DE4228266A1 - Exhaust gas catalyst converter - based on foils coated and joined by sintered cellular coating - Google Patents
Exhaust gas catalyst converter - based on foils coated and joined by sintered cellular coatingInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen metallischen Trägerkörper, mit gesinterter Zellstruktur, dessen Temperaturbeständigkeit und mechanische Festigkeit für eine motornahe Anordnung verbessert worden ist. Als Anwendungsgebiete sind insbesondere Abgasanlagen von Verbrennungsmotoren und Brennerbauteile für industrielle Anlagen zu nennen.The invention relates to a metallic Carrier body, with sintered cell structure, the Temperature resistance and mechanical strength for an arrangement close to the engine has been improved. Exhaust systems are particularly useful of internal combustion engines and burner components for to name industrial plants.
Als Katalysatoren zum Reinigen von Abgasen aus Verbren nungsprozessen und insbesondere aus Kraftfahrzeugen werden im allgemeinen metallische oder keramische Katalysatorträger verwendet.As catalysts for cleaning exhaust gases from combustion processes and in particular from motor vehicles are generally metallic or ceramic Catalyst carrier used.
Die metallischen Trägerkörper werden dabei vor dem Auf bringen der keramischen Katalysatorenträgerschicht thermisch vorbehandelt und bestehen dazu aus Sonder werkstoffen. Die zu einem Trägerkörper zusammengefügten Metallmonolithe aus Trägerfolien werden durch eine Löt verbindung oder mechanisch gehalten.The metallic carrier body are before opening bring the ceramic catalyst carrier layer thermally pretreated and made of special materials. The assembled into a carrier body Metal monoliths from carrier foils are soldered connected or held mechanically.
In neuerer Zeit wird vorgeschlagen, die Katalysatoren zur weiteren Absenkung der Abgaswerte motornah anzu ordnen, wobei der Katalysator sehr hohen Temperaturen und mechanischen Belastungen ausgesetzt wird. Die Verbindungstechnologie der Katalysatorenträger durch Lötung oder mechanische Befestigung ist jedoch nicht ausreichend, da das Lot bei hohen Temperaturen erweicht und die Pulsation an den Einzelzylindern von Verbrennungsmotoren die mechanische Haltbarkeit zerstört.More recently, the catalysts have been proposed to further reduce the exhaust gas values close to the engine arrange, the catalyst being very high temperatures and exposed to mechanical loads. The connection technology of the catalyst carrier through soldering or mechanical attachment, however not sufficient as the solder at high temperatures softens and the pulsation on the individual cylinders of Internal combustion engines have mechanical durability destroyed.
Aus der DE 35 28 208A1 ist ein Verfahren zur Herstellung metallischer Katalysatorenträger bekannt, bei dem Metallfolien zu einem Träger gewickelt und anschließend verlötet werden.DE 35 28 208A1 describes a process for the production metallic catalyst carrier known in which Metal foils wrapped in a carrier and then to be soldered.
Dieses Verfahren hat sich in der Praxis für den niederen und mittleren Temperaturbereich bewährt, jedoch sind durch die Löttechnologie in der Hochtemperaturanwendung Grenzen gesetzt.In practice, this procedure has been used for the lower and medium temperature range are tried and tested, however through the soldering technology in high temperature applications Set limits.
Der Katalysatorträger wird in zusammengebauter Form wärmebehandelt zur Erzeugung einer Oberflächenoxid schicht und danach zusätzlich mit einer keramischen Katalysatorträgerschicht beschichtet. Erst auf diese keramische Katalysatorträgerschicht sind die Katalysatoren, in der Regel Edelmetalle, aufzubringen.The catalyst carrier comes in an assembled form heat treated to produce a surface oxide layer and then additionally with a ceramic Coated catalyst support layer. Only on this ceramic catalyst carrier layer are the Catalysts, usually precious metals, to apply.
In der DE 36 40 025A1 wird ein metallischer Katalysator träger beschrieben, dessen Folienmaterial aus Sonder werkstoffen besteht, damit sich die für die keramische Katalysatorträgerbeschichtung erforderliche Oxidschicht an der Folienoberfläche durch Wärmebehandlung ausbildet. DE 36 40 025A1 describes a metallic catalyst carrier described, its film material made of special materials so that they are suitable for ceramic Oxide layer required for catalyst support coating formed on the film surface by heat treatment.
Das Verfahren zeigt die Kompliziertheit des Verbundes der Metallträgeroberfläche und der keramischen Kataly satorträgerschicht.The process shows the complexity of the association the metal support surface and the ceramic Kataly sator carrier layer.
