WO1990002251A1 - Katalysator-gehäuse und trägerkörper insbesondere für startkatalysatoren - Google Patents

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WO1990002251A1
WO1990002251A1 PCT/EP1989/000819 EP8900819W WO9002251A1 WO 1990002251 A1 WO1990002251 A1 WO 1990002251A1 EP 8900819 W EP8900819 W EP 8900819W WO 9002251 A1 WO9002251 A1 WO 9002251A1
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carrier body
catalyst
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Helmut Swars
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Emitec Gesellschaft Für Emissionstechnologie Mbh
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    • F01N2410/02—By-passing, at least partially, exhaust from inlet to outlet of apparatus, to atmosphere or to other device in case of high temperature, e.g. overheating of catalytic reactor
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    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A50/00—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE in human health protection, e.g. against extreme weather
    • Y02A50/20—Air quality improvement or preservation, e.g. vehicle emission control or emission reduction by using catalytic converters

Definitions

  • the present invention relates to a housing with a catalytic converter support body for motor vehicles, in particular for a catalytic converter installed close to the engine, a so-called starting catalytic converter.
  • Metallic support bodies are generally used for thermally highly loaded catalysts, as described, for example, in EP-B-0 136 515, EP-A-0 159 468, EP-A-0 220 468 and EP-A-0 245 737 and EP-A-0 245 738.
  • Metallic catalyst carrier bodies usually consist of structured metal sheets which form a honeycomb body which has a multiplicity of flow channels which are permeable to the exhaust gas. The structured sheets are arranged within a casing tube or a closed housing, which is connected to the rest of the exhaust system by flanges or welding ends.
  • the object of the present invention is to provide a housing which avoids the problems of the prior art, can be produced inexpensively and is durable, and also the subsequent replacement or turning of one
  • the housing (1; 21) has a larger cross section than the catalyst carrier body (5; 26); b) The housing (1; 21) has an approximately rectangular opening, the length of which is greater than the maximum length of the catalyst T * ⁇ .ctg body (5; 26) and the width of which is greater than the maximum width of the catalyst carrier " body (5; 26); c) The catalyst carrier body (5; 26) is fastened to a flat or curved holding plate (11; 24) which has a greater length and width than the opening in the housing (1; 21 ) and therefore closes it like a lid, whereby the
  • Catalyst carrier body (5; 26) protrudes into the interior (4; 28) of the housing (1; 21); d)
  • the housing (1; 21) and / or the holding plate (11; 24) have fastening means (12, 13; 25) for mutual fixing.
  • Such a housing which is part of an exhaust pipe, receives through its opening a catalyst carrier body which is fastened to a holding plate which closes the opening after the catalyst carrier body has been installed.
  • the decisive possibility in terms of production costs is to produce the housing except for the cover with the catalyst carrier body as a cast part. Castings of this type have already proven themselves many times in motor vehicle exhaust systems in the vicinity of the engine and they can be connected in the usual way with flanges to the rest of the exhaust system. Although catalytic converters have now reached a long service life, this may be shorter for start-up catalysts than the service life of the rest of the exhaust system. In the case of the housings according to the invention, the catalysts can easily be replaced in the course of a customary inspection. Almost a doubling of the service life can also be achieved under certain circumstances simply by turning a catalyst carrier body, as a result of which the hardly damaged downstream side can take over the previous function of the upstream side.
  • a housing according to the invention offers the possibility, in addition to the catalyst carrier body, to also provide a free cross section for the flow around the catalyst.
  • B. a temperature-dependent movable flap can be accommodated in the same housing. If such flow control means are attached to the catalyst carrier body or its holding plate, both can be used and replaced together. Alternatively, of course, there is the possibility of attaching the flow guide means on the inside of the housing, so that the catalytic converter can be replaced or turned over on its own.
  • Catalyst carrier bodies which are particularly suitable for installation in the housing according to the invention are described in more detail with reference to the drawing. Basically, almost all cross-sectional shapes are suitable for installation in correspondingly shaped housings according to the invention.
