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EP2568138A2 - Flexible, flächige Rohmatrize für einen Katalysator, sowie entsprechender Katalysator - Google Patents

Flexible, flächige Rohmatrize für einen Katalysator, sowie entsprechender Katalysator Download PDF

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EP2568138A2
EP2568138A2 EP20120179036 EP12179036A EP2568138A2 EP 2568138 A2 EP2568138 A2 EP 2568138A2 EP 20120179036 EP20120179036 EP 20120179036 EP 12179036 A EP12179036 A EP 12179036A EP 2568138 A2 EP2568138 A2 EP 2568138A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
catalyst
die
raw
flexible sheet
catalyst carrier
Prior art date
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Application number
EP20120179036
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English (en)
French (fr)
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EP2568138B1 (de
EP2568138A3 (de
Inventor
Peter Kupske
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bayerische Motoren Werke AG
Original Assignee
Bayerische Motoren Werke AG
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Publication date
Application filed by Bayerische Motoren Werke AG filed Critical Bayerische Motoren Werke AG
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Publication of EP2568138A3 publication Critical patent/EP2568138A3/de
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Publication of EP2568138B1 publication Critical patent/EP2568138B1/de
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    • F01N2450/22—Methods or apparatus for fitting, inserting or repairing different elements by welding or brazing

Definitions

  • the present invention relates to a flexible sheet-like raw die coilable to a catalyst carrier, a catalyst for purifying exhaust gases of an internal combustion engine using the catalyst carrier, and a method for producing such a catalyst.
  • Catalysts for purifying exhaust gases of internal combustion engines are known from the prior art.
  • the DE 4014215 A1 teaches a catalyst having a honeycomb body having a plurality of axial gas passages and a cylindrical cavity extending through the honeycomb body.
  • the honeycomb core body is mounted in a metal housing.
  • An inner wall of the honeycomb core body is preferably supported by cross-shaped reinforcing ribs.
  • an exhaust tailpipe catalyst which is arranged in addition to a main catalyst in an exhaust tailpipe and coated with typical catalyzing materials such as platinum, palladium, rhodium or the like.
  • the US 3,785,781 discloses a catalyst having a cylindrical housing in which a plurality of mutually different catalyst carriers are arranged in succession between tapering end faces in the flow direction of exhaust gas flowing through the catalyst.
  • the catalyst carriers arranged directly next to one another differ, for example, from the number and size of the flow paths formed in them and / or from their catalytically active coatings.
  • a catalyst which has three regions of porous material with spaces between the regions to reduce the turbulence generated in the regions.
  • the invention has for its object to provide a catalyst with easy to produce high catalytic activity.
  • a catalyst is constructed in such a way that it comprises a catalyst support spirally wound from a flexible planar raw matrix, which raw matrix has at least two recesses located side by side in a transverse direction of the raw matrix.
  • the longitudinal direction a of a catalyst 1 is the direction of an axis about which a flexible sheet raw die 50, 150 is wound to a catalyst carrier 20 and which extends from an inflow port 10 to an outflow port 30 of the catalyst 1.
  • the transverse direction b is a direction perpendicular to the longitudinal direction. Accordingly, a flow direction a of the exhaust gas is substantially parallel to the longitudinal direction of the catalyst 1. The turns of the wound raw matrix lie in the transverse direction b of the catalyst on top of each other.
  • a longitudinal direction of the sheet-like raw dies 50, 150 corresponds to the longitudinal direction of the catalyst 1 in the wound state
  • a transverse direction of the flat raw die 50, 150 corresponds to the transverse direction of the catalyst 1 in the wound state.
  • Fig. 1 1 shows a catalyst 1 according to the invention.
  • the catalyst 1 has a catalyst carrier 20, an inflow opening 10, an outflow opening 30 and an enveloping tube 40.
  • the catalyst support 20 is formed from a spirally wound flat raw mold 50.
  • the catalyst carrier 20 has a first portion 21 and a second portion 22.
  • the two sections 21, 22 are arranged coaxially with one another such that the first section 21 is arranged in the flow direction a in front of the second section 22 and forms an entry region.
  • the first portion 21 and the second portion 22 are interconnected by webs 54 which bridge a gap between the first portion 21 and the second gate 22.
