EP0277477B1 - Metallischer Katalysator-Trägerkörper mit verkürztem Mantelrohr - Google Patents

Metallischer Katalysator-Trägerkörper mit verkürztem Mantelrohr Download PDF

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EP0277477B1
EP0277477B1 EP88100077A EP88100077A EP0277477B1 EP 0277477 B1 EP0277477 B1 EP 0277477B1 EP 88100077 A EP88100077 A EP 88100077A EP 88100077 A EP88100077 A EP 88100077A EP 0277477 B1 EP0277477 B1 EP 0277477B1
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    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49345—Catalytic device making

Definitions

  • the present invention relates to a metallic catalyst carrier body according to the preamble of claim 1.
  • Such catalyst carrier bodies which are preferably used for exhaust gas purification of motor vehicles, are known, for example, from DE-A 2 924 592, DE-A 3 037 796 and DE-A 3 529 654 known. They are made, for example, of spirally superimposed, alternating corrugated and smooth or similarly structured metal sheets and are generally provided with a jacket tube.
  • a catalyst carrier body which has a tubular casing which is shorter on one side than the actual catalyst carrier body.
  • This embodiment is provided in particular as a so-called starting catalytic converter, which is installed close to the motor and is therefore exposed to high thermal loads.
  • the entire length of the jacket tube is soldered to the outermost layer of the catalyst carrier body and completely encloses at least one likewise soldered end face.
  • Such a catalyst carrier body is hampered in its axial and radial expansion or in a so-called growth occurring in these directions by the jacket tube, which can lead to premature destruction.
  • DE-A 2 746 475 also describes the mounting of a catalyst carrier body, which enables free expansion, with a tensioning strap.
  • this type of attachment is not very stable in terms of vibrations in the exhaust gas flow and mechanical shocks.
  • the fastening of the tension band on the casing tube causes manufacturing difficulties.
  • the casing tube can practically only be limited to the area of the soldered peripheral zone. It then surrounds the much longer catalyst carrier body in a ring shape.
  • This version is of course only suitable for later installation conditions, in which a protective cladding tube is attached anyway, which e.g. is generally the case with starting catalysts.
  • the usual pipes of the exhaust system of an internal combustion engine can be easily welded onto a jacket pipe shortened to a narrow ring, so that a closed system is created overall. When the exhaust system is finished, the soldered end faces of the catalyst carrier body then project freely into the subsequent pipelines or are supported by them.
  • the jacket tube has a slightly gaping longitudinal slot, which is preferably bridged by welding only in one area and is thereby fixed.
  • a longitudinally slotted jacket tube enables the production of an exact, precisely defined soldered peripheral zone between the jacket tube and the outermost layer of the catalyst carrier body in a particularly simple manner. While according to the prior art, solder was always distributed in an undefined manner when the jacket tube was pushed on, this can be avoided with a slotted jacket tube.
  • the desired circumferential zone to be soldered is provided with solder, for example in the form of powder, paste or foil, and then at its longitudinal slot spread on casing tube pushed on without smearing the solder.
  • solder for example in the form of powder, paste or foil
  • this manufacturing process prevents the outer layers from being crumpled or deformed, which would have a particularly negative effect in the case of a shortened jacket tube, since the crumpled layers would survive indefinitely on both sides.
  • the jacket tube can be brought to the desired diameter exactly in a suitable calibration device and fixed, for example, by a welding point. The remaining manufacturing steps are not affected by this measure.
  • the end faces can be soldered before or after these steps.
  • the actual catalyst carrier body 1 consists of alternating layers of spirally wound smooth 2 and corrugated 3 sheets. Metal sheets with a different structure, which form channels which are permeable to gas, are also suitable for the present invention.
  • the catalyst carrier body 1 is soldered on the face side to a depth t 1 or t 2 , the entire end faces not necessarily, but possibly only certain areas thereof having to be soldered.
  • the catalyst carrier body 1 is surrounded by a shortened jacket tube 4, which ends on both sides with a distance a 1 or a 2 in front of the end faces. The two distances a i , a 2 do not necessarily have to be the same size.
  • the casing tube 4 is completely or preferably only soldered to the outermost layer of the catalyst carrier body 1 in a narrow peripheral region 5.
  • the casing tube 4 can have a longitudinal slot 6 (which does not necessarily have to run exactly in the longitudinal direction), which is preferably fixed at one point by a welded connection 7.
  • the design according to the invention does not impede the thermal radial alternating expansion of the soldered ends, which increases the service life.
  • the slotted jacket tube enables the precise fixing and production of a narrow soldered peripheral area, which means that changes in the length of the catalyst carrier body are not hindered, which also has a favorable effect on the service life.
  • the slotted casing tube prevents the outer layers from being crumpled or shifted when being pushed open, without the need for complex other measures.
  • a catalyst carrier body according to the invention with a shortened jacket tube is particularly suitable for use as a starting catalyst in the area near the engine under high thermal alternating loads.

