DE102007029667B4

DE102007029667B4 - Katalysatorträgerkörper

Info

Publication number: DE102007029667B4
Application number: DE102007029667.5A
Authority: DE
Inventors: Dr. Paulus Martin
Original assignee: Sued Chemie IP GmbH and Co KG
Current assignee: Sued Chemie IP GmbH and Co KG
Priority date: 2007-06-27
Filing date: 2007-06-27
Publication date: 2014-09-18
Anticipated expiration: 2027-06-28
Also published as: DE102007029667A1

Abstract

Katalysatorträgerkörper (100) umfassend ein zylindrisches Mantelrohr (104), zwei als ebene Spiralen ausgeformte Verschlußstücke (107) und einen zylindrischen Schaumkörper bestehend aus einer Schaumplatte (101) aus Metall, die einfach gefaltet ist und ausgehend von der gebildeten Faltkante (102) gewickelt ist, so daß zwei durch die Schaumplatte abgetrennte Halbräume (103a, 103b) vorliegen, wobei der zylindrische Schaumkörper in dem zylindrischen Mantelrohr (104) angeordnet ist und jeder Halbraum (103a, 103b) nur an einer Stirnfläche mit einem Verschlußstück (107) verschlossen ist, wobei jede Stirnfläche nur ein Verschlußstück aufweist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Katalysatorträgerkörper, die Schaumkörper aus einer gefalteten und gewickelten Schaumplatte aus Metall in einem zylindrischen Mantelrohr umfassen, wobei durch das Falten und Wickeln zwei getrennte Halbräume entstanden sind, die stirnseitig mit Hilfe von spiralförmigen Verschlußstücken wechselseitig verschlossen sind. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung Katalysatorträgerkörper, die eine Schaumplatte aus einem Metall in einem Mantelrohr mit etwa rechteckigem Querschnitt umfassen, wobei die Schaumplatte in Faltblattstruktur vorliegt und die Schaumplatte senkrecht zur Strömungsrichtung in dem Mantelrohr angeordnet ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von Katalysatorträgerkörpern.
Katalysatoren werden derzeit für die Reinigung von Abgasen aus Diesel- oder Ottomotoren in der Fahrzeugtechnologie verwendet. Die Katalysatoren werden entweder als Vollkatalysatoren oder als Beschichtungskatalysatoren eingesetzt. Die Vollkatalysatoren bestehen zu 100% aus katalytisch aktivem Material, wohingegen Beschichtungskatalysatoren aus einem metallischen oder keramischen Träger mit einer Oberflächenbeschichtung bestehen. Typischerweise bestehen die bislang eingesetzten Katalysatorträgerkörper aus keramischen oder metallischen Materialien, die sich in einem Mantelrohr oder dem so genannten Canning befinden. Im Falle der Beschichtungskatalysatoren werden die Katalysatorträgerkörper mit hochoberflächigen porösen katalytisch aktiven Metalloxiden beschichtet, die mittels eines so genannten ”washcoat”, d. h. mittels einer Aufschlemmung oder Dispersion der Metalloxide, zumeist in Pulverform in einer Flüssigkeit, auf den Katalysatorträgerkörper aufgebracht werden. Die katalytisch aktive Schicht enthält je nach Anwendungsgebiet oft ein oder mehrere katalytisch aktive Metalle, wie beispielsweise Platin, Palladium, Rhodium, Nickel, Vanadium, Wolfram, usw.
Die vorliegende Erfindung findet Verwendung für Katalysatoren in der Kraftfahrzeugtechnologie. Unter Katalysatoren werden vorliegend sowohl so genannte Dieseloxidationskatalysatoren (DOC), Harnstoff-Hydrolyse-Katalysatoren, SCR-Katalysatoren (Selektive Katalytische Reduktion), Drei-Wege-Katalysatoren oder Dieselpartikelfilter, die Rußpartikel katalytisch oxidieren, verstanden. Beim Kontaktieren des aus dem Motor emittierten Abgases mit dem katalytisch aktiven Material erfolgt die Umsetzung von unerwünschten Bestandteilen des Abgases. Dabei handelt es sich u. a. um Kohlenmonoxid, nicht umgesetzte Kohlenwasserstoffe, Stickoxide (NO_X) oder Rußpartikel.