  • catalyst carrier bodies with a round cross section can be provided with a holding plate, just like catalyst carrier bodies with an approximately semicircular or semi-oval cross section. It is essential that a catalyst support body has the cross section of the Fills the housing as completely as possible, unless a bypass of the catalyst body is provided. If a bypass which is to be opened as a function of the temperature is provided, the catalyst carrier body need of course only fill in part of the housing cross section.
  • a corresponding number of housings according to the invention can also be arranged next to one another in such a way that the associated catalysts can be fastened on a common holding plate and can be handled jointly.
  • FIG. 1 shows a longitudinal section through an inventive housing with a temperature-dependent bypassable catalyst
  • Figure 2 shows a longitudinal section through a housing with a non-bypassable catalyst
  • Figure 3 shows a cross section through Figure 2 in the region of the catalyst.
  • FIG. 1 shows an inventive bulbous housing 1 with flanges 2, 3 at both ends.
  • the free cross section 4 in the bulbous region of the housing 1 is only partially filled by a catalyst carrier body 5.
  • This catalyst carrier body 5 is fastened to a holding plate 11 and has a jacket tube 12.
  • the housing 1 In its upper region, the housing 1 has an opening which corresponds to the shape of the catalyst carrier body 5 and which is closed by the holding plate 11 as if with a cover.
  • the holding plate 11 is fixed with respect to the housing 1 by fastening means 13, 14.
  • This Bimetallic flap 6 is in the cold position in the position shown, so that, in cooperation with a shape 16 of the housing 1, it deflects the inflowing exhaust gas indicated by arrows toward the catalyst carrier body. In the cold state, therefore, most of the exhaust gas flows through the catalyst carrier body. However, when the bimetallic valve 6 heats up, it moves, as indicated by an arrow, into the position shown in broken lines. In cooperation with the mold 15 on the inlet side of the housing, the catalyst carrier body 5 is largely shielded from hot exhaust gas. The catalyst carrier body 5 is easily replaceable together with the bimetallic valve 6.
  • FIG. 2 shows a housing 21, the bulbous cross section 28 of which is filled as completely as possible with an inserted catalyst carrier body 26.
  • the housing 21 has flanges 22, 23 at its two ends, with the aid of which it can be installed in an exhaust system.
  • the catalyst carrier body 26 like the housing 21, has a semi-oval cross section.
  • the catalyst carrier body 26 is surrounded by a jacket tube 24, 27, the flat side 24 of the jacket tube being designed as a cover for the opening in the housing 21 through which the catalyst carrier body 26 projects into the interior.
  • This cover 24 is fastened to the housing 21 by means of screws 25.
  • Housing according to the invention and the associated catalyst carrier bodies can be produced independently of one another and at low cost and offer considerable advantages, in particular when installed close to the engine.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Katalysator-Gehäuse (21) und einen zugehörigen Katalysator-Tragerkörper (26), insbesondere für einen motornah eingebauten Kfz-Katalysator. Das Gehäuse (21), welches vorzugsweise ein Gußteil sein kann, weist einen größeren Querschnitt auf als der Katalysator-Trägerkörper (26) und hat eine etwa rechteckige Öffnung, durch welche der Katalysator-Trägerkörper (26) eingesetzt werden kann. Der Katalysator-Trägerkörper (26) ist an einer flachen oder gewölbten Halteplattte (24) befestigt, welche die Öffnung im Gehäuse (21) wie ein Deckel verschließt, wobei der Katalysator-Trägerkörper (26) in das Innere (28) des Gehäuses (21) ragt. Die erfindungsgemäße Anordnung ermöglicht eine kostengünstige und unabhängige Herstellung von Gehäuse (21) und Katalysator-Trägerkörper (26) und erleichtert das Einsetzen und Auswechseln von Katalysatoren. Insbesondere ist es möglich, einen Katalysator nach seiner halben Lebensdauer um 180° zu drehen und diesem somit besser auszunutzen.

