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Ein Verfahren zur Herstellung eines katalytischen
Konverters zur Abgasreinigung gemäß dem ersten Teil des
Anspruchs 1 ist aus WO 89/10470 bekannt. Ein Katalysatorträger
mit einer streifenförmigen Wabenstruktur wird in Abständen
zerquetscht oder zerdrückt, um das Biegen des
Streifenmaterials zu einer mäander- oder zickzackförmigen Anordnung mit
einer Gesamtform, die in das jeweilige Konvertergehäuse paßt,
zu vereinfachen.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein
Verfahren zu schaffen, das die einfache Herstellung einer
kompakten Katalysatoranordnung bei hoher Genauigkeit der äußeren
Gesamt form ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird durch das Verfahren gemäß Anspruch 1
gelöst.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden
bezüglich der Zeichnungen beschrieben; darin zeigt
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Fig. 1 eine schematische Darstellung, in der der äußere
Aufbau eines katalytischen Konverters zur Abgasreinigung
dargestellt ist,
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Fig. 2 eine Darstellung eines Querschnitts entlang der
Linien II-II in Fig. 1;
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Fig. 3 eine vergrößerte Querschnittsdarstellung eines
Elektrodenabschnitts aus Fig. 2;
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die Figuren 4 bis 6 Diagramme, in denen das
Herstellverfahren für einen Faltungsabschnitt einer Katalysatoreinheit
dargestellt ist;
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Fig. 7 eine perspektivische Darstellung, in der ein
Aufbau eines zweiten Ausführungsbeispiels der vorliegenden
Erfindung dargestellt ist;
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Fig. 8 eine perspektivische Darstellung, in der ein
Aufbau eines dritten Ausführungsbeispiels der vorliegenden
Erfindung dargestellt ist;
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Fig. 9 eine Schnittansicht, in der ein viertes
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dargestellt ist;
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Fig. 10 eine Darstellung eines vergrößerten Querschnitts
eines Elektrodenabschnitts gemäß dem vierten
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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Fig. 11 eine weitere Querschnittsdarstellung des vierten
Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung, und
die Figuren 12 bis 14 Diagramme, in denen ein
Herstellverfahren eines gefalteten Abschnitts einer
Katalysatoreinheit gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung dargestellt ist.
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Nachfolgend werden die bevorzugten Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung detailliert anhand der Zeichnung
beschrieben.
Ausführungsbeispiel 1
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Anhand der Figuren 1 bis 6 wird ein erstes
Ausführungsbeispiel beschrieben.
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Wie in diesen Figuren dargestellt, ist ein katalytischer
Hilfskonverter 13 in einer Bodenrinne 12 untergebracht, die
im Mittelabschnitt einer einen Teil einer Fahrzeugkarosserie
bildenden Bodentafel 11 ausgebildet ist. Er weist ein Gehäuse
14 mit rechts und links geteiltem Aufbau auf, wobei die
beiden Teile schließlich nahtgeschweißt sind. An beiden Enden
des Gehäuses 14 sind Verbindungsflansche 15 ausgebildet, die
an die Ausgangsseite eines mit einer Verbrennungskammer eines
Motors verbundenen Auspuffkrümmers angeschlossen sind,
während ein Verbindungsflansch 16 an die Ausgangsseite eines
Auspuffrohrs angeschlossen ist, in dem ein katalytischer
Hauptkonverter angeordnet ist.
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In dem aus SUS 410 oder dergleichen bestehenden Gehäuse
14 sind untergebracht: eine Katalysatorgruppe U, die aus
mehreren in Breitenrichtung (Rechts-Links-Richtung in Fig. 2)
der Fahrzeugkarosserie in festen Abständen angeordneten
Katalysatoreinheiten 17 besteht; ein Stützelement 18, das
zwischen der Katalysatorgruppe U und dem Gehäuse 14 angeordnet
ist; und ein Abstandshalter 19, der in Matrixrichtung
zwischen
den benachbarten Katalysatoreinheiten 17 angeordnet
ist.
