[0001] Die Erfindung betrifft eine Trägermatrix nach dem Oberbegriff des Schutzanspruches
1.
[0002] Es ist bekannt (DE-OS 29 02 779), die Matrix für einen katalytischen Reaktor zur
Abgasreinigung aus verschiedenen Folien durch Wickeln derselben herzustellen, wobei
beispielsweise jeweils glatte Metallfolien und Metallwellbänder abwechselnd aneinandergelegt
und zusammen aufgewickelt werden. Diese Metallfolien werden anschließend verlötet.
In einem weiteren Arbeitsvorgang werden sie mit Katalysatormaterial beschichtet. Die
Wellbänder zwischen den glatten Folien bilden bei einer solchen Matrix Durchgangskanäle
für das Abgas, wobei durch Schrägstellen mit mehrerer hintereinander angeordneter
Wellbänder auch die Turbulenz des durchströmenden Abgases im Bereich zwischen zwei
glatten Folien erhöht werden kann. Bekannt ist es auch (D
E-P
S 27 33 640), die glatten Metallfolien jeweils mit Ausprägungen oder Vorsprüngen zu
versehen, die in öffnungen in der Wellfolie eingreifen und sich beim Schichten oder
Wickeln verhaken, so daß ein gegenseitiges Verrutschen der einzelnen Lagen vermieden
und so unter Umständen ein Lötvorgang nicht notwendig wird. Nachteilig ist bei solchen
Bauarten, daß beim Wickeln oder beim Schichten auf eine gegenseitige Ausrichtung der
aufeinanderzubringenden Schichten geachtet werden muß, was den Herstellungsprozeß
aufwendig macht. Trotzdem kann aber nicht in allen Fällen sichergestellt werden, daß
die einzelnen Lagen in jeder Matrix in gleicher Weise aufeinandergefügt sind. Dies
kann dazu führen, daß in verschiedenen Trägermatrixen unterschiedlich wirksame Katalysatorflächen
vorliegen, was im Hinblick auf Ausnutzung dieses Katalysatormateriales unerwünscht
ist. Schließlich besteht auch noch ein Nachteil insofern, als solchermaßen aus glatten
Folien mit dazwischenliegenden Wellbändern hergestellte Katalysatorkörper zwar für
eine Erhöhung der Turbulenz innerhalb der einzelnen, von den glatten Metallfolien
eingegrenzten Durchströmungskanäle sorgen, daß in radialer Richtung aber nahezu kein
Gasausgleich folgen kann, der im Hinblick auf eine Ausnützung des Katalysatormateriales
aber ebenfalls erwünscht ist. Vorgeschlagen wurde deshalb auch schon (DE-P 33 47 086.3),
unmittelbar aufeinanderzuschichtende Metallfolien in der Art von Turbulenzblechen
auszubilden, wie sie bei Wärmetauschern eingesetzt werden. Solche Bauarten weisen
in herstellungstechnischer Hinsicht aber gewisse Nachteile auf.
[0003] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu vermeiden und
eine Trägermatrix der eingangs genannten Art zu schaffen, die eine gute Ausnutzung
des Katalysatormateriales bei einfacher Herstellungsweise erlaubt.
[0004] Zur Lösung dieser Aufgabe werden die Merkmale des Schutzanspruches 1 vorgesehen.
Die neuen Folien lassen sich in einfacher Weise aufeinanderschichten, ohne daß Rücksicht
auf die Form der Wellungen oder auf das Profil derselben genommen werden muß. Die
neue Folie eignet sich in ausgezeichneter Weise zur Herstellung von gewickelten Trägermatrixen,
weil das durchgehende glatte Metallband die beim Wickeln aufgewendete Zugspannung
aufnehmen kann, das ebenfalls durchgehend an das glatte Metallband angrenzende Wellband
mit versetzten Wellteilstücken wegen seiner über die ganze Breite des glatten Bandes
durchgehenden Anordnung aber beim Wickelvorgang auch nicht unzulässig und unerwünscht
verformt werden kann. Metallwellbänder der im Anspruch 1 aufgeführten Art weisen nämlich
eine hohe Eigenstabilität auf.
