WO2000057040A1 - Katalysatorkörper mit anströmseitig verringerter wanddicke - Google Patents

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WO2000057040A1
WO2000057040A1 PCT/EP2000/001198 EP0001198W WO0057040A1 WO 2000057040 A1 WO2000057040 A1 WO 2000057040A1 EP 0001198 W EP0001198 W EP 0001198W WO 0057040 A1 WO0057040 A1 WO 0057040A1
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WO
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honeycomb body
catalyst body
channel walls
face
essentially
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Rolf BRÜCK
Jörg-Roman KONIECZNY
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Emitec Gesellschaft Für Emissionstechnologie Mbh
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    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
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    • B01J35/50—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their shape or configuration
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
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    • Y10T29/49345—Catalytic device making

Definitions

  • the invention relates to a catalyst body, in particular for use in the exhaust system of a motor vehicle driven by an internal combustion engine, and to a method for producing a catalyst body.
  • Another concept for reducing the pollutants of diesel engines is based on the fact that the hydrocarbons and carbon monoxide contained in the diesel exhaust gas must be oxidized in order to remove this proportion of pollutants.
  • similar oxidation catalysts to gasoline engines are used in diesel engines, namely honeycomb bodies with a multiplicity of channels which are permeable to the exhaust gas and have a catalytically active coating which promotes the oxidation of hydrocarbons and carbon monoxide.
  • an oxidation catalyst with such a soot layer can practically no longer develop any catalytic activity.
  • the soot deposition starts particularly from the area of the end faces of the catalyst body.
  • a particularly strong formation of the soot layer occurs in the front area of the walls of the honeycomb body, which is particularly undesirable since the temperature necessary for the catalytic conversion is reached most quickly after the start of the internal combustion engine, so that the catalytic converter is reduced Activity in this area results in an increase in pollutant emissions in the cold start phase.
  • the catalyst body according to the invention comprises at least one honeycomb body, in particular with a catalytically active coating, with a multiplicity of axial channels through which a fluid can flow, the respective channel walls of which each have medium wall thicknesses, the respective channel walls according to the invention reducing initial sections at least in the region of an end face of the catalyst body Show wall thicknesses.
  • the axial extent of the honeycomb body and its cross-sectional shape are adapted to the respective installation conditions in the vehicle, the length usually being in the range of several centimeters and usually an essentially circular cross-sectional shape being provided. However, other lengths and other cross-sectional shapes are also possible in principle.
  • the coating preferably consists of a washcoat, which preferably consists of porous aluminum oxide (Al 2 O 3 ), platinum (Pt) and / or rhodium (Rh) being contained therein as the catalytically active material.
  • the wall thickness of the catalyst body results from the respective wall thickness of the walls of the actual honeycomb body and the thickness of the coating, the coating preferably being applied to both sides of the respective walls.
  • the respective walls define the axial channels through which a fluid can flow and which extend between the walls through the catalyst body.
  • the honeycomb body is preferably additionally surrounded by a housing, the dimensions of which essentially correspond to the axial extent and the cross-sectional shape of the honeycomb body.
  • the inventive design of the catalyst body with reduced wall thicknesses of the channel walls, at least in the area of one end face, results in a reduced area of attack for the accumulation of soot particles in the end face of the catalyst body which is directly flown by the exhaust gas
  • Soot deposits at their initial sections are effectively prevented, as a result of which the catalytic effect of the catalyst body is retained, particularly in the initial area.
  • Special measures to remove soot Deposits according to the state of the art, for example, burning them off by additional heating of the initial sections of catalyst bodies, can even be avoided under certain circumstances due to the design according to the invention, since the catalytic reaction begins quickly in the initial sections and possibly ignites particles deposited further back the structural measures necessary for additional heating of the initial sections are also dispensed with.
  • the respective starting sections of the channel walls each have an extension in the axial direction with a length in the range from 1 to 10 mm, particularly preferably in the range from 2 to 5 mm.
  • the reduction in wall thickness is only required on the upstream side, but it can be provided on both end faces for reasons of symmetry in order to allow installation of the catalyst body in any direction.
  • the wall thickness of the channel walls of the catalyst body as a whole is given by the thickness of the walls of the honeycomb body and by the thickness of the coating, it is structurally particularly advantageous to design the respective initial sections of the channel walls in such a way that they have no or essentially no coating at least on one side exhibit.
  • a reduced wall thickness according to the invention with the advantages mentioned can thus be achieved in a particularly simple manner.
  • An embodiment of the invention is particularly advantageous in which the channel walls in the area of the initial sections are designed to be substantially tapering towards the end face of the catalyst body. This gives one towards the end face, the wall thickness continues to decrease, whereby a particularly effective reduction in the effective cross-sectional area flowed to can be achieved in the region of the end face of the catalyst body.
  • such a configuration is particularly favorable in terms of flow technology to reduce deposits, since the channel walls are reduced from their average wall thickness in the best case to a sharp leading edge in the end face region of the catalyst body.
