DE4122287C2 - Katalysatoranordnung mit einem Metallträger - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Katalysatoranordnung gemäß dem Ober­ begriff des Patentanspruchs 1.

Aus der gattungsgemäßen EP 0316595 A1 ist eine Katalysatoranordnung mit einem Me­ tallträger für katalytisch wirksames Material bekannt, wobei dieser Metallträger mit einem ihn umschließenden Hüllrohr verlötet ist.

Wie auch in der Beschreibungseinleitung der EP 0 316 595 A1 ange­ geben, macht es Schwierigkeiten, eine dichte und beständige Löt­ verbindung zwischen dem Metallträger einerseits und dem Hüllrohr andererseits herzustellen. Das übliche, an der angegebenen Text­ stelle beschriebene Herstellverfahren besteht darin, das mit einem etwas größeren Durchmesser als der mit Lot versehene Metallträger ausgeführte Hüllrohr und diesen ineinanderzustecken, den Durchmesser des Hüllrohrs durch Kalibrieren etwas zu verkleinern, so daß ein enger Lötspalt vorliegt, und den eigentlichen Lötvorgang im Hochtemperaturvakuum vorzunehmen. Bei diesem Erwärmungsvorgang werden jedoch die eingebrachten Spannungen frei, so daß das Hüllrohr unter Durchmesservergrößerung seine ursprüng­ liche Form einnehmen will, was zu einer Vergrößerung des Lötspalts und zu nur örtlichen Lötverbindungen führt. Dieser hinsichtlich der Lötverbindung nachteilige Vorgang wird verstärkt durch die relativ große Masse des Hüllrohres, so daß dieses anschließend langsamer abkühlt als der Metallträger. Der Metallträger schrumpft also beim Abkühlen schneller als das Hüllrohr, so daß auch aus diesem Grunde eine Vergrößerung des Lötspalts eintritt.

Macht es schon Schwierigkeiten, bei der Herstellung der Lötverbin­ dung zwischen Metallträger und Hüllrohr die Verfahrensbedingungen so zu wählen, daß eine brauchbare Lötverbindung zwischen beiden entsteht, ergeben sich zusätzliche Schwierigkeiten, wenn anschlie­ ßend das Hüllrohr mit dem Gehäuse verschweißt wird. Durch die hierzu notwendige Wärmezufuhr wird bei üblichen Konstruktionen auch die beschriebene Lötverbindung beeinträchtigt, da das Lot zumindest stellenweise über seinen Schmelzpunkt erwärmt wird. Wei­ terhin üben im Betrieb auftretende temperaturbedingte Größenände­ rungen des Gehäuses über die Schweißverbindung die Lötverbindung gefährdende Kräfte auf das Hüllrohr aus. Die letztgenannte Gefahr tritt auch dann auf, wenn die Verbindung zwischen Hüllrohr und Gehäuse nicht als Schweißverbindung, sondern als Schraub- oder Klemmverbindung ausgebildet ist.

Aus der prioritätsälteren DE 40 26 521 A1 ist eine Schweißverbindung in einer Katalysato­ ranordnung mit einem Metallträger bekannt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Katalysatoranord­ nung zu schaffen, die insbesondere durch die definierte Schweiß­ verbindung sonst hervorgerufene Gefährdungen der Lötverbindung zwischen Metallträger und Hüllrohr vermeidet.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht in den kenn­ zeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1, vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Ein Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß sie die ge­ stellte Aufgabe auf sehr einfache Weise löst, nämlich dadurch, daß die Stellen der Lötverbindung und der zwischen Gehäuse und Hüll­ rohr weit axial gegeneinander versetzt gewählt sind, so daß bei­ spielsweise die zur Herstellung einer Schweißverbindung erforder­ liche Wärmezufuhr zumindest keine kritische Erhöhung der Tempera­ tur im Bereich der Lötverbindung hervorruft und durch Größenände­ rungen des Gehäuses bedingte Kräfte auf das Hüllrohr am Ort der Lötstelle weitgehend abgebaut sind.

An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, daß man grundsätzlich auch an anderen Stellen als am strömungsein- oder -austrittssei­ tigen Ende des Hüllrohrs zusätzliche Lötverbindungen oder aber eine einzige, sich über den gesamten Mantel des Metallträgers erstreckende Lötverbindung vorsehen kann. Auf jeden Fall muß aber derjenige Mantelbereich des Metallträgers mit Lot versehen sein, der sich unmittelbar an die strömungsein- oder -austrittsseitige Stirnfläche desselben anschließt, da nur dort gewährleistet ist, daß die im Betrieb auftretenden Abmessungsänderungen des Gehäuses die Lötverbindung nicht aufreißen.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß - ins­ besondere bei der Ausführung entsprechend Anspruch 2 - infolge des zur Strömungseintrittsseite hin offenen Spalts zwischen Hüllrohr und Gehäuse eine Beschleunigung des Aufheizens des Katalysatorma­ terials auf eine Betriebstemperatur durch die zu behandelnden Gase, beispielsweise Abgase einer Fahrzeug-Brennkraftmaschine, erreicht wird.

