DE69607185T2

DE69607185T2 - Verlöten von abgaskatalysatoreinheiten

Info

Publication number: DE69607185T2
Application number: DE69607185T
Authority: DE
Inventors: Thomas Sheller
Original assignee: Engelhard Corp
Current assignee: BASF Catalysts LLC
Priority date: 1995-02-01
Filing date: 1996-01-25
Publication date: 2000-09-28
Anticipated expiration: 2016-01-26
Also published as: WO1996023615A1; EP0851797A4; US5657923A; KR19980701881A; ATE190537T1; EP0851797A1; EP0851797B1; CN1182383A; AU4907096A; DE69607185D1; JPH10513120A

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Verlöten von metallischen Abgaskatalysatoreinheiten, ohne daß der Katalysator beschädigt wird. Metallische katalytische Konverter sind hinlänglich bekannt und haben normalerweise die Gestalt eines metallischen multizellularen Honigwabenkörpers, der aus sich abwechselnden flachen und gewellten Metallstreifen oder -schichten besteht, die so angeordnet sind, daß sich ein runder oder ovaler Querschnitt ergibt. Die Honigwabe befindet sich in einem Gehäuse geeigneter Gestalt, wie beispielsweise einem röhrenförmigen Metallgehäuse. Die Enden der dünnen Metallstreifen sind an der Innenseite des röhrenförmigen Gehäuses oder der Ummantelung im allgemeinen mit Hilfe eines geschmolzenen Metalls, wie beispielsweise eines Löt- oder Füllmetalls angebracht, das in Form einer Paste oder einer Folie oder durch Schweißen aufgebracht wird. Bei neueren Ausführungsformen dieser Art einer Katalysatoreinheit werden die dünnen Metallstreifen aufeinandergeschichtet und der mittlere Abschnitt vor oder nach dem Aufeinanderschichten gestaucht, um die Wellen zu entfernen, und der mittlere Abschnitt verschweißt oder verlötet, um ein steifes Kernelement zu erzeugen, um das die dünnen Metallstreifen S-förmig gewickelt werden. Des S-förmig gewickelte Körper wird in das röhrenförmige Gehäuse eingeführt und von diesem gehalten.
Der Halt im röhrenförmigen Gehäuse wurde oft durch Verlöten mit einer sehr dünnen Lötmetallfolie (0,001 bis 0,003 Zoll Dicke) bewerkstelligt, die sich zwischen der Innenoberfläche des röhrenförmigen Gehäuses und den freien Enden des gewundenen oder S-förmig gewickelten Stapels der dünnen Metallblechen befindet. Der resultierende Aufbau wurde anschließend in einem Wasserstoffofen auf eine Temperatur erhitzt, die ausreicht, um die Lötfolie zu schmelzen und die freien Enden der dünnen Metallstreifen an der Innenoberfläche des röhrenförmigen Gehäuses anzubringen.
Die Druckschrift US-A-5 170 624, die als nächstkommender Stand der Technik erachtet wird, beschreibt ein Verfahren zum Anbringen eines mit einem Katalysator wenigstens zum Teil beschichteten ersten Metallkörpers an einem zweiten Metallkörper, das folgende Schritten enthält: (a) Bereitstellen wenigstens eines Metallkörpers mit einer Beschichtung aus einem feuerfesten Metalloxid, auf dem ein Katalysator angebracht ist und der wenigstens über einen unbeschichteten Verbindungsbereich verfügt, an dem er an dem zweiten Metall angebracht wird; (b) Aufbringen eines schmelzbaren Lötmetalls auf den Verbindungsbereich, der an dem zweiten Metall angebracht werden soll, wobei das Lötmetall eine vorbestimmte Schmelztemperatur hat; und (c) Sichern des ersten und des zweiten Metallkörpers gegen eine Relativbewegung, um eine Anordnung zu bilden.
Es hat sich als äußerst praktisch und wirtschaftlich erwiesen, die Oberflächen des dünnen Metallstreifenmaterials vollständig gemäß einem Verfahren, wie es im US- Patent 4,711,009 für Cornelison et al. vom 8. Dezember 1987 beschrieben ist, zu beschichten, bevor die Streifen auf die gewünschte Länge geschnitten werden. Durch dieses Verfahren werden die Streifen mit einem feuerfesten Metalloxid, wie etwa Aluminiumoxid, einer Aluminiumoxid-/Zerdioxid-Mischung, Titanoxid, einer Titanoxid-/Aluminiumoxid-Mischung, einer Titanoxid-/Zerdioxid-Mischung, Silika, Zirkon oder einem Zeolith und mit einem Katalysator, wie etwa einem Edelmetall- Katalysator überzogen, der aus der Gruppe gewählt ist, die aus Platin, Palladium, Ruthenium, Rhodium, Indium und aus Mischungen von zwei oder mehreren Metallen dieser Art besteht. Den Kern, auf den vorher wie beim obigen Verfahren von Cornelison et al. eine Beschichtung aufgebracht wurde, relativ hohen Löttemperaturen von etwa 2000ºF auszusetzen, zeigte sich als schädlich für die Beschichtung und den Katalysator. Die hohen Temperaturen verursachten zudem das Anwachsen großer Körner in einigen Folien, was zu Ermüdungsbrüchen führte.