Description

KATALYSATOR-GEHAUSE UND TRAGERKORPER INSBESONDERE FÜR STARTKATALYSATOREN
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gehäuse mit einem Katalysator-Trägerkörper für Kraftfahrzeuge, insbesondere für einen motornah eingebauten Katalysator, einen sogenannten Startkatalysator.
Für thermisch hochbelastete Katalysatoren werden im allgemeinen metallische Trägerkörper eingesetzt, wie sie beispielsweise in der EP-B-0 136 515, der EP-A-0 159 468, der EP-A-0 220 468, der EP-A-0 245 737 und der EP-A-0 245 738 beschrieben sind. Metallische Katalysator-Trägerkörper bestehen üblicherweise aus strukturierten Blechen, welche einen Wabenkörper bilden, der eine Vielzahl von für das Abgas durchlässigen Strömungskanälen aufweist. Die strukturierten Bleche sind innerhalb eines Mantelrohres oder eines geschlossenen Gehäuses angeordnet, welches durch Flansche oder Anschweißenden mit dem übrigen Abgassystem verbunden ist. Für besonders nah am Auslaß eines Motors angeordnete Startkatalysatoren ist eine solche Lösung nicht unbedingt optimal, da die Gehäuse nicht kostengünstig hergestellt werden können und sich außerdem Platzprobleme und Schwierigkeiten beim Anschluß an die üblicherweise gegossenen sogenannten Auspuffkrümmer ergeben. Will man zusätzlich noch Strömungsleitelemente vorsehen, welche je nach Temperatur des Abgasstromes die Gase durch den Katalysator oder an diesem vorbei leiten, so eignen sich die bisherigen Gehäusekonzepte nicht mehr. Des weiteren ist es bekannt, daß Katalysatoren zunächst auf ihrer vom Abgas direkt angeströmten Vorderseite geschädigt werden, was zu einer abnehmenden Umsetzungsrate führen kann, da der vordere Bereich des Katalysators zur Umsetzung am meisten beiträgt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Gehäuse zu schaffen, welches die Probleme des Standes der Technik vermeidet, kostengünstig herstellbar und haltbar ist, und außerdem das nachträgliche Auswechseln bzw. Wenden eines
Katalysators zuläßt. Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Gehäuse mit einem Katalysator-Trägerkörper mit folgenden Merkmalen vorgeschlagen:
a) Das Gehäuse (1; 21) weist einen größeren Querschnitt auf als der Katalysator-Trägerkörper (5; 26); b) Das Gehäuse (1; 21) weist eine etwa rechteckige Öffnung auf, deren Länge größer als die maximale Länge des Katalysator- T*ϊ.ctg-erkörpers (5; 26) und deren Breite größer als die maximale Breite des Katalysator-Träg"erkörpers (5; 26) sind; c) Der Katalysator-Trägerkörper (5; 26) ist an einer flachen oder gewölbten Halteplatte (11; 24) befestigt, welche eine größere Länge und Breite hat als die Öffnung im Gehäuse (1; 21) und diese daher wie ein Deckel verschließt, wobei der
Katalysator-Trägerkörper (5; 26) in das Innere (4; 28) des Gehäuses (1; 21) ragt; d) Das Gehäuse (1; 21) und/oder die Halteplatte (11; 24) weisen Befestigungsmittel (12, 13; 25) zur gegenseitigen Fixierung auf.
Ein solches Gehäuse, welches Teil einer Abgasleitung ist, nimmt durch seine Öffnung einen Katalysator-Trägerkörper auf, welcher an einer Halteplatte befestigt ist, welche nach der Montage des Katalysator-Trägerkörpers die Öffnung dicht verschließt.
