DE8813303U1

DE8813303U1 - Katalysator-Trägerkörper

Info

Publication number: DE8813303U1
Application number: DE8813303U
Authority: DE
Original assignee: Behr GmbH and Co KG
Current assignee: Mahle Behr GmbH and Co KG
Priority date: 1988-10-22
Filing date: 1988-10-22
Publication date: 1988-12-15

Description

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Beeohraibungt Katalygator-Trägerkörper

Die Erfindung betrifft einen Katalysator-Trägerkörper, insbesondere mit asymmetrischem Durchströmungsquerschnitt und zur Verwendung bei der Abgasreinigung von Verbrennungskraftmaschinen von Kraftfahrzeugen, bestehend aus mindestens einem gewellten Metallband das, gegebenenfalls unter Zwischenf(igung eines glatten Metallbandes, zu einem StrömunvSkanäle bildenden Wabenkörper aufgewickelt ist, der von einem Mantel zur Endform gedrückt und gehalten ist.

\ y Katalysator-Trägerkörper, die unter Verwendung von Metallbändern hergestellt werden,lassen sich im Gegensatz zu keramischen Katalysator-Trägerkörpern nicht ohne weiteres zu beliebigen Querschnitten formen. Dies ist bedingt durch die Art der Herstellung, bei der im allgemeinen ein gewelltes Metallband mit bestimmten Querschnitt oder auch ein gewelltes Metallband zusammen mit einem glatten Metallband zum Wabenkörper aufgewickelt wird, dessen Querschnitt kreisrund ist. Es sind zwar auch Herstellungsmethoden bekannt geworden (DE-OS 35 27 111), bei denen der Wickelvorgang so durchgeführt wird, daB nur eine Seite der Wickeilagen eng gewickelt und auch untereinander fest verbunden wird, während die andere Seite des Wickelkörpers in losen Schlaufen gewickelt wird, die sich anschließend durch das Einfügen in einen Mantel zu einer Form verpressen lassen, die asymmetrisch und auch unregelmäßig sein kann.

Andere bekannte Verfahren (DE-OS 35 32 408 -D7421-) schlagen für den WickelVorgang die Verwendung einer Wickelvorrichtung vor, bei der Wickelstifte die zu wickelnden Lager, der Metall-

bänder führen. Diese Wiekeletifte werden noeh während des Wik-Xelvorgangee axial wieder aus dem Wickelkörper herausgezogen, der auf diese Weise ebenfalls von der Kreisform abweichend gestaltet werden kann. Beide Herstellungsmethoden, insbesondere die zuerst genannte, sind verhältnismäßig aufwendig, weil während des Wickelvorgangs zu viele KontrollmaBnahmen vorgenommen werden müssen. Die Herstellung solcher Trägerkörper wird daher aufwendig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfachere Möglichkeit zur Herstellung von Katalysator-Trägerkörpern aus Metallbändern zu finden, die vor allem auch die Herstellung von Katalysator-Trägerkörpern mit unregelmäßigem, asymmetrischen Querschnitt erlaubt.

Der neue Katalysator-Trägerkörper ist gekennzeichnet durch einen inneren, ebenfalls Strömungskanale aufweisenden Kern mit einer dem gewünschten Durchströmungsquerschnitt angepaßten Kontur, auf den der Wabenkörper aufgewickelt ist. Diese Ausgestaltung geht von der Erkenntnis aus, daß dann, wenn der Kern ausreichend groß ausgebildet ist, auch der auf diesen aufgewickelte äußere Wabenkörper, der sich zunächst eng an die Kontur des Kernes anpaßt, auch die Kontur beibehält, die dem Kern zu eigen ist. Durch diese Ausgestaltung läßt sich daher das bisher bekannte einfache Wickelverfahren zur Herstellung von Katalysator-Trägerkörpern aus Metallbändern einsetzen.Gleichwohl können aber nahezu beliebige Trägerkörperqc; !schnitte verwirklieht, werden.

Der Kern kann nach dem Anspruch 2 vorteilhaft als ein Wabenkörper ausgebildet sein, dessen Länge der Breite des aufgewickelten Metallbandes entspricht.Es entsteht so an den beiden Stirnseiten fluchtender Wabenkörper, dessen 3"srn in der Ausgestaltung zwar von dem äußeren Bereich abweicht, dennoch aber ebenfalls mit zur katalytischen Umsetzung herangezogen werden kann.

