DE3515681A1 - Metalltraeger in einfolienausfuehrung - Google Patents

Description

• Metallträger in Einfolienausführung
• Die Erfindung betrifft einen Metallträger in Einfolienausführung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
• Wachsendes Umweltbewußtsein sowie fortschreitende Schäden in der Natur haben den Gesetzgeber veranlaßt bei verbrennungsmotorisch getriebenen Kraftfahrzeugen und bei Stationärmotoren Katalysatoren z ur Abgasnachbehandlung vorzuschreiben. Trotz schleppen der Einigung innerhalb der Europäischen Gemeinschaft kann man davon ausgehen, daß der Katalysator bis zum Jahre 2000 an jedem Fahrzeug und an jedem Stationärmotor Pflicht wird.
• Ein solcher Katalysator besteht aus katalytisch wirksamen Stoffen, die in einen sogenannten Wash-coat eingebettet sind welcher eine hohe spezifische Oberfläche aufweist und der seinerseits auf einen Träger aufgebracht ist. Die Träger bestehen im allgemeinen aus einem keramischen Werkstoff und in selteneren Fällen aus Metall.
• Während der Keramikträger, auch als Keramikmonolith bezeichnet, augenblicklich finanziell günstiger ist besitzt der Metallträger doch eine Reihe technischer Vorteile, die die Entwicklungsarbeiten an ihm rechtfertigen.
• Bekannt ist, daß bei der Herstellung von Metallträgern auf ein dünnes, ca. 0, 04 mm starkes, glattes Metallband ein gleichartiges, aber gewelltes Band aufgelegt wird und diese dann zusammen zu einem Wickel aufgedreht werden. Dadurch entstehen parallel zur Achse des Wickels viele trapezförmige Waben, auf deren Oberfläche dann der Wash-coat aufgebracht wird. Weiter wird der Wickel in ein Metallgehäuse eingeschoben, mit Löt versehen und anschließend in einem Ofen unter Hochvakuum verlötet.
• Die Herstellung eines solchen Trägers erfordert allerdings ein zweites, gewelltes Metallband das auf das Glattband aufgelegt wird. Dies verteuert den Träger ungemein, da sowohl die Prägung des Wellbandes als auch der Arbeitsschritt des Auflegens auf das Glattband erforderlich ist.
• Ferner sind die durch die Wellen entstehenden trapezförmigen Waben nur bedingt in der Lage die Grenzschichtdicke der Strömung durch Unterbrechungen im Wellband zu reduzieren. Bei den herkömmlichen Metallträgern, wie auch bei den keramischen Monolithen muß weiterhin als Nachteil festgestellt werden, daß die Träger in ihrem Kern stärker mit Gas beaufschlagt sind als in den Randzonen Dadurch wird katalytische Fläche ungenutzt gelassen.
• Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, den Metallträger zu verbilligen, die Crenzschichtdicke der Strömung weiter zu reduzieren, und den gesamten Querschnitt des Trägers gleichmäßiger mit Gas zu beaufschlagen.
• Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Der Kern der Erfindung besteht also darin, daß lediglich ein Metallband, versehen mit eingebrachten Eindrückungen, zu einem Wickel aufgedreht werden muß, damit ein Ström ungsquerschnitt mit großer Oberfläche entsteht.
• Ein sehr dünnes Metallband wird mit Stanz- und Tiefziehwerkzeug so verformt, daß auf der Bandoberfläche ein Relief von Eindrückungen erscheint. Diese Eindrückungen können je nach Wunsch von verschiedener Form sein. Kegelige Eindrücke, Kugelkalotten, wellige Eindrücke bis hin zu ausgehalsten Stanziöchern können in das Band eingebracht werden. Die Zahl der Eindrückungen pro Flächeneinheit kann ebenso wie ihre Anordnung variiert vsXrden.
• Die Tiefe der Einprägungen legt nach dem spirailgen Aufwickeln des Metallbandes die Spaltbreite zwischen den Metallbandlagen fest. Die notwendige Spaltbreite bestimmt sich nach der Gasströmung, den Erfordernissen, die sich aus dem Aufbringen des Wash-coat und der katalytischen Substanzen ergeben, und nicht zuletzt nach der Tiefzieh fähigkeit des Bandwerkstoffs.
• Das geprägte Metallband wird dann zu einem Wickel aufgedreht.