Katalysatorträgerkörper werden unterschieden in Wandstromfilter und Durchflußfilter. Bei einem Wandstromfilter wird das zu reinigende Abgas durch eine poröse Wand hindurch geleitet, während bei einem so genannten Durchflußfilter das zu reinigende Abgas an der inneren Oberfläche eines Katalysatorträgerkörpers entlang fließt.
Bei einem Wandstromfilter, auch ”geschlossenes System” genannt, wird das Schadstoffe enthaltende Abgas bei der Durchdringung einer porösen Filterwand gefiltert. Handelt es sich bei den Schadstoffen um Rußpartikel, adsorbieren diese an der Oberfläche der Filterwand oder verbleiben mittels Tiefenfiltration im Inneren der Filterwand. Für beide Fälle gilt, daß die Partikel nicht durch einen Siebeffekt aufgenommen werden. Somit müssen die Poren des Filters, durch die das zu reinigende Abgas strömt, nicht kleiner sein als die Rußpartikel. Nichtsdestotrotz ist der Strömungswiderstand bei Wandstromfiltern sehr hoch. Die Differenz der Drücke vor und hinter einem Wandstromfilter ist daher sehr hoch. Anders ausgedrückt könnte man sagen, daß der der Druckabfall groß ist.
Durchflussfilter bestehen hingegen typischerweise aus dünnen Stahlfolien mit einer gezielten Strömungsleittechnik. Dabei gleitet das zu reinigende Abgas entlang der Oberfläche des Filters. Da der zu reinigende Abgasstrom in dem Durchflußfilter keine feinporöse Wand durchdringen muß, ist der Druckabfall des Abgasstroms beim Passieren des Katalysators geringer als bei dem Wandstromfilter.
Es besteht ein grundsätzliches Interesse, die Vorteile von Durchflußfiltern, nämlich einen geringeren Strömungswiderstand und damit einhergehend einen geringeren Druckabfall, mit den Vorteilen von Wandstromfiltern, nämlich eine effektivere Kontaktierung des zu reinigenden Abgasstroms mit der Katalysatoroberfläche bzw. eine bessere Filterwirkung, zu kombinieren.
Aus dem Stand der Technik sind Wandstromfilter aus Metallen bekannt, die eine effektive Kontaktierung des zu reinigenden Abgasstroms mit der Katalysatoroberfläche gewährleisten. Diese Katalysatorträgerkörper bestehen meistens aus einem Metallschaum. So offenbart die EP 1 344 907 A1 eine Vorrichtung zum Entfernen von Kohlenstoffpartikeln aus Abgasen, bei der der Abgasstrom durch eine offenporige und/oder offenzellige Matrix bestehend aus einem Metallschaum mit einer Porosität zwischen etwa 8 und 40 Poren je cm geleitet wird.
Die EP 0 849 444 A2 offenbart ebenfalls einen Partikelfilter für Dieselmotoren, der aus einer dreidimensionalen netzartigen Struktur eines porösen Körpers aus einem hitzebeständigen Metall besteht, wobei der Porendurchmesser, die Dicke, die Materialpackungsdichte oder der Durchmesser des Filters entlang der Strömungsrichtung des Filters variieren.
Eine Partikelfiltervorrichtung mit einem Schaumkörper wird auch in der DE 103 51 882 A1 offenbart. Die Schaumstruktur zeichnet sich insbesondere durch eine erhöhte elektrische Leitfähigkeit aus.
Ferner offenbart die EP 1 400 274 A1 einen gefalteten Drahtmaschenfilter, der einfach gefaltet und dann gewickelt wird. Die Hohlräume für die Adsorption von Partikeln werden durch die Maschen des Drahtgeflechts gebildet.
