Trägerkörper für die Herstellung eines katalytischen Reaktors zur Abgasreinigung

Abstract

 Bei einem Trägerkörper für die Herstellung eines katalytischen Reaktors zur Abgasreinigung aus einer Matrix aus einem oder mehreren, zu mehreren aneinanderliegenden Lagen gewickelten oder gefalteten Metallbändern wird vorgesehen, daß mindestens im Bereich der äußersten Lage (3a) und des Gehäusemantels (6) Lot­material zum Verlöten von Gehäusemantel und Matrix vorgesehen ist, wobei zur Aufnahme des Lotmateriales zwischen der äußer­sten Lage (3a) und dem Gehäusemantel (6) ein Drahtgeflecht (7) eingefügt ist.

Beschreibung

[0001] Die Neuerung betrifft einen Trägerkörper für die Herstellung eines katalytischen Reaktors zur Abgasreinigung nach dem Ober­begriff des Schutzanspruches 1. Bei solchen aus gewellten oder aus abwechselnd gewellten und glatten Metallbändern gewickelten oder gefalteten Trägerkörpern tritt, wegen der herstellungsbe­dingt nur schlecht einzuhaltenden Toleranzen, das Problem auf, daß die gewickelte oder gefaltete Matrix an der Innenwand des Gehäusemantels nicht ausreichend fest verlötet ist. Dies führt entweder schon bei der Herstellung, oder, bedingt durch Wärme­dehnungen, auch während des Betriebes zu einer Beschädigung an den Befestigungsstellen und damit auch zu einer Beschädigung des Katalysators.

[0002] Es ist zwar schon bekannt geworden, zur Erzielung eines guten Lotauftrages und einer guten Verlötung die Matrixkörper so aus­zubilden (DE-OS 35 43 011 - D 7488), daß jeweils anliegend an der Innenwand des Gehäusemantels ein mit Wellungen versehenes Band vorgesehen ist, dessen Wellenkämme sich dicht an den Ge­häusemantel andrücken lassen und zudem jeweils Spalte bilden, in denen das Lotmaterial aufgenommen werden kann. Es hat sich jedoch gezeigt, daß auch durch solche Maßnahmen die vorher er­wähnten Nachteile nicht voll ausgeschaltet werden können.

[0003] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Träger­körper der eingangs genannten Art so auszubilden, daß eine innige Verbindung beim Lötvorgang zwischen Gehäusemantel und Matrix herstellbar ist.

[0004] Zur Lösung dieser Aufgabe werden bei einem Trägerkörper der eingangs genannten Art die kennzeichnenden Merkmale des Schutz­ anspruches 1 vorgesehen. Durch die Anordnung eines Drahtge­flechtes, das eine gewisse elastische Nachgiebigkeit hat, läßt sich die Matrix unter Zuhilfenahme des Drahtgeflechtes an allen Stellen eng in den Gehäusemantel einpassen. Wird dieses Draht­geflecht mit Lotmaterial versehen, beispielsweise mit Lotma­terial getränkt oder beschichtet oder plattiert, dann wird auch die Gewähr dafür gegeben, daß im Befestigungsbereich zwischen Gehäusemantel und Matrix ausreichend Lotmaterial zur Verfügung steht, so daß beim Lötvorgang, der in der Regel in einem Lötofen durchgeführt wird, die gewünschte innige und dauerhafte Verbindung zwischen Gehäusemantel und Matrix erreicht wird.

[0005] Es ist zwar bekannt (zeitschrift MOT Nr.13/1985, S.114), bei Abgaskatalysatoren von Kraftfahrzeugen, die aus Keramik gebil­det sind, den relativ spröden und stoßgefährdeten Keramikkörper vor mechanischer Zerstörung durch ein um ihm herum vorgesehenes Drahtgeflecht oder durch eine Quellmatte zu schützen. Bei diesen Bauarten werden aber die einem Drahtgeflecht inne­wohnenden Eigenschaften, auch als Träger für Lotmaterial dienen zu können und damit eine ideale Zwischenschicht zwischen metallischen Trägerkörpern und metallischen Gehäusemänteln zu bilden, nicht ausgenutzt und auch nicht angesprochen.