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Die unter Verwendung einer (nicht dargestellten)
Wellmaschine oder dergleichen hergestellte Katalysatoreinheit 17
weist eine Anordnung auf, bei der mehrere ebene
Plattenelemente 20 und gewellte Plattenelemente 21 abwechselnd
aufeinander schichtweise sind, so eine Vielzahl von
Reaktionskanälen 22 entsteht. Dieses ebenen und das gewellten
Plattenelemente 20, 21 bilden einen Träger, wobei jedes Element aus
einer hitzebeständigen Eisen-Chrom-Aluminium-Legierung mit
einer Dicke von 40 bis 50 µm besteht und die
aneinanderstoßenden Abschnitte mittels eines Nickel-Chrom-Hartlötmaterials zu
einer Einheit verbunden sind. Weiterhin befindet sich auf den
Oberflächen der den Träger bildenden ebenen und gewellten
Plattenelemente 20, 21 ein (nicht dargestelltes)
Oxidationskatalysatormaterial wie Platin oder Palladium. Bei diesem
Aufbau wird die Oxidationsreaktion für den nicht-verbrannte
Komponenten, etwa schädliche Kohlenwasserstoffe, in dem von
der Verbrennungskammer 7 des Motors 6 abgegebenen Abgas
während der Zeit, während der das Abgas die Reaktionskanäle 22
durchströmt, durch das Oxidationskatalysatormaterial
aktiviert, so daß das Abgas unschädlich gemacht wird.
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In diesem Ausführungsbeispiel wird das Material für die
Katalysatoreinheiten 17 in Form eines zusammenhängenden
Streifens unter Verwendung einer Wellmaschine oder
dergleichen gebildet und für die jeweils vorgegebene Länge in
Zickzackform gefaltet, so daß die Katalysatorgruppe U gebildet
wird, indem das Material für die Katalysatoreinheiten 17 in
mehreren Stufen angeordnet wird. Weiterhin bildet der
genannte gefaltete Abschnitt 23 eine die Einheiten verbindende
Einrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
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Das genannte Stützelement 18, das erfindungsgemäß als
isolierende Stützschicht dient, besteht aus anorganischem
Dämpfungsmaterial, das sowohl thermische als auch
elektrischen Isolationseigenschaften hat, etwa dem von 3M Co., Ltd.
(USA) vertriebenen "Interam/mat", um die Katalysatorgruppe U
im Gehäuse 14 stabil zu halten.
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Der genannte zwischen den benachbarten
Katalysatoreinheiten 17 angeordnete Abstandshalter 19, ist weiterhin dafür
vorgesehen, die Katalysatoreinheiten 17 in einem angegebenen
Abstand zu halten und elektrischen Kurzschluß zwischen ihnen
zu verhindern, durchsetzt aber den gefalteten Abschnitt 23
nicht, und ist aus Cordierit oder dergleichen hergestellt,
wie es als elektrisch isolierender Keramik-Katalysatorträger
verwendet wird. Der Abstandshalter 19 in diesem
Ausführungsbeispiel ist zwischen den benachbarten Katalysatoreinheiten
17 über dem gesamten Bereich in Höhenrichtung angeordnet. Er
kann jedoch auch nur zwischen den oberen und unteren
Endabschnitten der Katalysatoreinheiten 17 angeordnet sein, und
die übrigen Zwischenräume können als Reaktionskanäle
verwendet werden.
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An der rechten und der linken Seite des unteren
Endabschnitts des Gehäuses 14 ragen zwei Elektroden 27 hervor, die
das Stützelement 18 und das Gehäuse 14 durchsetzen. Der zum
Reaktionskanal 22 parallel verlaufende Mittelabschnitt eines
Elektroden-Verbindungsstabs 28 ist mit dem Sockelende jeder
Elektrode 27 einstückig verbunden. An dem
Elektroden-Verbindungsstab 28 ist in dessen Längsrichtung eine Verbindungsnut
29 ausgebildet. Jeder der Verbindungsabschnitte 30, die
jeweils durch Pressen an den unteren Endabschnitten der an der
rechten und linken Seite des Gehäuses 14 positionierten
Katalysatoreinheiten 17 ausgebildet sind, wird in die
Verbindungsnut 29 eingefügt, die über das (nicht dargestellte)
Hartlötmaterial einstückig mit dem Elektroden-Verbindungsstab
28 verbunden ist.