  • the catalyst support 20 By separating the catalyst support 20 into at least two sections 21, 22, the catalyst support 20 has a relatively low thermal mass in the inlet region. Also, the heat conduction from the catalyst carrier 20 in the inlet region is also behind the second section 22 arranged by the distance between the two sections, which may be, for example, 2 to 40 mm, reduced. Also, the axial length of the first portion 21, and thus of the inlet portion, may be less than that of the portion or portions 22 disposed therebehind.
  • the first section 21 is heated more quickly and thus becomes faster active with increased efficiency.
  • the first section 21 already reaches the so-called "light-off" temperature shortly after engine start, d. H. the catalyst is effective after a short time.
  • the at least one second section 22 arranged behind it is heated up rapidly, so that the catalytic converter 1 achieves its complete efficiency in a short time.
  • the inflow opening 10 is the opening of the catalyst 1, into which the exhaust gas generated by an internal combustion engine enters the catalyst 1.
  • the outflow opening 30 is the opening of the catalyst 1 facing away from the inflow opening 10, through which the exhaust gas purified in the catalyst 1 exits.
  • the end face of the inflow opening 10 is concave in the flow direction a of the exhaust gas.
  • the cladding tube 40 has a cross section substantially corresponding to the cross section of the wound catalyst support 20 and is mounted around the wound catalyst support 20 such that the inside of the cladding tube 40 is bonded to the peripheral side of the catalyst support 20, for example via a weld, glue or solder joint or otherwise, as appropriate, at least partially connected, so that the catalyst support 20 is held axially in the cladding tube.
  • the axial fixing of the catalyst carrier 20 in the cladding tube 40 can also be done by clamping the catalyst carrier between tapered end portions of the cladding tube.
  • Fig. 2 shows a catalyst support 20 according to the invention in a developed state.
  • the catalyst carrier 20 forms a flexible planar raw mold 50 having a substantially plate-like or planar structure, the first portion 21, which defines the inlet region, and in the flow direction of the first portion 21 subsequent second portion 22, the Defines the inlet region subsequent area, has.
  • the two sections 21, 22 are interconnected only by webs 54, between which recesses 53 or holes of the raw die are formed, for example by punching.
  • the planar raw mold 50 is formed of, for example, a first flat metal sheet and a second corrugated metal sheet disposed on the first flat metal sheet, and a catalytic material such as platinum, palladium, rhodium or the like is applied to the corrugated metal sheet.
  • a catalytic material such as platinum, palladium, rhodium or the like is applied to the corrugated metal sheet.
  • the sheet-like raw die may be formed only of a metal sheet such as a steel sheet to which one of the above-mentioned catalytic materials is applied.
  • the two sections 21, 22 may be coated with different materials or otherwise differently, so that the two sections 21, 22 can be adapted to respective requirements.
  • the overall width of the webs 54 in the transverse direction of the raw mold 50 is advantageously smaller than the total width of the recesses 53 in the transverse direction of the raw mold 50, whereby the temperature distribution in the catalyst 1 is advantageously influenced:
  • the heat conduction from the first section 21 to the second section 22 is deteriorated.
  • the first section 21 already reaches the operating temperature required for a catalytic effect shortly after the start of the internal combustion engine and the power of the catalytic converter 1 is increased in this way.
  • a pressure gradient existing in the catalyst 1 in the radial direction can be reduced.
  • the exhaust gas flowing through a recess 53 with a radial component impinges on a web or wall region of the catalyst carrier opposite the recess and is diverted there in the direction of flow a.
  • a pressure balance is achieved and in addition improves the catalytic efficiency.
  • Each section 21, 22 has a substantially rectangular shape and two longitudinal edges 51 extending in the longitudinal direction of the planar blank die 50 and two transverse edges 52 extending in the transverse direction of the flat blank die 50.
  • the transverse edge 52 of the first section 21, first flown in the wound state by the exhaust gas, is inclined to the longitudinal direction or the transverse direction of the flat raw die 50 not equal to 90 ° in such a way that, in the wound-up state, the raw die, if the according to FIG Fig. 2 right longitudinal edge is radially inward, a concave inlet opening 10 according to Fig. 1 arises. If the according to Fig. 2 left longitudinal edge is arranged radially inward, creates a convex inlet opening.
  • Fig. 3 shows an alternative embodiment of a catalyst support 20 in a developed state.
  • the catalyst carrier 20 forms a flexible planar raw mold 150 with a substantially plate-shaped or areal structure.
  • the planar raw mold 150 has a first portion 121, a second portion 122, and a third portion 123.