Alle in den genannten Offenbarungen umfassten Ausführungsformen haben den Nachteil, daß der Druckabfall über den Katalysatorträgerkörper wegen des erhöhten Strömungswiderstandes sehr groß ist.
Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, einen Katalysatorträgerkörper bereitzustellen, bei dem ein für die Reinigung des Abgases effektiver Kontakt mit der katalytisch aktiven Oberfläche erreicht wird und der Druckabfall am Katalysatorträgerkörper möglichst gering ist. Ferner lag der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Katalysatorträgerkörpers bereitzustellen.
Die Aufgabe wird gelöst durch einen Katalysatorträgerkörper, der ein zylindrisches Mantelrohr, zwei als ebene Spiralen ausgeformte Verschlußstücke und einen zylindrischen Schaumkörper bestehend aus einer Schaumplatte aus Metall umfaßt, die einfach gefaltet ist und ausgehend von der gebildeten Faltkante gewickelt ist, so daß zwei durch die Schaumplatte abgetrennte Halbräume vorliegen, wobei der zylindrische Schaumkörper in dem zylindrischen Mantelrohr (104) angeordnet ist und jeder Halbraum (103a, 103b) nur an einer Stirnfläche mit einem Verschlußstück (107) verschlossen ist, wobei jede Stirnfläche nur ein Verschlußstück aufweist.
Diese Anordnung der Bauteile des Katalysatorträgerkörpers zeichnet sich dadurch aus, daß voneinander getrennte Halbräume vorhanden sind, die wechselseitig verschlossen sind. Ein Abgasstrom, der in den Katalysator hinein strömt, tritt in einen und zwar den ersten Halbraum des gewickelten Katalysatorträgerkörpers ein, strömt anschließend durch die Schaumplatte aus einem Metall hindurch, da der erste Halbraum rückseitig mit einem gasundurchlässigen, aus einer ebenen Spirale gebildeten Verschlußstück verschlossen ist, tritt dann in den zweiten Halbraum des gewickelten Katalysatorträgerkörpers ein, der frontseitig mit einem Verschlußstück verschlossen ist, der ebenso die Form einer ebenen Spirale hat, und verlässt dann nach dem Passieren des zweiten Halbraums den Katalysator. Während das Abgas in den ersten Halbraum strömt, fungiert der Schaumkörper als Durchflußfilter, d. h. das Abgas strömt zunächst parallel zur katalytisch aktiven Oberfläche der zum Schaumkörper einfach gefalteten und gewickelten Schaumplatte. Dabei werden Schadstoffe katalytisch umgesetzt oder Rußpartikel adsorbieren an der Oberfläche der Schaumplatte. Anschließend durchdringt der Abgasstrom die Schaumplatte, dabei wirkt der Katalysatorträgerkörper analog einem Wandstromfilter, d. h. das Abgas passiert die poröse Schaumplatte. Dabei werden Schadstoffe katalytisch an der inneren Oberfläche der Schaumplatte umgesetzt, bzw. Rußpartikel adsorbieren an der inneren Oberfläche der porösen Schaumplatte. Anschließend strömt das Abgas in den zweiten Halbraum parallel zur Oberfläche der Schaumplatte, wobei der Katalysatorträgerkörper dabei wieder analog einem Durchflußfilter wirkt.
Der erfindungsgemäße Katalysatorträgerkörper ermöglicht einen effektiven Kontakt des zu reinigenden Abgases, wobei der Druckabfall gemessen zwischen Gaseinlass und Gasauslass des Katalysators sehr gering ist.
Schäume aus Metall so wie vorliegend verwendet, sind beispielsweise aus der DE-A-102004014076 bekannt, auf die hier vollumfänglich Bezug genommen wird. Es können jedoch auch andere Metallschäume als Träger verwendet werden. Der Begriff ”Metallschaum” bedeutet also ein Schaummaterial aus einem beliebigen Metall oder aus einer beliebigen Legierung von Metallen, die ggf. weitere Zuschlagsstoffe wie Carbide usw. enthalten können.