Dieses Gehäuse-Konzept, bei dem sich ein Katalysator quasi wie eine Schublade einschieben und herausziehen läßt, weist viele vorteilhafte Ausgestaltungsmöglichkeiten auf, welche in den abhängigen Ansprüchen angegeben sind. Eine für die
Herstellungskosten entscheidende Möglichkeit besteht darin, das Gehäuse bis auf den Deckel mit dem Katalysator-Trägerkörper als Gußteil herzustellen. Solche Gußteile haben sich bei Kfz-Abgassystemen im motornahen Bereich bereits vielfach bewährt und sie lassen sich auf übliche Weise mit Flanschen an das übrige Abgassystem anschließen. Zwar haben Katalysatoren inzwischen eine lange Lebensdauer erreicht, jedoch ist diese bei Startkatalysatoren möglicherweise geringer als die Lebensdauer des übrigen Abgassystems. Bei den erfindungsgemäßen Gehäusen können die Katalysatoren leicht im Rahmen einer üblichen Inspektion ausgewechselt werden. Nahezu eine Verdoppelung der Lebensdauer läßt sich unter Umständen auch durch das bloße Wenden eines Katalysator-Trägerkörpers erreichen, wodurch die kaum geschädigte Abströmseite die bisherige Funktion der Anströmseite übernehmen kann.
Da motornahe Startkatalysatoren ihre wichtigste Wirkung in der Kaltstartphase eines Kraftfahrzeuges entfalten, gibt es Konzepte, bei denen der Katalysator nur in dieser Phase vom Abgas durchströmt wird, während er beim späteren Betrieb umgangen wird. Ein erfindungsgemäßes Gehäuse bietet die Möglichkeit, neben dem Katalysator-Trägerkörper auch noch einen freien Querschnitt zur Umströmung des Katalysators vorzusehen, wobei außerdem Strömungsleitmittel, wie z. B. eine temperaturabhängig bewegbare Klappe, im gleichen Gehäuse untergebracht werden können. Sofern solche Strömungsleitmittel am Katalysator-Trägerkörper oder dessen Halteplatte befestigt sind, können beide gemeinsam eingesetzt und ausgewechselt werden. Alternativ besteht natürlich die Möglichkeit, die Strömuπgsleitmittel innen am Gehäuse zu befestigen, so daß der Katalysator allein ausgewechselt bzw. umgedreht werden kann.
Katalysator-Trägerkörper, welche besonders zum Einbau in erfindungsgemäße Gehäuse geeignet sind, werden anhand der Zeichnung näher beschrieben. Grundsätzlich eignen sich fast alle Querschnittsformen für einen Einbau in entsprechend geformte erfindungsgemäße Gehäuse. So können Katalysator- Trägerkörper mit rundem Querschnitt ebenso mit einer Halteplatte versehen sein, wie Katalysator-Trägerkörper mit etwa halbkreisf rmigem oder halbovalem Querschnitt. Wesentlich ist, daß ein Katalysator-Trägerk rper den Querschnitt des Gehäuses möglichst vollständig ausfüllt, sofern keine Umgehung des Katalysatorkörpers vorgesehen ist. Sofern eine temperaturabhängig zu öffnende Umgehung vorgesehen ist, braucht der Katalysator-Trägerkörper natürlich nur einen Teil des Gehäusequerschnittes auszufüllen.
Für Abgasanlagen mit zwei oder mehr parallelen Strängen können auch entsprechend viele erfindungsgemäße Gehäuse so nebeneinander angeordnet sein, daß die zugehörigen Katalysatoren auf einer gemeinsamen Halteplatte befestigt und gemeinsam handhabbar sein können.
Zwei Ausführungsbeispieie der Erfindung sind schematisch in der
Zeichnung dargestellt, und zwar zeigen Figur 1 einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Gehäuse mit einem temperaturabhängig umgehbaren Katalysator,
Figur 2 einen Längsschnitt durch ein Gehäuse mit einem nicht umgehbaren Katalysator und
Figur 3 einen Querschnitt durch Figur 2 im Bereich des Katalysators.