[0006] Die Anordnung des Drahtgeflechtes im Außenbereich des metallischen Matrixkörpers kann zusätzlich aber auch dazu ausgenützt werden, eine gewisse Wärmeisolierschicht zwischen Gehäusemantel und Matrixkörper zu schaffen, wenn dafür gesorgt wird, daß das Drahtgeflecht, das eng am Gehäusemantel anliegt, durch eine Wärmeisolationsschicht vom inneren Matrixkörper getrennt wird. Dies kann in einfacher Weise dadurch geschehen, daß das Drahtgeflecht zwischen Stirnringen angeordnet wird, die mindestens die äußerste Lage des metallischen Matrixkörpers und damit die äußersten Strömungskanäle in dieser Matrix ver­schließen. Dadurch ensteht im Außenbereich des metallischen Matrixkörpers ein abgeschlossener Luftspalt, der zur Wärme­isolierung dient. Gleichzeitig wird die Möglichkeit geschaffen, daß Drahtgeflecht auch mechanisch an dem metallischen Matrix­körper zu halten, so daß eine Montageerleichterung beim Einbau in den Gehäusemantel erreicht wird. Besonders zweckmäßig ist es in diesem Fall, den Gehäusemantel aus zwei Schalen auszubilden, die von außen auf den metallischen Matrixkörper mit dem Draht­geflecht aufgesetzt und mittels Flanschen o.dgl. unter einer gewissen Verquetschung des äußeren Randes des metallischen Matrixkörpers fest untereinander verbunden werden. Die Stirn­ringe selbst können durch speichenartige Zuganker zusammenge­halten werden, die durch den von den Stirnringen abgeschlos­senen äußeren Luftspaltring des Matrixkörpers hindurchgeführt sind. Möglich ist es auch, diesen Luftspaltring noch mit wärme­isolierendem Material, beispielsweise mit Keramikwerkstoff auszufüllen. Die Neuerung ermöglicht daher neben einer innigen und dauerhaften Verbindung des Matrixkörpers mit dem Gehäuse­mantel auch eine Wärmeisolierung nach außen, die den Gehäuse­mantel des Katalysators im Betrieb nicht zu heiß werden läßt.

[0007] Die Neuerung ist anhand von zwei Ausführungsbeispielen in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Längsschnittdarstellung durch die obere Hälfte eines Trägerkörpers für einen kata­lytischen Reaktor zur Abgasreinigung, dessen Gehäuse­mantel aus zwei Schalen aufgebaut ist,

Fig. 2 den Schnitt durch den vollständigen Trägerkörper der Fig. 1 längs der Linie II-II,

Fig. 3 einen Längsschnitt ähnlich Fig. 1, jedoch durch eine Ausführungsform eines Trägerkörpers, bei dem die Metallmatrix im Außenbereich durch Stirnringe abgeschlossen ist,

Fig. 4 eine verkleinerte Darstellung eines der Stirnringe des Trägerkörpers der Fig. 3,

Fig. 5 eine schematische Darstellung eines Schnittes durch eine Hälfte der Stirnringe, die untereinander durch speichenartige Zuganker zusammengehalten sind,

Fig. 6 einen Teilschnitt durch einen Stirnring ähnlich Fig. 5, jedoch mit versenkt angeordneten Halte­köpfen bzw. Halteschrauben für die Zuganker und

Fig. 7 die vergrößerte Darstellung eines Detailschnittes längs der Linie VII in Fig. 3.

[0008] In den Fig. 1 und 2 ist ein aus zwei symmetrisch zur Mittel­ebene (11) aufgebauten Schalen (6b, 6c) bestehender Gehäuse­mantel (6) gezeigt, der in eine Abgasleitung eines Kraftfahr­zeugmotores einbaubar ist. Dieser Gehäusemantel (6) kann zur Wärmeisolierung außen mit einer gestrichelt angedeuteten Isolierschale (12) versehen sein. In dem Gehäusemantel (6) ist, wie insbesondere aus Fig. 2 deutlich wird, ein gewickelter Matrixkörper (2) eingesetzt, der nach dem Wickeln aus der in Fig. 2 strichpunktiert angedeuteten zylindrischen Form (13) in eine ovale Form gepreßt wird, ehe er zwischen den beiden Schalen (6b, 6c) eingeschlossen wird. Der Matrixkörper (2) wird in an sich bekannter Weise jeweils aus einem Wellband und einem glatten Band zur Zylinderform gewickelt, die jeweils angrenzend aneinander aufgewickelt werden. Auf diese Weise liegt jeweils zwischen einem gewickelten Glattband das gewickelte Wellband. Zwischen diesen so entstehenden Lagen (3) der gewickelten Bänder ergeben sich damit in Richtung der Achse des Zylinders verlaufende Strömungskanäle (5), die vom Abgas durchströmt werden. In diesen Strömungskanälen findet die chemische Reak­tion mit dem später aufgebrachten katalytischen Material statt.

