DE69400179T2

DE69400179T2 - Katalysatorträger in einem Abgasreinigungssystem und Herstellungsverfahren des Trägerkörpers

Info

Publication number: DE69400179T2
Application number: DE69400179T
Authority: DE
Inventors: Tsutomu Mutoh
Original assignee: Showa Aircraft Industry Co Ltd
Current assignee: Showa Aircraft Industry Co Ltd
Priority date: 1993-03-05
Filing date: 1994-02-28
Publication date: 1997-01-02
Anticipated expiration: 2014-03-01
Also published as: JPH06254411A; EP0613997A1; ES2087795T3; DE69400179D1; TW253011B; ATE138155T1; EP0613997B1

Description

Beschreibung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Katalysatorträger(-körper) zur Verwendung in einem Abgasreinigungssystem oder einer -vorrichtung. Genauer gesagt bezieht sich die Erfindung auf einen in einem katalytischen Konverter verwendeten Katalysatorträger(-körper) zum Reinigen eines Abgases aus einem Fahrzeugmotor oder dergleichen als Katalysatorhaltekörper, an dem Partikel eines Katalysators abgelagert sind.
Fig. 7A bis 7C sind perspektivische Ansichten eines bestehenden Katalysatorträgerkörpers 1, wie er üblicherweise in bestehenden Abgasreinigungssystemen verwendet wird und aus JP- A-1274845 bekannt ist. Der Katalysatorträger 1 umfaßt üblicherweise ein gewelltes Metallblech oder -blatt 2, wie in Fig. 7A gezeigt, und ein oder zwei ebene Metallbleche oder -blätter 3, wie in Fig. 7B gezeigt, die alternierend derart geschichtet, aufgewickelt und miteinander verlötet werden, daß der Katalysatorträgerkörper als Ganzes eine mehrfach ge wickelte Konfiguration aufweist und eine wabenförmige Struktur ergibt, in der die Zellenwandungen durch das gewellte Blatt 2 und die ebenen Blätter 3 bestimmt werden. In Fig. 7C bezeichnet Bezugszeichen 4 die Zellen, und 5 bezeichnet einen äußeren Zylinder des Katalysatorträgers 1.
Fig. 8A bis 8C sind ebenfalls vorgesehen, um den gleichen bestehenden Trägerkörper 1 zu erläutern, wobei Fig. 8A und 8B eine Seitenansicht bzw. eine Vorderansicht einer Formwalze 7 zur Formung einer ebenen Platte, Tafel oder (im folgenden überwiegend benutzt) Bahn 6 in das gewellte Blatt 2 sind und Fig. 8C eine Draufsicht einer Kombination des gewellten Blattes 2 und des ebenen Blattes 3 ist. In Fig. 8C bezeichnet Bezugszeichen 8 einen äußersten Abschnitt des ebenen Blattes 3, das mit dem äußeren Zylinder 5 zu verbinden ist, und 9 bezeichnet ein Lötfüllmetall. Der auf diese Weise erzeugte Katalysatorträger 1 wird üblicherweise beispielsweise in einem Automobilmotor verwendet, und zwar zum Zwecke des Einführens eines heißen Abgases aus dem Motor, so daß die an dem Trägerkörper abgelagerten Katalysatorpartikel gegenüber schädlichen Substanzen reagieren, die in dem Abgas enthalten sind, um das Gas zu reinigen.
Der bestehende Katalysatorträger 1 bietet jedoch verschiedene Schwierigkeiten, die nachfolgend erörtert werden.
Erstens sind das gewellte Blatt 2 und das ebene Blatt 3 in ihrer Wärmedehnung verschieden, wenn sie, während ein heißes Abgas hindurchtritt und durch katalytische Reaktion Wärme erzeugt wird, wesentlicher Hitze ausgesetzt werden. Da das gewellte Blatt 2, das durch Falten der ebenen Platte oder Bahn 6 in Form kontinuierlicher Wellen hergestellt wird, in seiner Wärmeausdehnung gegenüber dem ebenen Blatt 3, das die Originalform der ebenen Bahn 6 hat, verschieden ist, und zwar aufgrund der Formunterschiede zwischen beiden, hat, genauer gesagt, das gewellte Blatt 2 einen viel größeren Ausdehnungskoeffizienten als das ebene Blatt 3 und dehnt sich viel stärker aus. Der bestehende Katalysatorträger 1 sieht jedoch die Vorbereitung des gewellten Blattes 2 und des ebenen Blattes 3 in getrennten Körpern und dann die Verbindung derselben durch Löten in einen integral beschränkten Zustand vor. Daher wird der bestehende Katalysatorträger(-körper) 1 einer Wärmebeanspruchung aufgrund der Unterschiede in der Ausdehnung zwischen dem gewellten Blatt 2 und dem ebenen Blatt 3 unterworfen, und dies bewirkt eine Materialermüdung aufgrund der wiederholten Wärmebeanspruchung bei längerer Benutzung, was wiederum eine Qualitätsverschlechterung, Bruchrisse und andere Schäden der Zellenwandungen, die von dem gewellten Blatt 2 und dem ebenen Blatt 3 gebildet werden, verursacht. Daher ist der bestehende Trägerkörper 1 wegen Materialermüdung aufgrund von Wärmebeanspruchung unter schwierigen Betriebsbedingungen hinsichtlich seiner Standfestigkeit ungenügend.
Zweitens erfordert der bestehende Trägerkörper 1, da er eine Kombination des gewellten Blattes 2 und des ebenen Blattes verwendet, die verschiedene Konfigurationen aufweisen und als voneinander getrennte Körper hergestellt sind, eine relativ große Anzahl an Teilen und verursacht hohe Kosten.
Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Katalysatorträger zur Verwendung in einem Abgasreinigungssystem und ein Verfahren zu seiner Herstellung vorzusehen, womit die Wärmebeanspruchung der Materialien gemindert und die Zahl der Teile durch Verwendung von Folienblättern verringert werden, die jeweils einen oder mehrere gewellte Abschnitte und einen oder mehrere ebene Abschnitte aufweisen, die als verschiedene, aber aneinandergrenzende Bereiche eines einzelnen gemeinsamen Folienblattes definiert sind und sich im wesentlichen parallel zur Langsrichtung des Folienblattes erstrecken.
Nach einem Aspekt der Erfindung umfaßt ein Katalysatorträger zur Verwendung in einem Abgasreinigungssystem eine Mehrzahl länglicher Metallfolienblätter, die derart verbunden sind, daß ein gewellter Abschnitt eines der Folienblätter einem flachen Abschnitt eines anderen der Folienblätter gegenüberliegt, und die in mehreren Schichten gerollt und so zusammengelötet sind, daß sie eine Wabenstruktur (wie in JP-A- 1274845) bilden; und dieser Träger ist dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Metallfolienblätter ein unitäres Element ist, das eine Mehrzahl Bereiche aufweist, die sich im wesentlichen parallel zu dessen Längsrichtung erstrecken und einen oder mehrere gewellte Abschnitte und einen oder mehrere flache Abschnitte bilden.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung umfaßt ein Verfahren zur Herstellung eines Katalysatorträgers gemäß dem ersten Gesichtspunkt der Erfindung zur Verwendung in einem Abgasreinigungssystem die Herstellung eines länglichen Metallfolienblattes, das mindestens einen gewellten Abschnitt und mindestens einen ebenen Abschnitt aufweist, die sich im wesentlichen parallel zur Längsrichtung erstrecken; das Schichten einer Mehrzahl solcher Folienblätter mit gewellten Abschnitten eines der Folienblätter gegenüberliegend dem ebenen Abschnitt eines anderen der Folienblätter, um eine laminierte Struktur zu bilden; das Rollen der laminierten Struktur in Mehrfachschichten und das Hartlöten desselben zur Erzeugung einer Wabenanordnung.
Der Trägerkörper wird üblicherweise unter schwierigen thermischen Bedingungen, wobei er einem heißen Abgas und der durch katalytische Reaktion erzeugten Wärme ausgesetzt ist, verwendet. Der gewellte Abschnitt und der ebene Abschnitt des Folienblattes, die Zellenwandungen definieren, sind in der Ausdehnungsrate verschieden, und der gewellte Abschnitt, der einen höheren Ausdehnungskoeffizienten hat, dehnt sich stärker aus. In dieser Hinsicht umfaßt jedes Folienblatt den gewellten Abschnitt und den ebenen Abschnitt, zwischen denen das gemeinsame Folienblatt aufgeteilt ist, und die Erstrekkung erfolgt im wesentlichen parallel, und eine Mehrzahl Folienblätter werden so geschichtet und gelötet, daß die gewellten Abschnitte flachen Abschnitten gegenüberliegen. Daher begrenzen die flachen Abschnitte die Ausdehnung der gewellten Abschnitte, und beide Abschnitte dehnen sich um im wesentlichen den gleichen Betrag aus, wobei der Unterschied in der Ausdehnungsrate dazwischen aufgenommen wird. Infolgedessen wird die thermische Materialbeanspruchung und der Unterschied in der Ausdehnung aufgrund der Wärmebeanspruchung beseitigt, während eine Materialermüdung selbst bei langer Benutzung nicht auftritt, und eine Verschlechterung, Risse, Bruch und andere Schäden werden vermieden.
Darüber hinaus kann der Katalysatorträger, da er eine geringere Anzahl an Teilen aufweist, in einfacher Konstruktion realisiert werden.
In den begleitenden Zeichnungen ist
Fig. 1A eine Draufsicht auf Folienblätter, die einen Katalysatorträger(-körper) zur Verwendung in einem Abgasreinigungssystem bilden, wobei es sich um eine erste Ausführungsform der Erfindung handelt;
Fig. 1B eine Seitenansicht der in Fig. 1A gezeigten Folienblätter;
Fig. 1C eine perspektivische Ansicht der in Fig. 1A gezeigten Folienblätter;
Fig. 2A eine Draufsicht auf Folienblätter, die einen als zweite Ausführungsform der Erfindung dienenden Katalysatorträger (-körper) bilden;
Fig. 28 eine Seitenansicht der in Fig. 2A gezeigten Folienblätter;
Fig. 2C eine perspektivische Ansicht der in Fig. 2A gezeigten Folienblätter;
Fig. 3A eine Draufsicht auf Folienblätter, die einen als dritte Ausführungsform der Erfindung dienenden Katalysatorträger (-körper) bilden;
Fig. 38 eine Seitenansicht der in Fig. 3A gezeigten Folienblätter;
