DE9207908U1 - Elektrisch heizbarer Abgaskatalysator - Google Patents

Elektrisch heizbarer Abgaskatalysator

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Description

eigentlichen Katalysatorkörper ("Monolith") in Form beispielsweise eines Wickelkörpers im Gehäuse. Die auftretenden Temperaturunterschiede führen nämlich zur Ausdehnung bzw. zum Zusammenziehen eines solchen Wickelkörpers, wodurch wiederum das katalytisch wirksame Keramikmaterial Risse bekommen kann oder sogar bricht. Ähnliche Probleme gelten für eine betriebssichere Zuführung der Heizströme bei hohen bzw. unterschiedlichen Temperaturen mit und ohne Stromzufuhr.
Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, einen elektrisch heizbaren Abgaskatalysator nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 verfügbar zu machen, der betriebssicher auch unter extremen Umständen im Gehäuse festgelegt ist und eine sichere Stromzufuhr bei hohen Stromstärken ohne Kurzschlußgefahr ermöglicht. Die Lösung der Aufgabe ist im Anspruch gekennzeichnet.
Die Befestigung des Wickelkörpers mit seinem zentralen Innenrohr durch den quer verlaufenden Befestigungsnagel legt den Wickelkörper ausreichend gut im Gehäuse fest, ermöglichst aber Ausdehnungen und kleine Bewegungen, so daß die Riß- und Bruchgefahr vermieden wird. Der keramische Überzug des Befestigungsnagels, der beispielsweise durch eine Plasmabeschichtung aufgebracht werden kann, ergibt eine zuverlässige elektrische Isolation zwischen dem Nagel und den Folien auch bei thermisch bedingten Bewegungen und mechanischen Schwingungen. Damit werden Kurzschlüsse zwischen den einzelnen Folienlagen auch unter schwierigen Betriebsbedingungen über lange Zeiten hinweg sicher vermieden. Die Bohrungen in der aufgewickelten Folie für den Durchtritt des Befestigungsnagels sowie auch die Bohrungen für den Durchtritt durch das Innenrohr werden zweckmäßig vorgefertigt, so daß der Befestigungsnagel ohne Schwierigkeiten eingebracht werden kann.
Die Erfindung betrifft einen elektrisch heizbaren Abgaskatalysator nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein solcher Abgaskatalysator ist insbesondere zur Verwendung als Startkatalysator aus dem deutschen Gebrauchsmuster G 88 16 514 bekannt.
Katalysatoren zur Beseitigung von Schadstoffen in Abgasen von Verbrennungsanlagen und -motoren müssen zur Erzielung der katalytischen Verbrennung der Schadstoffe eine bestimmte Mindesttemperatur von beispielsweise 350°C haben. Solche Temperaturen werden aber erst nach einer gewissen Betriebszeit erreicht. In der Startphase ist daher ein Katalysator noch nicht wirksam, so daß der Schadstoffausstoß sehr hoch sein kann. In bekannter Weise hat man daher versucht, Katalysatoren insbesondere in der Startphase zusätzlich aufzuheizen, beispielsweise durch eine elektrische Heizung, die in mehreren Varianten bekannt ist. Bei dem obengenannten Gebrauchsmuster führt man den das Katalysatormaterial tragenden Folien einen Strom im Bereich zwischen 30 und 50 A bei einer Spannung von 12 V (Bordspannung bei Kraftfahrzeugen) zu, insgesamt also eine Leistung zwischen etwa 300 und 600 Watt. Höhere Leistungen sind ebenfalls üblich.
Eine zusätzliche Aufheizung ist auch bei Dieselrußfiltern erforderlich, die jeweils nach einer gewissen Betriebszeit bereinigt werden müssen. Dazu verbrennt man die angesammelten Rußteilchen, wozu aber eine Erhöhung der Temperatur erforderlich ist, denn die Abgastemperatur üblicher Dieselmotoren liegt zu niedrig. Auch hier ist es bekannt, eine zusätzliche elektrische Heizung oder auch eine Heizung durch zugeführte Verbrennungsgase vorzusehen.
Die zusätzliche Heizung von Abgaskatalysatoren durch Zuführung elektrischer Leistung bringt aber zusätzliche Probleme mit sich. Kritisch ist insbesondere die Befestigung der
Der Wickelkörper kann Kreisquerschnitt besitzen oder auch oval ausgebildet sein.
Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. So kann vorgesehen sein, daß die Stromzuführung zum Innenrohr über einen mit einem Keramiküberzug entsprechend dem Keramiküberzug des Befestigungsnagels versehenen Stift oder Nagel erfolgt, der quer durch eine Hälfte des Wickelkörpers führt. Das innere Ende des Stiftes ist elektrisch leitend mit dem Innenrohr verbunden und sein äußeres Ende führt isoliert durch die Gehäusewand und dient als Stromanschluß. Beispielsweise kann hier der positive Pol der Stromversorgung angeschlossen sein, während der negative Anschluß zum Gehäuse führt.