  • the honeycomb body can preferably be essentially a honeycomb body formed, in particular extruded, from ceramic material, in which at least one end face has reduced wall thicknesses due to post-forming.
  • At least one honeycomb body is formed in a manner known per se with a large number of axial channels through which a fluid can flow, with respective channel walls and essentially with a coating, which in particular contains a catalytically active material.
  • the channel walls are each formed with an average wall thickness over the axial extent of the catalyst body, the respective initial sections of the respective channel walls being formed with reduced wall thicknesses, however, at least in the region of an end face of the catalyst body.
  • the catalyst body is encased by designing a housing for receiving the honeycomb body.
  • the initial sections of the respective channel walls in the region of an end face of the catalyst body with reduced wall thicknesses.
  • honeycomb body is essentially formed from ceramic material.
  • honeycomb body can be extruded and then shaped on at least one end face.
  • the honeycomb body according to the invention essentially from stacked sheet metal layers, preferably from alternating layers of essentially smooth and corrugated metal sheets, by intertwining these sheet metal layers. It is particularly preferred to cut the width of the metal sheets according to a desired length in the axial direction of the honeycomb body, the respective cuts being made obliquely, whereby the initial sections are each made pointed.
  • both the cutting to the desired length of the honeycomb body and the formation of the initial sections with reduced wall thicknesses are possible in one work step.
  • a particularly effective, time-saving and inexpensive embodiment of the method according to the invention is realized.
  • the honeycomb body is essentially devoured from stacked sheet metal layers, it is particularly advantageous according to a further preferred embodiment of the method for producing a honeycomb body to first coat the sheet metal layers, in particular by immersing them in a bath, and then to devour the sheet metal layers to form the honeycomb body ,
  • the sections of the sheet metal layers which correspond to the respective initial sections in the region of the end face of the catalyst body formed in the interlacing step are not or essentially not coated or freed from the coating again.
  • This method can additionally be combined with the embodiment of the method in which the respective initial sections of the honeycomb body are formed by obliquely applied cuts on the metal sheets.
  • Fig. 1 is a sectional plan view of a preferred embodiment of a catalyst body according to the invention
  • 2 shows a sectional side view of a preferred embodiment of the catalyst body according to the invention
  • FIG. 3a is an enlarged sectional side view of initial portions of a first preferred embodiment according to the invention
  • Fig. 3b shows a section along the line B-B in Fig. 3a;
  • Fig. 3c shows a section along the line A-A in Fig. 3a;
  • FIG. 4a is an enlarged sectional side view of initial portions of a second preferred embodiment according to the invention.
  • Fig. 4b shows a section along the line C-C in Fig. 4a.
  • FIG. 1 shows a sectional plan view of a catalyst body according to a preferred embodiment of the invention.
  • the catalyst body consists of a honeycomb body 1 made of sheet metal layers which are entangled in an involute manner, in this case of alternating layers of essentially smooth and corrugated sheets, of a coating 2 (not shown) of the honeycomb body 1, which contains a catalytically active material, and preferably of one Housing which surrounds the honeycomb body 1.
  • the intertwined sheets form the respective channel walls 4, a plurality of axial channels 3 through which a fluid can flow.
  • FIG. 2 shows a sectional side view of the catalytic converter body of FIG. 1.
  • the intertwined metal sheets which form the honeycomb body 1 are arranged in a housing shown hatched in section.
  • the catalyst body 1 is designed as a honeycomb body and comprises a plurality of axial channels 3 through which a fluid can flow, the respective channel walls 4 of which essentially have average wall thicknesses over their respective axial extent.
  • the respective channel walls 4 In the area of an end face 5 of the catalyst body, the respective channel walls 4 have initial sections 6 with reduced wall thicknesses.
  • the respective extension of the respective starting point starting from the end face 5 Catch sections 6 in the axial direction is indicated by the dashed line in Fig. 2.
  • FIG. 3a shows an enlarged side view of the region of the end face 5 of the catalyst body with the respective initial sections 6 of the respective channel walls 4 according to a first preferred embodiment of the invention.
  • the respective axial channels 3 through which a fluid can flow are formed between the individual channel walls 4.
  • the channel walls 4 essentially have an average wall thickness over their axial longitudinal extent. This wall thickness results from the actual honeycomb body 1 and the coating 2, which is present on both sides of the actual honeycomb body 1 in FIG. 3a.
  • This coating preferably consists of an essentially porous washcoat made of Al O 3 , the catalytically active material therein being, for example, Pt and / or Rh.
  • the initial sections 6 according to the invention are formed in that the channel walls 4 each have no coating 2 there. This applies to the case of the catalyst body shown in FIG. 3a for both sides of the honeycomb body 1. However, it is also conceivable that only one side in the area of the initial sections 6 remains uncoated, or only part of the respective initial sections 6 remains uncoated
  • the size ratios in particular the ratios of the mean wall thicknesses of the respective channel walls 4 to the widths of the respective channels 3, are not shown to scale in FIG. 3 a and also in the other figures.
  • FIG. 3b shows a top view of a section along line BB in FIG. 3a.
