EP0306705B1 - Trägerkörper für die Herstellung eines katalytischen Reaktors zur Abgasreinigung - Google Patents
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- EP0306705B1 EP0306705B1 EP88112685A EP88112685A EP0306705B1 EP 0306705 B1 EP0306705 B1 EP 0306705B1 EP 88112685 A EP88112685 A EP 88112685A EP 88112685 A EP88112685 A EP 88112685A EP 0306705 B1 EP0306705 B1 EP 0306705B1
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- F01N3/2839—Arrangements for mounting catalyst support in housing, e.g. with means for compensating thermal expansion or vibration
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- F01N2450/00—Methods or apparatus for fitting, inserting or repairing different elements
- F01N2450/24—Methods or apparatus for fitting, inserting or repairing different elements by bolts, screws, rivets or the like
Definitions
- the innovation relates to a support body for the production of a catalytic reactor for exhaust gas purification according to the preamble of claim 1.
- a support body for the production of a catalytic reactor for exhaust gas purification according to the preamble of claim 1.
- the problem arises because of the manufacturing tolerances which are difficult to maintain the wound or folded matrix is not sufficiently firmly soldered to the inner wall of the housing shell. This either leads to damage at the fastening points during manufacture or, due to thermal expansion, also to damage the catalyst during operation.
- the invention is therefore based on the object of designing a carrier body of the type mentioned at the outset in such a way that an intimate connection can be produced during the soldering process between the housing shell and the matrix.
- the characterizing features of the claim are in a carrier body of the type mentioned 1 provided.
- the arrangement of a wire mesh which has a certain elastic flexibility, allows the matrix to be closely fitted into the housing jacket at all points with the aid of the wire mesh. If this wire mesh is provided with solder material, for example soaked or coated or plated with solder material, then there is also the guarantee that sufficient solder material is available in the fastening area between the housing jacket and the matrix, so that during the soldering process, which is usually carried out in a soldering furnace the desired intimate and permanent connection between the casing and the matrix is achieved.
- the arrangement of the wire mesh in the outer area of the metallic matrix body can also be used to create a certain heat insulation layer between the housing jacket and the matrix body if care is taken to ensure that the wire mesh, which is tight against the housing jacket, is separated from the inner matrix body by a heat insulation layer .
- This can be done in a simple manner in that the wire mesh is arranged between end rings which close at least the outermost layer of the metallic matrix body and thus the outermost flow channels in this matrix. This creates a closed air gap in the outer area of the metallic matrix body, which is used for thermal insulation.
- the opportunity is created to keep the wire mesh mechanically on the metallic matrix body, so that assembly is easier when installed in the housing jacket.
- the housing jacket from two shells which are placed from the outside onto the metallic matrix body with the wire mesh and by means of flanges or the like. with a certain squeeze of the outer edge of the metallic matrix body are firmly connected to one another.
- the end rings themselves can be held together by spoke-like tie rods which are passed through the outer air gap ring of the matrix body which is closed off by the end rings. It is also possible to fill this air gap ring with heat-insulating material, for example with ceramic material.
- the innovation therefore enables not only an intimate and permanent connection of the matrix body to the housing jacket, but also heat insulation to the outside, which does not allow the housing jacket of the catalyst to become too hot during operation.
- FIG. 1 and 2 show a housing jacket (6) consisting of two shells (6b, 6c) constructed symmetrically to the center plane (11) and which can be installed in an exhaust pipe of a motor vehicle engine.
- This housing jacket (6) can be provided on the outside with a dashed insulation shell (12) for thermal insulation.
- a wound matrix body (2) is inserted which, after winding, is pressed into an oval shape from the cylindrical shape (13) indicated by dash-dotted lines in FIG. 2 before it is enclosed between the two shells (6b, 6c).
- the matrix body (2) is wound in a manner known per se from a corrugated strip and a smooth strip to form a cylinder, which are each wound adjacent to one another.
- the wound corrugated strip lies between a wound smooth strip.