[0005] Trotz der Verwendung des durchgehenden glatten Bandes läßt sich in relativ einfacher
Weise ein radialer Gasausgleich in dem Trägermatrixkörper auch zwischen den einzelnen
Schichten oder Wicklungen erreichen, wenn in dem glatten Band öffnungen angebracht
sind. Auf diese Weise kann eine Verbindung der vom Wellband gebildeten Strömungskanalteilstücke
zwischen darunterliegenden und darüberliegenden Strömungskanälen hergestellt werden.
Auch die seitlich aneinandergrenzenden, von den Wellungen gebildeten Kanäle stehen
untereinander in Verbindung, so daß ein guter Gasausgleich bei der Durchströmung erreicht
wird. Schließlich hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen,wenn die Wellteilstücke
Wellungen mit trapezförmigen Querschnitt aufweisen, der jeweils so liegt, daß die
kleineren der beiden parallelen Seiten des Trapezes jeweils die vom Wellband abgeschlossenen
Seiten und die größeren Seiten die offenen Seiten des Wellbandes bilden. Dieser Trapezquerschnitt
ergibt eine außerordentlich gute Stabilität des Wellbandes, was beim Wickeln der Matrix
bedeutsam ist.
[0006] Die Erfindung ist in der Zeichnung anhand von einem Ausführungsbeispiel dargestellt
und wird im folgenden erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische perspektivische Teilansicht von zwei neuen Metallfolien,
die zur Herstellung einer Trägermatrix für einen Abgaskatalysator verwendbar sind
und
Fig. 2 die schematische Darstellung einer gewickelten Matrix, die unter Verwendung
der beiden in Fig. 1 gezeigten Metallfolien hergestellt ist.
[0007] In der Fig. 1 ist eine glatte Metallfolie 1 gezeigt, die beispielsweise aus einem
dünnen Stahlblech besteht. Diese Metallfolie 1 ist in bestimmten Abständen mit öffnungen
2 versehen, die beispielsweise eingestanzt sein können. Die dargestellten öffnungen
2 sind rechteckig ausgebildet. Natürlich können auch anders geformte öffnungen, beispielsweise
runde öffnungen, vorgesehen werden.
[0008] Angrenzend an die glatte Metallfolie 1 ist ein beispielsweise aus dem gleichen Material
bestehendes, aber als Wellband 3 ausgebildetes Metallband vorgesehen, das zwar ebenfalls
aus einem einzigen durchgehenden Blechstreifen besteht, der jedoch beispielsweise
durch ein mit Vorsprüngen und Aussparungen versehenes Walzenpaar hindurchgeführt wurde,
so daß die Ausprägungen und Einschnitte entstehen, die in Fig. 1 deutlich werden.
Das Wellband 3 besteht aufgrund dieser Ausbildung aus einer Vielzahl von in der Strömungsrichtung
4 hintereinander angeordneten und quer zur Strömungsrichtung 4 verlaufenden Teilwellstreifen
3a, 3b, 3c usw., die jeweils untereinander gleich ausgebildet sind, aber jeweils etwa
um ein Viertel der Wellenlänge a quer zur Strömungsrichtung gegeneinander versetzt
sind. Dadurch ergeben sich jeweils Strömungskanalteilstücke 5 gleicher Länge in der
Strömungsrichtung 4, die aber so gegeneinander versetzt sind, daß ihre jeweils schräg
nach unten verlaufenden Wände 3a' 3b', 3c' etwa in der Mitte des vorhergehenden bzw.
des nachfolgenden Strömungskanalteilstückes 5 stehen. Das bei der fertiggestellten
Trägermatrix in Richtung des Pfeiles 4 strömende Abgas wird daher bei Durchströmung
der Wellteilstücke 3a, 3b, 3c stets auf Strömungswiderstände treffen und in seiner
Strömungsrichtung abgelenkt, so daß die Turbulenz des durchströmenden Gases und damit
auch die Wirksamkeit der Matrix erhöht wird.