  • a section of the channel walls 4 in the area of the honeycomb body can be seen, in which the channel walls 4 are each provided with the coating 2 on both sides of the honeycomb body 1 and each have an average wall thickness.
  • FIG. 3 c shows a top view along the section AA of the catalyst body of FIG. 3 a, the section AA running in the region of the respective initial sections 6 of the respective channel walls 4.
  • the wall thickness in the region of the initial sections 6 is significantly less than the average wall thickness, as shown in FIG. 3b.
  • the reduced wall thickness of the channel walls 4 in the region of the end face 5 is achieved in that the initial sections 6 of the channel walls 4 have no coating 2. This can be seen in particular in section AA of FIG. 3 c.
  • FIG. 4a shows, in an enlarged side view, the area of an end face 5 of the catalyst body according to the invention with a second preferred embodiment of the initial sections 6 according to the invention, which have reduced wall thicknesses in relation to the mean wall thicknesses of the channel walls 4.
  • the catalyst carrier body 1 is essentially designed as a honeycomb body with a coating 2, which contains a catalytically active material, with a large number of axial channels 3 through which a fluid can flow. What has already been said in connection with FIG. 3a applies to the composition of the coating.
  • the channel walls 4 are formed in their area tapering towards the end face 5 in an essentially pointed manner.
  • 4a shows in the lower part of the initial sections 6 a decreasing thickness of the coating 2 of the honeycomb body 1 and in the upper part as an extension of the tapering coating due to the reduction in thickness, each of the tapering partial sections of the honeycomb body 1.
  • the initial sections 6, similar to that shown in FIG. 3a are essentially designed to be free from the coating 2 and only the respective sections of the honeycomb body 1 are tapered.
  • Figure 4b shows a plan view in section along the line CC of Fig. 4a.
  • the reduced wall thickness of the respective channel walls 4 can be seen in the area of the respective initial sections 6, with thicknesses of the respective coating 2 being reduced on both sides.
  • the reduced wall thicknesses of the channel walls 4 similarly as in the first embodiment of FIG. 3a, b, c (particularly visible in FIG. 3c)

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Katalysatorkörper, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Katalysatorkörpers, welcher zumindest einen Wabenkörper (1), insbesondere mit einer katalytisch aktiven Beschichtung (2), umfasst, mit einer Vielzahl von mit einem Fluid durchströmbaren axialen Kanälen (3), deren jeweilige Kanalwände (4) im wesentlichen jeweils mittlere Wanddicken aufweisen. Zur Vermeidung von Russablagerungen an einer Stirnfläche (5) des Wabenkörpers (1) weisen die jeweiligen Kanalwände (4) zumindest im Bereich einer Stirnfläche (5) jeweils Anfangsabschnitte (6) mit verringerten Wanddicken auf.

Description

Katalysatorkörper mit anströmseitig verringerter Wanddicke
Die Erfindung betrifft einen Katalysatorkörper, insbesondere zur Verwendung im Abgasstrang eines durch einen Verbrennungsmotor angetriebenen Kraftfahrzeugs, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Katalysatorkörpers.
Nach dem Stand der Technik gibt es mehrere Verfahren, um den Schadstoffausstoß eines Verbrennungsmotors zu vermindern. Dabei muß man zwei verschiede- ne Arten von Schadstoffen unterscheiden, nämlich gasförmige Schadstoffe und Partikel, insbesondere Rußpartikel. Bei Dieselfahrzeugen wurden lange Zeit die Rußpartikel als die schädlichste Komponente angesehen, weshalb zahlreiche Vorrichtungen entwickelt wurden, um diese Rußpartikel aus dem Abgas zu entfernen. Aus der US-PS 4 404 795 ist dabei beispielsweise ein Filterkörper bekannt, wel- eher gasdurchlässig ist, jedoch Rußpartikel zurückhält. Um das Verstopfen dieses Filters durch eine übermäßige Ansammlung von Rußpartikeln zu vermeiden, wird der Filterkörper von Zeit zu Zeit in seinem vorderen Bereich durch einen elektrischen Heizer so weit aufgeheizt, daß die angesammelte Rußschicht sich entzündet und abbrennt. Um diesen Vorgang zu unterstützen kann in diesem Zustand zu- sätzliche Luft vor dem Filterkörper eingespeist werden.