Im Verlauf zeigte sich, daß der Kern in geeigneter Weise verlötet werden konnte, indem die gesamte Anordnung innerhalb der Spulen eines Induktionsheizgerätes plaziert wurde, wodurch lediglich das Gehäuse, die Lötfolie und die freien Enden der dünnen Metallstreifen erhitzt wurden und der Hauptkörper des Honigwabenkerns bei Temperaturen gehalten werden konnte, die sich auf die Beschichtung, den Katalysator und die Folie nicht beschädigend auswirken.
Es kann Bezug genommen werden auf die Patente für Nonnemann 4,152,302 vom 1. Mai 1979, 4,273,681 vom 16. Juni 1981, 4,282,186 vom 4. August 1981, 4,381,590 vom 3. Mai 1983, 4,400,860 vom 30. August 1983, 4,519,120 vom 28. Mai 1985, 4,521,947 vom 11. Juni 1985, 4,647,435 vom 3. März 1987, 4,665,051 vom 12. Mai 1987, die verlötete wellenförmige und flache dünne Metallstreifen in Gestalt einer Honigwabe beschreiben; auf 5,070,694 für Whittenberger vom 10. Dezember 1991; auf die internationalen PCT-Veröffentlichungsnummern WO 89/10470 (EP 412,086) und WO 89/10471 (EP 412,103) eingereicht jeweils am 2. November 1989, die ein Prioritätsdatum vom 25. April 1988 beanspruchen. Die oben erwähnten internationalen Veröffentlichungsnummern beschreiben Verfahren und Vorrichtungen zum Verbessern der inneren Festigkeit der Vorrichtung durch Anbringen beabstandeter Scheiben in Reihen oder durch elektrisches Isolieren der Zwischenschichten. Eine weitere internationale PCT-Veröffentlichung ist WO 90/12951, veröffentlicht am 9. April 1990 mit einem Prioritätsanspruchsdatum vom 21. April 1989, mit der eine Verbesserung der axialen Festigkeit durch formstabilisierende Schichten isolierter Platten versucht wird. Es kann zudem Bezug genommen werden auf Kannanian et al. 5,055,275, die eine verbesserte axiale Festigkeit beschreibt. Die internationale PCT-Veröffentlichung Nummer 92/13636 ist am 29. Januar 1992 eingereicht und beansprucht ein Prioritätsdatum vom 31. Januar 1991. Diese Anmeldung bezieht sich auf einen Honigwabenkörper, entlang einer Achse desselben ein Fluid durch mehrere Kanäle fließen kann. Die Honigwabe hat wenigstens zwei Scheiben, die in einem Anstand zueinander angeordnet sind. In Übereinstimmung mit dieser Anmeldung gibt es wenigstens eine stangenförmige Halterung in der Nähe der Achse, durch die die Scheiben miteinander verbunden und wechselseitig gehalten sind. Mit der Erfindung soll die Gestalt der ersten Scheibe derart ausgebildet sein, dass sie sich schnell durch ein hindurchströmendes Abgas oder einen angelegten elektrischen Strom erwärmt. Der Honigwaben körper dient als Halterung für den Katalysator im Abgassystem einer Brennkraftmaschine. Weitere Bezugnahme erfolgt auf die deutsche Patentanmeldung No. 4,102,890 A1, eingereicht am 31. Januar 1991 und veröffentlicht am 6. August 1992. Diese Anmeldung beschreibt eine Kombination aus spiralförmig gewundenen, wellenförmigen und flachen Streifen, bei der die flachen Streifen Schlitze und Perforationen enthalten, und die elektrisch erwärmt werden kann. Die flachen Streifen verfügen über einer Brücke zwischen den Anfangs- und den Endrandabschnitten. Gruppen dieser Streifen sind durch Isolationseinrichtungen voneinander getrennt. Der Kern ist mit zwei runden Haltesegmenten versehen, die durch eine Isoliereinrichtung getrennt sind. Weiterhin wird auf das US-Patent 5,102,743 vom 7. April 1992 für Maus et al. Bezug genommen. Dieses Patent beschreibt einen Honigwaben-Katalysatorträger mit einem runden, ovalen oder elliptischen Querschnitt, der ein Ummantelungsrohr und einen Stapel wenigstens teilweise strukturierter Metallblechschichten enthält, die in unterschiedlichen Richtungen im Ummantelungssrohr ineinandergewebt sind. Der Stapel hat eine bestimmte Länge und eine bestimmte Breite. Wenigstens eine der Metallblechschichten hat eine größere Dicke über wenigstens einen Teil der Abmessungen als die anderen Schichten. Somit ist wenigstens eine Schicht aus einem dickeren Metall oder aus mehreren identisch strukturierten Metallblättern in aneinandergrenzender Beziehung ausgebildet.
Ein allgemeines Problem mit den Vorrichtungen nach dem Stand der Technik bestand darin, daß sie schweren Stabilitätstests der Automobilindustrie, die als Hot Shake Test und als Hot Cycling Test bekannt sind, nicht standhalten konnten.
Der Hot Shake Test beinhaltet das Oszillieren (100 bis 200 Hz und 28 bis 60 g Trägheitsbelastung) der Vorrichtung in einer vertikalen Richtung bei einer hohen Temperatur zwischen 800º und 900ºC (bzw. 1472º bis 1742ºF), wobei gleichzeitig ein Abgas einer laufenden Brennkraftmaschine durch die Vorrichtung strömt. Wenn sich der Kern der Katalysatorvorrichtung teleskopartig verschiebt oder sich ein Ablösen oder ein Entfalten über die vorderen oder stromaufwärtigen Ränder der Folienblätter bis zu einer vorbestimmten Zeit zeigt, wie beispielsweise 5 bis 200 Stunden, hat die Vorrichtung den Test nicht bestanden.
