DE8527885U1 - Aus Blechen gewickelter oder geschichteter metallischer Katalysatorträgerkörper mit Doppel- oder Mehrfachwellenstruktur - Google Patents

Description

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5060 Bergisch Gladbach 1

Aus Blechen gewickelter oder geschichteter metallischer Katalysatorträgerkorper mit Doppel- oder Mehrfachwellenstruktur

Die vorliegende Erfindung betrifft einen metallischen

1.0 Katalysatorträgerkorper nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Solche Katalysatorträgerkorper werden vorzugsweise zur Reinigung von Abgasen von Verbrennungsmotoren eingesetzt und sind dementsprechend hohen thermischen Belastungen ausgesetzt.

Aus der DE-A-33 12 944 ist bereits ein spannungsentlastetes Metallträgergehäuse für Abgaskatalysatoren mit hoher thermischer Betriebsbelastung bekannt, welcher aus abwechselnden Blechlagen eines glatten und eines gewellten Bleches besteht, wobei fügetechnische Verbindungen nur an bestimmten Berührungsstellen zwischen den beiden Blechlagen vorgesehen sind. Ein solcher Katalysatorträgerkorper ist jedoch nur mit einer aufwendigen Belotungstechnik herstellbar und im fertigen Zustand auch nur begrenzt elastisch.

Aus der DE-C-27 59 559 ist ferner ein aus zwei abwechselnden Blechlagen geschichteter metallischer Katalysatorträgerkorper bekannt, bei dem beide Blechlagen eine unterschieclliche Struktur aufweisen. Abgesehen von den Schwierigkeiten bei der Herstellung der dort beschriebenen Struktur weist ein solcher Katalysatorträgerkorper keine besondere Elastizität gegenüber thermischen Wechselbelastungen auf.

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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist ein metallischer Katalysatorträgerkörper, welcher in fertig gewickeltem oder geschichtetem Zustand eine gewisse Elastizität aufweist, wodurch thermische Spannungen leichter kompensiert werden können.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Katalysatorträger-* körper aus zwei abwechselnden Blechlagen unterschiedlicher Struktur mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs vorgeschlagen. Entscheidend ist, daß die beiden Blechlagen zumindest in Teilbereichen gegeneinander eine Doppel- oder Mehrfachwellenstruktur aufweisen, wobei dies entweder durch entsprechende Welligkeit beider Blechlagen oder durch eine Doppel- bzw. Mehrfachwellenstruktur nur einer Blechlage erreicht werden kann. Durch eine solche Doppel- bzw. Mehrfachwellenstruktur wird erreicht, daß die Anzahl der Berührungsstellen zwischen den beiden Blechlagen verringert ist und in einzelnen Teilbereichen Abstände zwischen den beiden Blechlagen bleiben, wodurch die Elastizität der entstehenden Struktur entscheidend verbessert wird, ohne daß sich die sonstigen Eigenschaften verschlechtern- Die in Teilbereichen entstehenden Spalte zwischen den einzelnen Blechlager, können sogar zu einer zusätzlichen Verwirbelung hindurchströmender Gase führen, was durchaus erwünscht ist. Wie anhand der Zeichnung noch näher erläutert wird, gibt es verschiedene Wege, um eine Doppel- oder Mehrfachwellenstruktur zwischen den Blechlagen zu erreichen und diese zu beschreiben. Unter Wellenstruktur .ist im folgenden nicht grundsätzlich nur eine sinusförmige Struktur zu verstehen, sondern auch jede andere periodische Struktur, sei es eine Zickzack- oder trapezförmige Verformung der Bleche. Außerdem braucht die Mehrfachstruktur sich nicht über den gesamten Katalysatorträgerkörper zu erstrecken. Eine Elastizität von Teilbereichen, insbesondere den äußeren Lagen im Mantelbereich, genügt für die meisten Anforderungen.

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In spezieller Ausgestaltung der Erfindung wird im Anspruch 2 vorgeschlagen, daß eine der Blechlagen des Katalysatorträgerkörpers ein glattes Blech und die andere ein doppelt gewelltes Blech sein soll. Dabei bedeutet doppelt gewelltes Blech, daß dieses Blech zwei sich überlagernde oder abwechselnde Wellungen verschiedener Amplitude und/oder Wellenlänge aufweist.