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Eine Gegenmutter 33 ist in eine Hohlschraube 31
eingeschraubt, durch die die Elektrode 27 verläuft, um am Gehäuse
14 über eine Unterlegscheibe 32 befestigt zu werden. Die
Elektrode 27, die Hohlschraube 31 und die Gegenmutter 33
werden an der Schweißstelle 34 miteinander nahtverschweißt, um
das Innere des Gehäuses 14 hierdurch sicher abzudichten. Die
Elektrode 27, der Elektroden-Verbindungsstab 28, die
Hohlschraube 31, die Unterlegscheibe 32 und die Gegenmutter 33
sind aus Nickel oder dergleichen mit einer ausgezeichneten
Wärmebeständigkeit hergestellt. Um ein
Elektrodendurchgangsloch 35 des Gehäuses 14 herum, das die Hohlschraube 31
durchsetzt, sind zwei Dichtscheiben 36 und ein aus künstlichen
Glimmer, Keramik oder dergleichen hergestellter
Isolationsring 37 zwischenstehend angeordnet. Anders ausgedrückt werden
die innere und die äußere Seite des Gehäuses 14 durch die
Hohlschraube 31 und die Gegenmutter 33 über die Dichtscheiben
36 und den elektrisch isolierenden Isolationsring 37
gehalten, so daß die Elektrode 27 am Gehäuse 14 befestigt ist.
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Weiterhin ist an der Vorderkante der Elektrode 27 ein an
eine Stromversorgung angeschlossener Anschluß 39 an zwei mit
Flanschen versehenen Muttern 38 befestigt, die in die
Elektrode 27 eingeschraubt sind. Weiterhin ist auf der
stromabwärtigen Seite des Gehäuses 14 ein Temperaturfühler 40
vorgesehen, wobei ein Thermoelement oder etwas ähnliches zum
Erfassen der Temperatur der Katalysatoreinheiten 17 verwendet
wird.
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Es ist, wie vorausgehend beschrieben wurde, möglich, die
Länge des Stromwegs des Trägers des katalytischen
Hilfskonverters 13 beträchtlich zu erhöhen und die
Versorgungsspannung für den katalytischen Hilfskonverter 13 zu erhöhen.
Hierdürch ist es möglich, den katalytischen Hilfskonverter 13
für kurze Zeit zu aktivieren.
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Weiterhin sind die Katalysatoreinheiten 17 gemäß diesem
Ausführungsbeispiel entlang der Breitenrichtung der
Fahrzeugkarosserie angeordnet; jedoch können die in der senkrechten
Richtung der Fahrzeugkarosserie angeordneten
Katalysatoreinheiten 17 weiterhin entlang der Strömungsrichtung des Abgases
in Reihe miteinander verbunden sein.
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Beim katalytischen Konverter zur Abgasreinigung gemäß
diesem Ausführungsbeispiel ist es durch Anordnen der ebenen
Katalysatoreinheiten im übereinandergeschichteten Zustand
möglich, eine Vergrößerung des katalytischen Konverters zu
vermeiden.
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Weiterhin sind beide Endabschnitte dieser
Katalysatoreinheiten abwechselnd über die die Einheiten verbindende
Einrichtung so miteinander verbunden, daß ein Strom auf einem
Zickzackkurs fließen kann. Hierdurch wird der Stromweg des
Trägers vergrößert, wodurch die absolute Wärmeerzeugung
vergrößert wird. Es ist daher durch Erhöhen der
Versorgungsspannung für den katalytischen Konverter möglich, den Katalysator
für eine kurze Zeit zu aktivieren, ohne die
Leistungsfähigkeit der Stromversorgung zu erhöhen.
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Nachfolgend wird ein Verfahren zur Herstellung einer
Katalysatorgruppe U gemäß eines zweiten Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung anhand der Figuren 4 bis 6
beschrieben.
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Wie in den Figuren 4 bis 6 dargestellt ist, die das
Verfahren zur Herstellung der Katalysatorgruppe U gemäß der
vorliegenden Erfindung zeigen, wird ein jeder gefaltete
Abschnitt 23 aus einem plattenartigen Material für die
Katalysatoreinheiten 17 zwischen einem Stempel 24 und einem
Stanzwerkzeug 25 zerdrückt (s. Fig. 4); ein Kernstab 26 wird mit
dem plastisch verformten gefalteten Abschnitt 23 auf der
Seite des Stempels 24 zur Berührung gebracht (s. Fig. 5); die
Vorderkantenseite des Materials für die Katalysatoreinheiten
17 wird entlang des Kernstabs 26 bezüglich diesem um 180º
gefaltet (s. Fig. 8); und der Kernstab 26 wird zurückgezogen,
um auf diese Weise den gefalteten Abschnitt 23 zu bilden.