Der Hot Cycling Test wird mit einem Abgas ausgeführt, das mit 800º bis 950ºC (bzw. 1472º bis 1742ºF) hindurchströmt und einmal alle 15 bis 20 Minuten für 300 Stunden auf 120º bis 150ºC gebracht wird. Ein teleskopartiges Verschieben des Kerns oder ein Ablösen der vorderen Ränder der dünnen Metallfolienstreifen wird als Versagen gewertet.
Der Hot Shake Test und der Hot Cycling Test werden im folgenden "Wärmetests" genannt, und es hat sich gezeigt, daß diese sehr schwer zu bestehen sind. Viele Versuche, um eine erfolgreiche Vorrichtung anzugeben, haben sich aus einer Reihe von Gründen entweder als zu teuer oder als ineffektiv erwiesen. Die Anordnungen der vorliegenden Erfindung halten diesen Wärmetests stand.
In der folgenden Beschreibung wird auf "ferritischen" Edelstahl Bezug genommen. Ein geeigneter ferritischer Edelstahl insbesondere für den Einsatz bei Maschinenabgasen ist im US-Patent 4,414,023 vom 8. November 1983 für Aggen beschrieben. Eine spezielle ferritische Edelstahllegierung, die hier geeignet ist, enthält 20% Chrom, 5% Aluminium und etwa 0,002% bis 0,05% wenigstens eines Seltenerdmetalls, das aus Zermetall, Lanthan, Neodym, oder Yttrium, einem Praseodym oder einer Mischung aus zwei oder mehreren dieser Seltenerdmetalle, der Rest Eisen und Spuren stahlbildender Verunreinigungen besteht. Ein ferritischer Edelstahl der zuvor genannten Zusammensetzung ist bei Allegheny Ludlum Steel Co. unter dem Handelsnamen "Alfa IV" erhältlich.
Eine weitere Metallegierung, die insbesondere hier nützlich ist, wird mit Haynes- 214-Legierung bezeichnet und ist ebenfalls im Handel verfügbar. Diese und weitere nickelhaltige Legierungen sind im US-Patent 4,671,931 vom 9. Juni 1987 für Herchenroeder et al. beschrieben. Diese Legierungen zeichnen sich durch eine hohe Oxidationsfestigkeit aus. Ein spezielles Beispiel für eine Legierung, die hier brauchbar ist, enthält 75% Nickel, 16% Chrom, 4,5% Aluminium, 3% Eisen, wahlweise Spuren eines oder mehrerer seltener Erdmetalle mit Ausnahme von Yttrium, 0,05% Kohlenstoff und stahlbildende Verunreinigungen. Die Haynes-230-Legierung, die hier ebenfalls geeignet ist, hat eine Zusammensetzung aus 22% Chrom, 14% Wolfram, 2% Molybdän, 0,10% Kohlenstoff und Spuren von Lanthan und als Rest Nickel. Der ferritische Edelstahl und die Haynes-Legierungen 214 und 230 sind Beispiele für temperaturbeständige und oxidationsbeständige (oder korrosionsfeste) Metallegierungen, die sich für die Herstellung dünner Metallstreifen für die Verwendung bei den hier beschriebenen Konverterkörpern und insbesondere für die Ausbildung integraler Heizstreifen für die Verwendung in den EHC- Abschnitten eignen. Geeignete Materialien müssen "hohen" Temperaturen, d. h. jenen im Bereich von etwa 900º bis etwa 1200ºC (1652º bis etwa 2012ºF), über längere Zeiträume standhalten.
Es sind weitere temperatur- und oxidationsbeständige Legierungen bekannt, die hier verwendet werden können. Für die meisten Einsatzgebiete und insbesondere bei Anwendungen für Kraftfahrzeuge werden diese Legierungen in Form von "dünnen" Metallstreifen verwendet, d. h. in einer Dicke von etwa 0,025 mm (0,001 Zoll) bis etwa 0,13 mm (0,005 Zoll) und vorzugsweise von 0,038 mm (0,0015 Zoll) bis etwa 0,076 mm (0,003 Zoll).
Bei der folgenden Beschreibung kann zudem auf eine keramische Fasermatte, ein keramisches Gewebeband oder Fasern oder eine Isolierung Bezug genommen werden. Es konnte auf das US-Patent 3,795,542 vom 5. März 1974 für Sowman und auf das US-Patent 3,916,057 vom 28. Oktober 1975 für Hatch für die Ausbildung und Herstellung von Fasern Bezug genommen werden, die sich für die Fertigung von Bändern und Matten eignen, die hier Verwendung finden können. Eines dieser gewebten keramischen Fasermaterialien ist derzeit von 3-M Co. unter dem Handelsnamen "NEXTEL" 312 Gewebeband erhältlich und eignet sich für die Isolierung dünner Metallstreifen oder Gruppen derselben. Eine keramische Fasermatte ist auch von 3-M Co. unter dem Handelsnamen "INTERAM" verfügbar. Für die meisten Verwendungszwecke wird eine Isolierbeschichtung aus einem feuerbeständigen Metalloxid auf der Oberfläche der Metallstreifen bevorzugt, wie sie beispielsweise durch das Verfahren von Cornelison et al. im US-Patent 4,711,009 aufgebracht wird.

