ein Verfahren zur Herstellung gewickelter und/oder geschichteter Katalysa­ tor-Träger anzugeben, das es erlaubt, Kerne derartiger Träger in unterschiedlichen Längen einfach herzustellen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das glatte Blechband vor oder nach dem Ablängen längs zu seiner Walzrichtung mit einer Höcker-Nut-Struktur, vorzu­ gsweise einer Wellenstruktur, versehen wird, wobei die Wellenstruktur gegebenenfalls eine unterschiedliche Wel­ len-Amplitude oder Wellen-Breite aufweist.

Das Verfahren liefert demnach zunächst einmal ein Zwi­ schenprodukt zur Herstellung gewickelter und/oder ge­ schichteter metallischer Katalysator-Träger, das aus ein­ zelnen, relativ schmalen, aber in beliebiger Länge vor­ handenen Bandabschnitten mit einer Höcker-Nut-Struktur besteht. Unter der vorgenannten Höcker-Nut-Struktur sol­ len, wie für Kfz-Abgas-Katalysatoren bekannt, in Längs­ richtung gewellte Bänder verstanden werden. Dabei kann das glattgewalzte Band zunächst gelängt und anschließend, z. B. durch Tiefziehen oder Walzen, mit einer Höcker-Nut-Struktur versehen werden. Eine durch Walzen aufgebrachte Wellenstruktur ermöglicht entsprechend der gewünschten Stromverteilung über den Querschnitt des Kerns, die Wellen-Amplitude in verschiedenen Bereichen unterschiedlich vorzusehen. Eine solche Möglichkeit bietet das bekannte Verfahren, bei dem mittels einer Kaniluren-Walzen eine Wellenstruktur in ein Blechband quer zur Längsrichtung eingebracht wird, nicht. Es wird nicht ausgeschlossen, daß darüber hinaus auch andere Strukturen verwendet werden, wie sie beispielsweise für Wärmetauscher, Rieselwände oder ähnliche Kontaktflächen bekannt sind. Wie bekannt, werden die fertigen Abgas- Katalysator-Träger zunächst noch mit einer porösen kera­ mischen Beschichtung, vorzugsweise Aluminiumoxid, ver­ sehen und anschließend mit einer äußerst feinen Edel­ metall-Dotierung versehen. Eine solche Nachbehandlung kann selbstverständlich auch auf einer beliebigen Höcker- und/oder Nut-Struktur aufgebracht werden.

Um die Verarbeitungslänge des Trägerbandes zu vergrößern, werden jeweils wenigstens zwei mit Höcker-Nut-Struktur versehene Trägerbänder auf Stoß oder in gerin­ gem Abstand nebeneinanderliegend über einen den Stoß bzw. Abstand überbrückenden glatten Basisbandabschnitt verbunden. Ausgehend von dieser Verfahrensweise ist es möglich, mittels Aufreihung und Verbinden sich schicht­ weise überlappender Bandabschnitte einen Trägerband­ strang herzustellen, der beispielsweise anschließend in einer Spirale gewickelt wird.

Soll auf ein Basisband verzichtet werden so wird vor­ geschlagen, die Höcker-Nut-Struktur beispielsweise mit Ausstülpungen und Noppen zu versehen, so daß ein Einschie­ ben der Höcker in Nuten eines benachbart liegenden Trä­ gerbandes beim Wickeln verhindert wird.

Die bei dem Verfahren hergestellten Produkte lassen sich demnach einmal wickeln, wobei insbesondere von einem vor­ beschriebenen Trägerband-Strang ausgegangen werden kann; es lassen sich aber auch Katalysator-Kerne schichten, nämlich durch übereinandergelegte, einzelne Trägerband­ abschnitte, die beispielsweise in einem quadratischen oder rechteckigen Gehäuse zusammengefaßt werden. Darüber hinaus sind Mischformen möglich, beispielsweise in dem geschuppt liegende Trägerbandabschnitte jeweils um eine Ecke herumgebogen werden, so daß sich die eingangs ge­ nannte Querschnittsansicht bzw. ein S-förmiger Quer­ schnitt ergibt.