  • the sections 121, 122, 123 are arranged one after the other in the flow direction a (as in the first embodiment).
  • the recesses 153a in the transverse direction are arranged next to one another such that they only partially overlap in the transverse direction and are mutually offset longitudinally.
  • the recesses 153b between the second portion 122 and the third portion 123 are completely overlapping in the transverse direction, but unequally spaced.
  • Another difference between the raw mold 150 according to Fig. 3 and the raw die 50 according to FIG Fig. 2 is that the according to Fig. 3 inflow-side, right transverse edge 152 of the raw die 150 is not rectilinear as the Fig. 2 but wavy with a bulge 155 two concavities 156 between three bulges 155 is formed.
  • the transverse edge 152 is undulating and begins at an edge with a vertex 155, goes over a valley or a concavity 156 in a central vertex or a middle bulge 155 from which he over another valley or a further concavity 156 merges into a bulge 155 or a vertex at the other edge.
  • the raw mold 150 is in accordance with Fig. 3 is wound around two dome, each extending from the lowest point of a concavity 156 parallel to the longitudinal direction of the raw die, creates a bobbin, the center of which are the concavities 156 and at the outer edge of the vertices of the bulges. This creates a concave inlet opening similar to the one in FIG Fig. 1 shown.
  • the position of the recesses 53 and 153 may be such that when winding radially through the resulting catalyst carrier through leading channels are formed by the direct cross-balancing radial pressure differences occurs.
  • the recesses may also be formed such that a recess with a recess of an adjacent turn of the winding body overlaps more or less so that the radial transverse flow resulting from a radial pressure gradient impinges on a web 54 or 154.
  • the described embodiments of the raw die can be changed in many ways.
  • the outflow opening can be similar to the inflow opening by appropriate design of the according Fig. 1 upper transverse edge 52 and according to Fig. 3 left transverse edge 52 concave and / or convex.
  • the recesses 53 and 153 can have very different shapes and be arranged in different ways with different distances and overlaps. They do not necessarily have to be arranged in such a way that different regions of the raw die are arranged one behind the other in the flow direction of the exhaust gas and the thermal conductivity of the raw die or of the catalyst support between these regions is deliberately worsened so that the regions can be kept at different temperatures.
  • the recesses may be arranged distributed irregularly over the surface of the raw die, so that only a compensation of radial pressure gradient takes place, wherein the effectiveness of the catalyst is increased by the fact that each flowing through a recess exhaust gas strikes one of the recess opposite catalytically coated wall portion. Furthermore, it is also achieved with the irregularly distributed recesses that they accommodate axial expansions of the catalyst without the axial length of the catalyst support changing overall.
  • the catalyst support is readily fabricated by providing a flexible sheet-like raw die which is recessed, for example, by die-cutting and then spirally wound around one or more dome to the catalyst support. During winding, superimposed turns of the raw die can be connected to one another, for example by spot welding, which increases the overall stability of the catalyst support.
  • the resulting bobbin is introduced into the cladding tube and soldered, for example, with the inside.
  • the catalytic coating which may be different for different axially spaced sections of the catalyst, for example, by dipping the bobbin before or after the introduction into the cladding tube. In this way, the catalytic layer (washcoat) can be applied to the wound body as a carrier substrate in the dipping process.
  • a different coating can be varied, for example, by means of a diving depth and / or a diving direction.

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Abstract

Es wird eine flexible flächige Rohmatrize (50), die zu einem Katalysatorträger (20) wickelbar ist, vorgeschlagen. Die flächige Rohmatrize (50) weist zumindest zwei Aussparungen (53) auf, die in einer Querrichtung (b) der Rohmatrize (50) nebeneinander und, in zu einem Katalysatorträger (20) gewickeltem Zustand, in der Querrichtung (b) gesehen überlappend angeordnet sind. Ferner werden ein Katalysator (1), der einen aus der flexiblen flächigen Rohmatrize (50) gewickelten Katalysatorträger (20) aufweist, und ein Herstellverfahren für solch einen Katalysator (1) vorgeschlagen.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine flexible flächige Rohmatrize, die zu einem Katalysatorträger wickelbar ist, einen Katalysator zur Reinigung von Abgasen einer Brennkraftmaschine, der den Katalysatorträger verwendet, und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Katalysators.
  • Katalysatoren zur Reinigung von Abgasen von Brennkraftmaschinen sind aus dem Stand der Technik bekannt.