Die Metallschäume weisen eine Vielzahl von Poren auf, die untereinander verbunden sind, so daß ein Gas durch das Schaummaterial hindurch geleitet werden kann.
Die Schäume können beispielsweise aus Eisen/Chrom/Nickel-Legierungen oder aus Eisen/Chrom/Nickel/Aluminium-Legierungen bestehen. Diese Legierungen verfügen über ein gutes Verhältnis zwischen den Parametern Festigkeit, Sprödigkeit und Biegsamkeit.
Die Herstellung derartiger Metallschäume geschieht beispielsweise, indem Metallpulver mit einem Metallhydrid vermischt wird, die dann durch Heißpressen oder Strangpressen zu einem Formmaterial verdichtet werden.
Dieses Formmaterial wird dann auf eine Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes des Metalls erhitzt, wobei durch das Hydrid Wasserstoff freigesetzt wird, wodurch das Gemenge aufgeschäumt wird.
Weitere Möglichkeiten zur Herstellung von Metallschäumen sind in der oben erwähnten Patentanmeldung beschrieben.
Es kann z. B. ein Gas in eine Metallschmelze eingeblasen werden, die zuvor durch Zugabe fester Bestandteile schäumbar gemacht wurde. Bei Aluminium-Legierungen wird zur Stabilisierung typischerweise 10 bis 20 Vol.% Siliziumcarbid oder Aluminiumoxid zugegeben.
In einer bevorzugten Ausführungsform weisen die Poren in den Schaumplatten eine mittlere Größe von 450 bis 2500 μm, bevorzugter 800 bis 1200 μm auf. Bei dieser mittleren Porengröße kommt es zu einem effektiven Kontakt zwischen Abgas und katalytisch aktiver Oberfläche, wobei die Poren nicht zu klein sind, so daß der Strömungswiderstand gering gehalten wird.
Die Schaumplatten des erfindungsgemäßen Katalysatorträgerkörpers weist eine Dichte von 0,1 bis 0,9 g/m³ auf. Bei dieser Dichte handelt es sich um die Raumdichte des Metallschaums, d. h. es wird der Quotient aus der Masse der Schaumplatte und ihr äußeres Volumen bestimmt, das sich aus den äußeren Abmessungen des Metallschaums ergibt. Diese Dichte umfaßt daher eine durchschnittliche Dichte des Metalls und der porösen Zwischenräume in dem Metallschaum.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beträgt die Stärke der Schaumplatte des Katalysatorträgerkörpers zwischen 0,1 und 5 mm, bevorzugter 0,5 und 3 mm und noch bevorzugter 1 bis 2 mm. Schaumplatten in dieser Stärke lassen sich verfahrenstechnisch am vorteilhaftesten bearbeiten.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Schaumplatte des Katalysatorträgerkörpers beschichtet. Die Beschichtungen umfassen je nach Anwendungsgebiet ein katalytisch aktives Metall wie beispielsweise Platin, Palladium, Rhodium, Nickel, Vanadium, Wolfram usw. sowie hochoberflächige poröse Metalloxide, die mittels eines so genannten ”Washcoats”, einer Aufschlämmung oder Dispersion in einer fluiden Phase, auf den Träger aufgebracht werden können.
Der erfindungsgemäße Katalysatorträgerkörper findet somit Verwendung für Vollkatalysatoren als auch für Beschichtungskatalysatoren.
Die beiden Halbräume entstehen durch das einfache Falten der Schaumplatte und das anschließende Wickeln der einfach gefalteten Schaumplatte ausgehend von der entstandenen Faltkante. Genau genommen sind die Halbräume erst nach dem Anordnen der Schaumplatte in dem zylindrischen Mantelrohr nur noch an den beiden Stirnflächen des zylinderförmigen Körpers offen. Die Halbräume werden durch die eine Schaumplatte und an der Außenfläche des Schaumkörpers durch das Mantelrohr begrenzt.
Gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform sind die gewickelten Lagen der Schaumplatte so beabstandet, daß der durch die Schaumplatte begrenzte Halbraum ein Innenmaß von Schaumplatte zu Schaumplatte von 0,5 bis 10 mm, bevorzugt von 1 bis 5 mm, hat. Halbräume dieser Dicke, d. h. Halbräume, bei denen die Wicklungen der Schaumplatte den oben genannten Abstand aufweisen, haben sich als besonders vorteilhaft erwiesen. Wenn die Halbräume ein Innenmaß von kleiner 0,5 mm haben, steigt der Abgasdruck vor dem Katalysatorträgerkörper an. Katalysatorträgerkörper, bei denen die Halbräume ein Innenmaß von mehr als 10 mm haben, zeichnen sich durch zu geringe Kontaktzeiten des zu reinigenden Abgases aus.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines Katalysatorträgerkörpers wie vorstehend beschrieben, in dem

a) eine Schaumplatte aus einem Metall einfach gefaltet wird,
b) die einfach gefaltete Schaumplatte ausgehend von der gebildeten Faltkante gewickelt wird, so daß sich die nach dem Falten entstandene Faltkante nahe dem Zentrum des entstehenden Schaumkörpers befindet, und nach dem Wickeln zwei durch die Schaumplatte begrenzte Halbräume entstehen,
c) die einfach gefaltete und gewickelte Schaumplatte in ein zylindrisches Mantelrohr eingeführt und in dem Mantelrohr fixiert wird,
d) an den beiden Stirnflächen der Halbräume jeweils ein als ebene Spirale ausgeformtes Verschlußstück angeordnet wird, so daß die Halbräume wechselseitig verschlossen sind.

Wie oben bereits erläutert entstehen die zwei getrennten Halbräume dadurch, daß die Schaumplatte einfach (im Sinne von einmal) gefaltet wird und die anschließend zum Schaumkörper gewickelte Schaumplatte in ein Mantelrohr eingeführt wird. Die Halbräume sind nach diesen Verfahrensschritten lediglich noch an den Stirnflächen des entstandenen zylindrischen Körpers offen. Indem jeweils ein Verschlußstück in Form einer ebenen Spirale je einen Halbraum verschließt, ergeben sich zwei einseitig offene Halbräume. Gegebenenfalls deckt die ebene Spirale jeweils einen Halbraum und die Stirnfläche der Schaumplatte ab.
Um zu gewährleisten, daß die Schaumplatte beim Wickeln tatsächlich einen Abstand zu einer weiter innen liegenden Wicklung der Schaumplatte einhält, so daß Halbräume entstehen, kann in einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens in Schritt b) die gefaltete Schaumplatte zusammen mit einem Abstandhalter gewickelt werden, der die jeweiligen Lagen der Schaumplatte beim Wickeln beabstandet. Das Problem beim Wickeln ohne Verwendung eines Abstandhalters kann sein, daß die gewickelten Schaumlagen sich mit ihren Oberflächen kontaktieren und kein Halbraum in der Schaumwicklung entsteht. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann der Abstandhalter nach Schritt b) aus der gewickelten Schaumplatte entfernt werden. Als Abstandhalter kann beispielsweise eine Welllage verwendet werden, die zusammen mit der einfach gefalteten Schaumplatte eingewickelt wird.
Vorteilhafterweise ist der Abstandhalter so gestaltet, daß der Abstand der die Halbräume begrenzenden Schaumplatten zwischen 0,5 und 10 mm, bevorzugter zwischen 1 und 5 mm liegt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird die Schaumplatte vor Schritt a) perforiert. Durch die Perforation wird die Schaumplatte durchlässiger und der Strömungswiderstand, den der Abgasstrom überwinden muß, sinkt.