Fig. 3C eine perspektivische Ansicht der in Fig. 3A gezeigten Folienblätter;
Fig. 4A eine abgeschnittene perspektivische Ansicht eines Folienblattes, das einen vierte Ausführungsform der Erfindung dienenden Katalysatorkörper bildet;
Fig. 4B eine abgeschnitte vergrößerte perspekti vische Ansicht des Grenzbereiches zwischen einem gewellten Abschnitt und einem ebenen Abschnitt in irgendeiner der ersten bis vierten Ausführungsformen;
Fig. 4C eine perspektivische Ansicht des Katalysatorträgers gemäß irgendeiner der ersten bis vierten oder weiteren Ausführungsformen;
Fig. 5 eine Draufsicht einer Kombination der Folienblätter gemäß der ersten Ausführungs form;
Fig. 6A eine Seitenansicht einer Anzahl Formwalzen;
Fig. 6B eine Vorderansicht einer Formwalze, verwendet bei der ersten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 6C eine Vorderansicht einer Formwalze, verwendet bei der zweiten Ausführungsform;
Fig. 6D eine Vorderansicht einer Formwalze, verwendet bei der zweiten Ausführungsform;
Fig. 6E eine Vorderansicht einer Formwalze, ver wendet bei der dritten Ausführungsform;
Fig. 6F eine Vorderansicht einer Formwalze, verwendet bei der vierten Ausführungsform;
Fig. 7A eine perspektivische Ansicht eines gewellten Blattes, das einen bestehenden Katalysatorträger bildet, zur Verwendung bei einem Abgasreinigungssystem;
Fig. 7B eine perspektivische Ansicht eines ebenen Bleches, das den gleichen bestehenden Katalysatorträger bildet;
Fig. 7C eine perspektivische Ansicht der Gesamtheit des gleichen bestehenden Katalysatorträgers;
Fig. 8A eine Seitenansicht einer Formwalze, verwendet zur Bildung des gewellten Blattes, wie es in Fig. 7A gezeigt ist;
Fig. 8B eine Vorderansicht der in Fig. 8A gezeigten Walze; und
Fig. 8C eine Draufsicht einer Kombination des gewellten Blattes und des ebenen Blattes, gezeigt in Fig. 7A bzw. 7B.
Die Erfindung wird nachstehend im einzelnen mittels bevorzugter Ausführungsformen, die in den Zeichnungen gezeigt sind und auf diesen basieren, erläutert.
Unter Bezugnahme auf Fig. 1A bis 6F werden bei einem Verfahren zur Herstellung eines Katalysatorträgers zur Verwendung bei einem Abgasreinigungssystem zuerst längliche Metallfolienblätter 11 aus Edelstahl oder irgendeinem anderen geigneten Material, die jeweils einen unitären Körper bilden, der einen oder mehrere gewellte Abschnitte und einen oder mehrere flache Abschnitte umfaßt, hergestellt, die das gemeinsame Folienblatt teilen und sich im wesentlichen parallel zur Längsrichtung erstrecken. Eine Mehrzahl Konfigurationen der Folienblätter werden nachfolgend vorgeschlagen.
Bei einer ersten, in Fig. 1A bis 1C gezeigten Ausführungsform werden zwei längliche Folienblätter bereitet, die jeweils zwei langgestreckte Bereiche aufweisen, die sich im wesentlichen parallel zur Längsrichtung erstrecken. Bei jedem der Folienblätter sieht einer der beiden Bereiche einen gewellten Abschnitt 12 vor, und der andere der zwei Bereiche sieht einen ebenen Abschnitt 13 vor. Der gewellte Abschnitt ist so gekräuselt, daß sich Rillen und Stege oder Firste, durch die Scheitel dreieckförmiger Wellung erzeugt, in Breitenrichtung erstrecken, d.h. im rechten Winkel relativ zur Längsrichtung des Folienblattes 11, das heißt derart, daß Wellen sich in Langsrichtung wiederholen. Der flache Abschnitt 13 stellt eine flache Ebene dar.
Bei einer zweiten, in Fig. 2A bis 2C gezeigten Ausführungsform werden zwei längliche Folienblätter bereitet, die jeweils drei längliche, sich im wesentlichen parallel zur Längsrichtung erstreckende Bereiche aufweisen. Bei einem der Folienblätter 11 (dem oberen in den Zeichnungen) sieht der zentrale Bereich einen gewellten Abschnitt 12 vor, und zwei Seitenbereiche sehen flache Abschnitte 13 vor. Bei den anderen der Folienblätter 11 (unteres in den Zeichnungen) sieht der zentrale Bereich einen flachen Abschnitt 13 vor, und zwei Seitenbereiche sehen gewellte Abschnitte 12 vor. Die Konfigurationen der gewellten Abschnitte 12 und der flachen Abschnitte 13 selbst sind die gleichen wie die der ersten Ausführungsform Die zweite Ausführungsform schafft daher zwei verschiedene Arten Folienblätter 11.
