EP0186801B1 - Trägermatrix, insbesondere für einen katalytischen Reaktor zur Abgasreinigung - Google Patents

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EP0186801B1 EP85115376A EP85115376A EP0186801B1 EP 0186801 B1 EP0186801 B1 EP 0186801B1 EP 85115376 A EP85115376 A EP 85115376A EP 85115376 A EP85115376 A EP 85115376A EP 0186801 B1 EP0186801 B1 EP 0186801B1
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Definitions

  • the invention relates to a carrier matrix according to the preamble of patent claim 1.
  • Catalyst bodies produced in corrugated strips provide an increase in the turbulence within the individual flow channels delimited by the smooth metal foils, but that in the radial direction almost no gas equalization can follow, but this is also desirable with regard to the utilization of the catalyst material. It has therefore already been proposed (DE-C-33 47 086.3) to form metal foils to be stacked directly in the manner of turbulence plates, as are used in heat exchangers. Such types have certain disadvantages in terms of manufacturing technology.
  • the invention is therefore based on the object of avoiding these disadvantages and of creating a support matrix of the type mentioned at the outset which permits good utilization of the catalyst material with a simple production method.
  • the characterizing features of claim 1 are provided in a carrier body of the type mentioned.
  • the new foils can be stacked on top of one another in a simple manner without having to take into account the shape of the corrugations or the profile of the corrugations.
  • the new film is excellently suited for the production of wound carrier matrices because the continuous smooth metal strip can absorb the tensile stress used during winding, and the corrugated strip that is also continuously adjacent to the smooth metal strip with offset corrugated sections because of its continuous arrangement over the entire width of the smooth strip but also cannot be deformed and undesirably deformed during the winding process.
  • Corrugated metal strips of the type listed in claim 1 have a high intrinsic stability.
  • the corrugated sections have corrugations with a trapezoidal cross section, which is in each case such that the smaller of the two parallel sides of the trapezoid each form the sides closed by the corrugated strip and the larger sides form the open sides of the corrugated strip.
  • This trapezoidal cross section results in an extremely good stability of the corrugated tape, which is important when winding the matrix.
  • a smooth metal foil 1 is shown, which consists for example of a thin steel sheet.
  • This metal foil 1 is provided at certain intervals with openings 2, which can be stamped, for example.
  • the openings 2 shown are rectangular. Of course, differently shaped openings, for example round openings, can also be provided.
  • a metal strip Adjacent to the smooth metal foil 1, a metal strip, for example made of the same material but formed as a corrugated strip 3, is provided, which also consists of a there is only one continuous sheet metal strip, which, however, has been passed, for example, through a pair of rollers provided with projections and recesses, so that the embossments and incisions occur which are clear in FIG. 1.
  • the corrugated strip 3 consists of a plurality of partial corrugated strips 3a, 3b, 3c etc. which are arranged one behind the other in the flow direction 4 and run transversely to the flow direction 4, and which are each designed identically to one another, but each about a quarter of the wavelength a transversely to Flow direction are offset from each other.
  • each corrugated tape 3 is enclosed on both sides after a winding process by a smooth tape 1, so that thereby the aforementioned closed flow channels 5 are formed, but from layer to layer or from winding to winding over the openings 2 are also interconnected.
  • the corrugated sections 3a, 3b, 3c which are firmly attached to one another, each have a trapezoidal cross-section, the smaller side 7 of the trapezoid each having the closed part of the corrugated strip and the larger side 8 of the two parallel sides of the trapezoid forms the open side of the corrugated tape.
  • This leads to the fact that the smooth band 1 and the corrugated band 3 are particularly well suited for the production of a carrier matrix by winding, as shown in FIG. 2.
  • a wound carrier matrix can be produced in a particularly simple manner with the two films shown in FIG. 1. It can then be soldered in a manner known per se and then coated with catalyst material. The wound foils are, likewise in a known manner, pushed into a tubular housing with a circular or oval cross section before the soldering process.