Gegebenenfalls wird der Schaumkörper beschichtet. Dies kann ggf. mit Hilfe eines Tauchverfahrens oder durch Besprühen in eine bzw. mit einer Washcoat-Suspension nach Schritt b) oder Schritt c) durchgeführt werden. Der mit der Washcoat-Suspension beschichtete Katalysatorträgerkörper muß anschließend getrocknet und kalziniert werden.
Ferner lag der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Katalysatorträger bereitzustellen, bei dem ein für die Reinigung des Abgases effektiver Kontakt mit der katalytisch aktiven Oberfläche des Katalysators erreicht wird, wobei der Druckabfall im Katalysator möglichst gering ist, und der Katalysator einen etwa rechteckigen Querschnitt hat, um eine Raumgestaltung des Katalysators am Kraftfahrzeug zu ermöglichen, die typgerechten Einbauerfordernissen Rechnung trägt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Katalysatorträgerkörper, der eine Schaumplatte aus einem Metall und ein Mantelrohr mit etwa rechteckigem Querschnitt umfasst, wobei die Schaumplatte eine Faltblattstruktur hat und die Schaumplatte senkrecht zur Strömungsrichtung in dem Mantelrohr angeordnet ist.
Mit rechteckigem Querschnitt ist gemeint, daß die Fläche, die der Abgasstrom senkrecht durchströmt rechteckig ist, wobei „in etwa” meint, daß die Kanten des Rechtecks abgerundet sein können und die Wände des Mantelrohres nicht exakt im 90° Winkel aufeinanderstoßen müssen.
Eine Faltblattstruktur entsteht, wenn eine Schaumplatte in wiederkehrenden Abständen an parallel liegenden Biegekanten abwechselnd im Uhrzeigersinn und gegen den Uhrzeigersinn gefaltet wird. Dabei entstehen Knicke mit einem bestimmten Winkel. In der Seitenansicht ergibt sich ein Zick-Zack-Muster. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform dieser Variante des Katalysatorträgerkörpers haben die Biegekanten einen Abstand von 1 bis 15 cm und der Winkel liegt zwischen 20 und 70°. Dadurch ergeben sich Taschen, in denen sich im Fall der Verwendung des Katalysatorträgerkörpers als Partikelfilter Ruß ablagern kann.
Im Katalysator werden die Schaumplatten senkrecht zu den Biegekanten durch das zu reinigende Abgas angeströmt. Aufgrund der Faltblattstruktur der Schaumplatten werden in gewisser Weise Wandstromfilter und Durchflußfilter kombiniert. Im Betrieb des Katalysators strömt das zu reinigende Abgas zunächst entlang der Oberfläche der Schaumplatte, bevor es durch die Schaumplatte hindurchtritt. Somit können wiederum die Vorteile von Wandstromfiltern und Durchflußfiltern kombiniert werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform liegt die mittlere Porengröße bei den Schaumplatten bei 450 bis 2500 μm, bevorzugt 800 bis 1200 μm. Die Schaumplatten haben eine Dichte von 0,1 bis 0,9 g/cm³. Die Dichte wird wie oben beschrieben bestimmt. Die Stärke der Schaumplatte liegt im Bereich zwischen 0,1 und 5 mm, bevorzugter 0,5 und 3 mm, noch bevorzugter 1 und 2 mm. Schaumplatten mit diesen Merkmalen haben sich hinsichtlich Druckabfall und effektiver Reinigung als besonders vorteilhaft erwiesen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Schaumplatte beschichtet. Auch diese Ausführungsform der Erfindung eignet sich sowohl für Vollkatalysatorträger als auch für Beschichtungskatalysatoren.
Diese Katalysatorträgerkörper mit Schaumplatten in Faltblattstruktur haben den Vorteil, daß verschiedene Schaumplatten in dem Mantelrohr hintereinander angeordnet werden können. So können zwei Schaumplatten in Strömungsrichtung hintereinander angeordnet werden, die unterschiedliche mittlere Porengrößen aufweisen oder mit unterschiedlichen Beschichtungen versehen sind.