[0009] Um den zur Ovalform gepreBten Matrixkörper (2) wird ein Draht­geflecht (7), zum Beispiel in der Form einer dünnen Drahtge­flechtmatte herumgewickelt. Dieses Drahtgeflecht (7) kann vor dem Aufwickeln mit Lotmaterial getränkt oder mit Lotmaterial beschichtet oder plattiert sein. Beim Aufsetzen der beiden Halbschalen (6b und 6c) wird das Drahtgeflecht (7) einer ge­wissen elastischen Verformung ausgesetzt, die dazu führt, daß der metallische Matrixkörper (2) mit seiner äußersten Lage (3a) dicht am Drahtgeflecht (7) und über diese dicht an der Innen­wand des Gehäusemantels (6) anliegt. Die beiden Halbschalen werden dabei mit Hilfe ihrer Flansche (14) aufeinandergesetzt und an diesen Flanschen entweder mit einer Loteinlage in der Form von Drahtfolie oder Pulver gebördelt oder auch in be­kannter Weise gepunktet oder geheftet. Auch bekannte Druckfüge­verfahren können eingesetzt werden. Der so vorbereitete Träger­körper gelangt dann in einen Vakuumofen, wo das Lotmaterial im Drahtgeflecht zum Schmelzen kommt und für eine innige Verbin­dung zwischen Gehäusemantel (6) und metallischem Matrixkörper (2) sorgt. Natürlich kann in bekannter Weise auch vorgesehen werden, daß der Matrixkörper (2) vor dem Löten auch an seinen Stirnseiten mit Lotmaterial versehen wird, was beispielsweise durch Tauchen des Matrixkörpers in flüssiges Lotmaterial ge­schehen kann.

[0010] wie in Fig. 2 angedeutet ist, ist es möglich, beim Aufsetzen der Halbschalen (6b und 6c) ein Einklemmen des Drahtgeflechtes (7) im Bereich der Flansche (14) dadurch zu verhindern, daß ein Blechstreifen (15) zunächst im Bereich der Flansche als Montagehilfe eingesetzt wird, der anschließend wieder entfernt werden kann.

[0011] In den Fig. 3 bis 7 ist eine Ausführungsform gezeigt, bei der der Matrixkörper (2), der im übrigen in gleicher Weise her­stellbar ist, wie bei der Ausführungsform der Fig. 1 und 2, in seinem äußeren Bereich jeweils von zwei Stirnringen (9) ein­gefaßt ist, die einen winkelförmigen Querschnitt (s. Fig. 5) aufweisen und daher sowohl einen Teil der Stirnfläche des Matrixkörpers (2) als auch einen Teil des Außenumfanges des Matrixkörpers (2) einrahmen. Zwischen diesen Stirnringen ist beim Ausführungsbeispiel der Fig. 3 bis 7 das Drahtgeflecht (7) angeordnet, daß dadurch auch in seiner Lage am Matrixkörper (2) gesichert werden kann. Bei dieser Ausführungsform weist der Gehäusemantel (6) im Bereich der Stirnringe umlaufende Absätze (16) auf, die Platz schaffen für die Aufnahme der Stirnringe und die für eine Axialsicherung der Stirnringe (9) und damit des zwischen den Stirnringen (9) gehaltenen Matrixkörpers (2) sorgen.