  • Die DE 4014215 A1 lehrt einen Katalysator, der einen Wabenkörper mit einer Vielzahl von axialen Gasdurchlässen und einem zylindrischen Hohlraum aufweist, der sich durch den Wabenkörper erstreckt. Der Wabenkernkörper ist in einem Metallgehäuse befestigt. Eine Innenwand des Wabenkernkörpers ist vorzugsweise durch kreuzförmige Verstärkungsrippen gestützt.
  • Aus der US 5,849,251 ist ein Abgasendrohrkatalysator bekannt, der zusätzlich zu einem Hauptkatalysator in einem Abgasendrohr angeordnet und mit typischen katalysierende Materialien, wie Platin, Palladium, Rhodium oder ähnlichem beschichtet ist.
  • Die US 3,785,781 offenbart einen Katalysator mit einem zylindrischen Gehäuse, in dem zwischen sich verjüngenden Endflächen in Strömungsrichtung von durch den Katalysator strömendem Abgas hintereinander mehrere voneinander verschiedene Katalysatorträger angeordnet sind. Die unmittelbar nebeneinander angeordneten Katalysatorträger unterscheiden sich beispielsweise durch Anzahl und Größe der in ihnen ausgebildeten Strömungspfade und/oder durch ihre katalytisch wirksamen Beschichtungen.
  • Aus der US 1,919, 626 ist ein Katalysator bekannt, der drei Bereiche aus porösem Material mit zwischen den Bereichen angeordneten Leerräumen zum Verringern der in den Bereichen erzeugten Turbulenzen aufweist.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen einfach herstellbaren Katalysator mit hoher katalytischer Wirksamkeit anzugeben.
  • Diese Aufgabe wird mit einer flexiblen flächigen Rohmatrize, die zu einem Katalysatorträger wickelbar ist, gemäß Anspruch 1, einem Katalysator gemäß Anspruch 7 und einem Verfahren zur Herstellung solch eines Katalysators gemäß Anspruch 11 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Erfindungsgemäß ist ein Katalysator derart aufgebaut, dass er einen aus einer flexiblen flächigen Rohmatrize spiralförmig gewickelten Katalysatorträger aufweist, welche Rohmatrize zumindest zwei in einer Querrichtung der Rohmatrize nebeneinander befindliche Aussparungen aufweist.
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand schematischer Zeichnungen beispielsweise mit weiteren Einzelheiten erläutert.
  • In den Figuren zeigt
    • Fig. 1
    eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Katalysators,
    Fig. 2
    eine Draufsicht auf eine flexible flächige Rohmatrize des erfindungsgemäßen Katalysators aus Fig. 1, und
    Fig. 3
    eine Draufsicht auf eine alternative flexible flächige Rohmatrize eines erfindungsgemäßen Katalysators.
  • In der nachfolgenden Beschreibung ist die Längsrichtung a eines Katalysators 1 die Richtung einer Achse, um die eine flexible flächige Rohmatrize 50, 150 zu einem Katalysatorträger 20 gewickelt ist und die sich von einer Einströmöffnung 10 zu einer Ausströmöffnung 30 des Katalysators 1 erstreckt. Die Querrichtung b ist eine zur Längsrichtung senkrechte Richtung. Demzufolge ist eine Strömungsrichtung a des Abgases im Wesentlichen parallel zur Längsrichtung des Katalysators 1. Die Windungen der aufgewickelten Rohmatrize liegen in Querrichtung b des Katalysators übereinander. Gleichermaßen entspricht eine Längsrichtung der flächigen Rohmatrize 50, 150 der Längsrichtung des Katalysators 1 im aufgewickelten Zustand, und eine Querrichtung der flächigen Rohmatrize 50, 150 entspricht der Querrichtung des Katalysators 1 im aufgewickelten Zustand.
  • Fig. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Katalysator 1. Der Katalysator 1 weist einen Katalysatorträger 20, eine Einströmöffnung 10, eine Ausströmöffnung 30 und ein Hüllrohr 40 auf.
  • Der Katalysatorträger 20 ist aus einer spiralförmig aufgewickelten flächigen Rohmatrize 50 gebildet. Der Katalysatorträger 20 weist einen ersten Abschnitt 21 und einen zweiten Abschnitt 22 auf. Die beiden Abschnitte 21, 22 sind derart koaxial zueinander angeordnet, dass der erste Abschnitt 21 in der Strömungsrichtung a vor dem zweiten Abschnitt 22 angeordnet ist und einen Eintrittsbereich bildet. Der erste Abschnitt 21 und der zweite Abschnitt 22 sind über Stege 54 miteinander verbunden, die einen Zwischenraum bzw. Spalt zwischen dem ersten Abschnitt 21 und dem zweiten Anschnitt 22 überbrücken.