Ein weiteres Konzept der Schadstoffminderung von Dieselmotoren geht davon aus, daß die im Dieselabgas enthaltenen Kohlenwasserstoffe und das Kohlenmon- oxid oxidiert werden müssen, um diesen Anteil an Schadstoffen zu beseitigen. Zu diesem Zweck werden bei Dieselmotoren ähnliche Oxidationskatalysatoren wie bei Ottomotoren eingesetzt, nämlich Wabenkörper mit einer Vielzahl von für das Abgas durchlässigen Kanälen mit einer katalytisch aktiven Beschichtung, welche die Oxidation von Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxid begünstigt. Dabei tritt jedoch das Problem auf, daß sich bei solchen Oxidationskatalysatoren, die prinzipiell nicht als Filter konstruiert sind, sondern frei durchgängige Kanäle auf- weisen, an deren Oberfläche relativ schnell eine Rußschicht ablagert, die die Poren zusetzt und so die katalytisch aktive Oberfläche vermindert oder sogar ganz abdeckt. Die Konsequenz ist, daß ein Oxidationskatalysator mit einer solchen Rußschicht praktisch keine katalytische Aktivität mehr entfalten kann. Die Ruß- anlagerung geht bei solchen Oxidationskatalysatoren besonders vom Bereich der Stirnflächen des Katalysatorköφers aus. Dadurch tritt im vorderen Bereich der Wände des Wabenköφers eine besonders starke Ausbildung der Rußschicht auf, was besonders unerwünscht ist, da dort an sich am schnellsten die zur katalytischen Umsetzung notwendige Temperatur nach dem Start des Verbrennungsmo- tors erreicht wird, so daß eine Herabsetzung der katalytischen Aktivität in diesem Bereich eine Erhöhung des Schadstoffausstoßes in der Kaltstartphase zur Folge hat.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Katalysatorköφer, insbe- sondere zur Verwendung im Abgasstrang eines Verbrennungsmotors, vorzugsweise eines Dieselmotors, zu schaffen, welcher auf einfache und kostengünstige Weise der Anlagerung von Partikeln im Bereich seiner Stirnfläche entgegenwirkt.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Katalysatorköφer gemäß An- spruch 1 , sowie einem Verfahren zur Herstellung eines Katalysatorköφers gemäß Anspruch 7 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen definiert.
Der erfindungsgemäße Katalysatorköφer umfaßt zumindest einen Wabenköφer, insbesondere mit einer katalytisch aktiven Beschichtung, mit einer Vielzahl von für ein Fluid durchströmbaren axialen Kanälen, deren jeweilige Kanalwände jeweils mittlere Wanddicken aufweisen, wobei die jeweiligen Kanalwände erfindungsgemäß zumindest im Bereich einer Stirnfläche des Katalysatorköφers jeweils Anfangsabschnitte mit verringerten Wanddicken aufweisen. Die axiale Erstreckung des Wabenköφers, sowie seine Querschnittsform ist den jeweiligen Einbauverhältnissen im Fahrzeug angepaßt, wobei die Länge üblicherweise im Bereich mehrerer Zentimeter liegt und üblicherweise eine im we- sentlichen kreisförmige Querschnittsform vorgesehen ist. Es sind jedoch auch andere Längen und andere Querschnittsformen prinzipiell möglich. Die Beschichtung besteht vorzugsweise aus einem Washcoat, welcher vorzugsweise aus porösem Aluminiumoxid (Al2O3) besteht, wobei als katalytisch aktives Material darin z.B. Platin (Pt) und/oder Rhodium (Rh) enthalten ist. Die Wanddicke des Katalysatorköφers ergibt sich aus der jeweiligen Wanddicke der Wände des eigentlichen Wabenköφers sowie der Dicke der Beschichtung, wobei die Beschichtung vorzugsweise beiderseits der jeweiligen Wände aufgebracht ist. Die jeweiligen Wände definieren die für ein Fluid durchströmbaren axialen Kanäle, welche sich zwischen den Wänden durch den Katalysatorköφer erstrecken. Be- vorzugt ist der Wabenköφer zusätzlich noch von einem Gehäuse umgeben, dessen Abmessungen im wesentlichen der axialen Erstreckung und der Querschnittform des Wabenköφers entsprechen.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Katalysatorköφers mit zumindest im Bereich einer Stirnfläche verringerten Wanddicken der Kanalwände ergibt sich an der direkt von dem Abgas angeströmten Stirnfläche des Katalysatorköφers eine verringerte Angriffsfläche für die Anlagerung von Rußpartikeln in diesem
Bereich, im Unterschied zu einer Beibehaltung der mittleren Wanddicken auch an der Stirnfläche des Katalysatorköφers. Dies wirkt dem oben beschriebenen Ef- fekt, wonach eine Ablagerung von Rußpartikeln an den Stirnflächen von Kataly- satorköφern beginnt, entgegen. Eine rasche Abdeckung der axialen durch den
Katalysatorköφer sich erstreckenden Kanäle aufgrund der Bildung von dicken
Rußablagerungen an deren Anfangsabschnitten wird so wirkungsvoll verhindert, wodurch auch die katalytische Wirkung des Katalysatorköφers gerade im An- fangsbereich erhalten bleibt. Besondere Maßnahmen zur Beseitigung von Ruß- ablagerungen, nach dem Stand der Technik beispielsweise deren Abbrennen durch zusätzliche Aufheizung der Anfangsabschnitte von Katalysatorköφern, können aufgrund der erfindungsgemäßen Ausgestaltung sogar unter Umständen vermieden werden, da die katalytische Reaktion in den Anfangsabschnitten schnell be- ginnt und eventuell weiter hinten abgelagerte Partikel entzündet.. Somit entfallen auch die für eine zusätzliche Aufheizung der Anfangsabschnitte notwendigen konstruktiven Vorkehrungen.