Es ist vorteilhaft, gemäß dem Anspruch 3/ wenn der Wabenkörper des Kernes eine gegenüber der Wabendichte des äußeren Wabenkörpers größere Wabendichte aufweist. Der Strömungswiderstand eines so aufgebauten Katalysator-Trägerkörpers wird bei dieser Ausgestaltung in der Mitte größer. Dadurch kann ein Ausgleich des den Trägerkörper durchströmenden Abgasprofiles erreicht werden, das sonst in der Regel - wie bei allen Rohrströmungen üblich - in der Mitte größere Strömungsgeschwindigkeiten aufweist als am Rand. Diese Vergleichmäßigung des Strömungsprofiles führt zu einer gleichmäßigeren Belastung der Gesamtfläche des Katalysators, die damit besser zur Abgasumsetzung ausgenützt werden kann.

Die Herstellung des inneren Wabenkernes kann an sich in bekannter Weise durch das Aufeinanderschichten einzelner Formstücke von Well- und/oder Glattbändern erreicht werden, die in einer Form aufeinandergelegt und dann verlötet werden. Einfacher ist es aber, den inneren Wabenkern in einer schon vorgeschlagenen Weise (Patentanmeldung P 38 31 616.1 -P8510-), aus einem zunächst hergestellten größeren Wabenblock auszuschneiden.

Um zu erreichen, daß der Wabenkörper nach dem Wickeln in die gewünschte Endform gebracht wird, ist es zweckmäßig, in an sich bekannter Weise ein mindestens zweischaliges Gehäuse als Mantel vorzusehen.

Durch die vorliegende Erfindung wird es aber auch in ganz besonders vorteilhafter Weise nach den Merkmalen des Anspruches 6 möglich, zwei Kerne nebeneinander anzuordnen und gemeinsam von einem gewickelten Wabenkörper zu umgeben. Auch bei einer solchen Ausgestaltung läßt sich das bekannte Wickelverfahren einsetzen, wobei lediglich die beiden Wabenkörper bei der Herstellung zunächst parallel zueinander in einer Wickelvorrichtung gehalten werden müssen, wonach dann beispielsweise ein Glattband und ein Wellband auf diese beiden Kerne aufgewickelt wird. Dabei kann das Wellbanä und/oder das Glattband, oder beide an

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einen der beiden Wabenkerne abgepunktet werden, so dt»ß dann der Wickelvorgang in bekannter Weise durchgeführt werden kann, im Gegensatz au einem spiralförmigen Aufwickeln zu einem zylindrischen Endkörper wird hier, wo das Wickeln um einen asymmetrischen Körper erfolgt, der nicht rotationssymmetrisch ist,darauf zu achten sein, daß bei den einseinen Wickelschlägen die Zufuhr der Metallbänder entsprechend freigegeben oder gebremst wird. Dies läßt sich aber, da es auch beim Wickeln zu rotationssymmetriuchen Körpern auf die Bandspannung ankommt, sehr einfach verwirklichen.

Wenn zwei Wabenkerne nebeneinander angeordnet sind, die an ihren aneinander zugewandten Seiten nicht die gleiche Höhe haben, dann wird sich bei der Herstellung während und nach dem Wickeln ein Hohlraum zwischen den beiden Wabenkörpern und den außen auf diese aufgewickelten Wickellagen ergeben. Diese Hohlräume können dazu ausgenützt werden, um auch Katalysator-Trägerkörper herzustellen, die mit längsverlaufenden Einbuchtungen versehen sind. Beim Aufsetzen eines entsprechend gestalteten Gehäuses oder eine Gehäuseschale nämlich werden die Wickellagen in den Hohlraum zwischen den beiden Kernen hereingedrückt. Ähnliche Vorgänge des Zusamrcendrückens sind auch schon bei der Herstellung ovaler Trägerkörper bekannt, bei denen man zunächst -"'inen Wabenkörper mit einem kreisförmigen Querschnitt, aber mit einem Hohlraum in der Mitte hergestellt und dann durch Zusammendrükken des inneren Hohlraums zur Ovalform gepreßt hat.