  • the film shown in FIG. 1 is stacked on top of one another, it is of course also possible to produce rectangular carrier bodies.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Trägermatrix nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
  • Es ist bekannt (DE-A-29 02 779), die Matrix für einen katalytischen Reaktor zur Abgasreinigung aus verschiedenen Folien durch Wickeln derselben herzustellen, wobei beispielsweise jeweils glatte Metallfolien und Metallwellbänder abwechselnd aneinandergelegt und zusammen aufgewickelt werden. Diese Metallfolien werden anschließend verlötet. In einem weiteren Arbeitsvorgang werden sie mit Katalysatormaterial beschichtet. Die Wellbänder zwischen den glatten Folien bilden bei einer solchen Matrix Durchgangskanäle für das Abgas, wobei durch Schrägstellen mit mehrerer hintereinander angeordneter Wellbänder auch die Turbulenz des durchströmenden Abgases im Bereich zwischen zwei glatten Folien erhöht werden kann. Bekannt ist es auch (DE-C-27 33 640), die glatten Metallfolien jeweils mit Ausprägungen oder Vorsprüngen zu versehen, die in Öffnungen in der Wellfolie eingreifen und sich beim Schichten oder Wickeln verhaken, so daß ein gegenseitiges Verrutschen der einzelnen Lagen vermieden und so unter Umständen ein Lötvorgang nicht notwendig wird. Nachteilig ist bei solchen Bauarten, daß beim Wickeln oder beim Schichten auf eine gegenseitige Ausrichtung der aufeinanderzubringenden Schichten geachtet werden muß, was den Herstellungsprozeß aufwendig macht. Trotzdem kann aber nicht in allen Fällen sichergestellt werden, daß die einzelnen Lagen in jeder Matrix in gleicher Weise aufeinandergefügt sind. Dies kann dazu führen, daß in verschiedenen Trägermatrixen unterschiedlich wirksame Katalysatorflächen vorliegen, was im Hinblick auf Ausnutzung dieses Katalysatormateriales unerwünscht ist. Schließlich besteht auch noch ein Nachteil insofern, als solchermaßen aus glatten Folien mit dazwischenliegenden. Wellbändern hergestellte Katalysatorkörper zwar für eine Erhöhung der Turbulenz innerhalb der einzelnen, von den glatten Metallfolien eingegrenzten Durchströmungskanäle sorgen, daß in radialer Richtung aber nahezu kein Gasausgleich folgen kann, der im Hinblick auf eine Ausnützung des Katalysatormateriales aber ebenfalls erwünscht ist. Vorgeschlagen wurde deshalb auch schon (DE-C-33 47 086.3), unmittelbar aufeinanderzuschichtende Metallfolien in der Art von Turbulenzblechen auszubilden, wie sie bei Wärmetauschern eingesetzt werden. Solche Bauarten weisen in herstellungstechnischer Hinsicht aber gewisse Nachteile auf.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu vermeiden und eine Trägermatrix der eingangs genannten Art zu schaffen, die eine gute Ausnutzung des Katalysatormateriales bei einfacher Herstellungsweise erlaubt.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe werden bei einem Trägerkörper der eingangs genannten Art die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 vorgesehen. Die neuen Folien lassen sich in einfacher Weise aufeinanderschichten, ohne daß Rücksicht auf die Form der Wellungen oder auf das Profil derselben genommen werden muß. Die neue Folie eignet sich in ausgezeichneter Weise zur Herstellung von gewickelten Trägermatrixen, weil das durchgehende glatte Metallband die beim Wickeln aufgewendete Zugspannung aufnehmen kann, das ebenfalls durchgehend an das glatte Metallband angrenzende Wellband mit versetzten Wellteilstücken wegen seiner über die ganze Breite des glatten Bandes durchgehenden Anordnung aber beim Wickelvorgang auch nicht unzulässig und unerwünscht verformt werden kann. Metallwellbänder der im Anspruch 1 aufgeführten Art weisen nämlich eine hohe Eigenstabilität auf.