1Ö In weiterer Ausgestaltung dieses Gedankens wird im Anspruch 3 vorgeschlagen, daß das doppelt gewellte Blech äie Struktur zweier überlagerter Wellen aufweist, deren erste eine erheblich größere Amplitude hat als die zweite und wobei die Wellenlänge der zweiten ein Vielfaches der halben Wellenlänge der ersten Welle beträgt. Es hat sich z. B. als geeignet erwiesen, das Verhältnis der Amplituden größer als 5:1, vorzugsweise etwa 10:1 zu wählen. Ein geeignetes Verhältnis der Wellenlängen ist beispielsweise 3:1, d. h. die längere Wellenlänge beträgt das Sechsfache der halben Wellenlänge der kürzeren. Andere

Verhältnisse sind jedoch möglich. P
Als alternative Ausgestaltung der Erfindung wird im

Anspruch 4 vorgeschlagen, daß das doppelt gewellte Blech

25 die Struktur zweier sich abwechselnder Wellen unteirschiedlicher Amplituden und eventuell unterschiedlicher

p Wellenlängen aufweist, wobei sich jeweils eine halbe

t! Wellenlänge oder Vielfache davon jeder der Wellen ab-

&idigr; wechseln. Diese anhand der Zeichnung näher erläuterte

[., 30 Ausführungsform überschneidet sich teilweise mit den Aus- ;. führungsfomen gemäß dem Anspruch 3, so daß es sich für

• solche Fälle nur um eine unterschiedliche Beschreibung

der Gegebenheiten handelt. Beide Ausführungsformen gemäß den Ansprüchen 3 und 4 lassen sich gemäß Anspruch 5 beispielsweise durch ineinandergreifende Zahnwalzen mit

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unterschiedlichen Zahnhöhen herstellen, sofern nur der Walzenumfang und die beteiligten Wellenlängen entsprechend abgestimmt sind. Auch eine Herstellung durch zwei aufeinanderfolgende unterschiedliche Zahnwalzen ist möglich.

In anderer Ausgestaltung der Erfindung wird im Anspruch vorgeschlagen, daß beide abwechselnden Blechlagen eine Wellenstruktur aufweisen, wobei die Amplitude der Wellenstruktur der einen Blechlage viel kleiner ist als die Amplitude der Wellenstruktur der anderen Blechlage, z. B. nur ein Fünftel oder ein Zehntel. Außerdem muß die Wellenlänge der Wellenstruktur der einen Blechlage mit der kleineren Amplitude erheblich größer sein als die Wellenlänge der Wellenstruktur der anderen Blechlage. Ein bestimrotes Verhältnis der Wellenlängen untereinander ist nicht nötig, so daß ein breiter Spielraum besteht. Beim spiraligen Aufwickeln der beiden gewellten Blechlagen entsteht wiederum eine Struktur, bei denen in gewissen Abständen Berührungsstellen zwischen den beiden Blechlagen vorkommen, während in anderen Bereichen kleine Spalte zwischen den Blechlagen bestehen bleiben. Durch eine gewisse Vorspannung beim Aufwickeln können gewünschte Spaltbreiten recht genau eingestellt werden. Durch das spiralige Aufwickeln entsteht eine unregelmäßige Struktur, die sich von denen gemäß den Ansprüchen 1-4 dadurch unterscheidet, daß die Berührungspunkte der einzelnen Lagen unregelmäßiger verteilt sind. Trotzdem ergibt sich insgesamt der gleiche Effekt bezüglich der Elastizität und thermischen Belastbarkeit.

In weiLerer Ausgestaltung der Erfindung wird in Anspruch vorgeschlagen, daß die Berührungsstellen der Blechlagen fügetechnisch verbunden sind, vorzugsweise veilötet. Diese Ausgestaltung, welche im Ergeb· . zu ähnlichen Vorteilen führt, wie sie in der DE-A-33 &igr;l 944 beschrieben sind,

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läßt sich bei dem erfindungsgemäßen Katalysatorträgerkörper sehr viel einfacher verwirklichen, als bei einfach gewellten Blechen. Entweder können die Wellenberge mit größerer Amplitude vor dem Aufwickeln selektiv belotet werden, oder die Berührungsstellen der Blechlagen werden nach dem Aufwickeln belotet oder anderweitig fügetechnisch verbunden. Ein solcher Katalysatorträgerkörper weist eine hohe mechanische Stabilität bei gleichzeitiger Elastizität auf. Thermische Spannungen und Wechselbelastungen, denen ein solcher Katalysatorträgerkörper ausgesetzt ist, insbesondere dann, wenn er in einem massiven Mantelrohr untergebracht ist, werden von der elastischen Struktur ohne Beschädigungen aufgenommen, so daß sich die Lebensdauer des Katalysatorträgerkörpers entscheidend erhöht.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung schematisch dargestellt und zwar als kleine stark vergrößerte Ausschnitte jeweils einer Schicht. Der Einfachheit halber wurde darauf verzichtet, den Ausschnitt je weils gekrümmt darzustellen, wie es der Wirklichkeit bei spiralig aufgewickelten Katalysatorträgerkörpern entsprechen würde. Es zeigen

Figur 1 eine Schicht aus einem glatten und einem doppelt gewellten Blech, wobei die Doppelwellenstruktur

durch Überlagerung zweier Wellen beschrieben

werden kann. Figur 2 einen Ausschnitt einer Schicht aus einem glatten und einem doppelt gewellten Blech, wobei die Doppelwellenstruktur durch abwechselnde Wellen

unterschiedlicher Amplitude beschrieben werden

kann,

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Figur 3 und Figur 4 Ausführungsbeispiele der Erfindung

mit zwei unterschiedlich stark gewellten Blechlagen, wobei in Figur 3 die eine Blechlage in Zick-Zack-Fom

gewellt ist, während in Figur 4 beide Blechlagen etwa Sinusform aufweisen.