KURZE BEMERKUNG ZUR ERFINDUNG

Kurz gesagt ist die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Befestigen eines ersten mit einem Katalysator wenigstens teilweise beschichteten Metallkörpers an einem zweiten Metallkörper in einem Verbindungsbereich, das folgende Schritte enthält: Bereitstellen wenigstens eines ersten Metallkörpers mit einer Beschichtung aus einem feuerfesten Metalloxid und einem darauf angebrachten Katalysator; Aufbringen eines schmelzbaren Lötmetalls auf diesen Verbindungsbereich; Sichern des ersten und des zweiten Metallkörpers gegen eine relative Bewegung, um eine Anordnung zu bilden; Plazieren der Anordnung innerhalb der Spulen eines Induktionsheizgerätes; Anlegen elektrischer Energie an das Induktionsheizgerät, um die Temperatur im Verbindungsbereich auf eine Temperatur anzuheben, die ausreichend ist, um das Lötmetall zu schmelzen; und Kühlen der Anordnung, um eine Haftung des ersten Metallkörpers am zweiten Metallkörper zu bewirken.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die Erfindung kann mit Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen, die eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zeigt, besser verstanden werden. In den Zeichnungen ist:
Fig. 1 ein Flußdiagramm des hier beschriebenen Verfahrens;
Fig. 2 die Ansicht eines Endes eines Stapels aus dünnen Metallblechen, der im mittleren Bereich und vor dem spiral- oder S-förmigen Winden gestaucht wurde, um einen Honigwabenkörper für das Einführen in eine röhrenförmige Umhüllung oder Gehäuse zu bilden;
Fig. 3 die Ansicht eines Endes eines Konverterkörpers der genannten Art, die den S-förmig gewundenen Honigwabenkern, der in einem Gehäuse gehalten wird, und eine Lötmetallfolie zeigt, die sich vor dem Aufheizen auf eine Schmelztemperatur zwischen dem Gehäuse und dem Honigwabenkern befindet;
Fig. 4 eine Seitenansicht eines Konverterkörpers der genannten Art, die die Richtung des Gasstromes durch den Konverterkörper zeigt; und
Fig. 5 eine Grafik der Temperatur im Verhältnis zur Zeit, die für die Ausführung dieses Verfahrens bevorzugt wird.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Wie oben erwähnt, ist die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Verlöten der freien Enden von dünnen Metallstreifen mit einem umgebenden Gehäuse oder einem Ummantelungsrohr. Das Hauptmerkmal dieser Erfindung besteht darin, daß die zuvor aufgebrachte Beschichtung und der zuvor aufgebrachte Katalysator nicht durch die Löttemperatur in Höhe von 1177ºC (2150ºF) beschädigt werden. Das Lötmetall kann als Paste oder dünne Folie in einer Dicke von beispielsweise 0,025 bis 0,051 mm (0,001 bis 0,002 Zoll) verwendet werden und ist derzeit von Allied Signal als MBF 80 Lötfolie, die bei einer Temperatur von 1177ºC (2150ºF) schmilzt, im Handel erhältlich. Bevorzugt wird das Schmelzmetall in Form einer Folie.
Bei der bevorzugten Vorgehensweise des Verfahrens ist das Wärmeprofil von besonderer Bedeutung. Ein typisches Profil ist in Fig. 5 gezeigt und wird später erläutert.