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen metallischen Katalysator-Trägerkörper gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Solche Katalysator-Trägerkörper, welche vorzugsweise zur Abgasreinigung von Kraftfahrzeugen eingesetzt werden, sind beispielsweise aus der DE-A 2 924 592, der DE-A 3 037 796 und der DE-A 3 529 654 bekannt. Sie werden beispielsweise aus spiralig übereinandergewickeiten, abwechselnden gewellten und glatten oder ähnlich strukturierten Blechen hergestellt und im allgemeinen mit einem Mantelrohr versehen.
  • Aus der DE-A 3 603 882 ist auch schon ein Katalysator-Trägerkörper bekannt, welcher ein Mantelrohr aufweist, welches einseitig kürzer als der eigentliche Katalysator-Trägerkörper ist. Diese Ausführungsform ist insbesondere als sogenannter Startkatalysator vorgesehen, welcher motomah eingebaut wird und daher hohen thermischen Belastungen ausgesetzt ist. Nach dem Stand der Technik ist jedoch das Mantelrohr auf seiner gesamten Länge mit der äußersten Lage des Katalysator-Trägerkörpers verlötet und umschließt zumindest eine ebenfalls verlötete Stirnseite vollständig. Ein solcher Katalysator-Trägerkörper ist in seiner axialen und radialen Dehnung bzw. einem in diesen Richtungen auftretenden sogenannten Wachstum durch das Mantelrohr behindert, wehalb es zu vorzeitigen Zerstörungen kommen kann.
  • In der DE-A 2 746 475 wird auch die freie Dehnungen ermöglichende Halterung eines Katalysator-Trägerkörpers mit einem Spannband beschrieben. Diese Art der Befestigung ist jedoch nicht sehr stabil in Bezug auf Schwingungen in der Abgasströmung und mechanische Stöße. Außerdem bereitet die Befestigung des Spannbandes am Mantelrohr fertigungstechnische Schwierigkeiten.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, durch geeignete Ausführung und Befestigung des Mantelrohres die Lebensdauer eines metallischen Katalysator-Trägerkörpers zu verlängern, insbesondere beim Einsatz als Startkatalysator, wobei gleichzeitig günstige Bedingungen für den Einbau in ein Abgassystem geschaffen werden sollen.
  • Außerdem soll ein entsprechendes Herstellungsverfahren angegeben werden. Die Lösung dieser Aufgabe erfolge gemäß dem Anspruch 1
  • Merkmale:
    • a) der Katalysator-Trägerkörper ist stimseitig zumindest über einen Teil der Stimflächen bis zu einer vorgebbaren Tiefe, vorzugsweise einige Millimeter tief, verlötet;
    • b) das Mantelrohr endet in einem vorgebbaren Abstand, der größer als die Löttiefe ist, vor beiden Stirnseiten, vorzugsweise in einem Abstand von 5 bis 40 mm;
    • c) das Mantelrohr ist nur auf einer schmalen Umfangszone mit der äußersten Lage des Katalysator-Trägerkörpers verlötet und erstreckt sich ringfömig nur etwa über diese Umfangszone.
  • Diese Maßnahme ermöglicht zunächst einmal eine stirnseitige Verlötung, welche nicht gleichzeitig auch zu einer Verbindung mit dem Mantelrohr im Bereich der Stirnseiten führt. Das Ergebnis ist, daß bei thermischen Wechselbelastungen die verlöteten Strinseiten nicht durch eine feste Verbindung zum Mantelrohr in ihrer radialen und axialen Dehnung behindert werden, so daß insbesondere keine Zugbelastungen in diesem Bereich beim Abkühlen auftreten können. Dabei sollte der Abstand des Mantelrohres von den Stirnseiten vorzugsweise erheblich größer als die Tiefe der Lötung sein, damit bei thermischen Wechselbelastungen nur eine schwache Biegebelastung der äußeren Lagen auftritt soll das Mantelrohr nur auf einer schmalen Umfangszone mit der äußersten Lage des Katalysator-Trägerkörpers verlötet sein. Dies führt nicht nur zu einer Verringerung der thermischen Wechselbelastungen der Strinseiten, sondern ermöglicht auch eine kaum behinderte Längendehnung bzw. ein ungehindertes Wachstum des Katalysator-Trägerkörpers, welches sich bei längerem Betrieb einstellen kann. Bei einem nicht verkürzten Mantelrohr ist eine solche Lötung aus fertigungstechnischen Gründen kaum zu erreichen, da bei stirnseitigen Verlötungen im allgemeinen auch Lot zwischen die äußerste Lage des Katalysator-Trägerkörpers und das Mantelrohr gelangen und so dort unerwünschte Lötverbindungen bewirken wird.