Schaumplatten in Faltblattstruktur können vorteilhafterweise z. B. durch Wellbiegen hergestellt werden. Im Fall von Beschichtungskatalysatoren werden die Schaumplatten in Faltblatt nach dem Biegen mit einer Washcoat-Suspension beschichtet, anschließend getrocknet und kalziniert, bevor sie in dem Mantelrohr angeordnet werden.
Die Erfindung ist weiter anhand der nachstehenden Abbildung und der nachfolgenden Beschreibung erläutert, ohne daß diese als einschränkend verstanden werden sollen.
1 und 2 zeigen einen erfindungsgemäßen Katalysatorträgerkörper.
In 1 ist ein Katalysatorträgerkörper 100 gezeigt. Dieser besteht aus einer Schaumplatte 101, die einfach gefaltet ist, so daß eine Faltkante 102 entsteht. Diese befindet sich erfindungsgemäß nahe dem Zentrum des gewickelten Schaumkörpers. Indem die einfach gefaltete Schaumplatte 101 gewickelt wird, entstehen die beiden Halbräume 103a und 103b. Die einfach gefaltete und gewickelte Schaumplatte ist in einem Mantelrohr 104 angeordnet. Die beiden Halbräume 103a und 103b sind in der Abbildung an ihren Stirnflächen offen. Erfindungsgemäß werden die Halbräume wechselseitig durch spiralförmige Verschlußstücke 107 abgedeckt. 1 deutet durch die gestrichelten Linien das Verschließen des Halbraumes 103b an. Nicht dargestellt ist das Verschließen des Halbraumes 103a mit einem weiteren Verschlußstück 107 an der Rückseite des Katalysatorträgerkörpers 100. Durch das wechselseitige Verschließen der Halbräume entstehen zwei Kammern, die durch die Schaumplatte 101 voneinander getrennt sind. Ein Abgasstrom, der in den ersten Halbraum einströmt, wird gezwungen durch die Schaumplatte 101 hindurchzuströmen, da der erste Halbraum durch das rückseitige Verschlußstück verschlossen ist. Danach strömt das teilweise gereinigte Abgas durch den zweiten Halbraum, und tritt dann aus dem Katalysatorträgerkörper aus. 1 deutet ferner mit den Bezugszeichen 105 und 106 das Innenmaß eines Halbraumes 103a von einer Schaumplattenwicklung zur nächsten bzw. die Stärke der Schaumplatte 101 an.
2 zeigt den Querschnitt eines Katalysatorträgerkörpers 200 mit einer Schaumplatte 201 in Faltblattstruktur, wobei die Schaumplatte 201 in einem Mantelrohr 204 angeordnet ist. Die Pfeile deuten die Strömungsrichtung des zu reinigenden Abgases an. Die Bezugszeichen 202 und 203 deuten den Abstand der Biegekanten bzw. den Winkel der Knicke an. Gemäß der Erfindung können mehrere Schaumplatten in Strömungsrichtung hintereinander angeordnet werden (nicht dargestellt).

Claims

Katalysatorträgerkörper (100) umfassend ein zylindrisches Mantelrohr (104), zwei als ebene Spiralen ausgeformte Verschlußstücke (107) und einen zylindrischen Schaumkörper bestehend aus einer Schaumplatte (101) aus Metall, die einfach gefaltet ist und ausgehend von der gebildeten Faltkante (102) gewickelt ist, so daß zwei durch die Schaumplatte abgetrennte Halbräume (103a, 103b) vorliegen, wobei der zylindrische Schaumkörper in dem zylindrischen Mantelrohr (104) angeordnet ist und jeder Halbraum (103a, 103b) nur an einer Stirnfläche mit einem Verschlußstück (107) verschlossen ist, wobei jede Stirnfläche nur ein Verschlußstück aufweist.
Katalysatorträgerkörper (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaumplatte (101) eine mittlere Porengröße von 450 bis 2500 μm, bevorzugt 800 bis 1200 μm aufweist.
Katalysatorträgerkörper (100) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaumplatte (101) eine Dichte von 0,1 bis 0,9 g/m³ aufweist.