  • Durch die Trennung des Katalysatorträgers 20 in wenigstens zwei Abschnitte 21, 22 weist der Katalysatorträger 20 im Eintrittsbereich eine relativ geringe thermische Masse auf. Auch ist die Wärmeleitung von dem Katalysatorträger 20 im Einlassbereich zudem dahinter angeordneten zweiten Abschnitt 22 durch den Abstand zwischen den beiden Abschnitten, der beispielsweise 2 bis 40 mm betragen kann, reduziert. Auch kann die axiale Länge des ersten Abschnitts 21 und somit des Einlassbereichs geringer sein als die des oder der dahinter angeordneten Abschnitte 22.
  • Durch diese Trennung, insbesondere seine dadurch erzielte geringe thermische Masse wird der erste Abschnitt 21 schneller aufgeheizt und somit mit erhöhter Effizienz schneller aktiv.
  • Damit erreicht der erste Abschnitt 21 bereits kurz nach dem Motorstart die sogenannte "light-off"-Temperatur, d. h. der Katalysator ist bereits nach kurzer Zeit wirksam.
  • Durch das in dem ersten Abschnitt 21 des Katalysators 1 durch katalytische Reaktion erhitzte Abgas wird der wenigstens eine dahinter angeordnete zweite Abschnitt 22 schnell aufgeheizt, sodass der Katalysator 1 in kurzer Zeit seine vollständige Effizienz erreicht.
  • Die Einströmöffnung 10 ist die Öffnung des Katalysators 1, in die das von einer Brennkraftmaschine erzeugte Abgas in den Katalysator 1 eintritt. Die Ausströmöffnung 30 ist die von der Einströmöffnung 10 abgewandte Öffnung des Katalysators 1, durch die das im Katalysator 1 gereinigte Abgas austritt. In der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform ist die Stirnseite der Einströmöffnung 10 in Strömungsrichtung a des Abgases konkav ausgebildet.
  • Das Hüllrohr 40 weist einen im Wesentlichen dem Querschnitt des gewickelten Katalysatorträgers 20 entsprechenden Querschnitt auf und ist um den aufgewickelten Katalysatorträger 20 derart herum angebracht, dass die Innenseite des Hüllrohrs 40 mit der Umfangsseite des Katalysatorträgers 20, beispielsweise über eine Schweiß-, Kleb- oder Lötverbindung oder sonst wie in geeigneter Weise, zumindest partiell verbunden ist, so dass der Katalysatorträger 20 in dem Hüllrohr axial gehalten wird. Die axiale Festlegung des Katalysatorträgers 20 im Hüllrohr 40 kann auch durch Einspannen des Katalysatorträgers zwischen sich verjüngenden Endbereichen des Hüllrohrs erfolgen.
  • Fig. 2 zeigt einen erfindungsgemäßen Katalysatorträger 20 in einem abgewickelten Zustand.
  • Im abgewickelten Zustand bildet der Katalysatorträger 20 eine flexible flächige Rohmatrize 50 mit einem im Wesentlichen plattenförmigen bzw. flächigen Aufbau, die den ersten Abschnitt 21, der den Eintrittsbereich definiert, und den in Strömungsrichtung a dem ersten Abschnitt 21 nachfolgenden zweiten Abschnitt 22, der den an den Eintrittsbereich anschließenden Bereich definiert, aufweist. Die beiden Abschnitte 21, 22 sind lediglich über Stege 54 miteinander verbunden, zwischen denen Aussparungen 53 bzw. Löcher der Rohmatrize beispielsweise durch Ausstanzen gebildet sind.
  • Die flächige Rohmatrize 50 ist beispielsweise aus einem ersten flachen Metallblech und einem auf dem ersten flachen Metallblech angeordneten zweiten wellenförmigen Metallblech gebildet, wobei ein katalytisches Material, wie beispielsweise Platin, Palladium, Rhodium oder ähnliches, auf das wellenförmige Metallblech aufgebracht ist. Damit wird eine große katalytisch wirksame Fläche erzielt, was zu einer verbesserten Reinigungswirkung des Katalysators führt. Alternativ kann die flächige Rohmatrize auch nur aus einem Metallblech gebildet sein, wie beispielsweise einem Stahlblech, auf das eines der oben genannten katalytischen Materialien aufgebracht ist.