Bei einer dritten, in Fig. 3A bis 3C gezeigten Ausführungsform werden zwei längliche Folienblätter bereitet, die jeweils vier längliche, sich im wesentlichen parallel zur Längsrichtung erstreckende Bereiche haben. Bei jedem der Folienblätter sehen die vier Bereiche zwei gewellte Abschnitte 12 und zwei ebene Abschnitte 13 in wechselnder Folge vor. Die Konfigurationen der gewellten Abschnitte 12 und der ebenen/flachen Abschnitte 13 selbst sind die gleichen wie die der ersten Ausführungsform Bei einer vierten, in Fig. 4A gezeigten Ausführungsform werden zwei Folienblätter bereitet, die zwei sich im wesentlichen parallel zur Längsrichtung erstreckende längliche Bereiche umfassen. Bei jedem der Folienblätter 11 sieht einer der zwei Bereiche einen gewellten Abschnitt 12 vor, und der andere der Bereiche sieht einen ebenen Abschnitt 13 vor. Der gewellte Abschnitt 12 ist bei dieser Ausführungsform so gekräuselt, daß Rillen und Stege, hergestellt durch Spitzen dreieckförmiger Wellung, sich relativ zur Längsrichtung des Folienblattes 11 diagonal erstrecken, um, wenn sie aufgerollt sind, eine schraubenförmige Konfiguration zu bilden, und zwar ungleich den ersten, zweiten und dritten Ausführungsformen, bei denen sich die Rillen und Stege der Wellung im rechten Winkel zur Längsrichtung des Fohenblattes 11 erstrecken. Der ebene Abschnitt 13 hat jedoch die gleiche Konfiguration wie bei der ersten Ausführungsform.
Es sind ebenfalls weitere verschiedene Ausführungsformen möglich, bei denen beispielsweise das Folienblatt 11 fünf oder mehr Bereiche, die gewellte Abschnitte und ebene Abschnitte in alternierender Folge vorsehen, umfassen, und/oder eine oder mehrere Grenzlinien zwischen den gewellten Abschnitten und den flachen Abschnitten erstrecken sich quer zur Längsrichtung des Folienblattes 11. Es ist auch möglich, daß die Bereiche verschiedene Breiten haben und daß die diagonale Wellung der vierten Ausführungsform so modifiziert wird, daß die diagonale Wellung in einem dazwischen liegenden gefalteten Abschnitt symmetrisch spiegelverkehrt ausgerichtet ist.
Die Grenze zwischen dem gewellten Abschnitt 12 und dem flachen/ebenen Abschnitt 13 kann in einer Anzahl nachstehend erläuterter Arten ausgebildet sein.
Wenn der gewellte Abschnitt 12 in dem Folienblatt gebildet oder geformt wird, kann die Grenze zwischen dem gewellten Abschnitt 12 und dem ebenen Abschnitt 13 schräge Flächen 14 definieren, die an den ebenen Abschnitt 13, wie in Fig. 48 gezeigt, anschließen. Das heißt, die schrägen Flächen 14 können allmählich von dem ebenen Abschnitt 13 zu dem gewellten Abschnitt 12 hin ansteigen. Wahlweise können, obwohl dies nicht gezeigt ist, kleine Ausschnitte entlang der Grenze zwischen den länglichen Bereichen des Folienblattes 11 vorgesehen sein, um in einem Bereich auf einer Seite der Ausschnitte selektive Abschnitte in die gewellte Ausführung zu formen.
Es werden nachfolgend, und zwar unter Bezugnahme auf Fig. 6A bis 6F, eine Anzahl Formwalzen zur Herstellung der Folienblätter 11, die eine oder mehrere gewellte Abschnitte 121 und einen oder mehrere flache/ebene Abschnitte 13 umfassen, erläutert.
Das Folienblatt 11 gemäß der in Fig. 1A und 1B gezeigten Ausführungsform kann unter Verwendung von Formwalzen 15, in Fig. 6B gezeigt, und durch Einführen einer ebenen (dünnen) Tafel, Platte oder (im folgenden kurz) Bahn 6 zwischen die Formwalzen 15, wie dies in Fig. 6A gezeigt ist, hergestellt werden. Jede der in Fig. 6B gezeigten Formwalzen 15 ist eine Kombination eines ebenen Walzenabschnitts 17 und eines gewellten Walzenabschnittes 16. Der gewellte Walzenabschnitt 17 bestimmt die Umfangsoberfläche davon, wobei sich dreieckförmige (oder anders geformte) wellenartige Rillen und Stege parallel zur Axialrichtung in Form eines Getrieberades erstrecken. Der ebene Walzenabschnitt 16 bestimmt eine ebene Umfangsfläche und kann aus einem Kunstharz oder einem Material auf Gummibasis hergestellt sein. Durch Einführen der ebenen Bahn 16 in Form einer langgestreckten Metallfolie, die zwischen ein Paar solcher Formwalzen 15 eingeführt wird, läßt sich das Folienblatt 11, in das sich der gewellte Abschnitt 12 und der ebene Abschnitt 13 halb und halb teilen, erzielen. Durch Verwendung zweier solcher Folienblätter 11 und Umdrehen eines derselben werden die Folienblätter, wie sie in Fig. 1A und 1B gezeigt sind, hergestellt.
Die Folienblätter 11 gemäß der zweiten, in Fig. 2A und 2B gezeigten Ausführungsform können durch Verwendung von Formwalzen 15, wie sie in Fig. 6C und 6D gezeigt sind, und durch Einführen einer ebenen Bahn 16 zwischen die Formwalzen 15, wie in Fig. 6A gezeigt, hergestellt werden. Jede der in Fig. 6C gezeigten Formwalzen 15 stellt eine Kombination zweier ebener Walzenabschnitte 16 an entgegengesetzten Seiten und eines gewellten Walzenabschnitts 17 in der Mitte dar. Im Gegensatz dazu stellt jede der Formwalzen, wie sie in Fig. 6D gezeigt sind, eine Kombination eines ebenen Walzenabschnitts 16 in der Mitte und zweier gewellter Walzenabschnitte 17 an entgegengesetzten Seiten dar. Durch Einführen der flachen Bahn 6 in Form einer langgestreckten Metallfolie zwischen ein Paar solcher in Fig. 6C gezeigter Formwalzen 15 erhält man das den gewellten Abschnitt 12 im zentralen von drei Bereichen umfassende Folienblatt 11. Durch Einführen der ebenen Bahn 6 zwischen ein Paar solcher in Fig. 6D gezeigter Formwalzen 15 erhält man das den ebenen Abschnitt 13 in dem mittleren von drei Bereichen umfassende Folienblatt 11. So werden zwei Arten Folienblätter, wie sie in Fig. 2A und 2B gezeigt sind, aufbereitet.