Katalysatorträgerkörper (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaumplatte (101) eine Stärke im Bereich zwischen 0,1 und 5 mm, bevorzugt 0,5 bis 3 mm, noch bevorzugter 1 bis 2 mm, aufweist.
Katalysatorträgerkörper (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Schaumkörper beschichtet ist.
Katalysatorträgerkörper (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die gewickelten Lagen der Schaumplatte (101) beabstandet sind, so daß der durch die Schaumplatte (101) begrenzte Halbraum (103a, 103b) ein Innenmaß von Schaumplatte zu Schaumplatte von 0,5 bis 10 mm, bevorzugt von 1 bis 5 mm, hat.
Katalysatorträgerkörper (200) umfassend eine Schaumplatte (201) aus einem Metall und ein Mantelrohr (204) mit etwa rechteckigem Querschnitt, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaumplatte (201) eine Faltblattstruktur aufweist und die Schaumplatte (201) senkrecht zur Strömungsrichtung in dem Mantelrohr (204) angeordnet ist.
Katalysatorträgerkörper (200) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaumplatte (201) eine mittlere Porengröße von 450 bis 2500 μ m, bevorzugt 800 bis 1200 μm, aufweist.
Katalysatorträgerkörper (200) nach Anspruch 7 oder Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaumplatte (201) eine Dichte von 0,1 bis 0,9 g/m³ aufweist.
Katalysatorträgerkörper (200) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaumplatte (201) eine Stärke im Bereich zwischen 0,1 und 5 mm, bevorzugt 0,5 bis 3 mm, am meisten bevorzugt 1 bis 2 mm aufweist.
Katalysatorträgerkörper (200) nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaumplatte (201) beschichtet ist.
Katalysatorträgerkörper (200) nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Schaumplatten mit Faltblattstruktur in Strömungsrichtung hintereinander angeordnet sind, wobei die Schaumplatten verschiedene mittlere Porengrößen aufweisen.
Verfahren zur Herstellung eines Katalysatorträgerkörpers gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, in dem a) eine Schaumplatte aus einem Metall einfach gefaltet wird, b) die einfach gefaltete Schaumplatte ausgehend von der gebildeten Faltkante gewickelt wird, so daß sich die nach dem Falten entstandene Faltkante nahe dem Zentrum des entstandenen Schaumkörpers befindet, und nach dem Wickeln zwei durch die Schaumplatte begrenzte Halbräume entstehen, c) die einfach gefaltete und gewickelte Schaumplatte in ein zylindrisches Mantelrohr eingeführt und in dem Mantelrohr fixiert wird, d) an den beiden Stirnflächen der Halbräume jeweils ein als ebene Spirale ausgeformtes Verschlußstück angeordnet wird, so daß die Halbräume wechselseitig verschlossen sind.
Verfahren zur Herstellung eines Katalysatorträgerkörpers nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß in Schritt b) die einfach gefaltete Schaumplatte zusammen mit einem Abstandhalter gewickelt wird, der die Lagen der Schaumplatte beim Wickeln beabstandet.
Verfahren zur Herstellung eines Katalysatorträgerkörpers nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstandhalter nach Schritt b) von der Schaumplatte entfernt wird.
Verfahren zur Herstellung eines Katalysatorträgerkörpers nach Anspruch 14 oder Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstandhalter eine Welllage ist.
Verfahren zur Herstellung eines Katalysatorträgerkörpers nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die gewickelten Lagen der Schaumplatte beabstandet werden, so daß der durch die Schaumplatte begrenzte Halbraum ein Innenmaß von 0,5 bis 10 mm, bevorzugter von 1 bis 5 mm hat.
Verfahren zur Herstellung eines Katalysatorträgerkörpers nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaumplatte vor Schritt a) perforiert wird.
Verfahren zur Herstellung eines Katalysatorträgerkörpers nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaumplatte nach Schritt b) oder nach Schritt c) beschichtet wird.