  • Die beiden Abschnitte 21, 22 können mit unterschiedlichen Materialien oder sonst wie unterschiedlich beschichtet sein, so dass die beiden Abschnitte 21, 22 an jeweilige Erfordernisse angepasst werden können.
  • Die Gesamtbreite der Stege 54 in Querrichtung der Rohmatrize 50 ist vorteilhaft kleiner als die Gesamtbreite der Aussparungen 53 in Querrichtung der Rohmatrize 50, wodurch die Temperaturverteilung in dem Katalysator 1 vorteilhaft beeinflusst wird: Die Wärmeleitung vom ersten Abschnitt 21 zum zweiten Abschnitt 22 ist verschlechtert. Dies führt dazu, dass der erste Abschnitt 21 bereits kurz nach dem Start der Brennkraftmaschine die für eine katalytische Wirkung erforderliche Betriebstemperatur erreicht und die Leistung des Katalysators 1 auf diese Weise gesteigert wird. Ferner kann dadurch, dass ein Teil des Abgases durch die Aussparungen 53 strömt, ein in dem Katalysator 1 vorhandener Druckgradient in radialer Richtung verringert werden. Zusätzlich trifft das durch eine Aussparung 53 mit einer radialen Komponente strömende Abgas auf einen der Aussparung gegenüberliegenden Steg oder Wandbereich des Katalysatorträgers und wird dort in Strömungsrichtung a umgeleitet. So wird ein Druckausgleich erzielt und zusätzlich die katalytische Wirksamkeit verbessert.
  • Jeder Abschnitt 21, 22 weist eine im Wesentlichen rechteckige Form und zwei sich in Längsrichtung der flächigen Rohmatrize 50 erstreckende Längsränder 51 und zwei sich in Querrichtung der flächigen Rohmatrize 50 erstreckende Querränder 52 auf. Der im gewickelten Zustand von dem Abgas zuerst angeströmte Querrand 52 des ersten Abschnitts 21 ist zur Längsrichtung bzw. der Querrichtung der flächigen Rohmatrize 50 ungleich 90° derart geneigt, dass im aufgewickelten Zustand der Rohmatrize, wenn der gemäß Fig. 2 rechte Längsrand radial innen liegt, eine konkave Eintrittsöffnung 10 gemäß Fig. 1 entsteht. Wenn der gemäß Fig. 2 linke Längsrand radial innen angeordnet wird, entsteht eine konvexe Eintrittsöffnung. Durch die geschilderte Gestaltung der Eintrittsöffnung wird erreicht, dass radiale Komponenten der Einströmung in eine Anströmung an katalytisch wirksame Wandbereiche ungesetzt werden und zur Verbesserung der katalytischen Wirksamkeit des Katalysators beitragen.
  • Fig. 3 zeigt eine alternative Ausführungsform eines Katalysatorträgers 20 in einem abgewickelten Zustand.
  • Auch bei der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform bildet der Katalysatorträger 20 eine flexible flächige Rohmatrize 150 mit einem im Wesentlichen plattenförmigen bzw. flächigen Aufbau. Allerdings weist die flächige Rohmatrize 150 einen ersten Abschnitt 121, einen zweiten Abschnitt 122 und einen dritten Abschnitt 123 auf. Die Abschnitte 121, 122, 123 sind (wie in der ersten Ausführungsform) in der Strömungsrichtung a einander nachfolgend angeordnet.