  • Erfindungsgemäß kann das Mantelrohr praktisch nur auf den Bereich der verlöteten Umfangszone beschränkt sein. Es umschließt dann den sehr viel längeren Katalysator-Trägerkörper etwa ringförmig. Diese Ausführung eignet sich natürlich nur für spätere Einbauverhältnisse, bei denen ohnehin noch ein schützendes Hüllrohr angebracht wird, was z.B. bei Startkatalysatoren allgemein der Fall ist. An ein bis zu einem schmallen Ring verkürztes Mantelrohr können die üblichen Rohre des Auslaßsystems eines Verbrennungsmotores problemlos angeschweißt werden, so daß insgesamt ein geschlossenes System entsteht. Die verlöteten Stirnseiten des Katalysator-Trägerkörpers ragen bei fertiggestelltem Abgassystem dann freitragend in die anschließenden Rohrleitungen oder werden durch diese mit gestützt.
  • Ein weiteres besonders wichtiges Merkmal, welches sich prinzipiell auch ohne die Merkmale der vorhergehenden Ansprüche verwirklichen läßt, ist im Anspruch 2 angegeben. Danach weist das Mantelrohr einen geringfügig klaffenden Längsschlitz auf, der vorzugsweise nur in einem Bereich durch eine Schweißung überbrückt und dadurch fixiert ist. Wie im Anspruch 3 angegeben, ermöglicht ein solches längsgeschlitztes Mantelrohr auf besonders einfache Weise die Herstellung einer exakten, genau definierten verlöteten Umfangszone zwischen Mantelrohr und äußerster Lage des Katalysator-Trägerkörpers. Während nach dem Stand der Technik Lot beim Aufschieben des Mantelrohres immer irgenwie undefiniert verteilt wurde, läßt sich dies bei einem geschlitzten Mantelrohr vermeiden. Die gewünschte zu verlötende Umfangszone wird mit Lot, z.B. in Form von Pulver, Paste oder Folie, versehen und anschließend das an seinem Längsschlitz aufgespreitzte Mantelrohr ohne Verschmieren des Lotes aufgeschoben. Außerdem wird bei diesem Herstellungsverfahren ein Verknautschen oder Verformen der äußeren Lagen vermieden, welches sich insbesondere bei einem verkürzten Mantelrohr sehr negativ bemerkbar machen würde, da die verknautschten Lagen beidseitig undefiniert überstehen würden. Nach Aufheben der Aufspreitzung kann das Mantelrohr in einer geeigneten Kalibriervorrichtung exakt auf den gewünschten Durchmesser gebracht und beispielsweise durch einen Schweißpunkt fixiert werden. Die übrigen Fertigungsschritte werden von dieser Maßnahme nicht beeinträchtigt. Insbesondere können die Stirnseiten vorher oder nach diesen Schritten belotet werden. Eine anschließende vollständig Verschweißung des Längsschlitzes ist in vielen Fällen unnötig, da die Rohre des Abgassystems von beiden Seiten über das geschlitzte Mantelrohr bis zum Schweißpunkt geschoben werden können. In einem solchen Falle begünstigt der Längsschlitz sogar den Ausgleich von Fertigungstoleranzen, da er in gewissen Grenzen zusammengedrückt werden kann.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt.
  • Der eigentliche Katalysator-Trägerkörper 1 besteht aus abwechselnden Lagen spiralig aufgewickelter glatter 2 und gewellter 3 Bleche. Auch anders strukturierte Bleche, die für Gas durchlässige Kanäle bilden, kommen für die vorliegende Erfindung in Betracht. Der Katalysator-Trägerkörper 1 ist stimseitig bis zu einer Tiefe t1 bzw. t2 verlötet, wobei nicht unbedingt die gesamten Stirnflächen, sondern ggf. nur bestimmte Bereiche davon verlötet sein müssen. Umgeben wird der Katalysator-Trägerkörper 1 von einem verkürzten Mantelrohr 4, welches beidseitig mit einem Abstand a1 bzw. a2 vor den Stirnseiten endet. Die beiden Abstände ai, a2 müssen nicht notwendigerweise gleich groß sein. Das Mantelrohr 4 ist ganz oder vorzugsweise nur in einem schmalen Umfangsbereich 5 mit der äußersten Lage des Katalysator-Trägerkörpers 1 verlötet.
  • Dabei kann das Mantelrohr 4 einen Längsschlitz 6 (der nicht unbedingt exakt in Längsrichtung verlaufen muß) aufweisen, welcher vorzugsweise an einer Stelle durch eine Schweißverbindung 7 fixiert ist.
  • Durch die erfindungsgemäße Ausführung werden die verlöteten Strimseiten nicht in ihrer thermische radialen Wechseldehnung behindert, wodurch sich die Lebensdauer erhöht. Das geschlitzte Mantelrohr ermöglicht die präzise Festlegung und Herstellung eines schmalen verlöteten Umfangsbereiches, welcher dazu führt, daß auch Änderungen der Länge des Katalysator-Trägerkörpers nicht behindert werden, was sich ebenfalls günstig auf die Lebensdauer auswirkt. Zusätzlich verhindert das geschlitzte Mantelrohr ein Verknautschen oder Verschieben der äußersten Lagen beim Aufschieben, ohne daß es aufwendiger anderer Maßnahmen bedarf. Ein erfindungsgemäßer Katalysator-Trägerkörper mit verkürztem Mantelrohr eignet sich insbesondere für den Einsatz als Startkatalysator im motornahen Bereich unter hohen thermischen Wechselbelastungen.