Figur 1 zeigt ein erfindungsgemäßes, bauchiges Gehäuse 1 mit Flanschen 2, 3 an seinen beiden Enden. Der freie Querschnitt 4 im bauchigen Bereich des Gehäuses 1 ist nur teilweise von einem Katalysator-Trägerkörper 5 ausgefüllt. Dieser Katalysator- Trägerkörper 5 ist an einer Halteplatte 11 befestigt und weist ein Mantelrohr 12 auf. Das Gehäuse 1 hat in seinem oberen Bereich eine der Form des Katalysator-Trägerkörpers 5 entsprechende Öffnung, welche von der Halteplatte 11 wie mit einem Deckel verschlossen ist. Dabei wird die Halteplatte 11 durch Befestigungsmittel 13, 14 gegenüber dem Gehäuse 1 fixiert. An dem Mantelrohr 12 des Katalysator-Trägerkörpers 5 ist mit einer Halterung 10 eine Bimetallklappe 6 befestigt, welche aus mindestens zwei Metallschichten 7, 8 mit unterschiedlichem thermischen Ausdehnungskoeffizienten besteht und ggf. noch mit einer Wärmeisolierung 9 versehen ist. Diese Bimetallklappe 6 befindet sich in kaltem Zustand in der dargestellten Position, so daß sie in Zusammenwirken mit einer Ausformung 16 des Gehäuses 1 das durch Pfeile angedeutete anströmende Abgas zum Katalysator-Trägerkörper hin ablenkt. In kaltem Zustand wird daher der Katalysator-Trägerkörper vom größten Teil des Abgases durchströmt. Wärmt sich jedoch die Bimetallklappe 6 auf, so bewegt sie sich, wie durch einen Pfeil angedeutet, in die gestrichelt gezeichnete Position. Im Zusammenwirken mit der Form 15 an der Einlaßseite des Gehäuses wird so der Katalysator-Trägerkörper 5 weitestgehend vor heißem Abgas abgeschirmt. Dabei ist der Katalysator-Trägerkörper 5 zusammen mit der Bimetallklappe 6 leicht auswechselbar.
Figur 2 zeigt ein Gehäuse 21, dessen bauchiger Querschnitt 28 möglichst vollständig mit einem eingesetzten Katalysator- Trägerkörper 26 ausgefüllt ist. Das Gehäuse 21 weist an seinen beiden Enden Flansche 22, 23 auf, mit deren Hilfe es in ein Auspuffsystem einbaubar ist. Im vorliegenden
Ausführuπgsbeispiel hat der Katalysator-Trägerkörper 26 wie das Gehäuse 21 einen halbovalen Querschnitt. Der Katalysator- Trägerkörper 26 ist von einem Mantelrohr 24, 27 umgeben, wobei die flache Seite 24 des Mantelrohres als Deckel für die Öffnung im Gehäuse 21 ausgebildet ist, durch welche der Katalysator- Trägerkörper 26 in das Innere ragt. Dieser Deckel 24 ist mittels Schrauben 25 an dem Gehäuse 21 befestigt.
Erfindungsgemäße Gehäuse und die zugehörigen Katalysator- Trägerkörper sind unabhängig voneinander und kostengünstig herstellbar und bieten insbesondere bei motornahem Einbau erhebliche Vorteile.

Claims

Patentansprüche
1. Gehäuse (1; 21) mit einem Katalysator-Trägerkörper (5; 26), Insbesondere für einen motornah eingebauten Kfz-Katalysator, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h folgende Merkmale: a) Das Gehäuse (1; 21) weist einen größeren Querschnitt auf als der Katalysator-Trägerkörper (5; 26); b) Das Gehäuse (1; 21) weist eine etwa rechteckige Öffnung auf, deren Länge größer als die maximale Länge des Katalysator- Trägerkörpers (5; 26) und deren Breite größer als die maximale Breite des Katalysator-Trägerkörpers (5; 26) sind; c) Der Katalysator-Trägerkörper (5; 26) ist an einer flachen oder gewölbten Halteplatte (11; 24) befestigt, welche eine größere Länge und Breite hat als die Öffnung im Gehäuse (1; 21) und diese daher wie ein Deckel verschließt, wobei der
Katalysator-Trägerkörper (5; 26) in das Innere (4; 28) des Gehäuses (1; 21) ragt; d) Das Gehäuse (1; 21) und/oder die Halteplatte (11; 24) weisen Befestigungsmittel (12, 13; 25) zur gegenseitigen Fixierung auf.