  • Im Übergang von dem ersten Abschnitt 121 zu dem zweiten Abschnitt 122 sind die Aussparungen 153a in Querrichtung derart nebeneinander angeordnet, dass sie in Querrichtung nur teilweise überlappen und in Längsrichtung gegenseitig versetzt sind. Die Aussparungen 153b zwischen dem zweiten Abschnitt 122 und dem dritten Abschnitt 123 dagegen sind in Querrichtung vollständig überlappend, jedoch ungleich beabstandet. Ein weiterer Unterschied zwischen der Rohmatrize 150 gemäß Fig. 3 und der Rohmatrize 50 gemäß Fig. 2 liegt darin, dass der gemäß Fig. 3 einströmseitige, rechte Querrand 152 der Rohmatrize 150 nicht geradlinig ist wie der der Fig. 2, sondern wellenförmig mit einer Auswölbung 155 zwei Einwölbungen 156 zwischen drei Auswölbungen 155 ausgebildet ist. Genauer ist der Querrand 152 wellenförmig und beginnt an einem Rand mit einem Scheitel bzw. einer Auswölbung 155, geht über ein Tal bzw. eine Einwölbung 156 in einen mittleren Scheitel bzw. eine mittleren Auswölbung 155 über von der aus er über ein weiteres Tal bzw. einer weiteren Einwölbung 156 zu einer Auswölbung 155 bzw. einen Scheitel am anderen Rand übergeht. Wenn die Rohmatrize 150 gemäß Fig. 3 um zwei Dome gewickelt wird, die sich jeweils von der tiefsten Stelle einer Einwölbung 156 parallel zur Längsrichtung der Rohmatrize erstrecken, entsteht ein Wickelkörper, dessen Zentrum die Einwölbungen 156 liegen und an dessen Außenrand die Scheitel der Auswölbungen liegen. Somit entsteht eine konkave Eintrittsöffnung ähnlich der in Fig. 1 dargestellten.
  • Die Lage der Aussparungen 53 bzw. 153 kann derart sein, dass beim Wickeln radial durch den entstehenden Katalysatorträger hindurch führende Kanäle entstehen, durch die unmittelbar ein Querausgleich radialer Druckunterschiede erfolgt. Alternativ können die Aussparungen auch derart ausgebildet sein, dass eine Aussparung mit einer Aussparung einer benachbarten Windung des Wickelkörpers mehr oder weniger überlappt, so dass die in Folge eines radialen Druckgradienten entstehende radiale Querströmung auf einen Steg 54 bzw. 154 auftrifft.
  • In Folge der Ausbildung der Einströmöffnung mit gewölbter, insbesondere konkaver Kontur wird erreicht, dass radiale Komponenten der wirbelnden Einströmung unmittelbar auf katalytisch wirksame Flächen gelenkt und dort axial gerichtet werden, wodurch die Wirksamkeit des Katalysators vergrößert wird.
  • Die beschriebenen Ausführungsbeispiele der Rohmatrize können in vielfältiger Weise geändert werden. Die Ausströmöffnung kann ähnlich der Einströmöffnung durch entsprechende Gestaltung des gemäß Fig. 1 oberen Querrandes 52 beziehungsweise gemäß Fig. 3 linken Querrandes 52 konkav und/oder konvex gestaltet werden. Die Aussparungen 53 bzw. 153 können unterschiedlichste Form aufweisen und in unterschiedlicher Weise mit unterschiedlichen Abständen und Überlappungen angeordnet sein. Sie müssen nicht zwingend derart angeordnet sein, dass verschiedene Bereiche der Rohmatrize in Strömungsrichtung des Abgases hintereinander angeordnet sind und die thermische Leitfähigkeit der Rohmatrize beziehungsweise des Katalysatorträgers zwischen diesen Bereichen gezielt verschlechtert wird, so dass die Bereiche auf unterschiedlicher Temperatur gehalten sein können. Die Aussparungen können unregelmäßig verteilt über die Fläche der Rohmatrize angeordnet sein, so dass lediglich ein Ausgleich von radialen Druckradienten erfolgt, wobei die Wirksamkeit des Katalysators dadurch erhöht wird, dass das jeweils durch eine Aussparung strömende Abgas auf einen der Aussparung gegenüberliegenden katalytisch beschichteten Wandbereich trifft. Weiter wird auch mit den unregelmäßig verteilten Aussparungen erreicht, dass diese axiale Ausdehnungen des Katalysators aufnehmen, ohne dass sich die axiale Länge des Katalysatorträgers insgesamt verändert.