Das innere Ende wenigstens eines der beiden Folienbänder ist mit Vorteil in einem Längsschlitz des Innenrohrs festgelegt, beispielsweise geklemmt oder verlötet, während das äußere Ende des äußersten Folienbandes über eine oder mehrere Metallfahnen mit der benachbarten Gehäuseinnenseite verbunden ist.
Zusätzlich zu den beiden stromführenden Metallfolienbänder können eine oder mehrere weitere Metallfolienbänder mit einer katalytisch wirksamen Beschichtung, die nicht stromführend sind, im Wickelkörper mitlaufend angeordnet sein. Auf diese Weise kann dafür gesorgt werden, daß die Temperaturverteilung im Wickelkörper gleichmäßiger wird, derart, daß die Wicklungsdichte der stromführenden Folienbänder über den Wickelkörper annähernd konstant bleibt. Die nicht stromführenden Folienbänder werden dazu zweckmäßig im zentralen Bereich des Wickelkörpers angeordnet und laufen nach außen aus. Durch die homogenere Temperaturverteilung nimmt die Gefahr eines Durchbrennens der Folien in thermisch stärker belasteten Bereichen, insbesondere im Zentrum des Wickelkörpers ab.
jedoch eine gewissen Bewegung des Wickelkörpers 2 im Gehäuse 1 .
Zur Befestigung des Wickelkörpers 2 im Gehäuse 1 ist ein Befestigungsnagel 9 vorgesehen, der durch einen keramischen, im Plasmabeschichtungsverfahren aufgebrachten Überzug 10 elektrisch gegen die Folienbänder 3, 4 und das Innenrohr 5 isoliert ist. Der Befestigungsnagel 10 führt dabei durch vorgefertigte Bohrungen der Folienbänder 3, 4 und entsprechende Bohrungen 11, 12 des Innenrohres 5. An beiden Enden ist der Befestigungsnagel 9 mit dem Gehäuse 1 verschweißt.
Der elektrische Anschluß zum Innenrohr 5 erfolgt mittels eines Stiftes 13, der auf einer Seite quer durch den Wickelkörper führt, wozu die Folienbänder wiederum mit vorgefertigten Öffnungen versehen sind. Der Stift 13 ist ebenfalls mit einem elektrisch isolierenden, keramischen Überzug im Plasmabeschichtungsverfahren versehen. Bei 15 ist der Stift mit dem Innenrohr 5 verschweißt. Am anderen Ende besitzt der Stift 13 ein Gewinde 16 zum Anschließen einer Leitung (nicht dargestellt), die beispielsweise zum Pluspol einer Stromversorgung (nicht dargestellt) führt. Das Gehäuse besitzt einen weiteren, beispielsweise angeschweißten Anschluß 17, der mit dem Minuspol der Stromversorgung verbindbar ist. Beispielsweise kann dazu ein Masseband (nicht gezeigt) vorgesehen sein, wenn die negative Versorgungsspannung mit der Fahrzeugmasse verbunden ist.
Fig. 3 zeigt den Befestigungsnagel 9 mit seiner keramischem Beschichtung 10, wobei etwa im mittleren Bereich eine Querschnittsansicht eingefügt ist. Entsprechend zeigt Fig. 4 den Stift 13 mit seinem Überzug 14 und dem Gewindeende 16.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen näher beschrieben.
Es zeigen:
Fig. 1 einen Querschnitt durch einen elektrisch heizbaren Abgaskatalysator als Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 2 eine Vorderansicht des Abgaskatalysator nach Fig. 1; Fig. 3 eine Ansicht des Befestigungsnagels für den
Wickelkörper des Abgaskatalysators; Fig. 4 eine Ansicht des Stromzuführungsstiftes für das Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 und 2.
Der elektrisch heizbare Abgaskatalysator gemäß Fig. 1 und 2 besitzt einen zentral in einem Gehäuse 1 aus korrosionsfestem Blech angeordneten Wickelkörper 2. Der Wickelkörper 2 ist bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel aus zwei Metallfolienbänder hergestellt, von denen das eine Band 3 glatt und das andere Band 4 gewellt ist. Die Bänder 3, 4 sind spiralförmig auf ein zentrales Innenrohr 5 aus korrosionsfestem, hitzebeständigem Material aufgewickelt. Sie bestehen aus einem hochwärmefesten, korrosionsbeständigen Metall, beispielsweise Alucrommaterialien und sind mit einem katalytisch wirksamen Keramikwashcoat beschichtet. In bekannter Weise enthält der keramische Washcoat dazu fein verteilte Edelmetallkomplexe auf der Basis von Platin, Rhodium und/oder Palladium. Das innere Ende 6 beider Folienbänder 3, 4 ist in einen Längsschlitz 7 des Innenrohres 5 eingeklemmt und kann dort zusätzlich verlötet werden, so daß ein guter elektrischer Kontakt mit dem Innenrohr 5 hergestellt ist. Das äußere Ende auf der Außenseite der letzten Windung des Folienbandes 3 sind Metallfahnen 8 angelötet, die einen elektrischen und mechanischen Kontakt zum Gehäuse 1 herstellen. Sie ermöglichen