Schließlich eröffnet diese Art der Herstellung von Katalysator-Trägerkdrpern aus Metallbändern, die sonst nur mit zwei getrennten Katalysatoren zu verwirklichende Möglichkeit, ein Gehäuse für den Katalysator-Träge*-kSxj|>er vorzusehen, das mit z;
Anschlußstutzen für zwei Abgasleitungen, aber mit eip^ro &sgr;—aei«- samen Auslaßstutzen versehen ist. Zwischen den beiden Anschlußstutzen kann dann eine das Gehäuse abdichtende Trennwand vorgesehen sein, die bis zu der angeströmten Stirnseite des Wabenkörpers verläuft und vorteilhaft in eine stirnseitig in den Wa-

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benkörper eingefräste Nut hereinreicht, wie dies in den Ansprüchen 8 bis 11 aufgeführt ist. Diese Ausführungsform erlaubt die einstückige Herstellung eines Katalysators für zwei Abgasleitungen. Hierfür waren bisher stets zwei Katalysatoren notwendig.

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

Fig. 1 eine schematische, perspektivische Teildarstellung

eines Katalysator-Trägerkörpers gemäß der Erfindung, mit einem etwa birnenförmigen Querschnitt,

Fig. 2 die schematische Darstellung des Herstellungsvorganges für den Katalysator-Trägerkörper der Fig. 1,

Pig. 3 die vergrößerte Darstellung des Schnittes längs der Linie III-III durch den Trägerkörper der Fig. 5, für den zwei Wickelkerne zur Herstellung verwendet

wurden,

Fig. 4 die echematische Darstellung - perspektivisch - des

Katalysator-Trägerkörpers der Fig. 3 nach dem Wickelvorgang, aber noch vor dem Einsetzen in den Mantel,

Flg. S eine perspektivische, echematische Darstellung eines Gehäuses, das als Mantel für den Trägerkörper der Fig. 3 und 4 dient und

Fig. 6 eine vergrößerte Detaildarstellung eines Schnittes längs der Linie VI in der Fig. 5.

In der Fig. 1 1st ein Katalysator-Trägerkörper (1) gezeigt, der aus einem Kern (6) mit einem Querschnitt etwa in der Form eines Trapezes, und aus einem außen auf diesem Kern (6) aufgewickelten wabenkörper (4) besteht, der zusammen mit dem Kern

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(6) von einem Gehäuse (5) zur Endform zusammengedrückt und gehalten ist.

Der gewickelte Wabenkörper (4) besteht dabei aus einem Wellband (2) - Fig. 2 - das zusammen mit einem Glattband (3) um den Kern (6) herum aufgewickelt ist. Es ergeben sich dadurch in bekannter Weise jeweils verschiedene, spiralförmig übereinander^legte Lagen, zwischen denen Strömungskanäle (15) gebildet sind, die durch die Wellungen des Wellbandes (2) entstehen.

Der Kern (6) selber ist beim Ausführungsbeispiel ebenfalls ein Wabenkörper mit Strömungskanälen (16), die auch durch ein Wellband (7) aus Metall entstehen, dessen einzelne Lagen jeweils an Lagen eines glatten Bandes (8) angrenzen. Der Kern (6) läßt sich beispielsweise dadurch herstellen, daß der gezeigte trapezförmige Querschnitt aus einem größeren Wabenblock herausgeschnitten wird, der beispielsweise durch aufeinandergeschichtete und daher parallel zueinanderliegende Stücke jeweils sines gewellten Metallbandes (7) und eines angrenzenden glatten Metallbandes (8) durch Schichten hergestellt und anschließend verlötet wird. Aus diesem gelöteten Wabenblock wird dann der Kern (6) herausgeschnitten, wobei der Kern (6) eine Länge (L) erhält, die auch der Tiefe des Wabenblocks entspricht. Diese Länge (L) wird so gewählt, daß sie der Breite (B) der beiden Metallbänder (2 und 3) entspricht. Beide Metallbänder (2 und 3) werden dann an einer Stelle, wie in Fig. 2 gezeigt, des Kernes angwpunktet und der Kern (6), der in einer geeigneten Vorrichtung gehalten wird, wird dann beispielsweise um die Achse (18) im Sinn des Pfeiles (17) in Rotation versetzt, so daß sich die beiden Bänder (2 und 3) außen auif den Kern (6) aufwickeln, bis der Wabenkörper (4) entstanden ist. Es werden dann die beiden Halbschalen (5a, 5b) des Gehäuses (5) aufgesetzt, die den Trägerkörper in die gewünschte Außeinkontur drücken. Da der Kern (6) in seinem Querschnitt schon so gewählt wurde, daß auch der gewickelte Wabenkörper (4) im wesentlichen die gewünschte Endkontur erreicht, werden durch das Aufsetzen de* Gehäueesehalen (5a und