Wendet man sich nun Fig. 1 zu, ist hier ein Flußdiagramm des Verfahrens dargestellt. Die dünnen Metallstreifen, die dem Verfahren unterzogen werden, bestehen, wie jene, die oben erwähnt wurden, aus Edelstahl, und sind beispielsweise durch das Verfahren beschichtet, wie es im US-Patent 4,711,009 zuvor erläutert wurde. Die Hauptbeschichtung ist ein feuerfestes Metalloxid, wie etwa jenes, das oben beschrieben wurde, auf dem ein Katalysator, insbesondere ein Edelmetall-Katalysator aufgebracht wird, wie er oben erwähnt wurde. Der erste grundlegende Schritt des Verfahrens besteht darin, die Beschichtung und den Katalysator in den Löt- oder den Verbindungsbereichen zu entfernen, da die Beschichtung in diesen Bereichen die Festigkeit der Verlötung beeinträchtigt. Als nächstes werden mehrere flache, dünne Metallstreifen und wellenförmige, dünne Metallstreifen in einer Art und Weise gestapelt, wie es in Fig. 2 gezeigt ist. Wenn die mittleren Bereiche der wellenförmigen dünnen Metallstreifen noch nicht flachgedrückt sind, kann der Stapel zwischen geeigneten Klemmbacken gedrückt werden, um die mittleren Bereiche flachzudrücken. Die mittleren Bereiche der Schichten, die den Stapel ausbilden, können beispielsweise unter Verwendung einer Lötpaste oder durch Schweißen verlötet werden. Dadurch entsteht ein steifer Mittenstrang, der eine S- Windung des Stapels ermöglicht und eine axiale Bewegung der Schichten in diesem Bereich verhindert.
Der nächste Grundschritt besteht im der S-förmigen Windung des Stapels durch Greifen des Mittenstranges und Drehen des Mittenstranges im Uhrzeigersinn und gegen den Uhrzeigersinn, wodurch ein S-förmig gewundener Honigwabenkörper ausgebildet wird. Ein vorrübergehend angebrachtes Bindeband oder eine Manschette kann verwendet werden, um den S-förmig gewundenen Körper davor zu bewahren, sich zu entwinden.
Als nächstes wird der S-förmig gewundene mit einer dünnen (0,025 bis 0,05 mm [0,001 bis 0,002 Zoll] Dicke) Lötfolie umwickelt, die im Handel erhältlich ist und bei etwa 1177ºC (2150ºF) schmilzt. Anschließend wird der umwickelte Honigwabenkörper in eine röhrenförmige Umhüllung oder Gehäuse eingeführt, wobei er sich gegen die Innenwände des Gehäuses ausdehnen kann. Dadurch gelangen die sauberen oder beschichtungsfreien äußeren Enden der dünnen Metallschichten sehr dicht an die Innenoberfläche des Gehäuses, das von diesen durch die dazwischenliegende, sehr dünne Lötmetallfolie getrennt ist.
Nun ist die Vorrichtung fertig für die Induktionserwärmung, um die Lötfolie zu schmelzen und die äußeren Enden der dünnen Metallstreifen an der Innenoberfläche des Gehäuses zu befestigen. Um diesen Vorgang auszuführen, wird der Honigwabenkörper innerhalb der Spule einer Induktionsheizvorrichtung plaziert. Letztgenannte ist vorzugsweise eine hohle wassergekühlte Kupferspule, die einen geringfügig größeren Durchmesser, wie etwa 1,6 bis 6,4 mm (1/16 bis 1/4 Zoll), als der Honigwabenkörper hat. Die Kupferspule befindet sich in einer verschließbaren Kammer. Es kann Argongas dazu verwendet werden, um die Kammer von Luft zu reinigen, wobei der Druck in der Kammer beinahe ein vollständiges Vakuum erreichen kann. Das Argongas wird mit einer Vakuumpumpe auf einen gewünschten Druck herabgepumpt.
Die Temperatur der äußeren Schicht des Honigwabenkörpers wird auf 1038ºC (1900ºF) über eine vorbestimmte Zeit, wie etwa 40 Sekunden, erhöht oder angehoben und bei dieser Temperatur für etwa 15 Sekunden gehalten, worauf über einen Zeitraum von weiteren 15 Sekunden die Temperatur auf die Schmelztemperatur der Lötfolie angehoben wird. Bei Erreichen der Schmelztemperatur wird die Spannung sofort unterbrochen und der fertige Honigwabenkörper aus der Kammer genommen, damit er auf Raumtemperatur abkühlen kann.