• Zwischen den einzelnen Lagen entsteht ein spaltartiger Strömungsquerschnitt. Dabei muß gewährleistet sein, daß die Erhebungen der einen Lage nicht in die Eintiefungen der anderen Lage hineinrutschen.
• Dies geschieht dadurch, daß die Einprägungen auf einer Bandlänge, die dem größten Umfang des Wickels entspricht, in zueinander unregelmäßiger Weise eingebracht werden. Es entsteht also ein unregelmäßges Muste.r, das sich nach Ablauf einer bestimmten Bandlänge wiederholt. Als Folge passen die Einprägungen aufeinanderfolgender Lagen nicht ineinander.
• Nach dem Aufdrehen des geprägten Bandes müssen die einzelnen Lagen fixiert werden. Dies geschieht durch Lötung oder mittels Durchführung on Stiften durch den aufgewickelten Körper.
• Die Unteransprüche kennzeichnen weitere Merkmale des erfindungsgemäßen Metallträgers.
• Die Ansprüche 2, 3 und 4 heben darauf ab, daß die Einprägungen auf der Folie unterschiedlicher Art sein können. Sowohl Wellen, Kugelkalotten ähnelnde Warzeneindrücke und ausgehalste Stanzlöcher sind möglich. Die Vorteile bei den beiden letzteren Arten bestehen darin, daß keine durchgehenden Ström ungskanäle entstehen, wodurch Vermischungszonen und immer neue Anströmkanten die Grenzschichtdicke der Strömung stark reduzieren. Solche Einprägungen haben praktisch die Funktion von Einbauten, die bei gleichbleibender Verweildauer des Gases den Turbulenzgrad der Strömung erhöhen und damit den Stofftransport erleichtern. Besonders bieten die ausgehalsten Stanzlöcher den weiteren Vorzug, daß ein Teil des Gases aus dem höher beaufschlagten Kern des gewickelten Körpers in die weniger beaufschlagten Randzonen strömen kann. Dadurch wird die katalytische Oberfläche in diesem Bereich besser genutzt.
• Anspruch 5 kennzeichnet die Möglichkeit einen Metallträger mit aus Wellen gebildeten trapezförmigen Strömungskanälen aus nur einer Folie herzustellen. Dazu wird die Metallfolie in Zonen mit Wellen oder Eindrückungen nach beiden Seiten und glatten Zonen eingeteilt. Die Länge dieser Zonen ist so bestimmt, daß beim Aufwickeln der Folie zum Körper eine geprägte Lage auf eine glatte Lage und so fort zu liegen kommt.
• Die Bestimmung der Länge dieser Zonen kann entweder rechnerisch erfolgen, oder aber während der Herstellung durch eine geeignete elektrische Steuerung an der Werkzeugmaschine.
• Anspruch 6 beschreibt die Möglichkeit die Eindrückungen auf der Folie nach beiden Seiten hin vorzunehmen. Dies kann bei bestimmten Bauarten wie z. B. der nach Anspruch 5 vorteilhaft sein.
• Durch die Maßnahmen nach Anspruch 7, 8 und 9 wird die Fixierung der einzelnen Lagen des aufgewickelten Körpers erreicht.
• Dies kann durch quer eingesteckte Nägel bewirkt werden. Als weitere Möglichkeit kann während des Aufwickelns die oberste Lage durch Einstanzen einer Metallzunge mit der darunterliegenden Lage verhakt und damit fixiert werden.
• Schließlich läßt sich der erfindungsgemäße Metallträger auch durch Lötung zusammenhalten.
• Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben.
• Es zeigern: Fig. 1 Eine perspektivische Darstellung des dünnen Blechbandes mit einigen möglichen Formen von Eindrückungen Fig. 2 Eine Schnittdarstellung des aus der Folie aufgewickelten Trägers mit Fixierung der Lagen durch ein gestanzte Metallzungen.
• Fig. 3 Eine Schnittdarstellung des aus der Folie aufgewickelten Trägers nach Anspruch 5 mit Fixierung der Lagen durch radial eingesteckte Nägel Fig. 4 Eine Schnittdarstellung des Metallträgers im Mantelrohr.
• Der erfindungsgemäße Metallträger wird aus einer Folie aufgewickelt, wie sie in Figur 1 dargestellt ist.