[0009] Aus Fig. 2 wird deutlich, daß jedes Wellband 3 jeweils auf beiden Seiten nach einem
Wicklungsvorgang von einem glatten Band 1 eingeschlossen ist, so daß dadurch die vorher
erwähnten geschlossenen Strömungskanäle 5 gebildet werden, die aber von Schicht zu
Schicht oder von Wicklung zu Wicklung über die öffnungen 2 auch untereinander in Verbindung
stehen.
[0010] Wie den Fig. 1 und 2 zu entnehmen ist, besitzen die Wellteilstücke 3a, 3b, 3c, die
untereinander fest aneinanderhängen, jeweils einen trapezförmigen Querschnitt, wobei
die kleinere Seite 7 des Trapezes jeweils den geschlossenen Teil des Wellbandes und
die größere Seite 8 der beiden parallelen Seiten des Trapezes die offene Seite des
Wellbandes bildet. Es entstehen so jeweils durch schräge Wände stabil nach unten abgestützte
Brücken an der Seite 7 des Trapezes, die, da sie mit den benachbarten Brücken der
angrenzenden Wellteilstücke einstückig zusammenhängen, für eine große Stabilität des
Wellbandes 3 sorgen. Dies führt dazu, daß sich das glatte Band 1 und das Wellband
3 in besonders guter Weise für die Herstellung einer Trägermatrix durch Wickeln eignen,
wie sie in Fig. 2 gezeigt ist. Das glatte Metallband 1 nimmt nämlich dann die beim
Wickeln aufzubringende Zugkraft auf, ohne daß das jeweils zwischen zwei glatten Bändern
1 liegende Wellband 3 wegen seiner großen Stabilität in unerwünschter Weise zusammengedrückt
wird. Eine gewickelte Trägermatrix läßt sich mit den beiden in Fig. 1 gezeigten Folien
auf besonders einfache Weise herstellen. Sie kann anschließend in an sich bekannter
Weise verlötet und dann mit Katalysatormaterial beschichtet werden. Die aufgewickelten
Folien werden, ebenfalls in bekannter Weise, vor dem Lötvorgang in ein rohrförmiges
Gehäuse mit kreisrundem oder mit ovalem Querschnitt geschoben. Beim Aufeinanderschichten
der in Fig. 1 gezeigten Folie lassen sich natürlich auch rechteckige Trägerkörper
herstellen.
1. Trägermatrix, insbesondere für einen katalytischen Reaktor zur Abgasreinigung von
Brennkraftmaschinen, bestehend aus abwechselnd aneinander grenzenden glatten und gewellten
Metallfolien, die gewickelt, geschichtet oder gefaltet sind, dadurch gekennzeichnet,
daß die gewellte Metallfolie (3) aus aneinander hängenden Wellteilstücken (3a, 3b,
3c) besteht, die in Strömungsrichtung (4) hintereinander, aber quer dazu versetzt
angeordnet sind und daß jeweils eine glatte Metallfolie (1) an den Scheiteln (7) der
gewellten Metallfolie (3) anliegt.
2. Trägermatrix nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das glatte Metallband
(1) mit öffnungen (2) versehen ist.
3. Trägermatrix nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellteilstücke (3a,
3b, 3c) Wellungen mit trapezförmigem Querschnitt aufweist, wobei die kleineren (7)
der beiden parallelen Seiten (7, 8) des Trapezes jeweils die vom Wellband abgeschlossenen
Stege und die größeren Seiten (8) die offenen Seiten des Wellteilstückes (3a, 3b,
3c) bilden.
4. Trägermatrix nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellteilstücke (3a,
3b, 3c) einstückig aneinanderhängen.