Anhand der Figuren 5 bzw. 6 werden die Doppelwellungen der Figuren 1 bzw. 2 näher veranschaulicht.

Figur 1 zeigt einen kleinen begradigten Abschnitt aus einem erfindungsgemäßen Katalysatorträgerkörper. Der Körper besteht aus abwechselnd gewickelten bzw. geschichteten glatten Blechen 11 und doppelt gewellten Blechen 12. Die Doppelwellung weist Wellenberge 13 auf, welche die benachbarte Lage 11 nicht berühren und Wellenberge 14, mit größerer Amplitude, welche die benachbarte glatte Lacre 1¹ berühren. Die Berührungspunkte 15 können fügetechnibch verbunden sein. Dadurch, daß nicht jeder Wellenberg mit dem angrenzenden glatten Blech 11 verbunden ist, entsteht ein elastisches Gebilde, welches Dehnungen kompensieren kann. Die Entstehung einer solchen Dcnpelwellung kann anhand Figur 5 veranschaulicht werden. Durch überlagerung einer Welle 16 mit der Wellenlänge Xi und der Amplitude A₁ einer Welle 17 mit der Wellenlänge /L^ und der Amplitude A- entsteht die gewünschte Doppelwellung. Zu beachten ist dabei, daß das Verhältnis der Amplitude A. zu A, ) 5:1, vorzugsweise 10:1 sein sollte.

Die Wellenlänge JL^ sollte ein Vielfaches der halben Wellenlänge /L^ sein, da sich dann eine solche Struktur mittels Zahnwalzen herstellen läßt. Bei anderen Herstellungsmethoden ist ein genaues Verhältnis der Wellenlängen nicht unbedingt nötig.

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In Figur 2 ist eine etwas andere Form der Doppelwellung für ein gewelltes Blech 22 zwischen Lagen aus glatten Blechen 21 dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel wechseln sich Wellen 23 mit kleiner Amplitude und Wellen 24 mit großer Amplitude ab, so daß wiederum nicht alle Wellenberge die benachbarte glatte Blechlage 21 berühren. Die Berührungspunkte 25 können wiederum fügetechnisch verbunden sein- Es bleibt den jeweiligen Anforderungen an die Elastizität überlassen, wie viele Halbwellen kleiner Amplitude mit wie vielen Halbwellen großer Amplitude jeweils abwechselnd angeordnet werden, /igur veranschaulicht den prinzipiellen Aufbau einer solchen Doppelwellenstruktur. Eine oder mehrere Halbwellen 27 mit kleiner Amplitude A₃ wechseln sich mit einer oder mehreren Halbwellen 26 großer Amplitude A ab. Zusätzlich können die Wellenlänge &Lgr;.3 der Welle mit kleiner Amplitude A- und die Wellenlänge Xi+ der Welle 26 mit großer Amplitude A. unterschiedlich sein, je nach den Anforderungen und Herstellungsverfahren. Auch diese Doppelwellenstruktur läßt sich beispielsweise mit Hilfe von ineinandergreifenden Zahnwalzen herstellen.

Figur 3 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem beide Blechlagen 31, 32 eine Wellenstruktur aufweisen. Das eine Band 31 weist eine Zick-Zack-Struktur mit Knickstellen 33 auf, während das andere Blechband eine übliche Wellung aufweist. Die Zick-Zack-Wellung des einen Plechbandes 31 hat eine sehr viel größere WeIlenlänge und eine sehr viel kleinere Amplitude als die Wellung des anderen Blechbandes 32. Eine genaue Beziehung der Wellenlängen und Amplitudenverhältnisse ist nicht notwendig, da beide Wellungen getrennt hergestellt werden und durch geeignete Vorspannung beim Aufwickeln die Amplituden noch beeinflußt werden können. Es entsteht

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wiederum eine Struktur, bei der nicht, alle Wellenberge die angrenzenden Blechlagen berühren, so daß nur einzelne Berührungsstellen 35 auftreten, die gegebenenfalls fügetechnisch verbunden werden können.

