DE10043654A1 - Vorrichtung zum Reinigen von Abgasen - Google Patents

Vorrichtung zum Reinigen von Abgasen

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DE10043654A1
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Gerd Busch
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Abstract

Eine Vorrichtung zum Reinigen von Abgasen weist einen keramischen Wabenkörper 10 mit zwei Stirnflächen und wenigstens einer Mantelfläche 14a auf. Der Wabenkörper wird von einem Stahlblech 40 als Hülle umgeben. Zur Verringerung der Bruchgefahr ist im Bereich der Mantelfläche 14a des Wabenkörpers 10 eine Armierung 20 angeordnet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Reinigen von Abgasen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
In Automobilen eingesetzte Abgaskatalysatoren bestehen zumeist aus einem die katalytisch aktiven Metalle tragenden keramischen Wabenkörper und einem diesen zumeist zylindrischen Wabenkörper umgebenden Stahlblech als Hülle. Zwischen Hülle und Wabenkörper ist in der Regel noch eine Blähmatte angeordnet. Die Herstellung des Katalysators erfolgt in mehreren Schritten. Zunächst wird der keramischen Wabenkörper im Strangpressverfahren hergestellt. Der Wabenkörper besteht in seinem Inneren aus einer Vielzahl von miteinander verbundenen Stegen, wodurch eine sehr große Gesamtoberfläche entsteht. Einlass und Auslass der Abgase geschieht über die Stirnflächen des Zylinders, während der Wabenkörper seitlich von einem durchgehenden Mantel begrenzt ist. In einem weiteren Schritt werden die katalytisch aktiven Metalle auf die Stege des Wabenkörpers aufgebracht. Anschließend wird die Mantelfläche des Wabenkörpers von einer Blähmatte umgeben. Schließlich wird ein Metallblech mit Hilfe eines Spannbandes um die Blähmatte zugezogen und im Überlappungsbereich verschweißt. Durch diesen Spannvorgang wird eine Normalkraft über die Blähmatte auf den Wabenkörper ausgeübt. Resultierend aus Normalkraft und Reibungskoeffizient ergibt sich eine Haftreibungskraft, die den auch als Monolith bezeichneten Wabenkörper in seiner Lage fixiert.
Da jedoch der keramische Wabenkörper sehr spröde ist, kommt es aufgrund der hohen Druckkräfte während des Umhüllungsprozesses häufig zu Brüchen, insbesondere der Stege. Dieses Problem wird noch dadurch verschärft, dass aufgrund ständig steigender gesetzlicher Anforderungen bezüglich der Qualität der Abgasreinigung bei Kraftfahrzeugen die Stegdicken innerhalb des Wabenkörpers verringert werden müssen. Stegdicken von weniger als 0,1 mm wird man in Zukunft realisieren müssen.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, die bekannten Vorrichtungen zur Abgasreinigung derart weiterzubilden, dass das Risiko, dass der Wabenkörper während des Herstellungsprozesses beschädigt wird, ausgeschlossen oder zumindest verringert wird.
Diese Aufgabe wird mit einer Vorrichtungen mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Grundgedanke der Erfindung ist es, im Bereich der Mantelfläche des Wabenkörpers eine Armierung anzuordnen. Je nach Ausgestaltung der Armierung kann diese die von der Hülle eingeleiteten Normalkräfte vollständig oder zum Teil aufnehmen und um das fragile Innere des Wabenkörpers herumleiten. Dadurch wird die Bruchgefahr verringert. Die Armierung ist jeweils fest mit dem Wabenkörper verbunden.
Gemäß Anspruch 2 ist die Armierung in den Wabenkörper eingelassen. Es entsteht somit eine Struktur, die der von Stahlbeton ähnelt. Das Einbringen der Armierung in den Wabenkörper kann beispielsweise während des Strangpressens des Wabenkörpers erfolgen.
Nach Anspruch 3 kann die Armierung auch auf den Mantel des Wabenkörpers aufgebracht sein, um somit den Wabenkörper zu umschließen. Wabenkörper und Armierung müssen hierbei miteinander verbunden werden, was gemäß Anspruch 4 beispielsweise durch Festkleben erfolgen kann. Vorteilhafterweise kann gemäß Anspruch 5 ein Klebstoff auf Keramikbasis eingesetzt werden.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den anderen Unteransprüchen.
Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die Figuren näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein erfindungsgemäße Vorrichtung im Querschnitt,
Fig. 2 eine vergrößerte Teilansicht von Fig. 1,
Fig. 3 eine vergrößerte Teilansicht von Fig. 2,
Fig. 4 eine der Fig. 3 entsprechende Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels,
Fig. 5 einen Abgaskatalysator gemäß dem Stand der Technik im Querschnitt,
Fig. 6 eine vergrößerte Teilansicht von Fig. 5,
Fig. 7 eine vergrößerte Teilansicht von Fig. 6.
Zunächst wird der prinzipielle Aufbau von im Automobilbau eingesetzten Abgaskatalysatoren anhand eines Katalysators gemäß dem Stand der Technik erläutert.
Die Fig. 5-7 zeigen einen Abgaskatalysator im Querschnitt, beziehungsweise vergrößerte Ausschnitte dieses Querschnitts. Der Abgaskatalysator besteht aus drei Elementen: Einem zylindrischen Wabenkörper 10, einer den Wabenkörper 10 umgebenden Blähmatte 30 und einem die Blähmatte 30 umgebenden Stahlblech 40 als Hülle. Das Stahlblech 40 ist in einem Überlappungsbereich 42 mit sich selbst verschweißt.
Der Wabenkörper 10 besteht aus einem Inneren 12, welches eine Vielzahl von Stegen aufweist, auf welchen wiederum die katalytisch aktiven Metalle aufgebracht sind. Das Innere 12 wird von einem Mantel 14 umgeben, dessen Grenze die Mantelflächen 14a bildet. Das Innere 12 des Wabenkörpers und der Mantel 14 sind eine untrennbare Einheit.
Der erfindungsgemäße Katalysator hat grundsätzlich den selben Aufbau wie ein Katalysator des Standes der Technik, wie dies in den Fig. 1 bis 4 gut zu erkennen ist. Die erfindungsgemäße Weiterentwicklungen findet sich im Bereich des Mantels 14.
Die erfindungsgemäße Verbesserung besteht darin, im Bereich der Mantelfläche 14a des Wabenkörpers 10 eine Armierung 20 anzuordnen. Die Armierung kann hierbei beispielsweise aus einem Metallgewebe oder einem temperaturbeständigen Faserwerkstoff bestehen. Für die Anbringung und die genaue Positionierung der Armierung gibt es mehrere Möglichkeiten. Die richtige Wahl ist hierbei im Wesentlichen aus produktionstechnischer Sicht zu treffen.
Im ersten Ausführungsbeispiel ist die Armierung 20 in den Mantel 14 eingelassen, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist. Dies kann während des Strangpressens des Wabenkörpers 10 geschehen. Dies hat den Vorteil, dass kein zusätzlicher Arbeitsschritt notwendig wird, allerdings wird der Strangpressvorgang selbst etwas aufwendiger.
Die Armierung 20 bildet einen in sich geschlossenen Hohlzylinder, jedoch ohne Stirnflächen. Hohlzylinder können bekanntlich symmetrisch in sie eingeleitete Radialkräfte gut aufnehmen, so dass das Innere solcher Hohlzylinder im wesentlichen kräftefrei ist. Dieser Effekt wird beim erfindungsgemäßen Katalysator ausgenutzt. Beim Zusammenziehen des Stahlblechs 40 werden über die Blähmatte 30 Radialkräfte in den Wabenkörper 10 eingeleitet. Diese sind im wesentlichen symmetrisch bezüglich der Längsachse des Wabenkörpers 10. Die Radialkräfte werden nun im Wesentlichen von der hohlzylinderförmigen Armierung 20, beziehungsweise durch den Verbund von Armierung und Mantel, aufgenommen und somit um das fragile Innere 12 des Wabenkörpers 10 herumgeleitet. Dadurch wird die Gefahr, dass die das Innere 12 des Wabenkörpers bildenden Stege auf Grund von Druckbelastung brechen, deutlich verringert. Als eine Konsequenz hieraus kann die Stegdicke verringert, und somit die katalytisch aktive Gesamtoberfläche vergrößert werden, wodurch die Reinigungswirkung des Katalysators erhöht wird.
Fig. 4 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel. Hier wird die Armierung 20 auf die Mantelfläche 14a des Wabenkörpers 10 aufgebracht. Der Wabenkörper wird zunächst in gewohnter Weise durch Strangpressen hergestellt. In einem weiteren Arbeitsschritt wird dann die Armierung um den Wabenkörper 10 herumgelegt und mit einem Klebstoff mit diesem verbunden. Ein Klebstoff auf Keramikbasis ist hierfür besonders geeignet.
Wird die Armierung hierbei stark genug gewählt, so kann dadurch erreicht werden, dass auch der Mantel des Wabenkörpers im Wesentlichen frei von Druckkräften ist. Der Monolith ist in diesem Fall von einer Art selbsttragendem Käfig umgeben.
Diese Vorgehensweise hat den weiteren Vorteil, dass an der Strangpressanlage keine Veränderungen vorgenommen werden müssen. Allerdings muss dafür ein zusätzlicher Arbeitsschritt, nämlich das Anordnen und Festkleben der Armierung auf dem Wabenkörper, vorgenommen werden.
BEZUGSZEICHENLISTE
10
Wabenkörper
12
Inneres des Wabenkörpers
14
Mantel
14
a Mantelfläche
20
Armierung
30
Blähmatte
40
Stahlblech
42
Überlappungsbereich