• Auf der Folie (1) sind Wellen (2), Warzeneindrücke (3) und ausgehalste Stanziöcher (4) eingeprägt. Die Tiefe (t) der Eindrückungen bestimmt beim Aufwickeln der Folie zum Körper den Abstand der einzelnen Lagen.
• Figur 2 zeigt den erfindungsgemäßen Träger im Schnitt. Folie (1J ist spiralig aufgedreht. Die ausgehalsten Stanzlöcher (4) halten die einzelnen Lagen auf Abstand. Dadurch bildet sich ein Strömungsquerschnitt (5), dessen Spaltbreite von der Eindrucktiefe (t) bestimmt wird.
• Das Gas strömt durch den Strömungsquerschnitt (5) und kommt dort in Kontakt mit der katalytischen Oberfläche des Wash-coat. Durch die Öffnungen 6 der ausgehalsten Stanzlöcher (4) kann Gas vom Trägerkern (7) des Körpers zu den weniger durchströmten Randzonen (8) gelangen.
• Die einzelnen Lagen der Folie sind miteinander durch eingestanzte Zungen (9) fixiert.
• Figur 3 zeigt den Träger nach Anspruch 5. Es entstehen parallele Strömung kanäle mit dreieckigem Querschnitt (in). Die Befestigung des spiraligen Trägers in axialer Richtung wird durch die beiden quer eingesteckten Nägel (11), (12) vorgenommen.
• Figur 4 zeigt den erfindungsgemäßen aufgewickelten Träger in einem Mantelrohr (13). Die Fixierung in diesem Mantelrohr ist Voraussetzung für die Einbindung des Katalysators in die Abgasanlage.
• Der geschilderte Metallträger eignet sich besonders für die Serienfertigung von Fahrzeugkatalysatoren, ganz gleich ob diese als Dreiwegekatalysatoren oder als Rußfilter ausgebildet sind. Auf einem Markt, der weitgehend von den Keramikmonolithen wegen ihres günstigeren Preises beherrscht wird, kann der Meeallträger nur mit verringerten Gestehungskosten seinen ihm gebührenden Platz einnehmen.
• Es ist ein Vorteil des erfindungsgemäßen Trägers, daß er durch den einfacheren Aufbau billiger herzustellen ist namit verbindet er Wirtschaftlichkeit mit den technischen Vorzüge einer verbesserten Strömungsführung.
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Claims (9)

1. ANSPRÜCHE 1. Metallträger in Einfolienausfiihrung, insbesondere zur Katalysatorherstellung, dadurch gekennzeichnet daß ein mit beliebigen Eindrückungen versehenes dünnes Metnllblechband zu einem Körper aufgewickelt wird.
2. 2. Metaliträger in Einfoli ena usführung dadurch gekennzeichnet, daß die Eindrückungen aus unterschiedlich großen Wellen bestehen.
3. 3. Metallträger in Einfoli ena usführung dadurch gekennzeichnet, daß die Eindrückungen aus unterschiedlich großen Warzeneindrücken bestehen
4. 4. Metallträger in Einfolienausführung dadurch gekennzeichnet, daß die Eindrückungen aus unterschiedlich großen ausgehalsten Stanzlöchern bestehen.
5. 5. Metallträger in Einf.olienausführung dadurch gekennzeichnet, daß das Metallblechband seiner Länge nach in Felder mit Eindrückungen und Felder ohne Eindrückungen derart aufgeteilt wird, daß beim Aufwickeln abwechselnd ein geprägtes Feld mit einem glatten Feld übereinander zu liegen kommt.
6. 6. Metallträger in Einfolienausführung u£duch gekennzeichnet, daß die Eindrückungen auf der Metallfolie nach beiden Seiten hin vorgenom m en werden.
7. 7. Metallträger in Einfolienausführung dadurch gekennzeichnet, daß der aus Folie aufgewickelte Körper durch quer zu seiner Achse eingeführte Nägel fixiert wird.
8. 8. Metallträger in Einfolienausführung dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Lagen des aus Folie aufge wickelten Körpers mit der davorliegenden Lage durch eingestanzte Zungen verhakt und damit fixiert werden.
9. 9. Metallträger in Einfolienausführung dadurch gekennzeichnet daß die einzelnen Lagen des aufgewickelten Körpers zusammengelötet sind.