2. Gehäuse nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Gehäuse (1; 21) ein Gußteil ist, vorzugsweise aus einer für Auslaßleitungen bei Kfz-Motoren üblichen Legierung.
3. Gehäuse nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Gehäuse (1; 21) an mindestens einem Ende einen Flansch (2, 3; 22, 23) zum Anschluß an mindestens ein weiteres Abgas-Leitungs¬ stück aufweist.
4. Gehäuse nach Anspruch 1, 2 oder 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Gehäuse (1; 21) eine zwischen zwei Flanschen (2, 3; 22, 23) liegende Ausbauchung (4; 28) aufweist.
5. Gehäuse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Katalysator-Trägerkörper (5; 26) mit seiner Halteplatte (11; 24) auswechselbar und/oder wendbar ist.
6. Gehäuse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Querschnitt (28) des Gehäuses (21) nur geringfügig größer ist als der des Katalysator-Trägerkörpers (26).
7. Gehäuse nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Querschnitt (4) des Gehäuses (1) erheblich größer als der Querschnitt des Katalysator-Trägerkörpers (5) ist und daß in dem Gehäuse (1) zusätzlich Strömuπgsleitmittel (6), z. B. eine Bimetallklappe, angeordnet sind, welche in Abhängigkeit von der Temperatur Strömungswege durch den Katalysator-Trägerkörper (5) oder an diesem vorbei freigeben.
8. Gehäuse nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Strömungsleitmittel (6) an dem Katalysator-Trägerkörper (5, 12) oder dessen Halteplatte (11) befestigt sind.
9. Gehäuse nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Strömungsleitmittel (6) an dem Gehäuse (1) befestigt sind.
10. Gehäuse nach Anspruch 8 oder 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Strömungsleitmittel (6) durch die Öffnung des Gehäuses (1), gegebenenfalls zusammen mit dem Katalysator-Trägerkörper (5), eiπbaubar bzw. ausbaubar sind.
11. Katalysator-Trägerkörper (5, 26) zum Einbau in ein Gehäuse (1; 21) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, I d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Katalysator-Trägerkörper ein metallischer Katalysator-Trägerkörper (5; 26) mit einem metallischen Mantelrohr (12; 24, 27) ist, welches entweder an einer
5 Halteplatte (11) befestigt ist oder selbst in einem Teilbereich verlängert bzw. verbreitert und als Halteplatte (24) ausgebildet ist.
12. Katalysator-Trägerkörper nach Anspruch 11, 0 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der
Katalysator-Trägerkörper (6) einen etwa halbkreisförmigen oder halbovalen Querschnitt hat, wobei die flache Seite als Haiteplatte (4) ausgebildet ist.
5 13. Katalysator-Trägerkörper nach Anspruch 11 oder 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Katalysator-Trägerkörper (5; 26) symmetrisch in Bezug auf eine senkrecht zu seiner Durchströmungsrichtung liegende Ebene ist, so daß er in dem gleichen Gehäuse (1; 21) in zwei 0 gegeneinander um 180° gedrehten Stellungen einbaubar ist.
14. Katalysator-Trägerkörper nach Anspruch 11, 12 oder 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß zwei oder mehr Katalysator-Trägerkörper mit ihren Halteplatten zu einer 5 Einheit zusammengefaßt sind derart, daß sie für mehrsträngige Abgasanlagen gemeinsam handhabbar sind.
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PCT/EP1989/000819 1988-08-26 1989-07-14 Katalysator-gehäuse und trägerkörper insbesondere für startkatalysatoren WO1990002251A1 (de)

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DEG8810816.3U 1988-08-26
DE8810816U DE8810816U1 (de) 1988-08-26 1988-08-26 Katalysator-Gehäuse, insbesondere für Startkatalysatoren, und zugehöriger Katalysator-Trägerkörper

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JP (2) JPH03502228A (de)
DE (3) DE8810816U1 (de)
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