Das Verfahren wird erläutert anhand der Figuren. Die Fi­ guren zeigen:

Fig. 1a bis e verschiedene Schritte der Herstellung eines Katalysator-Trägers in einer ersten Variante;

Fig. 2a bis c eine zweite Verfahrensvariante;

Fig. 3 eine Wellungsform, die sich aufgrund einer spe­ ziellen Walzung ergibt.

In Fig. 1a ist schematisch die erste Phase des Verfah­ rens dargestellt. Von einer Wickelrolle 1 wird ein glattes Blechband 2 in einer Breite größer als 300 mm abgewickelt und einer Formwalzen-Station mit zwei Formwalzen 3, 4 zugeführt. Nach Durchlauf durch die Form­ walzenstation hat das glatte Blechband eine Höcker-Nut-Struktur, hier Wellenstruktur, erhalten. Nach Durchlauf einer weiteren Strecke mit der Länge L wird das gewellte Blechband 6 abgelängt. Es entstehen damit Träger-Band­ abschnitte 7, 8 der Länge L. Die Träger-Bandabschnitte 7, 8 werden, wie es die Fig. 1c zeigt, um eine Zwischen­ lage 9 aus glattem Blech herumgewickelt, so daß eine Kom­ bination aus Wicklung und Schichtung entsteht, bei der die einzelnen Träger-Bandabschnitte 7, 8 geschuppt und gebogen liegen. Fig. 1d zeigt, wie zwei derartige Wicklungs­ schichten aufeinandergelegt werden und in eine S-Konfiguration 10 gemäß Fig. 1e zusammengelegt werden. Anschließend wird das Gebilde noch von einem Gehäuse, beispielsweise einem zylindrischen Becher, eingefaßt. Dieses Gehäuse kann gleichzeitig als Katalysatorgehäuse dienen. Es ist hier nicht besonders dargestellt, da die­ ser Schritt an sich bekannt ist. Wesentlich ist, daß die Länge L des Katalysator-Trägers gemäß Fig. 1e von der Breite des glatten Blechbandes 2 völlig unabhängig ist, so daß der Kern 10 in mehrere "Monolithe-Einheiten" auf­ geteilt werden kann oder eine beliebige Länge aufweist. Dies bedeutet einen wesentlichen Schritt zur Verein­ fachung und Verbesserung des bekannten Herstellungsver­ fahrens.

In der Fig. 2a ist ausgegangen von gewellten Träger- Bandabschnitten 17, 18, wie sie auch aus der Fig. 1 her­ vorgehen. Die mit der Wellenstruktur versehenen Trä­ ger-Bandabschnitte 17, 18 sind auf Stoß oder in geringem Abstand nebeneinanderliegend aufgereiht. Unter oder über dieser Aufreihung werden nunmehr die Stöße bzw. Abstände überbrückende glatte Basisbandabschnitte 12 gelegt und jeweils in den Nutsohlen mit den aufliegenden Träger- Bandabschnitten 17, 18 verlötet. Hierdurch ergeben sich schichtweise überlappende Träger-Bandabschnitte und da­ mit ein Trägerbandstrang 19, der die gewünschte Breite L hat. Dieser Trägerbandstrang 19 kann dann gemäß Fig. 2a beispielsweise zu einer Spirale gewickelt und zu ei­ nem engen Kern zusammengefaßt werden (Fig. 2c). Demnach erhält man einen Kern 20 der Länge L, wobei die Länge L größer ist als die Breite des gewellten Blechbandes 6 aus Fig. 1, welches das Ausgangsmaterial darstellt. Die Herstellung des Trägerbandstranges 19 ist nicht wesent­ lich komplizierter als die an sich bekannte Herstellung von quer zur Walzrichtung gewellten Träger-Bandabschnit­ ten, die mit einem Basisband unterlegt sind. Das relativ kostspielige Löten ist in beiden Fällen erforderlich. Es sei aber auch nicht ausgeschlossen, daß beispielsweise das Basisband 12 aus zwei getrennten Einzelbändern 14, 15 besteht, die jeweils "endlos" sind und die auf sich einzelne Träger-Bandabschnitte 17, 18 (gestrichelt darge­ stellt) tragen.