Das Folienblatt 11 gemäß der dritten Ausführungsform, die in Fig. 3A und 3B gezeigt ist, kann durch Verwendung von in Fig. 6E gezeigten Formwalzen 15 und durch Einführen einer ebenen Bahn 6 zwischen die Formwalzen 15, wie in Fig. 6A gezeigt, hergestellt werden. Jede der in Fig. 6E gezeigten Formwalzen ist eine Kombination zweier ebener Walzenabschnitte 17 und zweier gewellter Walzenabschnitte 16, die in wechselnder Folge angeordnet sind. Durch Einführen der ebenen Bahn 16 in Form einer langgestreckten Metallfolie, die zwischen ein Paar solcher Formwalzen 15 eingeführt wird, erhält man das Folienblatt 11, in das sich zwei gewellte Abschnitte 12 und zwei ebene Abschnitte 13 in alternierender Folge teilen. Durch Verwendung zweier solcher Folienblätter 11 und Umkehren eines derselben werden die in Fig. 3A und 3B gezeigten Folienblätter erzeugt.
Die Folienblätter 11 gemäß der vierten, in Fig. 4A gezeigten Ausführungsform können durch Verwenden von Formwalzen, wie in Fig. 6F gezeigt, und durch Einführen einer ebenen Bahn 6 zwischen die Formwalzen hergestellt werden. Jede der Formwalzen ist eine Kombination eines ebenen Walzenabschnitts 16 und eines gewellten Walzenabschnitts 17. Der gewellte Walzenabschnitt 17 definiert auf seiner Umfangsfläche dreieckförmige (oder anders geformte) wellenartige Rillen und Stege, die sich relativ zur Axialrichtung in Form eines Schraubenrades erstrecken, und zwar anders als die in Fig. 6B bis 6E gezeigten, bei denen Rillen und Stege sich parallel zur Axialrichtung erstrecken. Durch Einführen der ebenen Bahn 6 in Form einer langgestreckten Metallfolie zwischen ein Paar solcher Formwalzen 15 erhält man das in Fig. 4 gezeigte Folienblatt 11, in das sich der schraubenförmige gewellte Abschnitt 12 und der ebene Abschnitt 13 halb und halb teilen. Dann werden zwei solcher Folienblätter 11 durch Umkehren eines derselben erzeugt.
Das Herstellungsverfahren schichtet anschließend eine Mehrzahl Folienblätter 11, die so bereitet werden (zwei Folienblätter in den gezeigten Ausführungsformen), daß die gewellten Abschnitte 12 den ebenen Abschnitten 13 gegenüberliegen, woraufhin sie in Mehrfachschichten gerollt und dann (hart) gelötet werden.
Diese Schritte werden nachfolgend in größerer Einzelheit erläutert. Zwei so vorbereitete und in geeigneter Länge abgeschnittene Folienblätter 11 werden in einer Beziehung zueinander kombiniert, daß gewellte Abschnitte 12 ebenen Abschnitten 13 dazwischen gegenüberliegen. Das heißt, daß zwei Folienblätter 11 in der in Fig. 1C im Falle der ersten Ausführungsform gezeigten Weise kombiniert werden, in Fig. 2C im Falle der zweiten Ausführungsform und in Fig. 3C im Falle der dritten Ausführungsform. In diesen Zeichnungen bezeichnet Bezugszeichen 9 ein Lötfüllmetall, das zwischen zwei kombinierten Folienblättern 11 eingelagert ist. Die gezeigten Ausführungsformen verwenden nach Art eines schmalen Bandes geformte Lötfüllmetalle 9, die sich in Längsrichtung mit geeigneten Zwischenraumen in der Breitenrichtung so erstrekken, daß mindestens ein Lötfüllmetall 9 jedem gegenüberliegenden Paar gewellter Abschnitt 12 und ebener Abschnitt 13 zugefügt wird. Deshalb verwendet die erste Ausführungsform zwei Lötfüllmetalle 9, wie in Fig. 1C gezeigt, die zweite Ausführungsform verwendet drei Lötfüllmetalle 9, wie in Fig. 2C gezeigt, und die dritte Ausführungsform verwendet vier Lötfüllmetalle 9, wie in Fig. 3C gezeigt. Mannigfache Lötfüllmetalle können verwendet werden, wie ein amorphes Lötfüllmetall, das durch kontinuierliches Abschrecken einer geschmolzenen Metallflüssigkeit, einer in einem pastösen Zustand, einer in Pulverzustand, usw. hergestellt werden kann.
Derart kombinierte Folienblätter 11 werden in einer positionellen Beziehung zueinander geschichtet, daß der gewellte Abschnitt 12 dem ebenen Abschnitt 13 gegenüberliegt, während dazwischen Lötfüllmetalle 9 abgelagert werden, dann in Mehrfachschichten gerollt und durch die Lötfüllmetalle 9 miteinander verklebt. Demzufolge erhält man einen aufgerollten Katalysatorträger 10, der einen kreisförmigen Querschnitt oder einen leicht gedrückten ovalen Querschnitt aufweist.