  • Der Katalysatorträger ist in einfacher Weise herstellbar, indem eine flexible flächige Rohmatrize bereitgestellt wird, die beispielsweise durch Ausstanzen mit Aussparungen versehen und anschließend um einen oder mehrere Dome zu dem Katalysatorträger spiralförmig gewickelt wird. Beim Wickeln können übereinanderliegende Windungen der Rohmatrize beispielsweise durch Punktschweißen miteinander verbunden werden, was die Stabilität des Katalysatorträgers insgesamt vergrößert. Der entstandene Wickelkörper wird in das Hüllrohr eingebracht und beispielsweise mit dessen Innenseite verlötet. Die katalytische Beschichtung, die für verschiedene axial voneinander beabstandete Abschnitte des Katalysators unterschiedlich sein kann, erfolgt beispielsweise durch Tauchen des Wickelkörpers vor oder nach dem Einbringen in das Hüllrohr. Auf diese Weise kann die katalytische Schicht (Washcoat) im Tauchverfahren auf den Wickelkörper als Trägersubstrat aufgebracht werden. Eine unterschiedliche Beschichtung kann beispielsweise mittels einer Tauchtiefe und/oder einer Tauchrichtung variiert werden.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Katalysator
    10
    Einströmöffnung
    20
    Katalysatorträger
    21; 121
    erster Abschnitt
    22; 122
    zweiter Abschnitt
    30
    Ausströmöffnung
    40
    Hüllrohr
    123
    dritter Abschnitt
    50; 150
    flächige Rohmatrize
    51; 151
    Längsrand
    52; 152
    Querrand
    53; 153
    Aussparung
    54; 154
    Steg
    155
    Auswölbung
    156
    Einwölbung
    a
    Strömungsrichtung
    b
    Wicklungsrichtung

Claims (11)

  1. Flexible flächige Rohmatrize (50; 150), die zu einem Katalysatorträger (20) wickelbar ist, welche Rohmatrize (50; 150) zumindest zwei Aussparungen (53; 153) aufweist, die in einer Querrichtung der Rohmatrize (50; 150) nebeneinander und in der Querrichtung gesehen überlappend angeordnet sind.
  2. Flexible flächige Rohmatrize (50; 150) nach Anspruch 1, wobei die Aussparungen (53; 153) derart nebeneinander angeordnet sind, dass ein einen Querrand (52; 152) aufweisender Eintrittsbereich der Rohmatrize (50; 150) mit einem anschließenden Bereich über zwischen den Aussparungen (53; 153) ausgebildete Stege (54; 154) verbunden ist, wobei die in Querrichtung der Rohmatrize (50; 150) gemessene Gesamtbreite der Stege (54; 154) kleiner ist als die in Querrichtung der Rohmatrize (50; 150) gemessene Gesamtbreite der Aussparungen (53; 153).
  3. Flexible flächige Rohmatrize (50; 150) nach Anspruch 2, wobei der Eintrittsbereich und der anschließende Bereich in unterschiedlicher Weise katalytisch wirksam beschichtet sind.
  4. Flexible flächige Rohmatrize (50; 150) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest ein Querrand (52; 152) der Rohmatrize (50; 150) in zumindest einem Bereich in einem Winkel ungleich 90° zu einer Längsrichtung der Rohmatrize (50; 150) verläuft.
  5. Flexible flächige Rohmatrize (50; 150) nach Anspruch 4, wobei der zumindest eine Querrand (52; 152) eine gekrümmte Kontur aufweist.
  6. Flexible flächige Rohmatrize (150) nach Anspruch 5, wobei der Querrand (152) wellenförmig ist und an seinen Enden und in seinem mittleren Bereich jeweils eine Auswölbung (155) aufweist und zwischen den Auswölbungen (155) mit Einwölbungen (156) ausgebildet ist.
  7. Katalysator (1) zur Reinigung von Abgasen einer Brennkraftmaschine, mit einem Katalysatorträger (20), wobei
    der Katalysatorträger (20) eine spiralförmig aufgewickelte flexible flächige Rohmatrize (50; 150) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 ist.
  8. Katalysator (1) nach Anspruch 7, wobei der Katalysatorträger (20) in einem Hüllrohr (40) aufgenommen ist und die Umfangsseite des Katalysatorträgers (20) mit der Innenseite des Hüllrohrs (40) zumindest partiell verbunden ist.
  9. Katalysator (1) nach Anspruch 7, wobei der Katalysatorträger (20) in einem Hüllrohr (40) aufgenommen ist und zwischen sich verjüngenden Endbereichen des Hüllrohrs (40) axial gehalten ist.
  10. Katalysator (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei zumindest eine anströmseitige Stirnseite des Katalysatorträgers (1) konkav und/oder konvex ist.
  11. Verfahren zur Herstellung eines Katalysators (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 10, mit den Schritten
    - Bereitstellen einer flexiblen flächigen Rohmatrize (50; 150) nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    - spiralförmiges Aufwickeln der flexiblen flächigen Rohmatrize (50; 150) zu einem Katalysatorträger (20), und
    - Anordnen des Katalysatorträgers (20) in einem Hüllrohr (40).
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