Fig. 2 zeigt eine Stirnansicht eines Stapels, der allgemein mit 120 gekennzeichnet ist und abwechselnd aus wellenförmigen dünnen Metallstreifen 122 und flachen dünnen Metallstreifen 124 besteht, mit einem Armierungsgewebe 123, das sich in der Mitte befindet, um den Honigwabenkörper zu verstärken. Es wird darauf hingewiesen, daß die flachen Streifen 124 auf der Oberseite und der Unterseite des Stapels halblange flache Streifen 124 sind und verwendet werden, um ein Zusammenschieben des linken Endes des oberen gewellten Streifens 122 und ein Zusammenschieben des rechten Endes des unteren gewellten Streifens 122 zu verhindern, wenn diese vorletzten wellenförmigen Streifen durch das spiralförmige Winden des Stapels miteinander in Berührung gebracht werden. Die einzelnen Streifen 122, 124 und 126 müssen aus einer hochtemperatur- und oxidationsfesten Legierung bestehen, wie jene, die oben erwähnt wurden. Die wellenförmigen, dünnen Metallstreifen 122 haben jeweils einen flachen Mittenabschnitt 127, und die flachen dünnen Metallstreifen 126 und 124 weisen einen flachen Mittenabschnitt 128 auf oder auf der Länge der flachen Streifen einen flachen Endabschnitt 128, der sich in der Mitte des Stapels 120 befindet. Die Gruppe oder Stapel 120 wird an den flachen Mittenabschnitten 127 und 128 zusammengefaßt und mechanisch, wie etwa durch Drahtklammern oder Nieten oder mit Hilfe eines gabelförmigen Stiftes oder mit einem Schmelzmetall, wie etwa durch Verlöten oder Verschweißen, miteinander verbunden. Die flachen Mittenabschnitte 127 und 128 der übereinandergestapelten Streifen 122, 124 und 126 sind vorzugsweise etwa 4,8 bis 25,4 mm (etwa 3/16 bis 1 Zoll) breit, wie es in Fig. 2 gezeigt ist. Eine geeignete Lötpaste wird vorzugsweise in diesem Bereich aufgebracht, nachdem die Beschichtung entfernt wurde, um eine Verbindung der beiden Schichten miteinander zu ermöglichen und so ein steifes Mittenelement 130 zu bilden, um das der multizellulare Honigwaben-Konverterkernkörper spiralförmig oder S-förmig gewunden werden kann. Die Schichten 122, 124 und 126 werden auf Wunsch mit einem geeigneten Stempel unter großer Last, etwa 15,4 bis 77,2 MPa (1 bis 5 Tonnen pro Quadratzoll), zusammengestaucht. Es kann Wärme zugeführt werden, um alle Schichten im Mittenbereich 130 zusammenzulöten oder zu verschweißen. Dadurch wird der Stapel 120 in der Mitte zu einer Einheit, ohne daß ein Stift oder ein Stab benötigt wird. Zu Zwecken dieser Erfindung werden die wellenförmigen dünnen Metallbleche und die flachen dünnen Metallstreifen mit einem Verfahren, wie es bei Cornelison et al. 4,711,009 zuvor gezeigt wurde, vorbehandelt, um eine Beschichtung eines feuerfesten Metalloxids und einen Edelmetall-Katalysator aufzubringen. Das feuerfeste Metalloxid wird auf Wunsch als Waschbeschichtung aufgebracht und ist vorzugsweise eine Mischung aus 75% Gamma-Aluminiumoxid und 25% Zerdioxid in einem wässrigen Medium. Es kann sechs bis zwölf weitere dieser Schichten 122 und 126 mit flachen Endschichten 124 an jedem Ende des Stapels 120 geben. Die Beschichtung muß in den Mittenabschnitten 127 und 128 durch Sandstrahlen oder Drahtbürsten entfernt werden. Die Beschichtung sollte zudem von den äußeren Enden der dünnen Metallbleche oder Streifen 122, 124 und 126 auf etwa 3,2 mm (1/8 Zoll) bis 8,5 mm (1/3 Zoll) entfernt werden, um einen Verbindungsbereich auszubilden und ein Verlöten der dünnen Metallstreifen mit dem Gehäuse, wie beispielsweise mit dem Gehäuse 22 aus Fig. 3 zu ermöglichen. Wie in Fig. 2 gezeigt, verlaufen die einzelnen dünnen Metallstreifen 122 und 126 durch die entsprechenden Mittenabschnitte 127 bzw 128 vom einen freien oder äußeren Ende 132 zum freien oder äußeren Ende 134 der wellenförmigen dünnen Metallstreifen 122 ohne Unterbrechung; und vom einen freien oder äußeren Ende 136 zum anderen freien oder äußeren Ende 138 der flachen dünnen Metallstreifen 126 ohne Unterbrechung. Die Streifen sind im allgemeinen etwa 10,2 cm (4 Zoll) bis 61 cm (24 Zoll) lang und 2,5 cm (1 Zoll) bis 20,3 cm (8 Zoll) breit.