Äußerste Umfangsabschnitte 18 der gerollten Folienblätter 11 werden nachfolgend unter Bezugnahme auf Fig. 5 erläutert, und zwar sind sie hier gezeigt, um die Erläuterung der ersten Ausführungsform zu unterstützen. Eines der Folienblätter 11 (oben in Fig. 5) umfaßt den gewellten Abschnitt 12 zusätzlich zu dem ebenen Abschnitt 13 auch an seinem äußersten Umfangsabschnitt 18. Jedoch ist das andere der Folienblätter 12 geschnitten, um seinen äußersten Umfangsabschnitt, wie in der Mitte von Fig. 5 gezeigt, zu entfernen, oder es hat den gewellten Abschnitt 12 in seinem äußersten Umfangsabschnitt nicht, um den ebenen Abschnitt über die volle Breite davon zu bestimmen, wie dies unten in Fig. 5 gezeigt ist. Dann wird der Katalysatorträger 10 unter Verwendung eines Folienblattes 11 hergestellt, das einen längeren gewellten Abschnitt 12 bis auf die im wesentlichen volle Länge aufweist, während eines der anderen Folienblätter 11, das einen kürzeren gewellten Abschnitt 12 hat, in den äußeren, aus Edelstahl oder anderem geeigneten Material als Gehäuse hergestellten Zylinder koaxial eingefügt und am äußersten Umfangsabschnitt 18 mit dem äußeren Zylinder 5 verklebt wird.
Durch das vorstehend erläuterte Verfahren wird der Katalysatorträger 10, wie er in Fig. 4C gezeigt ist, gemäß irgendeiner der ersten bis vierten Ausführungsformen hergestellt und im äußeren Zylinder 5 aufgenommen. Dann wird der Katalysatorträger 10 aus zwei oder mehr Metallfolienblättern 11 hergestellt, die jedes einen oder mehrere gewellte Abschnitte 12 und einen oder mehrere ebene Abschnitte 13 haben, die sich im wesentlichen parallel zur Längsrichtung derart erstrecken, daß die gewellten Abschnitte 12 den ebenen Abschnitten 13 gegenüberliegen, und zwar dadurch, daß sie in Mehrfachschichten gerollt und zusammengelötet werden, so daß sie eine aufgewickelte wabenförmige Konfiguration als Ganzes bilden. Das heißt, daß bei dem Katalysatorträger 10 zwei Folienblätter 11 jeweils einen oder mehrere gewellte Abschnitte und einen oder mehrere ebene Abschnitte 13, die sich in das gemeinsame Folienblatt 11 teilen und in der Längsrichtung erstrecken, haben, und sie werden mit ihrem gewellten Abschnitt 12 und den ebenen Abschnitten 13 unter Berührung Fläche gegen Fläche miteinander verbunden, so daß sie Zellenwände bestimmen.
So weist der Katalysatorträger 10 eine Wabenstruktur auf. Das heißt, die gewellten Abschnitte 12 und die ebenen Abschnitte der Folienblätter 11 definieren in dem Katalysatorträger 10 Zellenwände. Solche Zellenwände können ergänzend zu der dreieckförmigen Querschnittskonfiguration, wie sie in den Zeichnungen dargestellt ist, eine viereckige, trapezförmige, hexagonale oder jegliche andere Querschnittskonfiguration aufwei sen. Demzufolge ist der Katalysatorträger 10 als zusammengesetzter Körper aus einer Anzahl unabhängiger hohler rohrförmiger Zellen 19 hergestellt. Da der Katalysatorträger so eine wabenförmige Konfiguration ergibt, ist er, wie eine typische wabenförmige Struktur, hervorragend hinsichtlich auf das Gewicht bezogener Haltbarkeit und hat ein niedriges Gewicht, eine hohe Steifigkeit und Stärke. Der Katalysatorträger zeichnet sich außerdem hinsichtlich der Richtwirkung, der Flächengenauigkeit, der Wärmeisolation, der Lärmisolation oder dergleichen aus, und er ist wirtschaftlich, da er leicht herzustellen ist. Weiterhin wird der Katalysatorträger 10, weil ein großer Oberflächenbereich pro Volumeneinheit, das heißt der gewellte Abschnitt 12 und der ebene Abschnitt 13 des Folienblattes 11, Zellenwände mit großer Oberfläche schafft, als katalytischer Wandler bei beispielsweise einem Automobilmotor verwendet, um Abgas durch katalytische Reaktion der Partikel eines Katalysators zu reinigen, der auf die Oberfläche des gewellten Abschnittes 12 und des ebenen Abschnittes 13, die die Zellenwände als Katalysator haltender Träger bestimmen, aufgebracht ist. Das heißt, der Katalysatorträger 10 hält adhäsiv ein Katalysatormaterial wie zum Beispiel ein Edelmetall zum Einwirken auf schädliche Substanzen in dem Abgas und Entfernen derselben durch Oxidation oder Deoxidation, das auf den weiten Bereich über Halteschichten, hergestellt aus Aluminium oder anderem geeigneten Material, aufgebracht ist, und schafft einen großen Kontaktbereich mit dem Abgas.