In einer bevorzugten Ausfuhrungsform des Katalysatorköφers weisen die jeweili- gen Anfangsabschnitte der Kanalwände von der Stirnfläche ausgehend jeweils eine Erstreckung in axialer Richtung mit einer Länge im Bereich von 1 bis 10 mm, besonders bevorzugt im Bereich von 2 bis 5 mm auf. Somit ergibt sich eine ausreichende Verringerung der Wanddicke im Bereich zumindest einer Stirnfläche des Katalysatorköφers. Grundsätzlich ist die Verringerung der Wanddicke nur an der Anströmseite erforderlich, jedoch kann sie aus Symmetriegründen an beiden Stirnseiten vorgesehen werden, um einen Einbau des Katalysatorköφers in beliebiger Richtung zu erlauben.
Da die Wanddicke der Kanalwände des Katalysatorköφers insgesamt durch die Dicke der Wände des Wabenköφers und durch die Dicke der Beschichtung gegeben ist, ist es konstruktiv besonders vorteilhaft, die jeweiligen Anfangsabschnitte der Kanalwände so auszubilden, daß diese zumindest auf einer Seite keine oder im wesentlichen keine Beschichtung aufweisen. Somit ist auf besonders einfache Weise eine verringerte Wanddicke gemäß der Erfindung mit den erwähnten Vor- teilen zu erzielen.
Besonders vorteilhaft ist eine Ausführungsform der Erfindung, bei welcher die Kanalwände im Bereich der Anfangsabschnitte zu der Stirnfläche des Katalysatorköφers hin im wesentlichen spitz zulaufend ausgebildet sind. Dies ergibt eine zu der Stirnfläche hin sich immer weiter verringernde Wanddicke, wodurch eine besonders effektive Verringerung der effektiven angeströmten Querschnittfläche im Bereich der Stirnfläche des Katalysatorköφers erzielbar ist. Zusätzlich ist eine solche Ausgestaltung strömungstechnisch zur Verminderung von Ablagerungen besonders günstig, da die Kanalwände von ihrer mittleren Wanddicke im günstigsten Fall bis auf eine scharfe Anströmkante im Stirnflächenbereich des Katalysatorköφers reduziert sind.
Besonders bevorzugt ist es, den erfindungsgemäße Wabenköφer im wesentlichen aus verschlungenen Blechlagen, vorzugsweise aus abwechselnden Lagen im wesentlichen glatter und gewellter Bleche auszugebilden. Ebenfalls kann der Wabenköφer bevorzugt im wesentlichen ein aus keramischem Material gebildeter, insbesondere extrudierter Wabenköφer sein, bei dem mindestens eine Stirnseite durch nachformen verringerte Wanddicken aufweist.
Beim Verfahren zur Herstellung eines Katalysatorköφers, insbesondere zur Herstellung eines Katalysatorköφers nach Anspruch 1, wird auf an sich bekannte Weise zumindest ein Wabenköφer mit einer Vielzahl von für ein Fluid durchströmbaren axialen Kanälen mit jeweiligen Kanalwänden ausgebildet und im we- sentlichen mit einer Beschichtung, welche insbesondere ein katalytisch aktives Material enthält, versehen. Erfindungsgemäß werden die Kanalwände über die axiale Erstreckung des Katalysatorköφers jeweils mit einer mittleren Wanddicke ausgebildet, wobei die jeweiligen Anfangsabschnitte der jeweiligen Kanalwände jedoch zumindest im Bereich einer Stirnfläche des Katalysatorköφers mit verrin- gerten Wanddicken ausgebildet werden. Zusätzlich wird bei üblichen Anwendungen bei Kraftfahrzeugen eine Ummantelung des Katalysatorköφers durch Ausgestaltung eines Gehäuses zur Aufnahme des Wabenköφers erfolgen. Erfmdungsgemäß ist zur Erhöhung der Wirksamkeit des Katalysatorköφers lediglich eine Ausbildung der Anfangsabschnitte der jeweiligen Kanalwände im Bereich einer Stirnfläche des Katalysatorköφers mit verringerten Wanddicken ausreichend. Somit ergibt sich ein geringer konstruktiver Aufwand, und daher eine einfache und kostengünstige Herstellung eines erfindungsgemäßen Katalysatorköφers, welcher der Anlagerung von Partikeln, insbesondere Rußpartikeln, im Bereich einer Stirnfläche entgegenwirkend ausgebildet wird.
Bevorzugt ist ein Verfahren zur Herstellung eines Katalysatorköφers, bei wel- chem der Wabenköφer im wesentlichen aus keramischem Material gebildet wird. Insbesondere kann ein solcher Wabenköφer extrudiert und dann an mindestens einer Stirnseite nachgeformt werden.