Anstelle die dünnen Metallstreifen oder Schichten vollständig zu beschichten und die Verbindungsbereiche von der Beschichtung und dem Katalysator zu reinigen, können die Mittenabschnitte und/oder die äußeren Enden derselben maskiert werden, um das Aufbringen der Beschichtung in den Verbindungsbereichen zu vermeiden.
Die Gruppe der gestapelten dünnen Metallstreifen aus Fig. 2 ist in ausgedehnter, nicht gewundener Gestalt dargestellt. Der Stapel aus Fig. 2 wird in der Mitte mit geeigneten Beinen oder Klemmen, wie etwa den Beinen eines gabelförmigen Stiftes (nicht gezeigt) gegriffen und beispielsweise derart im Uhrzeigersinn gedreht, bis die dünnen Metallstreifen spiralförmig oder S-förmig eng gewunden sind, wodurch die dünnen Metallstreifen 122 und 126 mit der Hälfte der Streifen 124 auf der Außenseite des Stapels 120 durchlaufend entlang ihrer gesamten Länge angeordnet werden. Nach dem Winden, dem Umwickeln mit der Lötfolie und dem Einsetzen in das röhrenförmige Gehäuse 22 (Fig. 3) werden die Beine oder Klemmen (oder der gabelförmige Stift) entfernt. Haben die Streifen 122 und 126 dieselbe Länge, ist der resultierende Aufbau kreisförmig. Haben die Streifen 122 und 126 unterschiedliche Längen oder sind die abgeflachten Abschnitte aus der Mitte der Streifenlänge verschoben, dann kann man eine ovale oder elliptische Gestalt erreichen, wie es der Fachmann verstehen wird.
Unter Bezugnahme auf Fig. 3 ist ein multizellularer Honigwaben-Konverterkörper 10 mit einem S-förmig gewundenen Armierungsgewebe 12 entlang mehrerer wellenförmiger dünnen Metallstreifen 14 und 20 und flachen dünnen Metallstreifen 16 und 18 dargestellt, die den multizellularen Honigwabenkörper 10 ausbilden. Die S- förmig gewundenen Streifen, wie etwa 14, 16, 18 und 20 sind eng gewunden und in einem Haltegäuse 22 oder einer Ummantelung 22 gehalten, das auf Wunsch ein röhrenförmiges Edelstahlelement ist. Zudem ist in Fig. 3 eine Lötmetallfolie 21 vor dem Schmelzen und zwischen den äußeren Enden der dünnen Metallstreifen und dem Gehäuse 22 dargestellt. Wie in Fig. 2 und 3 gezeigt, ist der Mittenabschnitt 24 des Armierungsgewebes 12 abgeflacht.
Fig. 4 ist eine Seitenansicht eines Kernkörpers 114, der die Richtung des Gases oder eines Fluids zeigt, das vom Einlaß oder vom stromaufwärtigen Ende 117 zum Auslaß oder stromabwärtigen Ende 119 des Honigwabenkerns 115 strömt.
Fig. 5 zeigt ein bevorzugtes Temperatur-/Zeit-Profil, das bei der vorliegenden Erfindung Verwendung findet. Wenn die Induktionsspule unter einer geeigneten Energiesteuerung aktiviert wird, wird die Temperatur über eine Zeitdauer von 40 Sekunden auf einen Pegel von etwa 1038ºC (1900ºF) angehoben oder erhöht, auf dem sie für etwa 15 Sekunden gehalten wird, um zu ermöglichen, daß die äußeren Enden der dünnen Metallstreifen oder Schichten und die Lötfolie anwachsen, um die Innenoberfläche des Gehäuses zu berühren oder sich diesem anzupassen. Dann wird die Temperatur über eine Periode von 15 Sekunden auf 1177ºC (2150ºF) angehoben oder erhöht, was ausreichend ist, um die Lötfolie zu schmelzen und die Teile miteinander zu verbinden. Die Energie wird an diesem Punkt sofort unterbrochen, und die Vorrichtung kann abkühlen. Da lediglich der äußerste Abschnitt des Honigwabenkörpers erwärmt wird, werden der Katalysator und die Beschichtung, die diesen hält, durch den Lötvorgang nicht beschädigt.