Aus der DE 38 38 295A1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines metallischen Katalysatorträgers bekannt, bei dem das Folienmaterial vor dem Zusammenfügen zu einem Trägersystem wärmebehandelt und mit einer keramischen Katalysatorträgerschicht beschichtet wird. Die fertig beschichtete Katalysatorträgerfolie wird danach zu einem Katalysatorträger gewickelt und mechanisch durch Stifte oder andere Halteelemente in einem Gehäuse be festigt. Diese Art der mechanischen Befestigung hat sich nur bei sehr gering pulsierenden Abgas strömen bewährt und ist für die zylindernahe Anordnung in Einzelabgasleitungen von Ein-und Mehrzylindermotoren ungeeignet.DE 38 38 295A1 describes a process for the production a metallic catalyst support is known in which the film material before assembling it into one Carrier system heat-treated and with a ceramic Catalyst support layer is coated. The done coated catalyst carrier film is then to wound on a catalyst carrier and mechanically Pins or other holding elements in a housing consolidates. This type of mechanical attachment has flow only with very little pulsating exhaust gas proven and is for the cylinder close arrangement in Single exhaust pipes from single and multi-cylinder engines not suitable.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen metal lischen Trägerkörper derart zu schaffen, daß dieser sehr hohen Abgastemperaturen und hohen mechanischen Belastungen in einer motornahen Anordnung bei Verbren nungsmotoren standhält.The invention has for its object a metal mischen carrier body to create such that this very high exhaust gas temperatures and high mechanical Loads in an arrangement close to the engine when burning withstand motors.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen metal lischen Trägerkörper mit gesinterter Zellstruktur aus der im Anspruch 1 gekennzeichneten Maßnahme gelöst.The object is achieved by a metal mechanical carrier body with sintered cell structure the measure characterized in claim 1 solved.
Hierbei werden die metallischen Trägerfolien mit Sinter metallpulver und Katalysatoren beschichtet, zu einem Trägersystem zusammengefügt und danach die beschich teten Trägerfolien miteinander versintert.Here, the metallic carrier foils with sinter metal powder and catalysts coated, into one Carrier system put together and then the coating sintered carrier foils together.
Dieses hat zur Folge, daß beim Sintern der Folien zu einem Trägerkörper auf der gesamten Folienoberfläche eine große, rauhe und ungleichförmige Struktur entsteht, die Folien in den Berührungspunkten mechanisch fest ver bunden, und die Katalysatoren fest in der gesinterten Oberfläche der Folien verankert sind.The result of this is that when the foils are sintered, too a carrier body on the entire film surface a large, rough and irregular structure is created, the foils mechanically firmly in the points of contact tied, and the catalysts firmly in the sintered Surface of the foils are anchored.
Als Katalysatoren können verschiedene Edelmetalle, Nichtedelmetalle oder ein Gemisch von beiden Verwendung finden.Various noble metals, Base metals or a mixture of both uses Find.
Für die bessere Haftfähigkeit des Sintermetallpulvers mit oder ohne Katalysatoren werden dem Sintermetall pulver keramische oder organische Binder, die vorzugs weise in einer wäßrigen Lösung gelöst sind, zugesetzt. Das Sintermetallpulver ist dabei in der Lösung gleich mäßig verteilt und fällt auch bei tagelangem Ruhezustand nicht aus.For better adhesion of the sintered metal powder with or without catalysts are the sintered metal powder ceramic or organic binder, the preferred are dissolved in an aqueous solution. The sintered metal powder is the same in the solution moderately distributed and falls even after days of rest not from.
Danach wird das als Lösung vorhandene Sintermetall pulver auf die Trägerfolie aufgebracht. Dies kann durch Tauchen, Aufspritzen, Aufrollen, elektrostatisch oder im Plasmaspritzverfahren erfolgen.Then the sintered metal present as a solution powder applied to the carrier film. This can be done by Dipping, spraying, rolling up, electrostatic or done by plasma spraying.
Die Trägerfolien werden einseitig oder doppelseitig mit Sintermetallpulver und Katalysatoren beschichtet. The carrier foils are included on one or both sides Sintered metal powder and catalysts coated.
Eine weitere Verbesserung der Haftfähigkeit des gelösten Sintermetallpulvers mit der Folienoberfläche bewirkt die thermische, chemische oder mechanische Vorbehandlung der Trägerfolie.Another improvement in the adhesiveness of the dissolved Sintered metal powder with the film surface does that thermal, chemical or mechanical pretreatment of the Carrier film.
Als Vorteil zur Verbesserung bei der Fertigung hat sich eine Vorsinterung bei niedriger Temperatur der Träger folie vor seinem Zusammenbau zu einem Trägersystem erwiesen.Has proven to be an improvement in manufacturing presintering at low temperature of the carriers foil before assembling it into a carrier system proven.