Besonders bevorzugt ist es, den erfindungsgemäßen Wabenköφer im wesentli- chen aus gestapelten Blechlagen, vorzugsweise aus abwechselnden Lagen im wesentlichen glatter und gewellter Bleche, durch Verschlingung dieser Blechlagen auszubilden. Besonders bevorzugt ist es dabei, die Breite der Bleche entsprechend einer gewünschten Länge in axialer Richtung des Wabenköφers zu schneiden, wobei die jeweiligen Schnitte schräg angesetzt werden, wodurch jeweils die Anfangsabschnitte angespitzt ausgebildet werden.
Somit ist in einem Arbeitsschritt sowohl der Zuschnitt auf die gewünschte Länge des Wabenköφers als auch die Ausbildung der Anfangsabschnitte mit verringerten Wanddicken möglich. Durch Zusammenfassung dieser beiden Vorgänge in einem Arbeitsschritt wird eine besonders effektive und zeit- sowie kostengünstige Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens realisiert. In einer besonders bevorzugten Ausfuhrungsform des Verfahrens wird vorgeschlagen, zuerst den Wabenköφer auf eine der oben beschriebenen Arten herzustellen und anschließend den Wabenköφer zu beschichten, insbesondere durch Eintauchen des Wabenköφers in ein Bad, wobei die Anfangsabschnitte nicht beschichtet werden. Daher können sowohl Wabenköφer, welche im wesentlichen aus keramischem Material gebildet werden, als auch Wabenköφer, welche im wesentlichen aus gestapelten Blechlagen verschlungen werden, in einem Arbeitsschritt sowohl beschichtet als auch mit verringerten Wanddicken im Bereich einer Stirnfläche des so gebildeten Wabenköφers ausgebildet werden.
Wird der Wabenköφer im wesentlichen aus gestapelten Blechlagen verschlungen, ist es gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines Wabenköφers besonders vorteilhaft, zuerst die Blechlagen zu beschichten, insbesondere durch Eintauchen in ein Bad, und die Blechlagen an- schließend zu dem Wabenköφer zu verschlingen, wobei erfindungsgemäß im Beschichtungsschritt die Abschnitte der Blechlagen, welche den jeweiligen Anfangsabschnitten im Bereich der im Verschlingungsschritt gebildeten Stirnfläche des Katalysatorköφers entsprechen, nicht oder im wesentlichen nicht beschichtet oder von der Beschichtung wieder befreit werden. Dieses Verfahren kann zusätz- lieh mit der Ausführungsform des Verfahrens kombiniert werden, bei welcher die jeweiligen Anfangsabschnitte des Wabenköφers durch schräg angesetzte Schnitte an den Blechen ausgebildet werden.
Weitere Vorteile, Merkmale und Ausfuhrungsformen der Erfindung werden im folgenden anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:
Fig. 1 eine geschnittene Draufsicht einer bevorzugten Ausführungsform eines Katalysatorköφers gemäß der Erfindung; Fig. 2 eine geschnittene Seitenansicht einer bevorzugten Ausführungsform des Katalysatorköφers gemäß der Erfindung;
Fig. 3a eine vergrößerte geschnittene Seitenansicht von Anfangsabschnitten einer ersten bevorzugten Ausführungsform gemäß der Erfindung; Fig. 3b einen Schnitt entlang der Linie B-B in Fig. 3a;
Fig. 3c einen Schnitt entlang der Linie A-A in Fig. 3a;
Fig. 4a eine vergrößerte geschnittene Seitenansicht von Anfangsabschnitten einer zweiten bevorzugten Ausführungsform gemäß der Erfindung; und
Fig. 4b einen Schnitt entlang der Linie C-C in Fig. 4a.
Figur 1 zeigt eine geschnittene Draufsicht auf einen Katalysatorköφer gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. Der Katalysatorköφer besteht aus einem Wabenköφer 1 aus evolventenförmig verschlungenen Blechlagen, in diesem Falle aus abwechselnden Lagen im wesentlichen glatter und ge- wellter Bleche, aus einer Beschichtung 2 (nicht gezeigt) des Wabenköφers 1, welche ein katalytisch aktives Material enthält, und bevorzugt aus einem Gehäuse, welches den Wabenköφer 1 umgibt. Im Wabenköφer 1 bilden die verschlungenen Bleche die jeweiligen Kanalwände 4 eine Vielzahl von für ein Fluid durchströmbaren axialen Kanälen 3.
Figur 2 zeigt eine geschnittene Seitenansicht des Katalysatorköφers der Fig. 1. Die verschlungenen Bleche, welche den Wabenköφer 1 bilden, sind in einem im Schnitt schraffiert dargestellten Gehäuse angeordnet. Der Katalysatorköφer 1 ist als Wabenköφer ausgebildet und umfaßt eine Vielzahl von für ein Fluid durch- strömbaren axialen Kanälen 3, deren jeweilige Kanalwände 4 über ihre jeweilige axiale Erstreckung im wesentlichen jeweils mittlere Wanddicken aufweisen. Im Bereich einer Stirnfläche 5 des Katalysatorköφers weisen die jeweiligen Kanalwände 4 erfindungsgemäß Anfangsabschnitte 6 mit verringerten Wanddicken auf. Die von der Stirnfläche 5 ausgehende jeweilige Erstreckung der jeweiligen An- fangsabschnitte 6 in axialer Richtung ist durch die gestrichelte Linie in Fig. 2 angegeben.