Wenn der Katalysatorträger 10 mit irgendeiner der oben beschriebenen Anordnungen gemäß der Erfindung bei einem Automobilmotor Verwendung findet, wird ein von dem Motor abgegebenes Abgas während des Fahrens in die Zellen 19 eingeführt, und es wird daraus als saubere Luft freigesetzt, nachdem schädliche Substanzen durch katalytische Reaktion entfernt worden sind. So wird der Katalysatorträger 10 typischerweise unter schwierigen Bedingungen einem heißen Abgas und einer durch katalytische Reaktion erzeugten Wärme ausgesetzt. Dabei verhält sich der Katalysatorträger 10 wie nachfolgend erläutert.
Nach einem ersten Gesichtspunkt hat der gewellte Abschnitt 12 mit der gewellten Konfiguration einen größeren thermischen Ausdehnungsgrad als der ebene Abschnitt 13, der die originäre ebene Oberfläche der flachen Bahn 6 bildet, und der gewellte Abschnitt 12 ist wesentlich expansiver gegen die Originalform der ebenen Bahn 6. Da jedoch die Erfindung ergibt, daß der gewellte Abschnitt das gemeinsame Folienblatt 11 mit dem ebenen Abschnitt 13 teilt und zwei oder mehr solcher Folienblätter aufeinander geschichtet und verlötet werden, wobei ihre gewellten Abschnitte 12 den flachen Abschnitten gegenüberliegen, wird die Expansion des gewellten Abschnittes 12 durch den ebenen Abschnitt 13 beschränkt. Demzufolge expandieren beide Abschnitte unter im wesentlichen gleichen Bedingungen gleich, und der Unterschied in der Ausdehnnungsrate dazwischen wird aufgenommen.
Bei dem Katalysatorträger 10 wird so die thermische Belastung gemildert, und die Differenz in der Ausdehnungsrate nach thermischer Beanspruchung wird beseitigt. Daher wird selbst bei langer Betriebszeit eine Materialermüdung, die durch thermische Beanspruchung in bezug auf das bestehende System erwähnt wurde, vermieden. Deshalb wird eine Beschädigung, ein Brechen, Reißen oder andere Schäden der Zellenwände, die durch den gewellten Abschnitt 12 und den ebenen Abschnitt 13 des Folienblattes 11 definiert sind, zuverlässig vermieden.
Nach einem zweiten Gesichtspunkt kann der Katalysatorträger 10 gemäß der Erfindung aus einer geringeren Anzahl Teile hergestellt werden. Genauer gesagt erfordern der Katalysatorträger 10 und sein Herstellungsverfahren gemäß der Erfindung keine Vorbereitung zweier verschiedener Arten getrennter Bahnen oder Platten, nämlich der gewellten Platte 2 und der ebe nen Platte 3 (Fig. 7A bis 8), die bei dem bestehenden System benötigt werden. Mit anderen Worten kann, indem man das Fohenblatt 11 sowohl den gewellten Abschnitt 12 und den ebenen Abschnitt 13 in einem integralen Teil enthalten läßt, die Zahl der Teile verringert werden. Insbesondere die ersten, dritten und vierten Ausführungsformen, die in Fig. 1A, 3A bzw. 4A gezeigt sind, tragen zu einer Verminderung von Teilen und einer bemerkenswerten Vereinfachung der Konstruktion bei, da zwei Folienplatten gleicher Konfiguration durch Umdrehen der Richtung einer derselben verwendet werden können.
Bei jeder der Ausführungsformen sind der gewellte Abschnitt 12 und der ebene Abschnitt 13 so dargestellt, daß sie die gleiche Breite haben. Es kann jedoch auch eines der Blätter eines Paares Folienblätter so hergestellt werden, daß verschiedene Breiten für den gewellten Abschnitt 12 und den ebenen Abschnitt 13 vorgesehen werden. Insbesondere kann eines der Blätter eines Folienblätterpaares 11 eine Breite für den gewellten Abschnitt 12 aufweisen, die schmaler als die Breite des ebenen Abschnittes 13 des anderen Folienblattes 11 ist. Bei einer solchen Konstruktion des Katalysatorträgers 10 kann der Oberflächenbereich der Zellenwände pro Volumeneinheit so variiert werden, daß in geeigneter Weise der Bereich zum Festsetzen des katalytischen Materials und der Berührungsbereich für das Abgas auf geeignete Werte eingestellt werden.
Der Katalysatorträger zur Verwendung bei einem Abgasreinigungssystem und sein oben beschriebenes Herstellungsverfahren ergeben die folgenden Wirkungen und Vorteile, indem ein Folienblatt verwendet wird, in das sich gemeinsam ein gewellter Abschnitt und ein ebener Abschnitt teilen, die sich im wesentlichen parallel zur Längsrichtung erstrecken.
Erstens wird die Wärmebeanspruchung vermindert. Das führt dazu, daß eine Materialermüdung aufgrund thermischer Beanspruchung, Beschädigungen, Bruch, Risse und andere Schäden der Zellwandungen selbst bei langer Benutzung vermieden werden, und dies resultiert deshalb in einer Verbesserung der Haltbarkeit. Zweitens trägt die Erfindung, weil eine geringere Anzahl Teile verwendet werden, zur Vereinfachung der Konstruktion des Katalysatorträgers und zur Kostenreduzierung bei. Damit beseitigt die Erfindung alle Probleme, die zuvor unter Bezugnahme auf das bestehende System angedeutet wurden.