Claims (3)

1. Metallischer Katalysator-Trägerkörper (1) mit einer aus strukturierten Blechen (2, 3) gebildeten, von Gas durchströmbaren Wabenstruktur, welche von einem Mantelrohr (4) umgeben ist, das kürzer als der Katalysator-Trägerkörper (1) ist, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
a) der Katalysator-Trägerkörper (1) ist stirnseitig zumindest über einen Teil der Stimflächen bis zu einer vorgebbaren Tiefe (ti, t2), vorzugsweise einige Millimeter tief, verlötet;
b) das Mantelrohr (4) endet in einem vorgebbaren Abstand (ai, a2), der größer als die Löttiefe (ti, t2) ist, vor beiden Stirnseiten, vorzugsweise in einem Abstand von 5 bis 40 mm;
c) das Mantelrohr (4) ist nur auf einer schmalen Umfangszone (5) mit der äußersten Lage des Katalysator-Trägerkörpers (1) verlötet und erstreckt sich ringförmig nur etwa über diese Umfangszone (5).
2. Katalysator-Trägerkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Mantelrohr (4) einen geringfügig klaffenden Längsschlitz (6) aufweist, der vorzugsweise nur in einem oder mehreren kleinen Bereich(en) durch Schweißung(en) (7) überbrückt und fixiert ist.
3. Verfahren zur Herstellung eines Katalysator-Trägerkörpers nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
a) die äußerste Lage des fertig gewickelten Katalysator-Trägerkörpers (1) und/oder die Innenseite des Mantelrohres (4) wird in der zu verlötenden Umfangszone (5) belotet, gegebenenfalls unter Zuhilfenahme von Haftkleber, Kleber oder Binder;
b) das längsgeschlitzte (6) Mantelrohr (4) wird unter Aufspreizung des Längsschlitzes (6) über den Katalysator-Trägerkörper (1) in die vorgesehene Position geschoben und dann die Aufspreizung aufgehoben und der Schlitz zumindest an einer Stelle (7) verschweißt;
c) vor oder nach den Schritten a) und b) werden die Stirnseiten in an sich bekannter Weise ganz oder teilweise belotet;
d) der Katalysator-Trägerkörper (1) wird komplett mit Mantelrohr (4) gelötet.
EP88100077A 1987-01-15 1988-01-05 Metallischer Katalysator-Trägerkörper mit verkürztem Mantelrohr Expired - Lifetime EP0277477B1 (de)

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DE3701052 1987-01-15

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