  • Trotz der Verwendung des durchgehenden glatten Bandes läßt sich in relativ einfacher Weise ein radialer Gasausgleich in dem Trägermatrixkörper auch zwischen den einzelnen Schichten oder Wicklungen erreichen, wenn in dem glatten Band Öffnungen angebracht sind. Auf diese Weise kann eine Verbindung der vom Wellband gebildeten Strömungskanalteilstücke zwischen darunterliegenden und darüberliegenden Strömungskanälen hergestellt werden. Auch die seitlich aneinandergrenzenden, von den Wellungen gebildeten Kanäle stehen untereinander in Verbindung, so daß ein guter Gasausgleich bei der Durchströmung erreicht wird. Schließlich hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn die Wellteilstücke Wellungen mit trapezförmigen Querschnitt aufweisen, der jeweils so liegt, daß die kleineren der beiden parallelen Seiten des Trapezes jeweils die vom Wellband abgeschlossenen Seiten und die größeren Seiten die offenen Seiten des Wellbandes bilden. Dieser Trapezquerschnitt ergibt eine außerordentlich gute Stabilität des Wellbandes, was beim Wickeln der Matrix bedeutsam ist.
  • Die Erfindung ist in der Zeichnung anhand von einem Ausführungsbeispiel dargestellt und wird im folgenden erläutert. Es zeigen :
    • Fig. 1 eine schematische perspektivische Teilansicht von zwei neuen Metallfolien, die zur Herstellung einer Trägermatrix für einen Abgaskatalysator verwendbar sind und
    • Fig. 2 die schematische Darstellung einer gewickelten Matrix, die unter Verwendung der beiden in Fig. 1 gezeigten Metallfolien hergestellt ist.
  • In der Fig. 1 ist eine glatte Metallfolie 1 gezeigt, die beispielsweise aus einem dünnen Stahlblech besteht. Diese Metallfolie 1 ist in bestimmten Abständen mit Öffnungen 2 versehen, die beispielsweise eingestanzt sein können. Die dargestellten Öffnungen 2 sind rechteckig ausgebildet. Natürlich können auch anders geformte Öffnungen, beispielsweise runde Öffnungen, vorgesehen werden.
  • Angrenzend an die glatte Metallfolie 1 ist ein beispielsweise aus dem gleichen Material bestehendes, aber als Wellband 3 ausgebildetes Metallband vorgesehen, das zwar ebenfalls aus einem einzigen durchgehenden Blechstreifen besteht, der jedoch beispielsweise durch ein mit Vorsprüngen und Aussparungen versehenes Walzenpaar hindurchgeführt wurde, so daß die Ausprägungen und Einschnitte entstehen, die in Fig. 1 deutlich werden. Das Wellband 3 besteht aufgrund dieser Ausbildung aus einer Vielzahl von in der Strömungsrichtung 4 hintereinander angeordneten und quer zur Strömungsrichtung 4 verlaufenden Teilwellstreifen 3a, 3b, 3c usw., die jeweils untereinander gleich ausgebildet sind, aber jeweils etwa um ein Viertel der Wellenlänge a quer zur Strömungsrichtung gegeneinander versetzt sind. Dadurch ergeben sich jeweils Strömungskanalteilstücke 5 gleicher Länge in der Strömungsrichtung 4, die aber so gegeneinander versetzt sind, daß ihre jeweils schräg nach unten verlaufenden Wände 3a' 3b', 3c' etwa in der Mitte des vorhergehenden bzw. des nachfolgenden Strömungskanalteilstückes 5 stehen. Das bei der fertiggestellten Trägermatrix in Richtung des Pfeiles 4 strömende Abgas wird daher bei Durchströmung der Wellteilstücke 3a, 3b, 3c stets auf Strömungswiderstände treffen und in seiner Strömungsrichtung abgelenkt, so daß die Turbulenz des durchströmenden Gases und damit auch die Wirksamkeit der Matrix erhöht wird.