5b) keine nennenswerten und nachteiligen Verquetschungen von Strömungskanälen im Wabenkörper (4) zu befürchten sein. Voraussetzung für diese Art der Herstellung ist es, daß die Größe des Kernes (6) entsprechend gewählt wird. Der Kern (6) darf nicht zu klein sein, weil dann die darauf gewickelten Lagen mehr und mehr eine abgerundete Außenform erhalten können. Er darf aber auch nicht zu groß sein, um noch genügend Raum für den Wabenkörper (4) zu lassen, der in bekannter Weise auch so ausgestaltet werden kann, daß er radial nachgiebig wird und daher auch Wärmedehnungen während des Betriebes des Katalysators aufnehmen kann.

Die Größe der Strömungskanäle (16) des Kernen (6) kann kleiner sein als die Größe der Strömungskanäle (15) des Wabenkörpers (4), was durch die Verwendung eines Wellbandes (7) mit kürzeren Wellungen für die Herstellung des Kernes (6) erreicht werden kann. Die Wabeudichte des Kernes (6) wird dadurch gegenüber der Wabendichte des äußeren Wabenkörpers (4) größer. Dies führt zu einer Vergleichmäßigung des Strömungsprofiles für das im Sinne des Pfeiles (18) (Fig. 1) stirnseitig in den Katalysator einströmende Abgas. Der Strömungswiderstand des Kernes (6) ist nämlich dann größer als jener des Wabenkörpers (4) . Die Vergleichmäßigung des Strömungsprofiles führt zu einer gleichmäßigeren Beaufschlagung aller Flächen der Strömungskanäle (15 und 16), so daß auch der Ausnutzungsgrad der nach dem Wickeln mit Katalysatormaterial beschichteten Wabenkörper erhöht werden kann.

In den Fig. 3 und 5 ist ein ebenfalls durch Umwickeln eines Kernes hergestellter Trägerkörper gezeigt.Bei dem Trägerkörper, dessen Querschnitt die Fig. 3 zeigt, sind allerdings zwei Kerne (6* und 6¹') zur Herstellung verwendet worden, die zur Herstellung zunächst gemeinsam in einer entsprechenden Drehhalterung gehalten sind und, beispielsweise um die Achse (18*) rotieren, so daß sie gemeinsam mit den Wellbandschichten umgeben werden. Der so entstehende Wabenkörper ist in Fig.4 gezeigt.Er besitzt noch nicht die charakteristische Einteilung (19) in der Mitte.

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Diese wird nach Beendigung des WickelVorganges dadurch erreicht, daß der Trägerkörper (I¹) in die beiden Gehäuseschalen (5a', 5b') eingesetzt wird, wobei die obere Gehäuseschale (5a¹) mit ihrer entsprechenden Eindellung (19) den gewickelten Wabenkörper (I¹) an dieser Stelle nach unten drückt, bis die Wickellagen an den beiden Kernen (6*, 6'¹) anliegen. In der Fig. 3 ist die Ausgangslage der inneren und der äußersten Lagen des Wabenkörpers (4') mit (20 und 21) gestrichelt angedeutet. Diese Außenkonturen werden durch die Gehäuseschale (5a¹) nau unten gedruckt, bis die Lagen ,[2O) an den beiden Kernen (6',6") anliegen und die äußersten Lagen (21) außen an der Delle (19) des Gehäuses (5*) anliegen. Dadurch entsteht die in Fig. 3 gezeigte besondere Querschnittform, die bei aus Metallbändern gewickelten Katalysatorkörpern bisher nicht möglich war.