Die Wirkung eines Katalysators hängt wesentlich von den strömungsmechanischen Eigenschaften seines Trägersystems ab. Dabei hat auch die Oberflächen struktur der auf der Trägerfolie aufgebrachten Kataly satorträgerschicht eine große Bedeutung zur Ver besserung des turbulenten Strömungsverlaufes in den Kanälen des Trägersystems. Deshalb werden die einzelnen Trägerfolien nur punkt- oder abschnittsweise mit Sintermetallpulver beschichtet.The effect of a catalyst depends largely on the fluid mechanical properties of its Carrier system. It also has the surfaces structure of the Kataly applied to the carrier film sator carrier layer is of great importance for ver improvement of the turbulent flow in the Channels of the carrier system. That is why the individual Carrier films only with points or sections Sintered metal powder coated.
Derartige Wirkungen werden auch durch eine Beimischung von porenbildenden Stoffen zum Sintermetallpulver, unterschiedliche Korngrößenstruktur des Sintermetall pulvers oder einer zusätzlichen keramischen Träger schicht auf den gesinterten Träger erzielt.Such effects are also caused by an admixture from pore-forming substances to sintered metal powder, different grain size structure of the sintered metal powder or an additional ceramic carrier layer on the sintered carrier.
Eine weitere Maßnahme zur Steigerung der Oberflächen aktivität mit dem Abgas ist die Einbringung und Aus richtung von nadel- oder tropfenförmigen Kornstrukturen in die Sintermetallpulverschicht. Dabei wird die größte Wirkung bei senkrechter Ausrichtung der nadel- oder tropfenförmigen Körner senkrecht zur Strömungsachse erreicht.Another measure to increase the surface activity with the exhaust gas is the introduction and off Direction of acicular or teardrop-shaped grain structures into the sintered metal powder layer. The largest Effect with vertical alignment of the needle or teardrop-shaped grains perpendicular to the flow axis reached.
Durch das Versintern bei hohen Temperaturen des gesamten Katalysatorträgers entsteht ein thermisch und mechanisch fester Körper, der den Bedingungen eines motornahen Einbaus standhält.By sintering at high temperatures of the whole Catalyst carrier is a thermally and mechanically solid body that meets the conditions of a motor Installation withstands.
Der erfindungsgemäße Trägerkörper hat ferner den Vorteil, daß eine thermische Vorbehandlung der Trägerfolien zur Erzeugung einer Oxidschicht zum sicheren Anhaften einer keramischen Katalysatorträgerschicht entfallen kann und keine Sonderwerkstoffe als Trägerfolie verwendet werden müssen.The carrier body according to the invention also has the advantage that a thermal pretreatment of the carrier films for Generation of an oxide layer for securely adhering one ceramic catalyst support layer can be omitted and no special materials are used as carrier film have to.
Durch den erfindungsgemäßen Trägerkörper mit gesinterter Zellstruktur wird außerdem die Festigkeit der Katalysa torträgerschicht im Verbund mit der Katalysatorfolie erhöht, ein Ausblasen oder Ablösen der Katalysator trägerschicht wird sicher verhindert.By the carrier body according to the invention with sintered Cell structure also increases the strength of the catalyst door support layer in combination with the catalyst foil increased, blowing out or detaching the catalyst backing layer is reliably prevented.
Ein weiterer Vorteil bei der Herstellung des metal lischen Trägerkörpers mit gesinterter Zellstruktur ist es, daß auf eine keramische Katalysatorträger schicht völlig verzichtet werden kann, was eine Vereinfachung und kostengünstige Fertigung bewirkt. Another advantage in the manufacture of the metal mical carrier body with sintered cell structure is that on a ceramic catalyst carrier layer can be completely dispensed with, what a Simplification and cost-effective production.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil ist es, daß der Träger mit gesinterter Zellstruktur einfacher zu recyclen ist, da eine Trennung Metall und Keramik nicht erforderlich ist.Another major advantage is that the Carrier with sintered cell structure easier to Recycle is because there is no separation between metal and ceramic is required.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.The invention is described below with reference to the attached drawings explained in more detail.
Fig. 1 ist eine schematische Darstellung eines Katalysatorträgerquerschnittes mit aufge brachter Sintermetallschicht. Fig. 1 is a schematic representation of a catalyst carrier cross section with applied sintered metal layer.
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Katalysatorträgerschnittes mit aufgebrachten, gerichteten Kornstrukturen in der Sintermetall schicht. Fig. 2 shows a schematic representation of a catalyst carrier section with applied, directed grain structures in the sintered metal layer.
Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung eines montierten Katalysatorträgers mit Gehäuse. Fig. 3 shows a schematic representation of an assembled catalyst carrier with housing.
Fig. 4 zeigt das dazugehörige Verfahren zur Herstel lung des metallischen Trägerkörpers mit gesinterter Zellstruktur. Fig. 4 shows the associated method for the produc- tion of the metallic carrier body with sintered cell structure.