- flow channels (5) run in the direction of the axis of the cylinder, through which the exhaust gas flows. The chemical reaction with the later applied catalytic material takes place in these flow channels.
- a wire mesh (7) for example in the form of a thin wire mesh mat, is wrapped around the matrix body (2) pressed into an oval shape.
- This wire mesh (7) can be impregnated with solder material or coated or plated with solder material before winding.
- the wire mesh (7) is subjected to a certain elastic deformation, which leads to the metallic matrix body (2) with its outermost layer (3a) being close to and over the wire mesh (7) bears on the inner wall of the housing shell (6).
- the two half-shells are placed one on top of the other with the aid of their flanges (14) and either flanged on these flanges with a solder insert in the form of wire foil or powder or also dotted or stapled in a known manner.
- Known pressure joining processes can also be used.
- the carrier body prepared in this way then passes into a vacuum furnace, where the solder material in the wire mesh melts and ensures an intimate connection between the housing jacket (6) and the metallic matrix body (2).
- the matrix body (2) is also provided with solder material on its end faces before soldering, which can be done, for example, by immersing the matrix body in liquid solder material.
- FIGS. 3 to 7 show an embodiment in which the matrix body (2), which can otherwise be produced in the same way as in the embodiment of FIGS. 1 and 2, has two end rings (9 ) is edged, which has an angular cross section (see FIG. 5) and therefore frame both part of the end face of the matrix body (2) and part of the outer circumference of the matrix body (2).
- the wire mesh (7) is arranged between these end rings so that their position on the matrix body (2) can also be secured thereby.
- the housing jacket (6) has circumferential shoulders (16) in the area of the end rings, which create space for receiving the end rings and for axially securing the end rings (9) and thus the matrix body (9) held between the end rings (9). 2) worry.
- the end rings (9), as is clear from FIGS. 4 and 5, are held together by spoke-like tie rods (10) and pressed against the end face of the matrix body (2), which are passed through flow channels of the matrix body (2) in the outer region.
- the end rings (9) close at least the outermost layer (3a), but advantageously, as indicated with reference to FIG. 7, at least two layers of the wound matrix body (2) on the end face, so that the flow channels located there form a closed air gap ring which can be used for thermal insulation to the housing jacket (6).
- the attachment by soldering within the housing shell (6) takes place in the same way as in the embodiment of FIGS. 1 and 2.
- an opening (8) is provided to the outside in the area of the outer wall (6a) of the housing shell (6) , through which the developing vapors of a solvent for the solder material or excess solder liquid can flow out during the soldering process, which is pressed out of the half-shells by squeezing the wire mesh when the wire mesh is placed on it.
- the arrangement is therefore expediently always made such that the opening (8) points downward when the matrix body (2) is assembled with the two housing shells (6b, 6c).
- the annular space closed off by the end rings (9) can also, as indicated schematically in FIGS. 3 and 7, be filled with a heat insulating material, for example with ceramic material.
- a heat insulating material for example with ceramic material.
- an additional annular space can therefore be used for heat insulation of the metallic matrix body (2) with respect to the housing jacket (6). Temperatures occurring in the catalytic converter during operation can thus be kept away from the outer jacket of the catalytic converter in a simple manner, without complicated and costly thermal insulation being possible. With the innovation, the thermal insulation is achieved simultaneously with the manufacture of the carrier body.
- Fig. 6 shows a variant of a face ring (9 '), which is otherwise similar to the face rings (9) of FIG. 5 is constructed.
- heads (17) of the tie rod (10 ') or for corresponding screw heads similar to the arrangement of bicycle spokes recesses (18) in the end ring (9') are provided.
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Description
- Die Neuerung betrifft einen Trägerkörper für die Herstellung eines katalytischen Reaktors zur Abgasreinigung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Bei solchen aus gewellten oder aus abwechselnd gewellten und glatten Metallbändern gewickelten oder gefalteten Trägerkörpern tritt, wegen der herstellungsbedingt nur schlecht einzuhaltenden Toleranzen, das Problem auf, daß die gewickelte oder gefaltete Matrix an der Innenwand des Gehäusemantels nicht ausreichend fest verlötet ist. Dies führt entweder schon bei der Herstellung, oder, bedingt durch Wärmedehnungen, auch während des Betriebes zu einer Beschädigung an den Befestigungsstellen und damit auch zu einer Beschädigung des Katalysators.
- Es ist zwar schon bekannt geworden, zur Erzielung eines guten Lotauftrages und einer guten Verlötung die Matrixkörper so auszubilden (DE-A-35 43 011), daß jeweils anliegend an der Innenwand des Gehäusemantels ein mit Wellungen versehenes Band vorgesehen ist, dessen Wellenkämme sich dicht an den Gehäusemantel andrücken lassen und zudem jeweils Spalte bilden, in denen das Lotmaterial aufgenommen werden Kann. Es hat sich jedoch gezeigt, daß auch durch solche Maßnahmen die vorher erwähnten Nachteile nicht voll ausgeschaltet werden können.
- Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Trägerkörper der eingangs genannten Art so auszubilden, daß eine innige Verbindung beim Lötvorgang zwischen Gehäusemantel und Matrix herstellbar ist.
- Zur Lösung dieser Aufgabe werden bei einem Trägerkörper der eingangs genannten Art die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 vorgesehen. Durch die Anordnung eines Drahtgeflechtes, das eine gewisse elastische Nachgiebigkeit hat, läßt sich die Matrix unter Zuhilfenahme des Drahtgeflechtes an allen Stellen eng in den Gehäusemantel einpassen. Wird dieses Drahtgeflecht mit Lotmaterial versehen, beispielsweise mit Lotmaterial getränkt oder beschichtet oder plattiert, dann wird auch die Gewähr dafür gegeben, daß im Befestigungsbereich zwischen Gehäusemantel und Matrix ausreichend Lotmaterial zur Verfügung steht, so daß beim Lötvorgang, der in der Regel in einem Lötofen durchgeführt wird, die gewünschte innige und dauerhafte Verbindung zwischen Gehäusemantel und Matrix erreicht wird.
- Es ist zwar bekannt (zeitschrift MOT Nr.13/1985, S.114), bei Abgaskatalysatoren von Kraftfahrzeugen, die aus Keramik gebildet sind, den relativ spröden und stoßgefährdeten Keramikkörper vor mechanischer Zerstörung durch ein um ihm herum vorgesehenes Drahtgeflecht oder durch eine Quellmatte zu schützen. Bei diesen Bauarten werden aber die einem Drahtgeflecht innewohnenden Eigenschaften, auch als Träger für Lotmaterial dienen zu können und damit eine ideale Zwischenschicht zwischen metallischen Trägerkörpern und metallischen Gehäusemänteln zu bilden, nicht ausgenutzt und auch nicht angesprochen.
- Die Anordnung des Drahtgeflechtes im Außenbereich des metallischen Matrixkörpers kann zusätzlich aber auch dazu ausgenützt werden, eine gewisse Wärmeisolierschicht zwischen Gehäusemantel und Matrixkörper zu schaffen, wenn dafür gesorgt wird, daß das Drahtgeflecht, das eng am Gehäusemantel anliegt, durch eine Wärmeisolationsschicht vom inneren Matrixkörper getrennt wird. Dies kann in einfacher Weise dadurch geschehen, daß das Drahtgeflecht zwischen Stirnringen angeordnet wird, die mindestens die äußerste Lage des metallischen Matrixkörpers und damit die äußersten Strömungskanäle in dieser Matrix verschließen. Dadurch ensteht im Außenbereich des metallischen Matrixkörpers ein abgeschlossener Luftspalt, der zur Wärmeisolierung dient. Gleichzeitig wird die Möglichkeit geschaffen, daß Drahtgeflecht auch mechanisch an dem metallischen Matrixkörper zu halten, so daß eine Montageerleichterung beim Einbau in den Gehäusemantel erreicht wird. Besonders zweckmäßig ist es in diesem Fall, den Gehäusemantel aus zwei Schalen auszubilden, die von außen auf den metallischen Matrixkörper mit dem Drahtgeflecht aufgesetzt und mittels Flanschen o.dgl. unter einer gewissen Verquetschung des äußeren Randes des metallischen Matrixkörpers fest untereinander verbunden werden. Die Stirnringe selbst können durch speichenartige Zuganker zusammengehalten werden, die durch den von den Stirnringen abgeschlossenen äußeren Luftspaltring des Matrixkörpers hindurchgeführt sind. Möglich ist es auch, diesen Luftspaltring noch mit wärmeisolierendem Material, beispielsweise mit Keramikwerkstoff auszufüllen. Die Neuerung ermöglicht daher neben einer innigen und dauerhaften Verbindung des Matrixkörpers mit dem Gehäusemantel auch eine Wärmeisolierung nach außen, die den Gehäusemantel des Katalysators im Betrieb nicht zu heiß werden läßt.
- Die Neuerung ist anhand von zwei Ausführungsbeispielen in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden erläutert. Es zeigen:
- Fig. 1
- eine schematische Längsschnittdarstellung durch die obere Hälfte eines Trägerkörpers für einen katalytischen Reaktor zur Abgasreinigung, dessen Gehäusemantel aus zwei Schalen aufgebaut ist,
- Fig. 2
- den Schnitt durch den vollständigen Trägerkörper der Fig. 1 längs der Linie II-II,
- Fig. 3
- einen Längsschnitt ähnlich Fig. 1, jedoch durch eine Ausführungsform eines Trägerkörpers, bei dem die Metallmatrix im Außenbereich durch Stirnringe abgeschlossen ist,
- Fig. 4
- eine verkleinerte Darstellung eines der Stirnringe des Trägerkörpers der Fig. 3,
- Fig. 5
- eine schematische Darstellung eines Schnittes durch eine Hälfte der Stirnringe, die untereinander durch speichenartige Zuganker zusammengehalten sind,
- Fig. 6
- einen Teilschnitt durch einen Stirnring ähnlich Fig. 5, jedoch mit versenkt angeordneten Halteköpfen bzw. Halteschrauben für die Zuganker und
- Fig. 7
- die vergrößerte Darstellung eines Detailschnittes längs der Linie VII in Fig. 3.
- In den Fig. 1 und 2 ist ein aus zwei symmetrisch zur Mittelebene (11) aufgebauten Schalen (6b, 6c) bestehender Gehäusemantel (6) gezeigt, der in eine Abgasleitung eines Kraftfahrzeugmotores einbaubar ist. Dieser Gehäusemantel (6) kann zur Wärmeisolierung außen mit einer gestrichelt angedeuteten Isolierschale (12) versehen sein. In dem Gehäusemantel (6) ist, wie insbesondere aus Fig. 2 deutlich wird, ein gewickelter Matrixkörper (2) eingesetzt, der nach dem Wickeln aus der in Fig. 2 strichpunktiert angedeuteten zylindrischen Form (13) in eine ovale Form gepreßt wird, ehe er zwischen den beiden Schalen (6b, 6c) eingeschlossen wird. Der Matrixkörper (2) wird in an sich bekannter Weise jeweils aus einem Wellband und einem glatten Band zur Zylinderform gewickelt, die jeweils angrenzend aneinander aufgewickelt werden. Auf diese Weise liegt jeweils zwischen einem gewickelten Glattband das gewickelte Wellband. Zwischen diesen so entstehenden Lagen (3) der gewickelten Bänder ergeben sich damit in Richtung der Achse des Zylinders verlaufende Strömungskanäle (5), die vom Abgas durchströmt werden. In diesen Strömungskanälen findet die chemische Reaktion mit dem später aufgebrachten katalytischen Material statt.
- Um den zur Ovalform gepreBten Matrixkörper (2) wird ein Drahtgeflecht (7), zum Beispiel in der Form einer dünnen Drahtgeflechtmatte herumgewickelt. Dieses Drahtgeflecht (7) kann vor dem Aufwickeln mit Lotmaterial getränkt oder mit Lotmaterial beschichtet oder plattiert sein. Beim Aufsetzen der beiden Halbschalen (6b und 6c) wird das Drahtgeflecht (7) einer gewissen elastischen Verformung ausgesetzt, die dazu führt, daß der metallische Matrixkörper (2) mit seiner äußersten Lage (3a) dicht am Drahtgeflecht (7) und über diese dicht an der Innenwand des Gehäusemantels (6) anliegt. Die beiden Halbschalen werden dabei mit Hilfe ihrer Flansche (14) aufeinandergesetzt und an diesen Flanschen entweder mit einer Loteinlage in der Form von Drahtfolie oder Pulver gebördelt oder auch in bekannter Weise gepunktet oder geheftet. Auch bekannte Druckfügeverfahren können eingesetzt werden. Der so vorbereitete Trägerkörper gelangt dann in einen Vakuumofen, wo das Lotmaterial im Drahtgeflecht zum Schmelzen kommt und für eine innige Verbindung zwischen Gehäusemantel (6) und metallischem Matrixkörper (2) sorgt. Natürlich kann in bekannter Weise auch vorgesehen werden, daß der Matrixkörper (2) vor dem Löten auch an seinen Stirnseiten mit Lotmaterial versehen wird, was beispielsweise durch Tauchen des Matrixkörpers in flüssiges Lotmaterial geschehen kann.
- Wie in Fig. 2 angedeutet ist, ist es möglich, beim Aufsetzen der Halbschalen (6b und 6c) ein Einklemmen des Drahtgeflechtes (7) im Bereich der Flansche (14) dadurch zu verhindern, daß ein Blechstreifen (15) zunächst im Bereich der Flansche als Montagehilfe eingesetzt wird, der anschließend wieder entfernt werden kann.
- In den Fig. 3 bis 7 ist eine Ausführungsform gezeigt, bei der der Matrixkörper (2), der im übrigen in gleicher Weise herstellbar ist, wie bei der Ausführungsform der Fig. 1 und 2, in seinem äußeren Bereich jeweils von zwei Stirnringen (9) eingefaßt ist, die einen winkelförmigen Querschnitt (s. Fig. 5) aufweisen und daher sowohl einen Teil der Stirnfläche des Matrixkörpers (2) als auch einen Teil des Außenumfanges des Matrixkörpers (2) einrahmen. Zwischen diesen Stirnringen ist beim Ausführungsbeispiel der Fig. 3 bis 7 das Drahtgeflecht (7) angeordnet, daß dadurch auch in seiner Lage am Matrixkörper (2) gesichert werden kann. Bei dieser Ausführungsform weist der Gehäusemantel (6) im Bereich der Stirnringe umlaufende Absätze (16) auf, die Platz schaffen für die Aufnahme der Stirnringe und die für eine Axialsicherung der Stirnringe (9) und damit des zwischen den Stirnringen (9) gehaltenen Matrixkörpers (2) sorgen.
- Die Stirnringe (9) werden, wie aus den Fig. 4 und 5 deutlich wird, durch speichenartige Zuganker (10) zusammengehalten und gegen die Stirnfläche des Matrixkörpers (2) gedrückt, die durch Strömungskanäle des Matrixkörpers (2) im Außenbereich hindurchgeführt sind. Die Stirnringe (9) schließen mindestens die äußerste Lage (3a), vorteilhaft aber, wie anhand von Fig. 7 angedeutet ist, mindestens zwei Lagen des gewickelten Matrixkörpers (2) stirnseitig ab, so daß die dort befindlichen Strömungskanäle einen abgeschlossenen Luftspaltring bilden, der zur Wärmeisolierung zum Gehäusemantel (6) hin ausgenutzt werden kann. Die Befestigung durch Verlöten innerhalb des Gehäusemantels (6) geschieht in der gleichen Weise wie bei der Ausführungsform der Fig. 1 und 2. In beiden Fällen ist im Bereich der Außenwand (6a) des Gehäusemantels (6) eine Öffnung (8) nach außen vorgesehen, durch die beim Lötvorgang die sich entwickelnden Dämpfe eines Lösungsmittels für das Lotmaterial oder auch überschüssige Lotflüssigkeit abfließen kann, die bei einem getränkten Drahtgeflecht beim Aufsetzen der Halbschalen durch das Verquetschen des Drahtgeflechtes aus diesem herausgedrückt wird. ZweckmäBigerweise wird die Anordnung daher stets so getroffen, daß die öffnung (8) beim Zusammensetzen des Matrixkörpers (2) mit den beiden Gehäuseschalen (6b, 6c) nach unten weist.
- Der von den Stirnringen (9) abgeschlossene Ringraum kann auch, wie in den Fig. 3 und 7 schematisch angedeutet ist, mit einem Wärmeisoliermaterial, beispielsweise mit Keramikmaterial ausgefüllt werden. Neben dem Drahtgeflecht, das auch Lufteinschlüsse aufweist, kann daher ein zusätzlicher Ringraum zur Wärmeisolierung des metallischen Matrixkörpers (2) gegenüber dem Gehäusemantel (6) dienen. Im Betrieb im Katalysator auftretende Temperaturen lassen sich so in einfacher Weise vom Außenmantel des Katalysators fernhalten, ohne daß eine umständliche und aufwendige Wärmeisolierung möglich ist. Die Wärmeisolierung wird bei der Neuerung gleichzeitig mit der Herstellung des Trägerkörpers erreicht.
- Fig. 6 zeigt eine Variante eines Stirnringes (9′), der im übrigen ähnlich den Stirnringen (9) der Fig. 5 aufgebaut ist. Hier sind jedoch für die Köpfe (17) der Zuganker (10′) bzw. für entsprechende Schraubköpfe, ähnlich wie bei der Anordnung von Fahrradspeichen Vertiefungen (18) im Stirnring (9′) vorgesehen. Bei dieser Ausführungsform stehen axial keine Schraubköpfe o.dgl. über die Kontur der Stirnringe (9′) vor.
Claims (7)
- Trägerkörper für die Herstellung eines katalytischen Reaktors zur Abgasreinigung, insbesondere für Kraftfahrzeugmotoren, bestehend aus einer Matrix aus einem oder mehreren, zu mehreren aneinanderliegenden Lagen gewickelten oder gefalteten Metallbändern, die mit dem katalytischen Material beschichtbar sind, zwischen sich Strömungskanäle (5) für das Abgas bilden und in einem hülsenförmigen Gehäusemantel (6) eingesetzt sind, wobei mindestens im Bereich der äußersten Lage (3a) und des Gehäusemantels (6) Lotmaterial zum Verlöten vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß zur Aufnahme des Lotmateriales und zur Herstellung einer innigen Verbindung zwischen Gehäusemantel und Matrix zwischen der äußersten Lage (3a) und dem Gehäusemantel (6) ein Drahtgeflecht (7) eingefügt ist.
- Trägerkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Drahtgeflecht als eine mit Lotmaterial tränkbare Matte ausgebildet ist.
- Trägerkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daS das Drahtgeflecht (7) mit Lotmaterial mindestens in seinem nach außen gerichteten Bereich beschichtet oder plattiert ist.
- Trägerkörper nach Anspruch 1 und einem der übrigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß der Gehäusemantel (6) mit mindestens einer an der Außenwand (6a) vorgesehenen Öffnung (8) versehen ist.
- Trägerkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Drahtgeflecht (7) zwischen Stirnringen (9) angeordnet ist, die mindestens eine Lage der Matrix (2) stirnseitig verschließen.
- Trägerkörper nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnringe (9) durch speichenartige Zuganker (10) gegeneinander und gegen die Stirnseite der Matrix (2) gezogen sind.
- Trägerkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehäusemantel (6) aus zwei Schalen (6b, 6c) aufgebaut ist.
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