Diese Querschnittsform eignet sich besonders in ein Gehäuse (5¹) eingesetzt zu werden, das gemäß Fig. 5 mit zwei Arschlußstutzen (9 und 10) und nur einem Auslaufanschluß (11) versehen ist. Katalysatoren dieser Art lassen sich daher an zwei Abgasleitungen anschließen. Im Gehäuse (5¹) ist,um die beiden Abgasströme auch getrennt durch den Wabenkörper (4* und die beiden Kerne (6*, 6'*) zu leiten, die analog der Aus führung s form der Fig. 1 hergestellt sein können, eine Trennwand (12) zwischen der beiden Anschluß stutzen (9 und 10) vorgesehen, die bis zur Stirseite (13) des Wabenkörpers (4*) reicht und dort in eine in diese Stirnseite eingefräste Nut (14) eingesetzt ist. Diese Trennwand (12) gibt daher die Gewähr, daß die von den beiden Abgasleitungen kommenden Abgasströme jeweils £ür sich durch den Katalysator strömen. Dies wird bei manchen Bauarten von Kraftfahrzeugmotoren gewünscht. Diese Forderung konnte bisher nur durch die Verwendung von zwei Katalysatoren gelöst werden.

Möglieh wäre es auch, anstelle der Trennwand (12) einen Zuganker vorzusehen, der dann allerdinge nicht mehr die volle Funktion der Trennung der Abgasströme erfühlen könnte.

Claims

wiLHEL &kgr;.'..&, ' d.;^:d:s !t"e:r:

PATENTANWÄLTE - EUROPEAN PATENT "ATTORNEYS
D-7000 Stuttgart 1 Hospitalstraße 8 Tel.(0711) 291133/292857

Anmelder;

Süddeutsche Kühlerfabrik Stuttgart, den 21.10.1988

Julius Fr. Behr GmbH & Co. KG G 8511
Mauserstraße 3 Dr.W/Ei

7000 Stuttgart 30 88-B-13

Schutzansprüche

1. Katalysator-Trägerkörper, insbesondere mit asymmetrischem Durchströmuugsquerschnitt und zur Verwendung bei der Abgasreinigung von ^T'arbrennungskraftmaschinen von Kraftfahrzeugen, bestehend aus mindestens einem gewellten Metallband (2) das, gegebenenfalls unter Zwischenfügung eines glatten Metallbandes (3), zu einem Strömungskanäle bildenden Nabenkörper (4) aufgewickelt ist, der von einem Mantel (5) zur Endform gedrückt und gehalten ist, gekennzeichnet durch einen inneren, ebenfalls Strömungskanäle aufweisenden Kern (6) mit einer dem gewünschten Durchströmungsquerschnitt angepaßten Kontur, auf den der Wabenkörper (4) aufgewickelt ist.
2. Katalysator-Trägerkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (6) als ein Wabenkörper ausgebildet ist, dessen Länge (L) der Breite (B) des aufgewickelten Metallbandes (2) entspricht.
3. Katalysator-Trägerkörper nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet/ daß der Wabenkörper des Kernes (6) eine gegenüber der Wabendichte des äußeren Wabenkörper&bgr; (4) größere Wabendichte aufweist.

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4. Katalysator-Trägerkörper nach den Ansprüchen 1, 2 oder

3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (6) aus einem aus gewickelten, gefalteten oder geschichteten Metallbändern (7, 8) bestehenden Wabenblock ausgeschnitten ist.
5. Katalysator-Trägerkörper nach einem der Ansprüche 1 bis

4, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (5, 5') als ein mindestens zweischaliges Gehäuse (5a,5b, 5a',5b') ausgebildet ist.
6. Katalysator-Trägerkörper nach einem der Ansprüche 1 bis

5, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Kerne (6',&bgr;¹') nebeneinander angeordnet und gemeinsam von einem gewickelten Wabenkörper

(4¹) umgeben sind.
7. Katalysator-Trägerkörper nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Kerne (6',6'') parallel zueinander angeordnet sind.
8. Katalysator-Trägerkörper nach den Ansprüchen 5,, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (5¹) mit zwei AnscMußstutzen (9, 10) für zwei Abgasleitungen und mit einem gemeinsamen Auslaßanschluß (11) ve*sehen ist.
9. Katalysator-Trägerkörper nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den beiden Anschlußstutzen (9, 10) eine das Gehäuse (5*) abdichtende Trennwand (12) vorgesehen ist.
10. Katalysator-Trägerkörper nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand (12) bin zu der angeströmten Stirnseite (13) des Wabenkörpere (4¹) verläuft.
11. Katalysator-Trägerkörper nach Anspruch 10« dadurch gekennzeichnet« daß die Trennwand (12) in eine stirn&^itig Ia den Wabenkörper (V) eingefräste Nut (14) hereinreicht.