Claims

1. Verfahren zum Anbringen eines mit einem Katalysator wenigstens zum Teil beschichteten ersten Metallkörpers an einem an einem zweiten Metallkörper, das folgende Schritten enthält: (a) Bereitstellen wenigstens eines Metallkörpers mit einer Beschichtung aus einem feuerfesten Metalloxid, auf dem ein Katalysator angebracht ist, und der wenigstens über einen unbeschichteten Verbindungsbereich verfügt, an dem er an das zweite Metall angebracht wird; (b) Aufbringen eines schmelzbaren Lötmetalls auf den Verbindungsbereich, der an dem zweiten Metall angebracht werden soll, wobei das Lötmetall eine vorbestimmte Schmelztemperatur hat; (c) Sichern des ersten und des zweiten Metallkörpers gegen eine Relativbewegung, um eine Anordnung zu bilden; Plazieren der Anordnung innerhalb der Spulen einer Induktionsheizvorrichtung; (e) Zuführen elektrischer Energie an die Induktionsheizvorrichtung, um die Temperatur im Verbindungsbereich auf eine Zwischentemperatur unter der vorbestimmten Schmelztemperatur anzuheben und sie für eine Dauer von etwa 15 Sekunden beizubehalten und anschließend die Temperatur auf die vorbestimmte Schmelztemperatur anzuheben, um das Lötmetall zu schmelzen; (f) sofortiges Beenden der Zuführung der elektrischen Energie beim Erreichen der vorbestimmten Schmelztemperatur; und (g) Kühlen der Anordnung, um eine Haftung des ersten Metallkörpers am zweiten Metallkörper zu bewirken.

2. Verfahren nach Anspruch 1, weiterhin enthaltend den Schritt des Entfernens der Katalysatorbeschichtung auf dem ersten Metallkörper vom Verbindungsbereich, der am zweiten Metallkörper haften soll.

3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das feuerfeste Metalloxid Aluminiumoxid enthält.

4. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das feuerfeste Metalloxid eine Mischung aus Aluminiumoxid und Zerdioxid ist.

5. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das feuerfeste Metalloxid eine Mischung aus 75% Aluminiumoxid und 25% Zerdioxid ist.

6. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das feuerfeste Metalloxid Titanoxid enthält.

7. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Katalysator ein Edelmetallkatalysator ist.

8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem der Edelmetallkatalysator aus der Gruppe, bestehend aus Platin, Palladium, Rhodium, Indium, Ruthenium und Mischungen aus zwei oder mehreren dieser Metalle, gewählt ist.

9. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der erste Metallkörper einen wellenförmigen dünnen Metallstreifen enthält.

10. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der erste Metallkörper mehrere wellenförmige dünne Metallstreifen enthält, die abwechselnd mit flachen dünnen Metallstreifen gestapelt und S-förmig gewunden werden, um einen multizellularen Honigwabenkörper zu bilden.

11. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem die wellenförmigen und die flachen dünnen Metallstreifen äußere Enden haben, wobei bei den äußeren Enden die Beschichtung und der Katalysator entfernt wird, um einen Verbindungsbereich auszubilden.

12. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der zweite Metallkörper ein röhrenförmiges Metallgehäuse ist, der den ersten und den zweiten Metallkörper gegen eine relative Bewegung sichert.

13. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem sich die Induktionsheizvorrichtung in einer verschließbaren Kammer befindet.

14. Verfahren nach Anspruch 12, weiterhin enthaltend die Schritte des Verschließens der Kammer und des Ersetzens des Gases in der verschließbaren Kammer mit einem Inertgas.

15. Verfahren nach Anspruch 14, weiterhin enthaltend die Schritte des Verschließens der Kammer und des Erzeugens eines Vakuums in der verschließbaren Kammer.

16. Verfahren nach Anspruch 14, bei dem das Inertgas Argon ist.

17. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Lötmetall eine Lötmetallpaste ist.

18. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der erste und der zweite Metallteil aus Edelstahl bestehen.

19. Verfahren nach Anspruch 18, bei dem der Edelstahl ein ferritischer Edelstahl ist.

20. Verfahren nach Anspruch 18, bei dem der Edelstahl Nickel und Chrom enthält.