Wie bereits angedeutet, ergibt die quer zur Walzrichtung erfolgende Riefung und Nutung der Formwalzen 3, 4 die Möglichkeit, die Formwalzen in verschiedenen Strukturen herzustellen. Beispielsweise ist es mög­ lich, eine Wellenstruktur anzugeben, die über die Breite des Bandes gesehen unterschiedliche Wellen-Amplituden und Wellen-Breiten aufweist, so daß beispielsweise der Fließquerschnitt des Katalysators bei geschichteten Trä­ ger-Bandabschnitten genau ausgleichbar ist. Es ist auch möglich, das glattgewalzte Band zunächst abzulängen und anschließend, z. B. durch Tiefziehen oder Walzen, eine Höcker- und Nut-Struktur zu verleihen. Selbstverständ­ lich kann von einer Wellenstruktur abgewichen werden. Dies dürfte insbesondere dann interessant sein, wenn der Katalysator für andere Zwecke als für Kfz-Abgas-Katalysa­ toren verwendet wird.

In Fig. 3 ist angedeutet, daß die Höcker-Nut-Struktur mit Ausstülpungen 15′ versehen ist, die verhindern, daß die Nut 16 in eine andere Nut 16′ einsinken kann. Eine solche Struktur kann durch Tiefziehen oder Walzen zu­ nächst hergestellt und anschließend durch seitliches Stauchen der Träger-Bandabschnitte in Form gebogen wer­ den.

Wie bereits bekannt, werden die Kerne nach der Zusammen­ stellung mit einer porösen Keramikschicht, insbesondere aus Aluminiumoxid, beschichtet und anschließend mit ei­ ner Mischung aus Edelmetallen dotiert. Sowohl bei der Be­ schichtung/Dotierung als auch bei dem Einbau selbst er­ geben sich erhebliche Fertigungsvorteile, wenn Kerne mit beliebiger Länge L möglich sind. Die Zahl der notwendi­ gen Lötstellen reduziert sich weitgehend. Selbst dann, wenn über die Länge L hinausgehende Längen erreicht wer­ den sollen, ist der Vorteil noch erheblich, da beispiels­ weise nur ein Lötautomat erforderlich ist, um längere Mo­ nolithe herzustellen. Ein weiterer Vorteil ist, daß aus einem langen Kern mehrere kleinere ggf. bereits ober­ flächenbehandelte Monolithe geschnitten werden können. Es ist ebenfalls denkbar, die Oberflächenbehandlung vor dem Wickeln der Körper durchzuführen.

Claims (3)

1. Verfahren zur Herstellung gewickelter und/oder ge­ schichteter metallischer Katalysator-Träger, insbe­ sondere für Kraftfahrzeug-Abgaskatalysatoren, durch Versehen von glatten Blechbändern mit einer Höcker- Nut-Struktur, anschließendes Wickeln und/oder Schich­ ten eines oder mehrerer beschichteter und nicht be­ schichteter Bandabschnitte zu einem quer durchström­ baren Körper und Einfassen dieses Körpers in ein Ge­ häuse, dadurch gekennzeichnet, daß das glatte Blechband (2) vor oder nach dem Ablän­ gen längs zu seiner Walzrichtung mit einer Höcker- Nut-Struktur, vorzugsweise einer Wellenstruktur, ver­ sehen wird, wobei die Wellenstruktur gegebenenfalls eine unterschiedliche Wellen-Amplitude oder Wellen-Breite aufweist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils wenigstens zwei mit Höcker-Nut-Struktur versehene Bandabschnitte (17, 18) auf Stoß oder in geringem Abstand nebeneinanderliegend über ein den Stoß bzw. Abstand überbrückendes glattes Basisband (12) verbunden werden und daß durch Aufreihen und Verbinden sich schichtweise überlappender Bandab­ schnitte ein Band-Strang (19) hergestellt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Basisband (12) aus zwei, vorzugsweise rand­ seitig angeordneten glatten, endlosen Blechbändern (14, 15) besteht, die nebeneinanderliegend Bandab­ schnitte (17, 18) tragen.