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Weiterhin ist es unter der Annahme, daß das Verhältnis
des Umfangs eines Kreises zu seinem Durchmesser π ist und der
Radius des Kernstabs 26 "r" ist, vorzuziehen, daß das
zulässige Maß W für das Zerdrücken des Materials für die
Katalysatoreinheiten 17 durch das Stanzwerkzeug 25 wenigstens auf π x
r festgelegt ist und daß der Radius "r" des Kernstabs 26 auf
wenigstens 0,5 mm festgelegt ist (insbesondere beträgt die
Dicke des Abstandhalters 19 wenigstens 1 mm). Weiterhin kann
der Kernstab 26 unverändert mit dem gefalteten Abschnitt 23
des Materials für die Katalysatoreinheiten 17 einstückig
verbunden werden.
Ausführungsbeispiel 2
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Nachfolgend wird eine zweites Ausführungsbeispiel anhand
von Fig. 7 beschrieben.
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Zunächst wird eine Katalysatorgruppe U&sub2; hergestellt, die
gegenüber der im ersten Ausführungsbeispiel beschriebenen
Katalysatorgruppe U&sub1; um 90º gedreht ist. Die Katalysatoreinheit
17 an einem Ende der Katalysatorgruppe U&sub1; ist über einen die
Einheiten verbindenden langen Stab 41, der im wesentlichen
den gleichen Aufbau hat wie der oben beschriebene Elektroden-
Verbindungsstab 28, in Reihe mit der Katalysatoreinheit 17 an
einem Ende der Katalysatorgruppe U&sub2; verbunden. Andererseits
ist die Katalysatoreinheit 17 am anderen Ende der
Katalysatorgruppe U&sub1; jeweils durch einen Elektroden-Verbindungsstab
28, der die vorstehende Elektrode 27 aufweist, mit der
Katalysatoreinheit 17 der Katalysatorgruppe U&sub2; verbunden.
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In diesem Fall wird die Stromweglänge des Trägers durch
Bildung eines Zwischenraums zwischen den Katalysatorgruppen
U&sub1; und U&sub2; doppelt so groß wie beim ersten
Ausführungsbeispiel, wodurch die Versorgungsspannung für den katalytischen
Konverter weiter erhöht wird. Dadurch wird es möglich, die
Menge an erzeugter Wärme des katalytischen Konverters weiter
zu erhöhen, ohne die Leistungsfähigkeit der Stromversorgung 5
zu erhöhen.
Ausführungsbeispiel 3
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In Fig. 8 ist eine drittes Ausführungsbeispiel
dargestellt.
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Bei dem in Fig. 7 dargestellten zweiten
Ausführungsbeispiel sind die Katalysatorgruppen U&sub1; und U&sub2; durch den die
Einheiten verbindenden Stab 41 miteinander verbunden.
Andererseits sind die die Einheiten verbindenden Stäbe 43, die
einstückig mit aus dem Gehäuse 14 herausragenden Anschlüssen
42 gebildet sind, beim Ausführungsbeispiel 3 an der
Katalysatorgruppe U&sub1; bzw. U&sub2; befestigt, wobei Fig. 8 das Teil der
Katalysatoreinheit eines katalytischen Konverters in zerlegter
Darstellung zeigt. Die Anschlüsse 42 können durch ein
Verbindungsstück 44 außerhalb des Gehäuses 14 elektrisch
miteinander verbunden sein. Weiterhin sind in diesen Figuren Teile,
die denen aus dem in Fig. 1 bis 3 dargestellten ersten
Ausführungsbeispiel
entsprechen, mit den gleichen Bezugszeichen
bezeichnet.
Ausführungsbeispiel 4
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Nachfolgend wird eine viertes Ausführungsbeispiel
beschrieben, bei dem das Gehäuse 14 eine kreisförmige oder
polygonale Querschnittsform aufweist, wie in den Figuren 9 bis
11 dargestellt ist.