Figur 3a zeigt eine vergrößerte Seitenansicht des Bereichs der Stirnfläche 5 des Katalysatorköφers mit den jeweiligen Anfangsabschnitten 6 der jeweiligen Kanalwände 4 gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. Zwischen den einzelnen Kanalwänden 4 sind die jeweiligen für ein Fluid durchströmbaren axialen Kanäle 3 ausgebildet. Über ihre axiale Längserstreckung weisen die Kanalwände 4 im wesentlichen eine mittlere Wanddicke auf. Diese Wanddicke ergibt sich aus dem eigentlichen Wabenköφer 1 und der Beschichtung 2, welche in Fig. 3a jeweils auf beiden Seiten des eigentlichen Wabenköφers 1 vorhanden ist. Diese Beschichtung besteht bevorzugt aus einem im wesentlichen porös ausgebildeten Washcoat aus Al O3, wobei das katalytisch aktive Material darin z.B. Pt und/oder Rh ist. In dieser ersten bevorzugten Ausführungsform sind die erfindungsgemäßen Anfangsabschnitte 6 dadurch ausgebildet, daß die Kanalwände 4 dort jeweils keine Beschichtung 2 aufweisen. Dies gilt für den Fall des in Fig. 3a gezeigten Katalysatorköφers für beide Seiten des Wabenköφers 1. Es ist jedoch auch denkbar, daß jeweils nur eine Seite im Bereich der Anfangsabschnitte 6 unbeschichtet bleibt, oder nur ein Teil der jeweiligen Anfangsabschnitte 6 unbeschichtet bleibt.
Die Größenverhältnisse, insbesondere die Verhältnisse der mittleren Wanddicken der jeweiligen Kanalwände 4 zu den Breiten der jeweiligen Kanäle 3 sind in Fig. 3 a und auch in den weiteren Figuren nicht maßstabsgetreu wiedergegeben.
Die Fig. 3b zeigt in Draufsicht einen Schnitt entlang der Linie B-B in Fig. 3a. Zu sehen ist ein Abschnitt der Kanalwände 4 im Bereich des Wabenköφers, in dem die Kanalwände 4 jeweils mit der Beschichtung 2 zu beiden Seiten des Wabenköφers 1 versehen sind und jeweils eine mittlere Wanddicke aufweisen. Im Gegensatz dazu zeigt Fig. 3c eine Draufsicht entlang des Schnittes A-A des Katalysatorköφers der Fig. 3a, wobei der Schnitt A-A im Bereich der jeweiligen Anfangsabschnitte 6 der jeweiligen Kanalwände 4 verläuft. Im Unterschied zu dem Schnitt aus Fig. 3b ist im Schnitt der Fig. 3c zu erkennen, daß die Wanddicke im Bereich der Anfangsabschnitte 6 wesentlich geringer ist als die mittlere Wanddicke, wie in Fig. 3b dargestellt. In der gezeigten ersten bevorzugten Ausführungsform gemäß der Fig. 3a, b, c ist die verringerte Wanddicke der Kanalwände 4 im Bereich der Stirnfläche 5 dadurch erreicht, daß die Anfangsabschnitte 6 der Kanalwände 4 keine Beschichtung 2 aufweisen. Dies ist insbesondere im Schnitt A-A der Fig. 3 c ersichtlich.
Figur 4a zeigt in vergrößerter Seitenansicht den Bereich einer Stirnfläche 5 des erfindungsgemäßen Katalysatorköφers mit einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anfangsabschnitte 6, welche im Verhältnis zu den mittleren Wanddicken der Kanalwände 4 verringerte Wanddicken aufweisen. Auch hier ist der Katalysator-Trägerköφer 1 im wesentlichen als Wabenköφer mit einer Beschichtung 2, welche ein katalytisch aktives Material enthält, mit einer Vielzahl von für ein Fluid durchströmbaren axialen Kanälen 3 ausgebildet. Für die Zusammensetzung der Beschichtung gilt das schon im Zusammenhang mit Fig. 3a gesagte.