Katalysatorträger werden aus dünnen Katalysatorträger folien, die vorher profiliert, geschlitzt, gepreßt oder andersartig geformt sind, hergestellt.Catalyst carriers are made from thin catalyst carriers foils that have been previously profiled, slotted, pressed or are shaped differently.
Auf diese Trägerfolien wird zur Vergrößerung der wirk samen Oberfläche eine Katalysatorträgerschicht, die bei bisherigen Systemen aus Keramik besteht, aufge bracht und in diese danach die Katalysatoren (3) einge lagert.On these carrier foils a catalyst carrier layer, which in previous systems is made of ceramic, is brought up to enlarge the effective surface and the catalysts ( 3 ) are then stored therein.
Das hervorragende Merkmal der Erfindung besteht darin, die Trägerfolien (1) nach ihrer Profilierung mit Sinter metallpulver (2) beschichtet werden.The outstanding feature of the invention is the backing sheets are coated (1) following its profile with sintered metal powder (2).
Das Sintermetallpulver (2) wird dazu mit verschiedenen keramischen oder organischen Bindemitteln, sowie Stoffen, die den Sinterprozeß beschleunigen oder verbessern, versetzt und auf die Trägerfolie (1) durch Aufspritzen, Aufrollen, elektrostatisch, im Tauchverfahren oder Plasmaspritzverfahren aufgebracht. Die Trägerfolie (1) kann zur Verbesserung der Haftfähigkeit des auf zu bringenden Sintermetallpulvers (2) thermisch oder chemisch vorbehandelt sein. Katalysatoren können dabei direkt beim Beschichtungsvorgang in das mit Bindemitteln versehene Sintermetallpulver (2) zugegeben werden. Es können sowohl Edelmetalle, wie auch Nichtedelmetalle verwendet werden.The sintered metal powder ( 2 ) is mixed with various ceramic or organic binders, as well as substances that accelerate or improve the sintering process and applied to the carrier film ( 1 ) by spraying, rolling, electrostatically, by immersion or plasma spraying. The carrier film ( 1 ) can be pretreated thermally or chemically to improve the adhesion of the sintered metal powder ( 2 ) to be applied. Catalysts can be added directly to the sintered metal powder ( 2 ) provided with binders during the coating process. Both noble metals and non-noble metals can be used.
Die beschichteten Trägerfolien (1) werden danach zu einem Trägersystem (4) zusammengefügt und in ein Gehäuse ver packt. The coated carrier films ( 1 ) are then assembled to form a carrier system ( 4 ) and packed in a housing.
Fig. 1 zeigt einen Querschnitt eines Katalysator trägersystems, bestehend aus einer glatten und einer gewellten Trägerfolie (1), die mit einer Katalysator trägerschicht beschichtet ist. Wichtig dabei ist, daß sich das Sintermetallpulver (2) in den Knotenpunkten zwischen den Trägerfolien (1) und gleichmäßig auf der ganzen Trägerfolienoberfläche befindet. Fig. 1 shows a cross section of a catalyst carrier system consisting of a smooth and a corrugated carrier film ( 1 ) which is coated with a catalyst carrier layer. It is important that the sintered metal powder ( 2 ) is located in the nodes between the carrier foils ( 1 ) and evenly on the entire surface of the carrier foil.
In Fig. 3 ist ein zusammengefügtes Trägersystem (4) in einem Gehäuse schematisch dargestellt.In Fig. 3, an assembled carrier system ( 4 ) is shown schematically in a housing.
Der verpackte Trägerkörper (4) wird in einem Sinterofen unter Vakuum bei hohen Temperaturen gesintert. Dabei entsteht ein mechanisch fester Trägerkörper durch die Versinterung der einzelnen Trägerfolien (1) an seinen Knotenpunkten und eine sehr große, rauhe Oberfläche auf der gesamten Trägerfolie (1).The packaged carrier body ( 4 ) is sintered in a sintering furnace under vacuum at high temperatures. A mechanically strong carrier body is created by the sintering of the individual carrier films ( 1 ) at its nodes and a very large, rough surface on the entire carrier film ( 1 ).
Die für die Schadstoffreduzierung verantwortlichen Katalysatoren (3) werden entweder dem Sintermetall pulver (2) vor dem Aufbringen auf die Trägerfolie (1) zugegeben oder in einem gesonderten Verfahrens schritt auf den gesinterten Trägerkörper (4) aufgebracht.The catalysts ( 3 ) responsible for reducing pollutants are either added to the sintered metal powder ( 2 ) before being applied to the carrier film ( 1 ) or applied to the sintered carrier body ( 4 ) in a separate process.
Fig. 4 zeigt schematisch den Verfahrensablauf zur Herstellung eines metallischen Trägerkörpers mit gesinterter Zellstruktur. Fig. 4 schematically shows the process flow for manufacturing a metallic carrier body with sintered cell structure.
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1992
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Legal Events
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| 8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |