EP0494049B1 - Katalysator und Verfahren zur Herstellung eines Katalysators - Google Patents

Katalysator und Verfahren zur Herstellung eines Katalysators Download PDF

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EP0494049B1
EP0494049B1 EP91810994A EP91810994A EP0494049B1 EP 0494049 B1 EP0494049 B1 EP 0494049B1 EP 91810994 A EP91810994 A EP 91810994A EP 91810994 A EP91810994 A EP 91810994A EP 0494049 B1 EP0494049 B1 EP 0494049B1
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EP
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shells
flanges
catalytic converter
another
welded
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EP91810994A
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EP0494049A1 (de
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Karel Bos
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Scambia Industrial Developments AG
Original Assignee
Scambia Industrial Developments AG
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/24—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by constructional aspects of converting apparatus
    • F01N3/28—Construction of catalytic reactors
    • F01N3/2839—Arrangements for mounting catalyst support in housing, e.g. with means for compensating thermal expansion or vibration
    • F01N3/2853—Arrangements for mounting catalyst support in housing, e.g. with means for compensating thermal expansion or vibration using mats or gaskets between catalyst body and housing
    • F01N3/2857—Arrangements for mounting catalyst support in housing, e.g. with means for compensating thermal expansion or vibration using mats or gaskets between catalyst body and housing the mats or gaskets being at least partially made of intumescent material, e.g. unexpanded vermiculite
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2330/00—Structure of catalyst support or particle filter
    • F01N2330/06—Ceramic, e.g. monoliths
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2350/00—Arrangements for fitting catalyst support or particle filter element in the housing
    • F01N2350/02—Fitting ceramic monoliths in a metallic housing
    • F01N2350/04—Fitting ceramic monoliths in a metallic housing with means compensating thermal expansion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B1/00—Engines characterised by fuel-air mixture compression
    • F02B1/02—Engines characterised by fuel-air mixture compression with positive ignition
    • F02B1/04—Engines characterised by fuel-air mixture compression with positive ignition with fuel-air mixture admission into cylinder
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S55/00—Gas separation
    • Y10S55/30—Exhaust treatment

Definitions

  • the invention relates to a catalyst for the treatment of exhaust gas and a method for producing a catalyst.
  • the catalytic converter is intended in particular for installation in the exhaust pipe of an internal combustion engine - for example the gasoline engine of a road motor vehicle.
  • a catalyst known from GB-A-2 048 105 has an elongated, metallic housing and two cores arranged in it, each with an approximately oval ceramic body in cross section, which has passages for the exhaust gas and a catalytically active coating.
  • the housing has two shells with domed main sections, which together form a generally cylindrical shell, approximately oval in cross section, and at its two ends adjoining end walls inclined towards the longitudinal axis of the catalytic converter, which are provided with openings in the center.
  • the shells have flanges protruding outward from their curved main sections and welded together. These are essentially parallel to a plane running between the two shells and lie against one another in flat cross-sections at right angles to the weld seams.
  • An intermediate layer is arranged between the inner surface of the housing and each core. This has a sleeve consisting of a wire mesh and a sleeve made of an elastic layer that inflates when heated.
  • the commercially available ceramic bodies can have shapes that deviate considerably from the intended shapes and, for example, can be curved more or less banana-shaped instead of cylindrical.
  • the actual dimensions can also deviate relatively strongly from the intended nominal dimensions.
  • the nominal cross-sectional dimensions that are typically approximately 10 cm to 30 cm and the nominal lengths of approximately 30 cm to 60 cm, the deviations from the nominal dimensions are often, for example, more than 1 mm.
  • the catalysts are typically heated to about 750 ° C to 950 ° C during operation. This heating causes expansion, whereby the metallic housing expands much more than the ceramic body.
  • the ceramic bodies are brittle and brittle, they should be firmly held in the housing both in cold and in warm condition and also in the event of vibrations occurring during operation, but should not be subjected to excessive pressure forces.
  • the already mentioned intermediate layers of the catalysts are intended to compensate for the deviations in shape and dimensions from the desired shape or the desired dimensions and also the different expansions of the metallic housing and the ceramic body caused by heating. However, if the said deviations are large, they are often insufficiently compensated for by the intermediate layer. If the ceramic body is then subjected to excessive pressure at least in places through the housing, this can cause damage, such as cracks or breaks.
  • the ceramic bodies are only held loosely in the housing of a catalytic converter installed, for example, in a motor vehicle, they can be destroyed in a short time by the vibrations and shocks occurring when the motor vehicle is used. Similar problems may also occur with catalysts whose cores are made of a different material instead of ceramic bodies have existing bodies that limit the passages for the exhaust gas to be treated. In the case of catalytic converters with housings whose shells have flanges parallel to one plane, there is therefore a risk that a lot of rejects will occur during manufacture and / or that the catalysts will be damaged after a short period of use.
  • catalysts with housings are known, the shells of which, in the case of their edge sections welded together in pairs, abut one another with surfaces which are at least approximately flat and at right angles to a plane running through the different edge sections.
  • the housings contain a core and an intermediate layer arranged between this and the inner surface of the housing.
  • the core and the intermediate layer are inserted between the two shells.
  • the two shells are then inserted into one another, pressed against one another with a predetermined compressive force and welded at their edge sections.
  • More or less similar catalysts and manufacturing processes are also known from GB-A-2 047 557 and EP-A-0 278 455.
  • the shells for the housings of such catalysts are usually produced from originally flat sheet metal pieces by deep drawing.
  • For the production of such shells it is therefore necessary, for example, to first form shell-shaped workpieces during deep-drawing which have flanges projecting outward at right angles to the direction of displacement mentioned. These flanges must then be removed. Removing the flanges requires at least one additional, relatively complicated cutting process and also causes loss of material.
  • the production of Shells with interlocking edge sections of the type described are therefore relatively expensive.
  • the shells of which have edge sections which are inserted into one another and welded to one another in the manner described they cannot be elastically deformed, or at most very little. This also presents a certain disadvantage because the edge sections cannot contribute to compensating for the different changes in the cross-sectional dimensions of the cores and shells caused by temperature changes.
  • the invention is therefore based on the object of eliminating disadvantages of the known catalysts and the known processes for producing catalysts.
  • the catalyst known from GB-A-2 048 105 even with large deviations in the shape and / or the dimensions of the or each core, for example having a ceramic body, from the intended target shape or the intended target Dimensions are made possible that the or each core is held firmly in the housing without excessive pressure forces acting on it.
  • the catalyst should be simple and economical to manufacture.
  • the two shells can have jacket sections which together form a generally cylindrical jacket of the housing with an approximately circular or approximately elliptical or approximately oval cross-sectional shape, that is to say parallel to an axis and parallel to an axis, that is to say apart from the flanges and stiffening beads and / or ribs .
  • the Housing may also have an end wall at each of the two ends of its casing, which is formed by end wall sections of the two shells.
  • the two end walls can form an angle with the axis and approach the axis from the ends of the jacket.
  • the end walls can be straight or curved in axial sections or partially straight and partially curved.
  • the housing may also have two openings serving as an inlet or outlet for the exhaust gas, located at the centers of the end walls and coaxial to the axis.
  • the housing can contain at least one core with a generally cylindrical lateral surface, with an approximately circular or elliptical or oval cross-sectional shape and with passages for the exhaust gas.
  • the generally cylindrical casing of the housing can then extend approximately over the length of the core or the entirety of the cores.
  • a deformable intermediate layer can be arranged between the housing inner surfaces formed by the inner shell surfaces and the or each core. If there are two or possibly even more spaced cores, either an intermediate layer extending uninterruptedly over both or all cores or a separate intermediate layer can be provided for each core.
  • the flanges protruding outwards from the curved sections of the shells and welded to one another in pairs form an angle with one another at least in a substantial part of their length in cuts perpendicular to the weld seams and to their edges.
  • the meaning of the feature "at least in a substantial part of its length” will be explained below.
  • the flanges welded together in pairs at least those parts that form at the angle of the type mentioned should form preferably present, generally cylindrical shell of the housing and are at least generally parallel to the axis.
  • At least those parts of the flanges welded to one another can then form an angle of the type mentioned, which is in the direction running along the general flow direction of the exhaust gas and thus in the direction running from one opening of the housing to the other opening and parallel to the axis of the housing extend the length of the or each core. Furthermore, preferably all of the parts of the flanges welded to one another at the end walls or at least still longitudinal regions of the flanges present at the end walls adjoining the axially parallel flange parts also form an angle of the type mentioned.
  • the metallic shells are preferably made of a ferritic, stainless or possibly non-stainless steel.
  • a ferritic steel is usually cheaper than an austenitic steel and can also be formed relatively well by non-cutting shaping.
  • the shells can be made from originally flat sheet metal pieces by non-cutting shaping, for example by deep drawing or possibly another drawing or pressing process.
  • the outline shapes of the sheet metal pieces intended for forming can be determined by cutting or in some other way such that they have the intended shapes of the shells after deep-drawing.
  • Such a manufacturing process can thus be used to produce shells by deep drawing, without having to cut off edge sections after the deep drawing or to perform other shaping operations.
  • the shells for the catalyst according to the invention can be produced inexpensively in this way.
  • At least one core and an intermediate layer enveloping it can be arranged between the shells.
  • the two shells can then be pressed against one another, the angle formed by the flanges to be welded being reduced by a deformation of the flanges and / or the curved shell sections.
  • the said deformation should be a deformation that takes place at least in part and, for example, even completely elastically.
  • the catalyst according to the invention thus enables both inexpensive production and the guarantee of good quality.
  • the flanges welded together and forming an angle with one another can spring a little. If the dimensions - in particular the cross-sectional dimensions - of the metallic housing and the or each core contained therein are changed differently by temperature changes, the spring action of the flanges can help compensate for these different dimensional changes.
  • the catalyst 1 shown in FIGS. 1 and 2 and partly in FIG. 3 is intended for installation in the exhaust pipe of an internal combustion engine, namely a gasoline engine of a road motor vehicle.
  • the catalytic converter 1 has an elongated shape and an axis 3 running in its longitudinal direction.
  • the catalytic converter has a metallic, gas-tight housing 5, the central longitudinal section of which forms a jacket 5a. This is generally parallel to the axis 3 and cylindrical and, for example, approximately elliptical or oval in cross section.
  • the housing 5 has at each of the two ends of the casing 5a an end wall 5c which forms an angle with the axis 3 and approaches the axis 3 away from the ends of the casing 5a.
  • Each end wall 5c has a collar-shaped and / or neck-shaped extension 5d in the center, for example is circular cylindrical or tapers slightly conically away from the end wall 5c and delimits a circular opening 5e coaxial with the axis 3.
  • the sections of the housing 5 described above are formed by two shells, namely a first, lower shell 7 and a second, upper shell 9.
  • Each shell 7, 9 consists of a one-piece, metallic body, namely a piece of sheet metal, and has a jacket section 7a or 9a.
  • the two jacket sections 7a, 9a together form the generally cylindrical jacket 5a of the housing 5 and are provided with beads 7b and 9b, which run in pairs together in a ring around the axis 3, but of course interrupted between the two shells, over the length of the Sheath 5a form distributed channels.
  • each jacket section 7a, 9a forms a half ellipse or half an oval in accordance with the elliptical or oval cross-sectional shape of the jacket 5a.
  • Each shell 7, 9 is connected at both ends of its jacket section 7a or 9a to an end wall section 7c or 9c, which is provided with a shoulder section 7d or 9d.
  • the end wall sections 7c, 9c and the extension sections 7d, 9d of the two shells 7 and 9 together form one of the end walls 5c and one of the extensions 5d.
  • the part of each shell 7 and 9 formed by the jacket section 7a, 9a and the two end wall sections 7c, 9c is also referred to below as the curved main section 7a, 7c, and 9a, 9c of the shell 7 and 9, respectively.
  • Each shell 7, 9 has on both sides of a vertical central plane running through it and the axis 3 at the edges of its main section 7a, 7c and 9a, 9c angled and / or bent outwards away therefrom, and accordingly from the main section 7a, 7c or 9a, 9c and edge sections protruding from the axis 3.
  • the edge sections belonging to the first shell 7 form first flanges 7e.
  • the edge sections belonging to the second shell 9 form second flanges 9e.
  • Each flange 7e, 9e has one with the jacket section 7a or 9a connected flange parts 7f or 9f and two flange parts 7g or 9g connected to an end wall section 7c or 9c.
  • Each flange part 7f, 9f is connected at its two ends to one of the flange parts 7g or 9g.
  • the housing 5 also has two connections, each consisting of a separate sleeve 11 inserted in one of the openings 5d.
  • a plane 15 is drawn, which runs through the axis 3 and between the two shells 7, 9 and thus in particular also between the curved main sections and parallel to the outside at the edge sections 7e, 9e Edges is.
  • the jacket sections 7a, 9a and the end wall sections 7c, 9c are in pairs at least approximately mirror-symmetrical to the plane 15.
  • the flange parts 7f and 9f associated with the jacket sections 7a, 9a, apart from the angled and / or connecting them to the relevant jacket section or bent transition or connecting section and at least before the two shells are connected to one another, just. As can be seen particularly clearly in FIG.
  • each flange part 7f of the shell 7 is also parallel to the plane 15, while each flange part 9f is inclined away from the jacket section 9a towards the plane 15 and with this one and with the flange 7e forms an angle.
  • This is preferably at least 5 ° and preferably at most 60 ° or better at most 45 ° and for example 10 ° to 25 ° or up to 30 °.
  • the flange parts 7g connected to the end wall sections 7c are preferably in the relaxed, undeformed state over their entire length the same as the flange parts 7f parallel to the plane 15.
  • the ones with the end wall sections 9c connected flange parts 9g are preferably inclined at least approximately over their entire length and, for example, exactly at the same angle to the plane 15 as the flange parts 9f.
  • the flange parts 7g or 9g can, in their longitudinal regions which directly adjoin the projection sections 7d, 9d, form transitions possibly have a slightly different position with respect to level 15 than the remaining longitudinal regions of the flange parts 7g or 9g. In this case, the flange parts 7g are then possibly only largely inclined parallel to the plane 15 and / or the flange parts 9g are only partly inclined towards the plane 15.
  • the two shells 7, 9 and the sleeves 11 are made, for example, of ferritic, stainless steel.
  • the flanges 7e, 9e touch each other in pairs along the plane 15 and are connected to one another in a gas-tight manner by a weld seam 17 only shown in FIG.
  • Each first flange 7e protrudes beyond the outer edge of the second flange 9e, so that the weld seam 17 is located on the surface of the first flange 7e that faces the second flange 9e.
  • the two sleeves 11 serving as connections are also connected to the two shells by welds.
  • At least one dimensionally stable core 23 is arranged in the housing 5, there being, for example, two cores 23 spaced apart from one another along the axis 3 and separated from one another by a free space.
  • Each core 23 consists of a relatively short cylinder with an elliptical or oval cross-sectional shape.
  • the cross-sectional shapes of the casing 5a of the housing 5 and the two cores 23 are matched to one another in such a way that the casing 5a and the peripheral or casing surfaces of the cores 23 have a cross section are curved at least approximately parallel to one another.
  • Each core 23 has as its main component a one-piece, dimensionally stable support, namely a ceramic body, which is also referred to as a substrate and is provided with a plurality of passages running parallel to the axis 3.
  • a support layer consisting, for example, of aluminum oxide, which is often referred to as a "wash coat", is applied to the ceramic surface and significantly increases the surface area.
  • the catalytically active layer which for example consists of at least one noble metal, for example platinum and / or rhodium, is then applied to this carrier layer.
  • the cross-sectional dimensions, ie the lengths of the two ellipse or oval axes of the inner surface of the jacket 5a, are larger than the cross-sectional dimensions, ie the lengths of the two ellipse or oval axes of the cores 23, so that there is a space between them and the inner surface of the jacket 5a.
  • a deformable - and namely at least partially elastically deformable - intermediate layer 27 which surrounds the circumferential or lateral surfaces of the two cores 23 and which, according to FIG.
  • the intermediate layer 27 consists of a layered material which is heat-resistant up to the operating temperatures of the cores 23, for example of a mat which contains inorganic fibers, particles of vermiculite, an inorganic filler and an organic binder, for example. Such mats are available under the trademark INTERAM from 3M Company. Vermiculite is a mica-like, flaky clay mineral that pores when heated by evaporation of interlayer water forms and is inflated so that the entire mat swells when heated.
  • a press 31 used in the manufacture of the catalyst 1 in the manner described above for pressing the two shells 7, 9 against one another, shown schematically in FIG. 2, has a frame 33 which holds a lower support 35 and an upper support 37, preferably at least the upper support and, for example, the lower support are held on the frame in an adjustable manner.
  • the lower support 35 holds a lower pressing tool 43 via a vibrating device 41.
  • a compressive force generating device 45 has at least one hydraulic cylinder 47 attached to the upper support 37 and a piston 49, on the shaft of which the upper pressing tool 53 is attached.
  • the two pressing tools 43, 53 each have a trough-shaped recess into which the curved main section of the shell 7 or the shell 9 fits.
  • the two tools 43, 53 are designed such that when the two shells 7, 9 are pressed against one another, at least the free edges of the flanges 7e and 9e of the shells protrude between the tools.
  • the vibrating device 41 is designed to vibrate the lower pressing tool 43 and has, for example, a vibrator which is held on the support 41 via vibration-damping connecting means and acts on the tool 43 and which, for example, has a motor, at least one crank which can be rotated by this, and one of these rotary movements Has vibrating converting crank rod or can be designed as a magnetic vibrator or in any other way. Since the vibrations generated by the vibrating device 41 when the two shells 7, 9 are pressed against one another can be transmitted via this to the upper pressing tool 53, the connecting means connecting the latter to the piston 49 and / or the cylinder 47 with the support 37 connecting means preferably also designed to dampen vibrations.
  • the hydraulic cylinder 47 is connected to a fluid source 61 via at least one line serving to supply and discharge the hydraulic fluid.
  • This has a reservoir (not shown) for the hydraulic fluid, a manually and / or electrically driven pump 63 and measuring and control means for the maximum value of the pressure of the hydraulic fluid supplied to the hydraulic cylinder 47 and thus also the maximum value of the pressure force generated by the press when the press is used to be determined.
  • the measuring and control means can have, for example, manually operated switching and / or actuating elements for controlling the pump 63 and a manually adjustable actuating element 65 which serves to set the maximum pressure force value.
  • the measuring and control means also have a measuring and display device 67 in order to display the instantaneous value of the pressure of the hydraulic fluid supplied to the hydraulic cylinder and / or directly the pressure force generated by the pressure force generating device.
  • the actuator 65 can be formed, for example, by an adjustable pressure relief valve.
  • the hydraulic pressure force generating device 47 can, for example, be controlled either manually or automatically.
  • the measuring and control means can have a pressure transducer and a control device, which is provided, for example, with a process computer.
  • the actuator 65 can be formed by a setpoint generator connected to the control device.
  • the control device can then control the pump 63 and / or at least one electrically or pneumatically controllable valve in such a way that the maximum value of the pressure force exerted by the press on the trays becomes approximately or exactly the same as the setpoint.
  • the press can also be designed to to move the upper process tool 53 at different speeds in different work phases.
  • the tool 53 located at the beginning of a pressing process at a distance from the upper shell above this can, for example, travel quickly and with relatively little force over a large distance until reaching the upper shell 9 and slowly but with relatively large force after reaching the upper shell Force to be shifted downward.
  • the tool 53 can then be raised again at a relatively high speed.
  • the two shells 7, 9 are formed by cutting flat sheet metal pieces and subsequent forming - namely deep drawing.
  • the two cores 23 are encased with a flexible mat serving to form the intermediate layer 27 and arranged between the two shells 7, 9. These are in turn arranged between the two pressing tools that are still at a distance from one another.
  • the intermediate layer 27 or - more precisely - the vermiculite present in this is still in the unexpanded, not swollen state.
  • the upper pressing tool 53 is now moved downward and presses the shell 9 against the shell 7 with a pressure force generated by the hydraulic pressure force generating device 45.
  • the vibrating device 41 shakes the lower pressing tool 43 and the other this overlying catalyst, so that the cores 23 and the intermediate layer 27 reach the positions optimally adapted to the shapes of the shells.
  • the intermediate layer 27 is dimensioned such that when the two shells 7, 9 are pressed against one another, it is compressed under, for example, at least partially elastic deformation.
  • the flanges 9e and possibly also the flanges 7e are deformed a little elastically and possibly plastically at least over the greatest part of their lengths and, for example, over their entire lengths.
  • the curved main sections of the shells may be deformed a little.
  • the ceramic bodies of the cores 23 can have shapes or dimensions that deviate from the intended target shapes and / or target dimensions during series production.
  • the shapes and dimensions of the shells can also deviate somewhat from the intended target shapes or target dimensions in the case of series production, but these deviations in the shells are normally much smaller than in the ceramic bodies. It is now possible to determine an optimum value for the compressive force with which the two shells 7, 9 are pressed against one another at the end of the pressing process and during the welding process by a few tests carried out prior to series production.
  • the measuring and control means of the fluid source 61 then make it possible to press the two shells against one another at least approximately or exactly with the same, optimal compressive force in the case of series production of catalysts for all catalysts of the same type.
  • this optimal compressive force can be, for example, at least about 50 N and at most about 500 N.
  • the process computer of the control device could possibly be designed to vary the maximum value of the compressive force depending on at least one measurement variable within a certain, relatively small range.
  • a such a measurement variable could be formed, for example, by the height at which the upper pressing tool 53 reaches the upper shell when it is lowered and begins to press the two shells against one another.
  • the two shells 7, 9 are pressed against one another with the intended compressive force, their flanges 7e, 9e are welded together in pairs.
  • the two shells are pressed against each other with a constant pressure during the entire welding process.
  • an additional material is introduced into the groove formed by the upper surface of the first, lower flange 7e and the free edge of the upper, second flange 9e with a welding wire.
  • a protective gas arc welding is preferably used for the welding process.
  • the plane 15 then runs through the weld seams 17 which are produced during the welding.
  • calibration pins can be temporarily arranged in the openings 5e before and during the counterpressing process. If the calibration pins are then removed again, the two sleeves 11 can be inserted into the openings 5e and also welded to the shells before or during or after the welding of the flanges.
  • the upper pressing tool 53 is pulled upward away from the lower pressing tool 43 and the catalyst 1 is removed from the press 31.
  • the catalyst can then be heated either during a special heating process or when it is used for the first time by the hot exhaust gas flowing through it and the heat generated in the catalyst by chemical reactions of the exhaust gas in such a way that the vermiculite contained in the intermediate layer 27 and thus the entire intermediate layer swells and then swollen and remains elastically deformable even at normal ambient temperature.
  • the intermediate layer 27 is drawn with its shape taken in the original, unpressurized state to improve clarity, so that there is a free space between the facing surfaces of two flanges 7e, 9e.
  • the elastically and plastically deformable intermediate layer 27 is pressed into the spaces between the flanges when the shells are pressed against one another and fills them completely at the latest after swelling.
  • the intermediate layer 27 therefore seals off the gaps between the flanges in the longitudinal regions of the cores 23.
  • the intermediate layer also closes tightly all the other between the inner surfaces of the casing 5a of the housing 5 and the casing surfaces of the cores 23, so that all of the exhaust gas supplied to the catalytic converter flows through the passages of the core 23 when it is used.
  • first flanges 7e it should also be noted that they are shown in FIGS. 1 to 3 in their original shape, parallel to the plane 15. As already mentioned, the flanges 7e can possibly also be deformed a little when the shells are pressed against one another. Among other things, it depends on the design of the press tools whether such a deformation occurs. If this is the case, at least the outer edge regions of the first flanges 7e in FIGS. 1 to 3 can be bent down a little away from the plane 15.
  • the pressure forces exerted by the latter on the inner surfaces of the shells 7, 9 and on the cores 23 are of course greater than when the two shells are pressed against one another, but the pressure exerted on the inner layer after swelling of the intermediate layer pressure forces exerted with the Pressing the shells against one another are linked to this pressure force exerted.
  • the described optimal definition of the compressive force with which the shells are pressed against one another can therefore result in the cores 23 even in the case of relatively large deviations in their shapes and / or dimensions from the intended target shapes or target dimensions Fabrication are still exposed to excessive pressure forces when using the catalytic converter and are held well and a little resiliently in the housing 5 during operation of the catalytic converter in a motor vehicle by the intermediate layer 27.
  • the intermediate layer dampens the vibrations generated by the internal combustion engine and the driving operation of the vehicle when using the catalytic converter and can also compensate for the different dimensional changes caused by the heating and cooling of the catalytic converter and the metallic casing.
  • the flanges 7e, 9e may also contribute to vibration damping and to compensate for the dimensional changes caused by temperature changes by a certain spring action.
  • the catalytic converter 101 which is shown in part in FIG. 4, has a housing 105 with a jacket 105a.
  • the housing 105 has a one-piece shell 107 and a one-piece shell 109.
  • Each shell 107, 109 has a curved main section with a jacket section 107a or 109a and two end wall sections which cannot be seen.
  • the two casing sections 107a, 109a together form the casing 105a of the housing 105.
  • the end wall sections of the shell 107 and 109 which cannot be seen in FIG. 4 and correspond to the end wall sections 7c and 9c, form an end wall in pairs.
  • the main sections of the shells are connected at their edges with flanges 107e and 109e.
  • the two shells 107, 109 are symmetrical with respect to a plane 115 running through them.
  • the flanges 107e, 109e are also symmetrical in pairs to each other and namely at least for the most part - i.e. over their entire length or at most with the exception of those end areas which are connected to the shoulder sections of the shells 107 and 109 corresponding to the shoulder sections 7d and 9d - inclined analogously to the plane 115 like the flanges 9e to the Level 15.
  • the angle formed by the flanges 107e, 109e with the level 115 may possibly be the same as the angle formed by the flange 9e with the level 15 up to a maximum of 60 ° or up to a maximum of 45 °.
  • both flanges 107e, 109e are inclined against the plane 115 in the catalyst variant shown in FIG. 4, the angle between the two flanges 107e, 109e can then be up to 120 ° or up to 90 °. In most cases, however, it should be sufficient if the angle formed by the two flanges is at most 60 ° or even at most 45 °. The flanges 107e, 109e can then accordingly form an angle of at most 30 ° or even only at most 22.5 ° with the plane 115.
  • the flanges of the two shells 107, 109 touching each other in the finished catalytic converter 101 along the plane 115 are firmly and tightly connected at their edges by weld seams 117, which can optionally be produced by inert gas arc welding without or with the use of an additional material.
  • the catalytic converter 101 has at least one core 123 covered with an intermediate layer 127 and - unless previously stated otherwise - is of the same or similar design as the catalytic converter 1.
  • the catalytic converter 101 is also produced similarly to the catalytic converter 1.
  • the shells 107, 109 are pressed against one another for welding with two pressing tools 143, 153.
  • the flanges deformed more or less elastically when the shells 7, 9, 107, 109 are pressed against one another - possibly somewhat depending on how the welding is carried out after removing the catalysts from the press under certain circumstances spring back.
  • This spring back can when the shells are pressed against one another by a corresponding increase in the compressive force and are to a certain extent precompensated so that the shells exert compressive forces of the desired sizes on the cores in the finished catalyst 1, 101.
  • the catalysts and the processes for their production can be modified in various ways.
  • the casing of the housing can, for example, be generally circular-cylindrical or have two straight sections parallel to one another and two arcs connecting their ends to one another in cross section.
  • any straight or curved pipes of the exhaust pipe can be welded to the two shells of the housing.
  • the catalytic converter 1 can be modified such that each shell has a flange parallel to the plane 15 on one side of a vertical median plane running through the axis 3 and perpendicular to the plane 15, and a flange inclined to the median plane 15 on the other side of the said vertical plane .
  • the end walls can be partially or even completely flat and perpendicular to the axis of the catalytic converter in the longitudinal sections instead of curved.
  • the catalyst can be provided with an inner and an outer housing if necessary to improve the heat and / or sound insulation.
  • Each of these housings can then each have a jacket and two end walls and are formed by two shells.
  • the four shells can, for example, have flanges shaped similarly to shells 7, 9, 107, 109, the flanges of the inner shells projecting outward approximately as far as those of the outer shells, so that four different shells at each edge belonging flanges welded together could be.
  • the outer housing it would also be possible for the outer housing to enclose the inner housing together with its flanges.
  • the or each core of the catalyst may possibly have a body made of another, for example metallic material, which delimits passages for the exhaust gas and serves as a carrier for the catalytically active layer.
  • the intermediate layers between the metallic shells and the cores can be formed from at least one layer or shell instead of at least one vermiculite-containing mat, which consists of at least one other up to the operating temperatures of the cores and thus up to at least about 750 ° C. and preferably up to at least about 950 ° C heat-resistant material and is deformable - and preferably at least partially elastically deformable.
  • the intermediate layers can be formed, for example, at least in part from metallic material, for example from an alloy known as the main constituent of nickel and also chromium, iron and cobalt, known under the trade name Inconel, or from steel.
  • the metallic intermediate layers can have, for example, at least one wire mesh or knitted fabric or ribbon or sheet or at least one other part, wherein the metallic material can be porous and foam-like. Furthermore, the intermediate layers may have another mineral, such as fibrous and / or porous mineral, instead of vermiculite.
  • the sleeves or even connecting pipes used to form connections can be inserted into the openings to be formed before the shells are pressed against one another.
  • the pressing force generating device 45 of the press may have at least one pneumatic cylinder instead of at least one hydraulic cylinder.
  • the fluid source 61 would then be designed as a compressed air source.

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Description

  • Die Erfindung betrifft einen Katalysator für die Behandlung von Abgas und ein Verfahren zur Herstellung eines Katalysators. Der Katalysator ist insbesondere zum Einbauen in die Abgasleitung eines Verbrennungsmotors - beispielsweise des Benzinmotors eines Strassen-Motorfahrzeugs - vorgesehen.
  • Ein aus der GB-A-2 048 105 bekannter Katalysator besitzt ein längliches, metallisches Gehäuse und zwei in diesem angeordnete Kerne mit je einem im Querschnitt ungefähr ovalen Keramikkörper, der Durchgänge für das Abgas sowie ein katalytisch aktive Beschichtung aufweist. Das Gehäuse hat zwei Schalen mit gewölbten Hauptabschnitten, die zusammen einen im allgemeinen zylindrischen, im Querschnitt ungefähr ovalen Mantel und an dessen zwei Enden anschliessende, zur Längsachse des Katalysators hin geneigte Endwände bilden, die im Zentrum mit Öffnungen versehen sind. Die Schalen haben von ihren gewölbten Hauptabschnitten weg nach aussen ragende und miteinander verschweisste Flansche. Diese sind im wesentlichen zu einer zwischen den beiden Schalen hindurch verlaufenden Ebene parallel und liegen in zu den Schweissnähten rechtwinkligen Querschnitten mit ebenen Flächen aneinander an. Zwischen der Gehäuse-Innenfläche und jedem Kern ist eine Zwischenlage angeordnet. Diese besitzt eine aus einem Drahtgewebe bestehende Manschette und eine Manschette aus einer elastischen, sich beim Erhitzen aufblähenden Schicht.
  • Die im Handel erhältlichen Keramikkörper können relativ stark von den vorgesehenen Soll-Formen abweichende Formen haben und beispielsweise statt zylindrisch mehr oder weniger bananenförmig gekrümmt sein. Desgleichen können auch die tatsächlichen Abmessungen relativ stark von den vorgesehenen Soll-Abmessungen abweichen. Bei den typischerweise etwa 10 cm bis 30 cm betragenden Soll-Querschnittsabmessungen und den etwa 30 cm bis 60 cm betragenden Soll-Längen betragen die Abweichungen von den Soll-Abmessungen beispielsweise oft mehr als 1 mm. Zudem werden die Katalysatoren beim Betrieb normalerweise auf ungefähr 750° C bis 950° C betragende Temperaturen erwärmt. Diese Erwärmungen verursachen Dehnungen, wobei sich das metallische Gehäuse wesentlich stärker dehnt als der Keramikkörper.
  • Da die Keramikkörper spröde und brüchig sind, sollten sie sowohl in kaltem als auch in warmem Zustand und auch bei den beim Betrieb auftretenden Vibrationen gut im Gehäuse festgehalten, aber nicht mit übermässigen Druckkräften beaufschlagt werden. Die bereits erwähnten Zwischenlagen der Katalysatoren soll die Abweichungen der Form und der Abmessungen von der Soll-Form bzw. den Soll-Abmessungen und auch die durch Erwärmungen verursachten, unterschiedlichen Ausdehnungen des metallischen Gehäuses und der Keramikkörper ausgleichen. Wenn die besagten Abweichungen jedoch gross sind, werden sie durch die Zwischenlage häufig nur ungenügend ausgeglichen. Wenn die Keramikkörper dann durch das Gehäuse mindestens stellenweise mit einer zu grossen Druckkraft beaufschlagt werden, kann diese Beschädigungen - wie Risse oder Brüche - verursachen. Wenn hingegen die Keramikkörper nur lose im Gehäuse eines zum Beispiel in ein Motorfahrzeug eingebauten Katalysators gehalten sind, können sie durch die bei der Benutzung des Motorfahrzeugs entstehenden Vibrationen und Stösse in kurzer Zeit zerstört werden. Ähnliche Probleme können eventuell auch bei Katalysatoren auftreten, deren Kerne anstelle von Keramikkörpern aus einem anderen Material bestehende Körper haben, die Durchgänge für das zu behandelnde Abgas begrenzen. Bei Katalysatoren mit Gehäusen, deren Schalen zu einer Ebene parallele Flansche haben, besteht daher die Gefahr, dass bei der Fabrikation viel Ausschuss entsteht und/oder dass schon nach einer kurzen Gebrauchsdauer Schäden an den Katalysatoren auftreten.
  • Ferner sind aus der US-A-4 925 634 Katalysatoren mit Gehäusen bekannt, deren Schalen bei ihren paarweise miteinander verschweissten Randabschnitten mit Flächen aneinander anliegen, die mindestens annähernd eben und rechtwinklig zu einer durch die verschiedenen Randabschnitte verlaufenden Ebene sind. Die Gehäuse enthalten einen Kern und eine zwischen diesem und der Gehäuse-Innenfläche angeordneten Zwischenlage. Beim Herstellen eines derartigen Katalysators wird der Kern und die Zwischenlage zwischen die beiden Schalen eingelegt. Danach werden die beiden Schalen ineinander gesteckt, mit einer vorgegebenen Druckkraft gegeneinander gedrückt und bei ihren Randabschnitten verschweisst. Mehr oder weniger ähnliche Katalysatoren und Herstellungsverfahren sind auch aus der GB-A-2 047 557 und der EP-A-0 278 455 bekannt.
  • Die Schalen für die Gehäuse derartiger Katalysatoren werden üblicherweise aus ursprünglich ebenen Blechstücken durch Tiefziehen hergestellt. Es ist jedoch praktisch unmöglich, direkt beim Tiefziehen Schalen mit unmittelbar an deren Ränder angrenzenden Randabschnitten herzustellen, die zur Verschieberichtung der Tiefzieh-Werkzeuge parallele Flächen besitzen. Für die Herstellung von solchen Schalen ist es daher beispielsweise erforderlich, beim Tiefziehen zuerst schalenförmige Werkstücke zu formen, die rechtwinklig zur genannten Verschieberichtung nach aussen ragende Flansche haben. Diese Flansche müssen danach entfernt werden. Das Entfernen der Flansche erfordert mindestens einen zusätzlichen, verhältnismässig komplizierten Schneidevorgang und verursacht zudem einen Materialverlust. Die Herstellung von Schalen mit ineinandersteckbaren Randabschnitten der beschriebenen Art ist daher verhältnismässig teuer.
  • Bei Katalysatoren, deren Schalen in der beschriebenen Weise ineinander steckende und miteinander verschweisste Randabschnitte haben, können diese nicht oder höchstens sehr wenig elastisch deformiert werden. Dies bildet ebenfalls einen gewissen Nachteil, weil die Randabschnitte nichts zum Ausgleichen von den durch Temperaturänderungen verursachten, unterschiedlichen Änderungen der Querschnittsabmessungen der Kerne und Schalen beitragen können.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Nachteile der bekannten Katalysatoren und der bekannten Verfahren zur Herstellung von Katalysatoren zu beheben. Dabei soll insbesondere ausgehend von dem aus der GB-A-2 048 105 bekannten Katalysator auch bei grossen Abweichungen der Form und/oder der Abmessungen des bzw. jedes zum Beispiel einen Keramikkörper aufweisenden Kerns von der vorgesehenen Soll-Form bzw. der vorgesehenen Soll-Abmessungen ermöglicht werden, dass der bzw. jeder Kern gut im Gehäuse festgehalten wird, ohne dass übermässige Druckkräfte auf ihn einwirken. Des weitern soll der Katalysator einfach und wirtschaftlich herstellbar sein.
  • Diese Aufgabe wird durch einen Katalysator gemäss dem Anspruch 1 und durch ein Verfahren gemäss dem Anspruch 12 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Katalysators und des Verfahrens gehen aus den abhängigen Ansprüchen hervor.
  • Die beiden Schalen können Mantelabschnitte aufweisen, die zusammen einen im allgemeinen - d.h. abgesehen von den Flanschen und von zur Versteifung dienenden Sicken und/oder Rippen - zu einer Achse parallelen und zylindrischen Mantel des Gehäuses mit einer ungefähr kreisförmigen oder ungefähr elliptischen oder ungefähr ovalen Querschnittsform bilden. Das Gehäuse kann ferner bei den beiden Enden seines Mantels je eine Endwand aufweisen, die durch Endwandabschnitte der beiden Schalen gebildet ist. Die beiden Endwände können mit der Achse einen Winkel bilden und sich von den Enden des Mantels weg an die Achse annähern. Die Endwände können dabei in axialen Schnitten gerade oder gebogen oder teilweise gerade und teilweise gebogen sein. Das Gehäuse kann ferner zwei als Einlass bzw. Auslass für das Abgas dienende, sich bei den Zentren der Endwände befindende und zur Achse koaxiale Öffnungen aufweisen.
  • Das Gehäuse kann mindestens einen Kern mit einer im allgemeinen zylindrischen Mantelfläche, mit einer ungefähr kreisförmigen oder elliptischen oder ovalen Querschnittsform und mit Durchgängen für das Abgas enthalten. Der im allgemeinen zylindrische Mantel des Gehäuses kann sich dann ungefähr über die Länge des Kerns bzw. der Gesamtheit der Kerne erstrecken. Ferner kann zwischen der von den Schalen-Innenflächen gebildeten Gehäuse-Innenflächen und den bzw. jedem Kern eine deformierbare Zwischenlage angeordnet sein. Falls zwei oder eventuell noch mehr voneinander in Abstand stehende Kerne vorhanden sind, kann entweder eine sich unterbruchslos über beide bzw. alle Kerne erstreckende Zwischenlage oder für jeden Kern eine separate Zwischenlage vorgesehen werden.
  • Beim erfindungsgemässen Katalysator bilden die von den gewölbten Abschnitten der Schalen weg nach aussen ragenden und paarweise miteinander verschweissten Flansche mindestens in einem wesentlichen Teil ihrer Länge in zu den Schweissnähten und zu ihren Rändern rechtwinkligen Schnitten miteinander einen Winkel. Nachfolgend soll noch die Bedeutung des Merkmals "mindestens in einem wesentlichen Teil ihrer Länge" erläutert werden. Von den paarweise miteinander verschweissten Flanschen sollen mindestens diejenigen Teile einen Winkel der genannten Art bilden, die sich bei dem vorzugsweise vorhandenen, im allgemeinen zylindrischen Mantel des Gehäuses befinden und mindestens im allgemeinen parallel zur Achse sind. Dementsprechend können dann auch mindestens diejenigen Teile der miteinander verschweissten Flansche einen Winkel der genannten Art bilden, die sich in der entlang der allgemeinen Strömungsrichtung des Abgases und also in der von der einen Öffnung des Gehäuses zu dessen anderen Öffnung verlaufenden, zur Achse des Gehäuses parallelen Richtung über die Länge des bzw. jedes Kern erstrecken. Ferner bilden vorzugsweise auch noch die ganzen bei den Endwänden vorhandenen Teile der miteinander verschweissten Flansche oder mindestens noch an die achsparallelen Flansch-Teile anschliessende Längsbereiche der bei den Endwänden vorhandenen Flansche einen Winkel der genannten Art.
  • Die metallischen Schalen bestehen vorzugsweise aus einem ferritischen, rostfreien oder eventuell nicht rostfreien Stahl. Ein ferritischer Stahl ist normalerweise billiger als ein austenitischer Stahl und kann auch relativ gut durch spanloses Umformen geformt werden.
  • Die Schalen können aus ursprünglich ebenen Blechstücken durch spanloses Umformen, zum Beispiel durch Tiefziehen oder eventuell ein anderes Zieh- oder Drückverfahren hergestellt werden. Dabei kann man zum Beispiel die Umrissformen der zum Umformen bestimmten Blechstücke durch Schneiden oder in anderer Weise derart festlegen, dass sie nach dem Tiefziehen die vorgesehenen Formen der Schalen besitzen. Durch ein solches Herstellungsverfahren können also durch Tiefziehen Schalen hergestellt werden, ohne dass man nach dem Tiefziehen noch Randabschnitte abschneiden oder sonstige zur Formgebung dienende Arbeitsoperationen durchführen muss. Die Schalen für den erfindungsgemässen Katalysator können auf diese Weise kostengünstig hergestellt werden.
  • Falls es aus irgend einem Grund wünschenswert ist, kann man jedoch von den durch Tiefziehen gebildeten Werkstücken in einem Schneidevorgang noch Teile abschneiden, um dadurch die Schalen zu bilden. Da die Flansche von den gewölbten Abschnitten der Schalen weg nach aussen ragen, ist ein solcher, eventuell nach dem Tiefziehen noch erfolgenden Schneidevorgang viel einfacher und kostengünstiger als bei denjenigen bekannten und schon beschriebenen Schalen, die ineinander steckbare Randabschnitte haben.
  • Nach der Herstellung der Schalen kann mindestens ein Kern und eine diesen umhüllende Zwischenlage zwischen den Schalen angeordnet werden. Danach kann man die beiden Schalen gegeneinanderdrücken, wobei der von den zu verschweissenden Flanschen miteinander gebildete Winkel durch eine Deformation der Flansche und/oder der gewölbten Schalen-Abschnitte verkleinert wird. Bei der genannten Deformation soll es sich um eine mindestens zum Teil und beispielsweise sogar vollständig elastisch erfolgende Deformation handeln. Durch eine geeignete Festlegung der beim Gegeneinanderdrücken der Schalen auf diese ausgeübten Druckkraft kann erreicht werden, dass der bzw. jeder Kern auch dann in optimaler Weise im Gehäuse festgehalten wird, wenn die Querschnittsabmessungen eines Kern von den vorgesehenen Soll-Querschnittsabmessungen abweichen.
  • Der erfindungsgemässe Katalysator ermöglicht also sowohl eine kostengünstige Herstellung als auch die Gewährleistung einer guten Qualität.
  • Beim fertiggestellten Katalysator können die miteinander verschweissten und miteinander einen Winkel bildenden Flansche ein wenig federn. Wenn die Abmessungen - insbesondere die querschnittsabmessungen - des metallischen Gehäuses und des bzw. jedes in diesem enthaltenen Kerns durch Temperaturänderungen verschieden verändert werden, kann die Federwirkung der Flansche zum Ausgleich dieser unterschiedlichen Abmessungänderungen beitragen.
  • Der Erfindungsgegenstand wird nachfolgend anhand in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele erläutert. In der Zeichnung zeigt
    • die Figur 1 eine Schrägansicht eines Katalysators mit einem aufgebrochenen Gehäuse,
    • die Figur 2 einen Querschnitt durch den in der Figur 1 ersichtlichen Katalysator und eine stark schematisierte, teils in Ansicht, teils im Schnitt gezeichnete Presse,
    • die Figur 3 einen in der Figur 2 mit III bezeichneten Ausschnitt aus dem Katalysator und den an dessen Gehäuse angreifenden Werkzeugen der Presse und
    • die Figur 4 einen der Figur 3 entsprechenden Ausschnitt aus einem anderen Katalysator und den an dessen Gehäuse angreifenden Werkzeugen der Presse.
  • Der in den Figuren 1 sowie 2 und zum Teil in der Figur 3 ersichtliche Katalysator 1 ist zum Einbau in die Abgasleitung eines Verbrennungsmotors, nämlich eines Benzinmotors eines Strassen-Motorfahrzeugs, vorgesehen. Der Katalysator 1 hat eine längliche Form und eine in seiner Längsrichtung verlaufende Achse 3. Der Katalysator besitzt ein metallisches, gasdichtes Gehäuse 5, dessen mittlerer Längsabschnitt einen Mantel 5a bildet. Dieser ist im allgemeinen parallel zur Achse 3 sowie zylindrisch und im Querschnitt beispielsweise ungefähr elliptisch oder oval. Das Gehäuse 5 hat an den beiden Enden des Mantels 5a je eine Endwand 5c, die mit der Achse 3 einen Winkel bildet und sich in von den Enden des Mantels 5a weg an die Achse 3 annähert. Jede Endwand 5c hat im Zentrum einen kragen- und/oder stutzenförmigen Ansatz 5d, der beispielsweise kreiszylindrisch ist oder sich von der Endwand 5c weg leicht konisch verjüngt und eine zur Achse 3 koaxiale, kreisförmige Öffnung 5e begrenzt.
  • Die vorgängig beschriebenen Abschnitte des Gehäuses 5 sind durch zwei Schalen, nämlich eine erste, untere Schale 7 und eine zweite, obere Schale 9 gebildet. Jede Schale 7, 9 besteht aus einem einstückigen, metallischen Körper, nämlich einem Blechstück, und weist einen Mantelabschnitt 7a bzw. 9a auf. Die beiden Mantelabschnitte 7a, 9a bilden zusammen den im allgemeinen zylindrischen Mantel 5a des Gehäuses 5 und sind mit Sicken 7b bzw. 9b versehen, die paarweise zusammen ringförmig um die Achse 3 herum verlaufende, aber zwischen den beiden Schalen selbstverständlich unterbrochene, über die Länge des Mantels 5a verteilte Rinnen bilden. Jeder Mantelabschnitt 7a, 9a bildet im querschnitt entsprechend der elliptischen oder ovalen Querschnittsform des Mantels 5a eine halbe Ellipse bzw. ein halbes Oval. Jede Schale 7, 9 hängt an beiden Enden ihres Mantelabschnitts 7a bzw. 9a mit einem Endwandabschnitt 7c bzw. 9c zusammen, der mit einem Ansatzabschnitt 7d bzw. 9d versehen ist. Die Endwandabschnitte 7c, 9c und die Ansatzabschnitte 7d, 9d der beiden Schalen 7 bzw. 9 bilden paarweise zusammen eine der Endwände 5c bzw. einen der Ansätze 5d. Der durch den Mantelabschnitt 7a, 9a und die beiden Endwandabschnitte 7c, 9c gebildete Teil jeder Schale 7 bzw. 9 wird im folgenden auch als gewölbter Hauptabschnitt 7a, 7c, bzw. 9a, 9c der Schale 7 bzw. bezeichnet. Jede Schale 7, 9 besitzt auf beiden Seiten einer durch sie und die Achse 3 verlaufenden, vertikalen Mittelebene bei den Rändern ihres Hauptabschnitts 7a, 7c bzw. 9a, 9c von diesem weg nach aussen abgewinkelte und/oder abgebogene, und dementsprechend vom Hauptabschnitt 7a, 7c bzw. 9a, 9c sowie von der Achse 3 wegragende Randabschnitte. Die zur ersten Schale 7 gehörenden Randabschnitte bilden erste Flansche 7e. Die zur zweiten Schale 9 gehörenden Randabschnitte bilden zweite Flansche 9e. Jeder Flansch 7e, 9e besitzt einen mit dem Mantelabschnitt 7a bzw. 9a zusammenhängenden Flansch-Teil 7f bzw. 9f und zwei mit je einem Endwandabschnitt 7c bzw. 9c zusammenhängende Flansch-Teile 7g bzw. 9g. Jeder Flansch-Teil 7f, 9f hängt bei seinen beiden Enden mit je einem der Flansch-Teile 7g bzw. 9g zusammen.
  • Zum Gehäuse 5 gehören zusätzlich zu den beiden Schalen 7, 9 noch zwei Anschlüsse, die je aus einer separaten, in einer der Öffnungen 5d steckenden Hülse 11 bestehen.
  • In den Figuren 2 und 3 ist noch eine Ebene 15 gezeichnet, die durch die Achse 3 sowie zwischen den beiden Schalen 7, 9 und also insbesondere auch zwischen den gewölbten Hauptabschnitten von diesen hindurch verläuft und parallel zu den aussen an den Randabschnitten 7e, 9e vorhandenen Kanten ist. Die Mantelabschnitte 7a, 9a sowie die Endwandabschnitte 7c, 9c sind paarweise mindestens annähernd spiegelsymmetrisch zur Ebene 15. Die mit den Mantelabschnitten 7a, 9a zusammenhängenden Flansch-Teile 7f bzw. 9f sind, abgesehen von dem sie mit dem betreffenden Mantelabschnitt verbindenden, abgewinkelten und/oder abgebogenen Übergangs- oder Verbindungsabschnitt und zumindest bevor die beiden Schalen in noch beschriebener Weise miteinander verbunden werden, eben. Wie man besonders deutlich in der Figur 3 sehen kann, ist jeder Flansch-Teil 7f der Schale 7 zudem parallel zur Ebene 15, während jeder Flansch-Teil 9f vom Mantelabschnitt 9a weg zur Ebene 15 hin geneigt ist und mit dieser einen sowie mit dem Flansch 7e einen Winkel bildet. Dieser beträgt vorzugsweise mindestens 5° sowie vorzugsweise höchstens 60° oder besser höchstens 45° und zum Beispiel 10° bis 25° oder bis 30°.
  • Die mit den Endwandabschnitten 7c zusammenhängenden Flansch-Teile 7g sind vorzugsweise im entspannten, undeformierten Zustand über ihre ganze Länge gleich wie die Flansch-Teile 7f parallel zur Ebene 15. Die mit den Endwandabschnitten 9c zusammenhängenden Flansch-Teile 9g sind vorzugsweise über ihre ganze Länge mindestens annähernd und beispielsweise genau um den gleichen Winkel gegen die Ebene 15 geneigt wie die Flansch-Teile 9f. Abhängig davon, ob jeder von einem Paar Ansatzabschnitten 7d, 9d gebildete kragen- und/oder stutzenförmige Ansatz 5d zylindrisch oder konisch ist, können jedoch die Flansch-Teile 7g bzw. 9g bei ihren unmittelbar an die Ansatzabschnitte 7d, 9d anschliessenden, Übergänge bildenden Längsbereichen eventuell in bezug auf die Ebene 15 eine etwas andere Lage haben als die restlichen Längsbereiche der Flansch-Teile 7g bzw. 9g. In diesem Fall sind dann die Flansch-Teile 7g eventuell nur zum grössten Teil parallel zur Ebene 15 und/oder die Flansch-Teile 9g nur zum grössten Teil gegen die Ebene 15 geneigt.
  • Die beiden Schalen 7, 9 und die Hülsen 11 bestehen zum Beispiel aus ferritischem, rostfreiem Stahl. Die Flansche 7e, 9e berühren einander entlang der Ebene 15 paarweise und sind durch eine nur in der Figur 3 gezeichnete Schweissnaht 17 fest und gasdicht miteinander verbunden. Dabei ragt jeder erste Flansch 7e über den äussern Rand des zweiten Flansches 9e hinaus, so dass sich die Schweissnaht 17 auf derjenigen Fläche des ersten Flansches 7e befindet, die dem zweiten Flansch 9e zugewandt ist. Die beiden als Anschlüsse dienenden Hülsen 11 sind ebenfalls durch Schweissnähte mit den beiden Schalen verbunden.
  • Im Gehäuse 5 ist mindestens ein formfester Kern 23 angeordnet, wobei zum Beispiel zwei entlang der Achse 3 von einander in Abstand stehende und durch einen freien Zwischenraum voneinander getrennte Kerne 23 vorhanden sind. Jeder Kern 23 besteht aus einem relativ kurzen Zylinder mit einer elliptischen oder ovalen Querschnittsform. Die Querschnittsformen des Mantels 5a des Gehäuses 5 und der beiden Kerne 23 sind dabei derart aufeinander abgestimmt, dass der Mantel 5a und die Umfangs- oder Mantelflächen der Kerne 23 im Querschnitt mindestens ungefähr parallel zu einander gekrümmt sind. Jeder Kern 23 besitzt als Hauptbestandteil einen einstückigen, formfesten Träger, nämlich einen Keramikkörper, der auch als Substrat bezeichnet wird und mit einer Vielzahl parallel zur Achse 3 verlaufender Durchgänge versehen ist. In diesen ist auf der Keramikoberfläche eine zum Beispiel aus Aluminiumoxid bestehende Trägerschicht aufgebracht, die häufig als "wash coat" bezeichnet wird und die Oberfläche wesentlich vergrössert. Auf dieser Trägerschicht ist dann die katalytisch aktive Schicht aufgebracht, die zum Beispiel aus mindestens einem Edelmetall - etwa Platin und/oder Rhodium - besteht.
  • Die Querschnittsabmessungen d.h. die Längen der beiden Ellipsen- oder Ovalachsen der Innenfläche des Mantels 5a sind grösser als die Querschnittsabmessungen, d.h. Längen der beiden Ellipsen- oder Ovalachsen der Kerne 23, so dass sich zwischen diesen und der Innenfläche des Mantels 5a ein Zwischenraum ergibt. In diesem ist eine die Umfangs- oder Mantelflächen der beiden Kerne 23 im Querschnitt umhüllende, deformierbare - und nämlich mindestens zum Teil elastisch deformierbare - Zwischenlage 27 angeordnet, die sich gemäss der Figur 1 auch über den Zwischenraum zwischen den beiden Kernen 23 und beispielsweise auch noch mehr oder weniger weit über die einander abgewandten Stirnseiten der beiden Kerne 23 hinaus erstrecken kann, wobei aber die an die Stirnseiten der Kerne 23 angrenzenden Bereiche des Gehäuses-Innenraums und die Öffnungen 5e frei bleiben sollen. Die Zwischenlage 27 besteht aus einem schichtförmigen, bis zu den Betriebstemperaturen der Kerne 23 hitzebeständigen Material, zum Beispiel aus einer Matte, die anorganische Fasern, Teilchen aus Vermiculit, ein anorganisches Füllmaterial und ein beispielsweise organisches Bindemittel enthält. Matten dieser Art sind unter der Handelsmarke INTERAM von der 3M Company erhältlich. Vermiculit ist ein glimmerartiges, Blättchen aufweisendes Tonmineral, das beim Erhitzen durch Verdampfen von Zwischenschichtwasser Poren bildet und aufgebläht wird, so dass die ganze Matte beim Erhitzen anschwillt.
  • Eine bei der Herstellung des Katalysators 1 in noch beschriebener Weise zum Gegeneinanderdrücken der beiden Schalen 7, 9 dienende, schematisiert in der Figur 2 gezeichnete Presse 31 weist ein Gestell 33 auf, das einen unteren Support 35 und einen oberen Support 37 hält, wobei vorzugsweise mindestens der obere Support und beispielsweise auch der untere Support höhenverstellbar am Gestell gehalten sind. Der untere Support 35 hält über eine Rüttelvorrichtung 41 ein unteres Press-Werkzeug 43. Eine Druckkraft-Erzeugungsvorrichtung 45 weist mindestens einen am oberen Support 37 befestigten Hydraulikzylinder 47 und einen Kolben 49 auf, an dessen Schaft das obere Press-Werkzeug 53 befestigt ist.
  • Die beiden zum Teil auch in der Figur 3 ersichtlichen Press-Werkzeuge 43, 53 haben je eine muldenförmige Ausnehmung, in welche der gewölbte Hauptabschnitt der Schale 7 bzw. der Schale 9 hineinpasst. Die beiden Werkzeuge 43, 53 sind dabei derart ausgebildet, dass beim Gegeneinanderdrücken der beiden Schalen 7, 9 mindestens die freien Ränder der Flansche 7e bzw. 9e der Schalen zwischen den Werkzeugen herausragen. Die Rüttelvorrichtung 41 ist ausgebildet, um das untere Press-Werkzeug 43 zu rütteln, und besitzt beispielsweise einen über schwingungsdämpfende Verbindungsmittel am Support 41 gehaltenen und am Werkzeug 43 angreifenden Vibrator, der beispielsweise einen Motor, mindestens eine durch diesen drehbare Kurbel sowie eine diese Drehbewegungen in Rüttelbewegungen umwandelnde Kurbelstange aufweist oder als Magnetvibrator oder sonst in irgend einer Weise ausgebildet sein kann. Da die von der Rüttelvorrichtung 41 erzeugten Vibrationen beim Gegeneinanderdrücken der beiden Schalen 7, 9 über diese auf das obere Press-Werkzeug 53 übertragen werden können, sind die dieses mit dem Kolben 49 verbindenden Verbindungsmittel und/oder die den Zylinder 47 mit dem Support 37 verbindenden Verbindungsmittel vorzugsweise ebenfalls schwingungsdämpfend ausgebildet.
  • Der Hydraulikzylinder 47 ist über mindestens eine zum Zu- und Ableiten der Hydraulikflüssigkeit dienende Leitung mit einer Fluidquelle 61 verbunden. Diese weist ein nicht gezeichnetes Reservoir für die Hydraulikflüssigkeit, eine manuell und/oder elektrisch antreibbare Pumpe 63 sowie Messund Steuermittel auf, um den Maximalwert des Drucks der dem Hydraulikzylinder 47 zugeführten Hydraulikflüssigkeit und damit auch den Maximalwert der bei der Benutzung der Presse von dieser erzeugten Druckkraft festzulegen. Die Mess- und Steuermittel können beispielsweise manuell betätigbare Schalt- und/oder Stellorgane zum Steuern der Pumpe 63 und ein manuell einstellbares, zum Einstellen des besagten Druckkraft-Maximalwerts dienendes Stellorgan 65 aufweisen. Die Mess- und Steuermittel weisen ferner ein Mess- und Anzeigegerät 67 auf, um den momentanen Wert des Drucks der dem Hydraulikzylinder zugeführten Hydraulikflüssigkeit und/oder direkt die von der Druckkraft-Erzeugungsvorrichtung erzeugte Druckkraft anzuzeigen. Bei einer einfachen Ausführungsform der Presse kann das Stellorgan 65 zum Beispiel durch ein verstellbares Überdruckventil gebildet sein. Bei einer für die serienmässige Fabrikation vorgesehenen Presse kann die hydraulische Druckkraft-Erzeugungsvorrichtung 47 zum Beispiel wahlweise manuell oder automatisch steuerbar sein. Die Mess- und Steuermittel können zu diesem Zweck einen Druckmesswandler und eine Regelvorrichtung aufweisen, die zum Beispiel mit einem Prozessrechner versehen ist. Das Stellorgan 65 kann in diesem Fall durch einen mit der Regelvorrichtung verbundenen Sollwertgeber gebildet sein. Die Regelvorrichtung kann dann die Pumpe 63 und/oder mindestens ein elektrisch oder pneumatisch steuerbares Ventil derart steuern, dass der Maximalwert der von der Presse auf die Schalen ausgeübten Druckkraft ungefähr oder genau gleich dem eingestellten Sollwert wird. Die Presse kann zudem ausgebildet sein, um das obere Prozess-Werkzeug 53 in verschiedenen Arbeitsphasen unterschiedlich schnell zu bewegen. Das sich am Anfang eines Pressvorganges in Abstand von der oberen Schale über dieser befindende Werkzeug 53 kann zum Beispiel bis zum Erreichen der oberen Schale 9 schnell sowie mit relativ kleiner Kraft um einen grossen Weg und nach dem Erreichen der oberen Schale langsam, aber mit relativ grosser Kraft abwärts verschoben werden. Das Anheben des Werkzeugs 53 kann dann wieder mit relativ grosser Geschwindigkeit erfolgen.
  • Beim Herstellen eines Katalysators 1 werden zuerst dessen Kerne 23, Schalen 7, 9 und Hülsen 11 hergestellt. Die beiden Schalen 7, 9 werden dabei durch Zuschneiden von ebenen Blechstücken und nachfolgendes Umformen - nämlich Tiefziehen- von diesen gebildet. Zum Zusammenbauen des Katalysators werden die beiden Kerne 23 mit einer zur Bildung der Zwischenlage 27 dienenden, flexiblen Matte umhüllt und zwischen den zwei Schalen 7, 9 angeordnet. Diese werden ihrerseits zwischen den zwei noch voneinander in Abstand stehenden Press-Werkzeugen angeordnet. Die Zwischenlage 27 oder - genauer gesagt - der in dieser vorhandene Vermiculit befindet sich dabei noch im ungeblähten, nicht aufgequollenen Zustand. Das obere Press-Werkzeug 53 wird nun nach unten bewegt und drückt die Schale 9 mit einer durch die hydraulische Druckkraft-Erzeugungsvorrichtung 45 erzeugten Druckkraft gegen die Schale 7. Beim Gegeneinanderdrücken der beiden Schalen rüttelt die Rüttelvorrichtung 41 das untere Press-Werkzeug 43 und den auf diesem aufliegenden Katalysator, so dass die Kerne 23 und die Zwischenlage 27 in die optimal an die Formen der Schalen angepassten Stellungen gelangen.
  • Die Zwischenlage 27 ist derart bemessen, dass sie beim Gegeneinanderdrücken der beiden Schalen 7, 9 unter einer beispielsweise mindestens zum Teil elastischen Deformation komprimiert wird. Zudem werden beim Gegeneinanderdrücken der beiden Schalen 7, 9 die Flansche 9e sowie eventuell auch die Flansche 7e mindestens über die grössten Teile ihrer Längen und beispielsweise über ihre ganzen Längen ein wenig elastisch und eventuell auch plastisch deformiert. Zudem werden eventuell auch die gewölbten Hauptabschnitte der Schalen ein wenig deformiert. Die Deformationen der Zwischenlage 27 und der Schalen erzeugen beim Gegeneinanderdrücken der beiden Schalen eine im Verlauf des Pressvorgangs wachsende Gegenkraft, welche durch die von der Presse erzeugte Druckkraft überwunden werden muss.
  • Wie in der Einleitung erwähnt, können die Keramikkörper der Kerne 23 bei der serienmässigen Fabrikation von den vorgesehenen Soll-Formen und/oder Soll-Abmessungen abweichende Formen bzw. Abmessungen haben. Im übrigen können bei der serienmässigen Fabrikation auch die Formen und Abmessungen der Schalen ein wenig von den vorgesehenen Soll-Formen bzw. Soll-Abmessungen abweichen, wobei aber diese Abweichungen bei den Schalen normalerweise wesentlich kleiner sind als bei den Keramikkörpern. Man kann nun durch einige vor der serienmässigen Fabrikation durchgeführte Versuche einen optimalen Wert für die Druckkraft ermitteln, mit welcher die beiden Schalen 7, 9 am Ende des Pressvorgangs und während des Verschweissvorgangs gegeneinander gedrückt werden. Die Messund Steuermittel der Fluidquelle 61 ermöglichen dann, die beiden Schalen bei der serienmässigen Fabrikation von Katalysatoren bei allen Katalysatoren des gleichen Typs mindestens ungefähr oder genau mit der gleichen, optimalen Druckkraft gegeneinander zu drücken. Diese optimale Druckkraft kann - abhängig von der Form und den Abmessungen des Katalysators - zum Beispiel mindestens etwa 50 N und höchstens etwa 500 N betragen.
  • Möglicherweise könnte der Prozessrechner der Regelvorrichtung jedoch ausgebildet werden, um den Maximalwert der Druckkraft abhängig von mindestens einer Messgrösse innerhalb eines gewissen, relativ kleinen Bereichs zu variieren. Eine solche Messgrösse könnte zum Beispiel durch die Höhe gebildet sein, in welcher das obere Press-Werkzeug 53 beim Absenken die obere Schale erreicht und beginnt die beiden Schalen gegeneinander zu drücken.
  • Wenn die zwei Schalen 7, 9 mit der vorgesehenen Druckkraft gegeneinander gedrückt werden, werden ihre Flansche 7e, 9e paarweise miteinander verschweisst. Die beiden Schalen werden dabei während des ganzen Schweissvorgangs mit einer konstanten Druckkraft gegeneinander gedrückt. Zum Verschweissen wird in die von der oberen Fläche des ersten, unteren Flansches 7e und dem freien Rand des oberen, zweiten Flansches 9e gebildete Kehle mit einem Schweissdraht ein Zusatzwerkstoff eingebracht. Für den Schweissvorgang wird vorzugsweise eine Schutzgas-Lichtbogen-Schweissung verwendet. Die Ebene 15 verläuft dann durch die beim Verschweissen entstehenden Schweissnähte 17. Damit die Öffnungen 5e beim Gegeneinanderdrücken der Schalen 7, 9 die vorgesehenen Durchmesser erhalten, können Kalibrierzapfen vor und während des Gegeneinanderdrückvorgangs vorübergehend in den Öffnungen 5e angeordnet werden. Wenn dann die Kalibrierzapfen wieder entfernt werden, können die beiden Hülsen 11 in die Öffnungen 5e hinein gesteckt und vor oder während oder nach dem Verschweissen der Flansche ebenfalls mit den Schalen verschweisst werden.
  • Nach dem Verschweissen der Schalen 7, 9 miteinander und mit den Hülsen 11 wird das obere Press-Werkzeug 53 vom unteren Press-Werkzeug 43 weg nach oben gezogen und der Katalysator 1 aus der Presse 31 heraus genommen. Der Katalysator kann dann entweder bei einem besonderen Erhitzungsvorgang oder bei seiner erstmaligen Verwendung durch das heisse, ihn durchströmende Abgas und die im Katalysator durch chemische Reaktionen des Abgases erzeugte Wärme derart erhitzt werden, dass der in der Zwischenlage 27 enthaltene Vermiculit und damit die ganze Zwischenlage aufquillt und danach auch bei normaler Umgebungstemperatur aufgequollen sowie elastisch deformierbar bleibt.
  • In den Figuren 2 und 3 ist die Zwischenlage 27 zur Verbesserung der Klarheit mit ihrer im ursprünglichen, drucklosen Zustand eingenommenen Form gezeichnet, so dass zwischen den einander zugewandten Flächen von zwei Flanschen 7e, 9e ein freier Zwischenraum vorhanden ist. In Wirklichkeit wird jedoch die sowohl elastisch als auch plastisch deformierbare Zwischenlage 27 beim Gegeneinanderdrücken der Schalen in die zwischen den Flanschen vorhandenen Zwischenräume hineingedrückt und füllt diese spätestens nach dem Aufquellen vollständig aus. Beim fertigen Katalysator schliesst die Zwischenlage 27 daher die zwischen den Flanschen vorhandenen Zwischenräume in den Längsbereichen der Kerne 23 dicht ab. Die Zwischenlage schliesst übrigens auch alle anderen zwischen den Innenflächen des Mantels 5a des Gehäuses 5 und den Mantelflächen der Kerne 23 dicht ab, so dass das ganze dem Katalysator bei dessen Benutzung zugeführte Abgas durch die Durchgänge des Kerns 23 strömt.
  • Zu den ersten Flanschen 7e sei noch angemerkt, dass diese in den Figuren 1 bis 3 in ihrer im ursprünglichen Zustand eingenommenen, zur Ebene 15 parallelen Form gezeichnet sind. Wie schon erwähnt, können die Flansche 7e eventuell beim Gegeneinanderdrücken der Schalen auch ein wenig deformiert werden. Dabei hängt es unter anderem von der Ausbildung der Press-Werkzeuge ab, ob eine solche Deformation erfolgt. Wenn dies der Fall ist, können mindestens die äusseren Randbereiche der ersten Flansche 7e in den Figuren 1 bis 3 ein wenig von der Ebene 15 weg nach unten gebogen werden.
  • Durch das Aufquellen der Zwischenlage 27 werden die von dieser auf den Innenflächen der Schalen 7, 9 und auf die Kerne 23 ausgeübten Druckkräfte selbstverständlich grösser, als sie beim Gegeneinanderdrücken der beiden Schalen auf diese ausgeübte Druckkraft, wobei aber die nach dem Aufquellen der Zwischenlage von dieser ausgeübten Druckkräfte mit der beim Gegeneinanderdrücken der Schalen auf diese ausgeübten Druckkraft verknüpft sind. Durch die beschriebene optimale Festlegung der Druckkraft, mit der die Schalen gegeneinander gedrückt werden, kann daher erreicht werden, dass die Kerne 23 auch bei relativ starken Abweichungen ihrer Formen und/oder Abmessungen von den vorgesehenen Soll-Formen bzw. Soll-Abmessungen weder bei der Fabrikation noch bei der Benutzung des Katalysators übermässigen Druckkräften ausgesetzt werden und beim Betrieb des Katalysators in einem Motorfahrzeug durch die Zwischenlage 27 gut und ein wenig federnd im Gehäuse 5 gehalten werden. Die Zwischenlage dämpft bei der Benutzung des Katalysators die durch den Verbrennungsmotor und den Fahrbetrieb des Fahrzeugs erzeugten Vibrationen und kann auch die beim Betrieb des Katalysators durch das Erhitzen und Abkühlen verursachten, unterschiedlichen Abmessungsänderungen der hauptsächlich aus Keramik bestehenden Kerne und des metallischen Gehäuses ausgleichen. Eventuell können auch die Flansche 7e, 9e durch eine gewisse Federwirkung zur Vibrationsdämpfung und zum Ausgleich der durch Temperaturänderungen verursachten Abmessungsänderungen beitragen.
  • Der zum Teil in der Figur 4 gezeichnete Katalysator 101 weist ein Gehäuse 105 mit einem Mantel 105a auf. Das Gehäuse 105 besitzt eine einstückige Schale 107 sowie eine einstückige Schale 109. Jede Schale 107, 109 hat einen gewölbten Hauptabschnitt mit einem Mantelabschnitt 107a bzw. 109a und zwei nicht ersichtlichen Endwandabschnitten. Die beiden Mantelabschnitte 107a, 109a bilden zusammen den Mantel 105a des Gehäuses 105. Die in der Figur 4 nicht ersichtlichen, den Endwandabschnitten 7c und 9c entsprechenden Endwandabschnitte der Schale 107 bzw. 109 bilden paarweise zusammen eine Endwand. Die Hauptabschnitte der Schalen hängen bei ihren Rändern mit Flanschen 107e bzw. 109e zusammen. Die beiden Schalen 107, 109 sind symmetrisch bezüglich einer zwischen ihnen hindurch verlaufenden Ebene 115. Dabei sind insbesondere auch die Flansche 107e, 109e paarweise symmetrisch zueinander und nämlich mindestens zum grössten Teil - d.h. über ihre ganze Länge oder allenfalls mit Ausnahme derjenigen Endbereiche, welche mit den den Ansatzabschnitten 7d sowie 9d entsprechenden Ansatzabschnitten der Schalen 107 bzw. 109 zusammenhängen - analog gegen die Ebene 115 geneigt wie die Flansche 9e gegen die Ebene 15. Der von den Flanschen 107e, 109e mit der Ebene 115 gebildete Winkel kann eventuell gleich wie der von Flansch 9e mit der Ebene 15 gebildete Winkel bis höchstens 60° betragen oder bis höchstens 45° betragen. Da bei der in der Fig. 4 gezeichneten Katalysator-Variante beide Flansche 107e, 109e gegen die Ebene 115 geneigt sind, kann der Winkel zwischen den beiden Flanschen 107e, 109e dann bis 120° bzw. bis 90° betragen. In den meisten Fällen dürfte es jedoch ausreichen, wenn der von den beiden Flanschen gebildete Winkel höchstens 60° oder sogar nur höchstens 45° beträgt. Die Flansche 107e, 109e können mit der Ebene 115 dann dementsprechend einen höchstens 30° bzw. sogar nur höchstens 22,5° betragenden Winkel bilden. Die einander beim fertigen Katalysator 101 entlang der Ebene 115 berührenden Flansche der beiden Schalen 107, 109 sind bei ihren Rändern durch Schweissnähte 117 fest und dicht miteinander verbunden, die wahlweise ohne oder mit Verwendung eines Zusatzwerkstoffs durch Schutzgas-Lichtbogen-Schweissen hergestellt werden können. Der Katalysator 101 weist mindestens einen mit einer Zwischenlage 127 umhüllten Kern 123 auf und ist - soweit vorgängig nichts anderes angegeben wurde - gleich oder ähnlich ausgebildet wie der Katalysator 1. Der Katalysator 101 wird auch ähnlich wie der Katalysator 1 hergestellt. Dabei werden insbesondere die Schalen 107, 109 zum Verschweissen mit zwei Press-Werkzeugen 143, 153 gegeneinander gedrückt.
  • Bei den Katalysatoren 1 und 101 können die beim Gegeneinanderdrücken der Schalen 7, 9, 107, 109 mehr oder weniger stark elastisch deformierten Flansche von diesen - eventuell etwas abhängig davon wie die Schweissung durchgeführt wird nach dem Herausnehmen der Katalysatoren aus der Presse unter Umständen ein wenig zurückfedern. Dieses Zurückfedern kann beim Gegeneinanderdrücken der Schalen durch eine entsprechende Vergrösserung der Druckkraft berücksichtigt und gewissermassen vorkompensiert werden, so dass die Schalen beim fertigen Katalysator 1, 101 Druckkräfte mit gewünschten Grössen auf die Kerne ausüben.
  • Die Katalysatoren und die Verfahren für deren Herstellung können noch auf verschiedene Arten modifiziert werden. Der Mantel der Gehäuse kann zum Beispiel im allgemeinen kreiszylindrisch sein oder im Querschnitt zwei gerade, zueinander parallele Abschnitte und zwei deren Enden miteinander verbindende Bogen haben. Ferner können eventuell anstelle der kurzen, kreiszylindrischen, als Anschlüsse dienenden Hülsen 11 irgendwelche geraden oder gebogenen Rohre der Abgasleitung mit den beiden Schalen des Gehäuses verschweisst werden.
  • Der Katalysator 1 kann dahingehend geändert werden, dass jede Schale auf einer Seite einer durch die Achse 3 und rechtwinklig zur Ebene 15 verlaufenden, vertikalen Mittelebene einen zur Ebene 15 parallelen Flansch und auf der anderen Seite der genannten vertikalen Ebene einen zur Mittelebene 15 geneigten Flansch hat.
  • Die Endwände können in den Längsschnitten statt gekrümmt eventuell teilweise oder sogar vollständig eben und rechtwinklig zur Achse des Katalysators sein.
  • Ferner kann der Katalysator nötigenfalls zur Verbesserung der Wärme- und/oder Schallisolation mit einem inneren sowie einem äussern Gehäuse versehen werden. Jedes dieser Gehäuse kann dann je einen Mantel sowie zwei Endwände aufweisen und durch zwei Schalen gebildet sind. Die vier Schalen können zum Beispiel ähnlich wie die Schalen 7, 9, 107, 109 geformte Flansche haben, wobei die Flansche der inneren Schalen etwa gleich weit nach aussen ragen können wie diejenigen der äusseren Schalen, so dass bei jedem Rand je vier zu verschiedenen Schalen gehörende Flansche miteinander verschweisst sein können. Es wäre jedoch auch möglich, dass das äussere Gehäuse das innere Gehäuse mitsamt dessen Flanschen umschliesst.
  • Ferner kann der bzw. jeder Kern des Katalysators eventuell anstelle eines Keramikkörpers einen aus einem anderen, beispielsweise metallischen Material bestehenden Körper aufweisen, der Durchgänge für das Abgas begrenzt und als Träger für die katalytisch aktive Schicht dient.
  • Die zwischen den metallischen Schalen und den Kernen vorhandenen Zwischenlagen können statt aus mindestens einer Vermiculit enthaltenden Matte aus mindestens einer Schicht oder Hülle gebildet sein, die aus mindestens einem anderen bis zu den Betriebstemperaturen der Kerne und also bis mindestens etwa 750° C und vorzugsweise bis mindestens etwa 950° C hitzebeständigen Material besteht und deformierbar - und zwar vorzugsweise mindestens zum Teil elastisch deformierbar - ist. Die Zwischenlagen können zum Beispiel mindestens zum Teil aus metallischem Material, beispielsweise aus einer als Hauptbestandteil Nickel und ferner Chrom, Eisen sowie Kobalt enthaltenden, unter dem Handelsnamen Inconel bekannten Legierung oder aus Stahl gebildet sein. Die metallischen Zwischenlagen können etwa mindestens ein Drahtgeflecht oder -gewirke oder Band oder Blatt oder mindestens einen anderen Teil aufweisen, wobei das metallische Material porös und schaumartig sein kann. Des weiteren können die Zwischenlagen eventuell statt Vermiculit ein anderes, etwa faserförmiges und/oder poröses Mineral aufweisen.
  • Statt beim Gegeneinanderdrücken der Schalen vorübergehend Kalibrierzapfen in den Öffnungen der Gehäuse anzuordnen, kann man eventuell die zur Bildung von Anschlüssen dienenden Hülsen oder sogar Verbindungsrohre vor dem Gegeneinanderdrücken der Schalen in die zu bildenden Öffnungen einsetzen.
  • Ferner kann die Druckkraft-Erzeugungsvorrichtung 45 der Presse statt mindestens eines Hydraulikzylinders eventuell mindestens einen Pneumatikzylinder aufweisen. Die Fluidquelle 61 würde in diesem Fall dann als Druckluftquelle ausgebildet. Man könnte vielleicht sogar eine Presse vorsehen, deren Druckkraft-Erzeugungsvorrichtung einen Elektromotor und eine durch diesen drehbare Gewindespindel aufweist.

Claims (16)

  1. Katalysator für die Behandlung von Abgas, insbesondere eines Verbrennungsmotors, mit einem Gehäuse (5, 105), das zwei einstückige, metallische Schalen (7, 9, 107, 109) mit gewölbten Abschnitten (7a, 7c, 9a, 9c, 107a, 109a) und von diesen weg nach aussen ragenden, durch Schweissnähte (17, 117) miteinander verschweissten Flanschen (7e, 9e, 107e, 109e) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die miteinander verschweissten Flansche (7e, 9e, 107e, 109e) mindestens in einem wesentlichen Teil ihrer Länge in zu den Schweissnähten (17, 117) rechtwinkligen Schnitten miteinander einen Winkel bilden und sich nach aussen zur betreffenden Schweissnaht (17, 117) hin aneinander annähern.
  2. Katalysator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass von jedem Paar der miteinander verschweissten Flansche (7e, 9e) der eine, erste Flansch (7e) mindestens in einem wesentlichen Teil seiner Länge parallel zu einer zwischen den gewölbten Schalenabschnitten (7a, 7c, 9a, 9c) hindurch verlaufenden Ebene (15) oder mindestens zum Teil nach aussen von dieser weggeneigt ist und dass der andere, zweite Flansch (9e) mit der genannten Ebene (15) einen Winkel bildet, wobei der erste Flansch (7e) zum Beispiel über den Rand des zweiten Flansches (9e) hinausragt.
  3. Katalysator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass alle paarweise miteinander verschweissten Flansche (107e, 109e) mindestens in einem wesentlichen Teil ihrer Länge gegen eine zwischen den Schalen (107, 109) hindurch verlaufende Ebene (115) geneigt sind.
  4. Katalysator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der genannte Winkel mindestens 5°, höchstens 60° und zum Beispiel 10° bis 45° beträgt.
  5. Katalysator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Flansch (9e, 107e, 109e) von jedem Paar miteinander verschweisster Flansche (7e, 9e, 107e, 109e) mindestens in einem wesentlichen Teil seiner Länge mit einer zwischen den gewölbten Abschnitten (7a, 7c, 9a, 9c, 107a, 109a) hindurch verlaufenden Ebene einen Winkel von 5° bis 60° bildet.
  6. Katalysator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die miteinander den genannten Winkel bildenden Abschnitte der Flansche (7e, 9e, 107e, 109e) in zu ihren Längsrichtungen rechtwinkligen Querschnitten im wesentlichen gerade sind.
  7. Katalysator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Gehäuse (5, 105) eine Achse (3) hat und die miteinander verschweissten Flansche (7e, 9e, 107e, 109e) im allgemeinen zu dieser parallele Flansch-Teile (7f, 9f) und an deren zwei Enden anschliessende, sich an die Achse (3) annähernde Flansch-Teile (7c, 9c) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens die im allgemeinen zur Achse (3) parallelen Flansch-Teile (7f, 9f) über ihre ganzen Längen einen Winkel der genannten Art bilden, wobei vorzugsweise die an die beiden Enden der im allgemeinen achsparallelen Flansch-Teile (9f) anschliessenden Flansch-Teile (9g) mindestens je in einem Bereich ihrer Länge einen Winkel der genannten Art bilden.
  8. Katalysator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die im allgemeinen zur Achse (3) parallelen Flansch-Teile (7f, 9f) im wesentlichen eben sind.
  9. Katalysator nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die miteinander verschweissten Flansche (7e, 9e, 107e, 109e) zusammen Zwischenräume begrenzen, die sich von den gewölbten Abschnitten (7a, 7c, 9a, 9c, 107a, 109a) bis mindestens annähernd zu den Schweissnähten (17, 117) erstrecken, und dass die Schalen (7, 9, 107, 109) derart ausgebildet sind, dass der genannte Winkel durch eine die Schalen (7, 9, 107, 109) gegeneinanderdrückende und deformierende Druckkraft verkleinert werden kann.
  10. Katalysator nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Flansche (7e, 9e, 107e, 109e) federnd sind.
  11. Katalysator nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Gehäuse (5, 105) zwei Öffnungen (5e) zum Zuleiten bzw. Ableiten des Abgases aufweist sowie zwischen diesen Offnungen (5e) mindestens einen Kern (23, 123) mit Durchgängen für das Abgas enthält und wobei zwischen den Innenflächen der Schalen (7, 9, 107, 109) und dem bzw. jedem Kern (23, 123) eine deformierbare Zwischenlage (27, 127) angeordnet ist, die zum Beispiel ein poröses Mineral, wie Vermiculit, oder zum Beispiel ein metallisches Material aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens diejenigen Teile der miteinander verschweissten Flansche (7e, 9e, 107e, 109e) einen Winkel der genannten Art miteinander bilden, die sich in der von einer zur anderen Öffnung (5e) verlaufenden Richtung über die Länge des bzw. jedes Kerns (23, 123) erstrecken.
  12. Verfahren zur Herstellung eines Katalysators nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei mindestens ein Durchgänge für das Abgas aufweisender Kern (23, 123) mit mindestens einer Zwischenlage (27, 127) umhüllt sowie zwischen den beiden Schalen (7, 9, 107, 109) angeordnet wird, diese gegeneinander gedrückt werden, die mindestens eine Zwischenanlage (27, 127) beim Gegeneinanderdrücken der Schalen (7, 9, 107, 109) komprimiert wird und die Flansche (7e, 9e, 107e, 109e) der beiden Schalen (7, 9, 107, 109) miteinander verschweisst werden, dadurch gekennzeichnet, dass die paarweise miteinander zu verschweissenden Flansche (7e, 9e, 107e, 109e) mindestens in einem wesentlichen Teil ihrer Länge vor dem Gegeneinanderdrücken der beiden Schalen (7, 9, 107, 109) miteinander einen Winkel bilden, der beim Gegeneinanderdrücken der beiden Schalen (7, 9, 107, 109) durch eine mindestens zum Teil elastische Deformation der Schalen (7, 9, 107, 109) verkleinert wird.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der beiden Schalen (7, 9, 107, 109) beim Gegeneinanderdrücken von diesen gerüttelt wird.
  14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Schalen (7, 9, 107, 109) beim Gegeneinanderdrücken mit einer Druckkraft gegeneinander gedrückt werden, deren maximaler Wert mindestens annähernd gleich einem vorgegebenen Maximalwert ist, der zum Beispiel mindestens 50 N und zum Beispiel höchstens 500 N beträgt, und wobei die beim Gegeneinanderdrücken der Schalen (7, 9, 107, 109) stattfindende Kompression der bzw. jeder Zwischenlage (27, 127) vorzugsweise mindestens zum Teil unter einer elastischen Deformation von dieser erfolgt.
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bildung der Schalen (7, 9, 107, 109) ursprünglich ebene Blechstücke umgeformt werden, wobei das Umformen vorzugsweise durch Tiefziehen erfolgt.
  16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Blechstücke vor dem Umformen derart zugeschnitten werden, dass ihre Ränder nach dem Umformen die Ränder der Flansche bilden, ohne dass nach dem Umformen zur Bildung der Ränder der Flansche noch Material von den Blechstücken abgetrennt werden muss.
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