[0012] Die Stirnringe (9) werden, wie aus den Fig. 4 und 5 deutlich wird, durch speichenartige Zuganker (10) zusammengehalten und gegen die Stirnfläche des Matrixkörpers (2) gedrückt, die durch Strömungskanäle des Matrixkörpers (2) im Außenbereich hindurch­geführt sind. Die Stirnringe (9) schließen mindestens die äußerste Lage (3a), vorteilhaft aber, wie anhand von Fig. 7 angedeutet ist, mindestens zwei Lagen des gewickelten Matrix­körpers (2) stirnseitig ab, so daß die dort befindlichen Strömungskanäle einen abgeschlossenen Luftspaltring bilden, der zur Wärmeisolierung zum Gehäusemantel (6) hin ausgenutzt werden kann. Die Befestigung durch Verlöten innerhalb des Gehäuse­mantels (6) geschieht in der gleichen Weise wie bei der Aus­führungsform der Fig. 1 und 2. In beiden Fällen ist im Bereich der Außenwand (6a) des Gehäusemantels (6) eine Öffnung (8) nach außen vorgesehen, durch die beim Lötvorgang die sich ent­wickelnden Dämpfe eines Lösungsmittels für das Lotmaterial oder auch überschüssige Lotflüssigkeit abfließen kann, die bei einem getränkten Drahtgeflecht beim Aufsetzen der Halbschalen durch das Verquetschen des Drahtgeflechtes aus diesem herausgedrückt wird. ZweckmäBigerweise wird die Anordnung daher stets so ge­troffen, daß die öffnung (8) beim Zusammensetzen des Matrix­körpers (2) mit den beiden Gehäuseschalen (6b, 6c) nach unten weist.

[0013] Der von den Stirnringen (9) abgeschlossene Ringraum kann auch, wie in den Fig. 3 und 7 schematisch angedeutet ist, mit einem Wärmeisoliermaterial, beispielsweise mit Keramikmaterial aus­gefüllt werden. Neben dem Drahtgeflecht, das auch Luftein­schlüsse aufweist, kann daher ein zusätzlicher Ringraum zur Wärmeisolierung des metallischen Matrixkörpers (2) gegenüber dem Gehäusemantel (6) dienen. Im Betrieb im Katalysator auf­tretende Temperaturen lassen sich so in einfacher Weise vom Außenmantel des Katalysators fernhalten, ohne daß eine um­ständliche und aufwendige Wärmeisolierung möglich ist. Die Wärmeisolierung wird bei der Neuerung gleichzeitig mit der Herstellung des Trägerkörpers erreicht.

[0014] Fig. 6 zeigt eine Variante eines Stirnringes (9′), der im übrigen ähnlich den Stirnringen (9) der Fig. 5 aufgebaut ist. Hier sind jedoch für die Köpfe (17) der Zuganker (10′) bzw. für entsprechende Schraubköpfe, ähnlich wie bei der Anordnung von Fahrradspeichen Vertiefungen (18) im Stirnring (9′) vorgesehen. Bei dieser Ausführungsform stehen axial keine Schraubköpfe o.dgl. über die Kontur der Stirnringe (9′) vor.

Ansprüche

1. Trägerkörper für die Herstellung eines katalytischen Reaktors zur Abgasreinigung, insbesondere für Kraftfahrzeug­motoren, bestehend aus einer Matrix aus einem oder mehreren, zu mehreren aneinanderliegenden Lagen gewickelten oder gefalteten Metallbändern, die mit dem katalytischen Material beschichtbar sind, zwischen sich Strömungskanäle (5) für das Abgas bilden und in einem hülsenförmigen Gehäusemantel (6) eingesetzt sind, wobei mindestens im Bereich der äußersten Lage (3a) und des Gehäusemantels (6) Lotmaterial zum Verlöten von Gehäusemantel und Matrix vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß zur Auf­nahme des Lotmateriales zwischen der äußersten Lage (3a) und dem Gehäusemantel (6) ein Drahtgeflecht (7) eingefügt ist.

2. Trägerkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Drahtgeflecht als eine mit Lotmaterial tränkbare Matte ausgebildet ist.

3. Trägerkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Drahtgeflecht (7) mit Lotmaterial mindestens in seinem nach außen gerichteten Bereich beschichtet oder plattiert ist.

4. Trägerkörper nach Anspruch 1 und einem der übrigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehäusemantel (6) mit mindestens einer an der Außenwand (6a) vorgesehenen Öffnung (8) versehen ist.

5. Trägerkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Drahtgeflecht (7) zwischen Stirnringen (9) angeordnet ist, die mindestens eine Lage der Matrix (2) stirnseitig verschließen.

6. Trägerkörper nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnringe (9) durch speichenartige Zuganker (10) gegeneinander und gegen die Stirnseite der Matrix (2) gezogen sind.

7. Trägerkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehäusemantel (6) aus zwei Schalen (6b, 6c) aufgebaut ist.

Zeichnung