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Das Gehäuse 14 umfaßt in diesem Ausführungsbeispiel
einen kreisförmigen Abschnitt zum Aufnehmen der
Katalysatoreinheiten 17 sowie zwei konische Abschnitte, die jeweils mit den
Verbindungsflanschen 15 und 16 verbunden sind. In diesem
Gehäuse 14 sind mehrere Katalysatoreinheiten 17 untergebracht,
die in festen Abständen in Breitenrichtung der
Fahrzeugkarosserie (Rechts-Links-Richtung in Fig. 2) angeordnet sind,
wobei die Stützelemente 18 zwischen den Katalysatoreinheiten 17
und dem Gehäuse 14 angeordnet und die plattenartigen
Abstandshalter 19 jeweils zwischen den benachbarten
Katalysatoreinheiten 17 in Matrixrichtung angeordnet sind.
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Dadurch, daß das Gehäuse 14 mit einer kreisförmigen
Querschnittsform versehen wird, läßt sich die haltende Kraft
für die im Gehäuse 14 untergebrachten Katalysatoreinheiten 17
usw. gleichmäßig verteilen und die Gefahr, daß die
Katalysatoreinheiten 17 durch ungleichmäßige Belastung beschädigt
werden, indem minimieren.
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Die Teile, die im wesentlichen denen aus dem ersten
Ausführungsbeispiel entsprechen, sind mit den gleichen
Bezugszeichen bezeichnet, und auf ihre Erklärung wird verzichtet.
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Weiterhin ist in Fig. 11 ein Gehäuse 14 mit hexagonaler
Querschnittsform dargestellt.
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Wie in dieser Figur dargestellt, sind die oberen und
unteren Endabschnitte einer rechten und einer linken Hälfte des
Gehäuses 14, die jeweils eine Trapezform aufweisen,
miteinander nahtverschweißt, so daß das Gehäuse 14 als hexagonaler
Zylinder gebildet wird, bei dem die Katalysatoreinheiten 17
usw. entsprechend der Form der inneren Umfangswand des
Gehäuses 17 dicht untergebracht sind. Dabei ist es vorteilhaft,
jeden gefalteten Abschnitt 23 parallel zur inneren
Umfangswand des Gehäuses 14 auszubilden. Weiterhin ist das
streifenartige Material für die Katalysatoreinheiten 17 ebenso wie im
ersten Ausführungsbeispiel derart zickzackförmig gefaltet,
daß der plattenartige Kernstab an jedem gefalteten Abschnitt
23 befestigt ist.
Ausführungsbeispiel 5
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Nachfolgend wird ein fünftes Ausführungsbeispiel anhand
der Figuren 12 bis 14 beschrieben.
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Das fünfte Ausführungsbeispiel betrifft ein Verfahren
zur Herstellung der Katalysatorgruppe U, die gemäß dem
vierten Ausführungsbeispiel kreisförmig oder polygonal gestaltet
und in dem Gehäuse 14 unterzubringen ist.
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Alle gefalteten Abschnitte 23 aus streifenartigem
Material für die Katalysatoreinheiten 17 werden zwischen einem
Stempel 24 und einem Stanzwerkzeug 25 zerdrückt (s. Fig. 12);
mit dem plastisch verformten gefalteten Abschnitt 23 auf der
Seite des Stempels 24 wird ein Kernstab 26 in Berührung
gebracht (s. Fig. 13); die Vorderkantenseite des Materials für
die Katalysatoreinheiten 17 wird längs dem Kernstab 26
bezüglich diesem um 180º gefaltet (s. Fig. 14), und der Kernstab
26 wird entfernt, um auf diese Weise den gefalteten Abschnitt
23 zu bilden.
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Die äußere Umfangsfläche (in Fig. 13 die rechte
Seitenfläche) des an den gefalteten Abschnitt 23 angrenzenden
Kernstabs 26 weist einen kreisbogenförmigen Querschnitt mit einer
Krümmung auf, die der des Gehäuses 14 entspricht, wobei der
Neigungswinkel des Kernstabs 26 bezüglich des Materials für
die Katalysatoreinheiten 17 entsprechend der Position des
gefalteten Abschnitts 23 bezüglich des Gehäuses 14 festgelegt
ist. Weiterhin kann der Kernstab 26 des Materials für die
Katalysatoreinheiten 17 wiederum einstückig verbunden werden.
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In diesem Ausführungsbeispiel ist es möglich, jeden
gefalteten Abschnitt 23 parallel zur inneren Umfangswand des
Gehäuses 14 auszubilden.