In Figur 4 ist ein sehr ähnliches Ausführungsbeispiel zu Figur 3 dargestellt, jedoch sind hier beide Bleche 41, 42 etwa sinusförmig gewellt, wenn auch wie oben mit unterschiedlicher Wellenlänge und Amplitude. In Figur 4 ist die Amplitude des schwächer gewellten Bleches 41 stark übertrieben, um das Prinzip zu verdeutlichen. Beim spiraligen Aufwickeln solcher Bleche ändern sich wegen des zunehmenden Umfangs der einzelnen Lagen die Konstellationeri der Berührungspunkte 45 der Bleche, was jedoch in der Summe die Eigenschaften des entstehenden Katalysatorträgerkörpers nicht beeinträchtigt.

Die erfindungsgemäßen Katalysatorträgerkörper weisen eine gegenüber herkömmlichen Typen verlängerte Lebensdauer auf, da sie selbst beim Einbau in ein massives Mantelrohr durch ihre Elastizität Dehnungen besser aufnehmen können. Dabei genügt es meist, nur einen relativ kleinen Bereich, beispielsweise 5-10 Lagen, vorzugsweise im Außenbereich, erfindungsgemäß mit Mehrfachstruktur zu versehen, während die übrigen Bereiche wie bisher geformt sein können. Für solche Fälle eignen sich für die Herstellung der Mehrfachstruktur zuschaltbare Zahnwalzen, die bei Bedarf eines der Blechbänder mit einer zusätzlichen (langwelligeren) Wellenstruktur versehen.

Claims (7)

Interatom GmbH -9- 24.832.9 5060 Bergisch Gladbach 1 Aus Blechen gewickelter oder geschichteter metallischer Katalysatorträgerkörper mit Doppel- oder Mehrfachwellenstruktur isprüche 10

1. Aus zwei abwechselnden Blechlagen (11, 12; 21, 22; 31,32; 41, 42) unterschiedlicher Struktur gewickelter oder geschichteter metallischer Katalysatorträgerkörper, dadurch gekennzeichnet, daß die Blechlagen (11, 12; 21, 22; 31, 32; 41, 42) zumindest in Teilbereichen zueinander eine Doppel- oder Mehrf achwellenstruktur aufweisen, indem eine der Blechlagen (12; 22) eine Wellenstrukfcur aus mindestens zwei überlagerten oder abwechselnden Wellen unterschiedlicher Wellenlänge (X-, 2. ; JL-, ^L ₄) und/oder Amplitude (A-, A ; A-, A ) aufweist und/oder indem beide Blechlagen (31, 32; 41,42) Wellenstrukturen unterschiedlicher Wellenlänge und/oder Amplitude aufweisen, wodurch in beiden Fällen die Anzahl der Berührungsstellen (15; 25; 35; 45) zwischen den beiden Blechlagen (11, 12; 21, 22; 31, 32; 41, 42) verringert und die Elastizität der entstehenden Struktur erhöht ist.

2. Katalysatorträgerkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Blechlage (11; 21) ein glattes Blech und die andere (12; 22) ein doppelt gewelltes Blech ist.

3. Katalysatorträgerkörper nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das doppelt geweilte Blech (12) die Struktur zweier überlagerter Wellen (16, 17) aufweist, deren erste (16)

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zweite (17) und wobei die Wellenlänge ( A- ~) der zweiten (17) ein Vielfaches der halben Wellenlänge (/L₁) der ersten Welle (16) beträgt.

4. Katalysatorträgerkorper nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

daß das doppelt gewellte Blech (22) die Struktur zweier sich abwechselnder Wellen (26, 27) unterschiedlicher Amplituden (A,, A.) und eventuell unterschiedlicher Wellenlängen (3. ₃, A .) aufweist, wobei sich jeweils eine halbe Wellenlänge oder Vielfache davon jeder der Wellen (26, 27) abwechseln. 15

5. Katalysatorträgerkorper nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das doppelt gewellte Blech (12; 22) mittels ineinandergreifender Zahnwalzen mit unterschiedlichen Zahnhöhen hergestellt ist.

6. Katalysatorträgerkorper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beide abwechselnden Blechlagen (31, 32; 41, 42) eine Wellenstruktur aufweisen, wobei die Amplitude der Wellenstruktur der einen Blechlage (31; 41) viel kleiner ist als die Amplitude der Wellenstruktur der anderen Blechlage (31; 41) und wobei die Wellenlänge der Wellenstruktur der einen Blechlage (31; 41) mit der kleineren Amplitude erheblich größer ist als die Wellenlänge der Wellenstruktur der anderen Blechlage (32; 42) .

7. Katalysatorträgerkorper nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, daß die Berührungsstellen (15; 25; 35; 45) der Blechlagen

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(11, 12; 21, 22; 31, 32; 41* 42) fügetechnisdh verbunden sind, vorzugsweise verlötet.