Claims (5)

Ansprüche
1. Elektrisch heizbarer Abgaskatalysator mit einem Wickelkörper (2) aus wenigstens zwei Metallfolienbändern (3, 4), die aus hochtemperaturfestern Material bestehen und mit einem katalytisch wirksamen Keramikwashcoat beschichtet sind und von denen eines (3) glatt und das andere (4) wellenförmig ausgebildet ist, so daß Durchströmkanäle für das zu reinigende Abgas gebildet werden, mit einem Gehäuse (1) für den Wickelkörper (2) und mit Stromzuführungen (16, 17) zu den Folienenden, dadurch gekennzeichnet,
daß der Wickelkörper (2) ein zentrales Innenrohr (5) aufweist, das mit dem inneren Ende (6) wenigstens eines Folienbandes (3, 4) verbunden ist, daß ein mit einem keramischen Überzug (10) versehener Befestigungsnagel (9) quer durch den Wickelkörper (2) und das Innenrohr (5) führt und mit seinen beiden Enden am Gehäuse (1) festgelegt ist, und
daß das äußere Ende wenigstens eines Folienbandes (3) mit dem Gehäuse (1) verbunden ist.
2. Abgaskatalysator nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Stromzuführung zum Innenrohr (5) über einen mit einem Keramiküberzug (14) versehenen Stift (13) erfolgt, der quer durch eine Hälfte des Wickelkörpers (2) führt, dessen inneres Ende mit dem Innenrohr (5) elektrisch leitend verbunden ist und dessen äußeres Ende isoliert durch das Gehäuse (1) geführt ist und als Stromanschluß (16) dient.
3. Abgaskatalysator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das innere Ende (6) wenigstens eines Folienbandes (3, 4) in einem Längsschlitz (7) des Innenrohres (5) festgelegt ist, und daß das äußere Ende des äußersten Folienbandes (3) über eine oder mehrere Metallfahnen (8) mit der benachbarten Gehäuseinnenseite verbunden ist.
4. Abgaskatalysator nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere weitere Metallfolienbänder, die nicht stromführend sind, im Wickelkörper (2) mitlaufend angeordnet sind.
5. Abgaskatalysator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die nicht stromführenden Folienbänder im zentralen Bereich des Wickelkörpers (2) angeordnet sind und nach außen hin auslaufen.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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