Claims

1. Ein Katalysatorträger zur Verwendung in einem Abgasreinigungssystem, umfassend eine Mehrzahl länglicher Metallfolienblätter (11), die derartig verbunden sind, daß ein gewellter Abschnitt eines der Folienblätter einem flachen Abschnitt eines anderen der Folienblätter gegenüberliegt, und die in mehreren Schichten gerollt und so hartgelötet sind, daß sie eine gerollte Wabenanordnung bilden; dadurch gekennzeichnet, das jedes der Metallfolienblätter ein unitäres Element ist, das eine Mehrzahl Bereiche aufweist, die sich im wesentlichen parallel zu dessen Längsrichtung erstrecken und einen oder mehrere gewellte Abschnitte (12) und einen oder mehrere flache Abschnitte (13) bilden.

2. Ein Katalysatorträger nach Anspruch 1, wobei die Mehrzahl Blattfolien (11) zwei ist.

3. Ein Katalysatorträger nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei das Folienblatt (11) zwei der Bereiche aufweist, die einen gewellten Abschnitt (12) und einen flachen Abschnitt (13) bilden.

4. Ein Katalysatorträger nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei das Folienblatt (11) drei der Bereiche aufweist, die einen oder zwei gewellte Abschnitte (12) und zwei bzw. einen flachen Abschnitt (13) in abwechselnder Folge bilden.

5. Ein Katalysatorträger nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei das Folienblatt (11) vier oder mehr der Bereiche aufweist, die eine Mehrzahl gewellter Abschnitte (12) und eine Mehrzahl flacher Abschnitte (13) in abwechselnder Folge bilden.

6. Ein Katalysatorträger nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der gewellte Abschnitt (12) Stege und Rillen einer Wellung definiert, die sich im wesentlichen im rechten Winkel im Bezug auf die Längsrichtung des Blattes (11) erstreckt.

7. Ein Katalysatorträger nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der gewellte Abschnitt (12) Stege und Rillen einer Wellung definiert, die sich diagonal zur Längsrichtung des Blattes (11) erstreckt.

8. Ein Verfahren zur Herstellung eines Katalysatorträgers nach Anspruch 1 zur Verwendung in einem Abgasreinigungssystem, wobei das Verfahren die Schritte des Kombinierens einer Mehrzahl länglicher Metallfolienblätter derart, daß ein gewellter Abschnitt eines der Folienblätter einem flachen Abschnitt eines anderen der Folienblätter gegenüberliegt, um eine gestapelte Struktur zu bilden; und des Rollens und Hartlötens der gestapelten Struktur in Mehrfachschichten zur Bildung einer gerollten Wabenanordnung umfaßt; dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Folienblätter ein unitäres Element ist, das eine Mehrzahl Bereiche aufweist, die sich im wesentlichen parallel zur Längsrichtung erstrecken und einen oder mehrere gewellte Abschnitte und einen oder mehrere flache Abschnitte schaffen.

9. Ein Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Mehrzahl Blattfolien zwei ist.

10. Ein Verfahren nach Anspruch 8 oder Anspruch 9, wobei das Folienblatt zwei der Bereiche aufweist, die einen gewellten Abschnitt und einen flachen Abschnitt bilden.

11. Ein Verfahren nach Anspruch 8 oder Anspruch 9, wobei das Folienblatt drei der Bereiche aufweist, die einen oder zwei gewellte Abschnitte und zwei bzw. einen flachen Abschnitt in abwechselnder Folge bilden.

12. Ein Verfahren nach Anspruch 8 oder Anspruch 9, wobei das Folienblatt vier oder mehr der Bereiche aufweist, die eine Mehrzahl gewellter Abschnitte und eine Mehrzahl flacher Abschnitte in abwechselnder Folge bilden.

13. Ein Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der gewellte Abschnitt Stege und Rillen einer Wellung definiert, die sich im wesentlichen im rechten Winkel in Bezug auf die Längsrichtung des Blattes erstreckt.

14. Ein Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei der gewellte Abschnitt Stege und Rillen einer Wellung definiert, die sich diagonal zur Längsrichtung des Blattes erstreckt.