Eine besonders gute Lötverbindung zwischen Metallträger und Hüll­ rohr ergibt sich bei der Weiterbildung der Erfindung gemäß An­ spruch 4. Im Prinzip ist ein derartiges Hüllrohr aus der bereits genannten EP 0 316 595 A1 bekannt, jedoch mit der Besonderheit, daß zwischen dem Hüllrohr und dem aus Metallbändern hergestellten Metallträger eine elastisch verformbare Matte vorgesehen ist, also keine direkte Lötverbindung zwischen Metallträger und Hüllrohr vorliegt. Bei dem entsprechenden Herstellverfahren kann der mit dem Lot versehene Träger also beispielsweise in einen bereits vor­ gerollten Blechkörper, der später das Hüllrohr bildet, hineinge­ steckt werden; dann wird diese Blechrolle unter Erzeugung eines minimalen Lötspalts zusammengespannt, und ihre axial verlaufenden Ränder werden durch Schweißung verbunden. Bei diesem Spannvorgang wird der Durchmesser des Metallträgers etwas verringert, während sich das Hüllrohr zumindest elastisch etwas aufweitet. Bei der an­ schließenden Erwärmung im Lötofen werden die eingebrachten Span­ nungen frei, d. h. der Trägerkörper versucht sich auszudehnen und das Hüllrohr sich zusammenzuziehen, so daß ein enger Lötspalt gewährleistet ist. Bei der anschließenden Herstellung der Verbindung zwischen Hüllrohr und Gehäuse wird die so gewonnene Lötverbindung nicht beeinträchtigt.

Ein Ausführungsbeispiel für die erfindungsgemäße Katalysatoranord­ nung wird im folgenden anhand der Zeichnung erläutert, die einen Längsschnitt durch einen Abgaskatalysator für eine Kraftfahrzeug- Brennkraftmaschine wiedergibt.

Die Katalysatoranordnung wird entsprechend dem Pfeil 1 von den Abgasen der Brennkraftmaschine durchströmt. In dem allgemein mit 2 bezeichneten Gehäuse, das den zentralen Bereich 3 sowie Ein- und Ausströmtrichter 4 bzw. 5 aufweist, befindet sich der mit einem katalytisch wirksamen Material belegte Metallträger 6, umschlossen von dem Hüllrohr 7, das bei 8 mit dem Gehäuse 2 verschweißt ist. Die Schweißverbindung 8 ist so gewählt, daß sie zugleich zur Ver­ bindung des zentralen Bereichs 3 des Gehäuses 2 mit dem Ausström­ trichter 5 dient. Dazu ragt der strömungsaustrittsseitige Endbe­ reich des Hüllrohrs 7 zwischen die einander zugekehrten Enden von zentralem Bereich 3 und Austrittstrichter 5; an den Stirnseiten von Bereich 3 und Hüllrohr 7 erkennt man die Schweißnaht, die auch eine Umfangszone des Auslaßtrichters 5 erfaßt.

Die Anordnung ist so getroffen, daß die Schweißverbindung 8 am strömungsaustrittsseitigen Ende des Hüllrohrs 7 vorgesehen ist und sich dieses im übrigen frei in den Innenraum des Gehäuses 2 unter Wahrung des von Abgas erfüllten Spalts 9 erstreckt. Da dieser Spalt 9 von Abgas erfüllt ist, wird in vorteilhafter Weise bei Be­ triebsbeginn eine schnelle Aufheizung des Katalysatormaterials auf seine Betriebstemperatur sichergestellt.

Damit die bei der Herstellung der Schweißverbindung 8 erfolgende Wärmezufuhr sowie im Betrieb auftretende Dimensionsänderungen des Gehäuses 2 die Lötverbindung zwischen Metallträger 6 und Hüll­ rohr 7 nicht beeinträchtigen, ist für diese Lötverbindung 10 der strömungseintrittsseitige Bereich von Metallträger 6 und Hüllrohr 7 gewählt. Man kann, wie bei 11 angedeutet, zusätzlich auch in anderen axialen Bereichen Lötverbindungen vorsehen, jedoch be­ steht dort die Gefahr einer nachteiligen Beeinflussung der Lötver­ bindung von der Schweißverbindung 8 her.

Mit der Erfindung ist demgemäß eine gattungsgemäße Katalysatoran­ ordnung geschaffen, bei der durch einfache, auch hinsichtlich des Betriebs vorteilhafte Maßnahmen eine Beeinflussung der Lötverbin­ dung zwischen Metallträger und Hüllrohr bei der Herstellung der Verbindung zwischen diesem und dem Gehäuse sowie durch betriebs­ temperaturbedingte Größenänderungen des Gehäuses vermieden ist.

Claims (4)

1. Katalysatoranordnung mit einem Metallträger für katalytisch wirksames Material, der mit einem ihn umschließenden Hüllrohr verlötet ist, insbesondere zur Reinigung der Abgase einer Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Lötverbindung (10) zumindest unmittelbar an die strömungsein- oder -austrittseitige Stirnfläche des Metallträgers (6) anschließt und daß das Hüllrohr (7) mit einem äußeren Gehäuse (2) verschweißt ist, wobei die Schweißverbindung (8) an einer von der Stirnfläche entfernten Stelle liegt.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Hüllrohr (7) mit dem Metallträger (6) nur am strömungseintrittsseitigen Ende verlötet (10) ist, die Schweißverbindung (8) am strömungsaustrittsseitigen Ende des Hüllrohres (7) liegt und daß im übrigen zwischen dem Hüllrohr (7) und dem Gehäuse (2) ein Spalt (9) gewahrt ist.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (2) aus einem das Hüllrohr (7) umgebenden zentralen Bereich (3) und einem Trichter (5) mittels einer Verbindung (8) zusammengesetzt ist, die zugleich die Verbindung (8) zwischen Gehäuse (2) und Hüllrohr (7) bildet.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Hüllrohr (7) aus einem längsgeteilten, mit Vorspannung um den Metallträger (6) gewickelten, im Bereich seiner Teilungsränder zusammengeschweißten Blech besteht.