Claims (10)

1. Vorrichtung zum Reinigen von Abgasen mit einem keramischen Wabenkörper (10) mit zwei Stirnflächen und wenigstens einer Mantelfläche (14a) und einer die Mantelfläche (14a) des Wabenkörpers umgebenden Hülle, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Mantelfläche (14a) des Wabenkörpers (10) eine Armierung (20) angeordnet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Armierung (20) in den Wabenkörper (10) eingelassen ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Armierung (10) auf die Mantelfläche (14a) des Wabenkörpers aufgebracht ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Armierung auf die Mantelfläche (14a) des Wabenkörpers (10) aufgeklebt ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Klebstoff auf Keramikbasis verwendet wird.
6. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Armierung (20) ein Metallgewebe ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass die Armierung (20) aus einem temperaturbeständigen Faserwerkstoff besteht.
8. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Wabenkörper (10) und Hülle eine Blähmatte (30) angeordnet ist.
9. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülle ein Stahlblech (40) ist.
10. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wabenkörper (10) ein Zylinder ist.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102877920A (zh) * 2012-10-09 2013-01-16 浙江达峰汽车技术有限公司 机动车尾气催化净化器用载体
WO2022268799A1 (de) * 2021-06-23 2022-12-29 Vitesco Technologies GmbH Vorrichtung zur abgasnachbehandlung mit geringen hohlräumen

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