  • Aus Fig. 2 wird deutlich, daß jedes Wellband 3 jeweils auf beiden Seiten nach einem Wicklungsvorgang von einem glatten Band 1 eingeschlossen ist, so daß dadurch die vorher erwähnten geschlossenen Strömungskanäle 5 gebildet werden, die aber von Schicht zu Schicht oder von Wicklung zu Wicklung über die Öffnungen 2 auch untereinander in Verbindung stehen.
  • Wie den Fig. 1 und 2 zu entnehmen ist, besitzen die Wellteilstücke 3a, 3b, 3c, die untereinander fest aneinanderhängen, jeweils einen trapezförmigen Querschnitt, wobei die kleinere Seite 7 des Trapezes jeweils den geschlossenen Teil des Wellbandes und die größere Seite 8 der beiden parallelen Seiten des Trapezes die offene Seite des Wellbandes bildet. Es entstehen so jeweils durch schräge Wände stabil nach unten abgestützte Brücken an der Seite 7 des Trapezes, die, da sie mit den benachbarten Brücken der angrenzenden Wellteilstücke einstückig zusammenhängen, für eine große Stabilität des Wellbandes 3 sorgen. Dies führt dazu, daß sich das glatte Band 1 und das Wellband 3 in besonders guter Weise für die Herstellung einer Trägermatrix durch Wickeln eignen, wie sie in Fig. 2 gezeigt ist. Das glatte Metallband 1 nimmt nämlich dann die beim Wickeln aufzubringende Zugkraft auf, ohne daß das jeweils zwischen zwei glatten Bändern 1 liegende Wellband 3 wegen seiner großen Stabilität in unerwünschter Weise zusammengedrückt wird. Eine gewickelte Trägermatrix läßt sich mit den beiden in Fig. 1 gezeigten Folien auf besonders einfache Weise herstellen. Sie kann anschließend in an sich bekannter Weise verlötet und dann mit Katalysatormaterial beschichtet werden. Die aufgewickelten Folien werden, ebenfalls in bekannter Weise, vor dem Lötvorgang in ein rohrförmiges Gehäuse mit kreisrundem oder mit ovalem Querschnitt geschoben. Beim Aufeinanderschichten der in Fig. 1 gezeigten Folie lassen sich natürlich auch rechteckige Trägerkörper herstellen.

Claims (3)

1. Tragermatrix, insbesondere für einen katalytischen Reaktor zur Abgasreinigung von Brennkraftmaschinen, bestehend aus abwechselnd aneinander grenzenden glatten und gewellten Metallfolien, die gewickelt, geschichtet oder gefaltet sind und Strömungskanäle bilden, dadurch gekennzeichnet, daß jede durch die einstückige, gewellte Metallfolie (3) gebildete Welle aus aneinander angrenzenden Wellteilbereichen (3a, 3b, 3c) besteht, wobei die Wellteilbereiche in Strömungsrichtung (4) hintereinander, aber quer dazu versetzt angeordnet sind und daß jeweils eine glatte Metallfolie (1) an den Scheiteln (7) der gewellten Metallfolie (3) anliegt.
2. Trägermatrix nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das glatte Metallband (1) mit Öffnungen (2) versehen ist.
3. Trägermatrix nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellteilstücke (3a, 3b, 3c) Wellungen mit trapezförmigem Querschnitt aufweist, wobei die kleineren (7) der beiden parallelen Seiten (7, 8) des Trapezes jeweils die vom Wellband abgeschlossenen Stege und die größeren Seiten (8) die offenen Seiten des Wellteilstückes (3a, 3b, 3c) bilden.
EP85115376A 1984-12-29 1985-12-04 Trägermatrix, insbesondere für einen katalytischen Reaktor zur Abgasreinigung Expired EP0186801B1 (de)

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