In dieser zweiten Ausführungsform der Anfangsabschnitte 6 sind in deren Bereich die Kanalwände 4 zu der Stirnfläche 5 hin im wesentlichen spitz zulaufend ausgebildet. Dabei zeigt die Fig. 4a im unteren Teil der Anfangsabschnitte 6 eine ab- nehmende Dicke der Beschichtung 2 des Wabenköφers 1 und im oberen Teil in Verlängerung der aufgrund der Dickenabnahme spitz zulaufenden Beschichtung jeweils spitz zulaufende Teilabschnitte des Wabenköφers 1. Selbstverständlich kann es auch möglich sein, daß bei dieser zweiten Ausführungsform die Anfangsabschnitte 6, ähnlich wie in Fig. 3a gezeigt, im wesentlichen von der Beschich- tung 2 freibleibend ausgebildet sind und lediglich die jeweiligen Abschnitte des Wabenköφers 1 spitz zulaufend ausgebildet sind. Figur 4b zeigt eine Draufsicht im Schnitt entlang der Linie C-C der Fig. 4a. Zu sehen ist die verringerte Wanddicke der jeweiligen Kanalwände 4 im Bereich der jeweiligen Anfangsabschnitte 6 mit jeweils auf beiden Seiten verringerten Dicken der jeweiligen Beschichtung 2. Somit ergibt sich neben den verringerten Wanddicken der Kanalwände 4, ähnlich wie auch beim ersten Ausführungsbeispiel der Fig. 3a, b, c (insbesondere in Fig. 3c sichtbar), auch eine Verbreiterung der axialen Kanäle 3 im Bereich der jeweiligen Anfangsabschnitte 6, was ebenfalls einer Zusetzung dieser Kanäle 3 durch Verrußung entgegenwirkt und somit einen wei- teren Vorteil des erfindungsgemäßen Katalysatorköφers darstellt.
B ezugszeichenliste
Wabenköφer
Beschichtung
Kanäle
Kanalwände
Stirnfläche
Anfangsabsch

Claims

Ansprüche
1. Katalysatorköφer, welcher zumindest einen Wabenköφer (1), insbesondere mit einer katalytisch aktiven Beschichtung (2), umfaßt, mit einer Vielzahl von für ein Fluid durchströmbaren axialen Kanälen (3), deren jeweilige Kanalwände (4) im wesentlichen jeweils mittlere Wanddicken aufweisen, wobei die jeweiligen Kanalwände (4) zumindest im Bereich einer Stirnfläche (5) des Katalysatorköφers jeweils Anfangsabschnitte (6) mit verringerten Wanddik- ken aufweisen.
2. Katalysatorköφer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweiligen Anfangsabschnitte (6) der Kanalwände (4) von der Stirnfläche (5) ausgehend jeweils eine Erstreckung in axialer Richtung mit einer Länge im Bereich von 1 bis 10 mm, vorzugsweise von 2 bis 5 mm, aufweisen.
3. Katalysatorköφer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweiligen Anfangsabschnitte (6) der Kanalwände (4) auf mindestens einer Seite der Kanalwände im wesentlichen unbeschichtet sind.
4. Katalysatorköφer nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Anfangsabschnitte (6) die Kanalwände (4) zu der Stirnfläche (5) hin im wesentlichen spitz zulaufend ausgebildet sind.
5. Katalysatorköφer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Wabenköφer (1) ein im wesentlichen aus verschlungenen Blechlagen, vorzugsweise aus abwechselnden Lagen im wesentlichen glatter und gewellter Bleche, gebildeter Wabenköφer ist.
6. Katalysatorköφer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Wabenköφer (1) im wesentlichen ein aus keramischem Material gebildeter, insbesondere extrudierter, Wabenköφer ist.
7. Verfahren zur Herstellung eines Katalysatorköφers, insbesondere zur Herstellung eines Katalysatorköφers nach Anspruch 1, wobei auf an sich bekannte Weise zumindest ein Wabenköφer (1), insbesondere mit einer Vielzahl von für ein Fluid durchströmbaren axialen Kanälen (3), mit jeweiligen Kanalwänden (4) ausgebildet wird und im wesentlichen mit einer katalytisch aktiven Beschichtung (2), versehen wird, wobei die Kanalwände (4) jeweils mit einer mittleren Wanddicke ausgebildet werden, und wobei jeweilige Anfangsabschnitte (6) der jeweiligen Kanalwände (4) zumindest im Bereich einer Stirnfläche (5) des Katalysatorköφers mit verringerten Wanddicken ausgebildet werden.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Wabenköφer (1) im wesentlichen aus keramischem Material gebildet, insbesondere extru- diert, und an mindestens einer Stirnseite zur Verringerung der Wanddicke nachgeformt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Wabenköφer (1) im wesentlichen aus gestapelten Blechlagen, vorzugsweise aus abwechselnden Lagen im wesentlichen glatter und gewellter Bleche, verschlungen wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Bleche entsprechend einer gewünschten Länge in axialer Richtung des Wabenköφers (1) geschnitten wird, wobei die jeweiligen Schnitte schräg angesetzt werden, wodurch jeweils die Anfangsabschnitte (6) spitz zulaufend ausgebildet werden.
11. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zuerst der Wabenköφer (1) hergestellt wird und anschließend das Beschichten, insbesondere durch Eintauchen des Wabenköφers (1) in ein Bad, erfolgt, wobei die Anfangsabschnitte (6) nicht eingetaucht und daher nicht beschichtet werden.
12. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß zuerst die gestapelten Blechlagen mit einer Beschichtung (2) versehen werden, insbesondere durch Eintauchen in ein Bad, und die Stapel der Blechlagen anschließend zu dem Wabenköφer (1) verschlungen werden, wobei die Anfangsabschnitte (6) nicht oder im wesentlichen nicht beschichtet oder anschließend von der Beschichtung (2) wieder befreit werden.
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