DE112006000169B4

DE112006000169B4 - Vorrichtung zum Einhüllen von Katalysatoren nach dem Kalibrieren

Info

Publication number: DE112006000169B4
Application number: DE112006000169.8T
Authority: DE
Inventors: Scott M. Martin
Original assignee: Tenneco Automotive Operating Co Inc
Current assignee: Tenneco Automotive Operating Co Inc
Priority date: 2005-01-12
Filing date: 2006-01-12
Publication date: 2014-04-03
Anticipated expiration: 2026-01-13
Also published as: JP4964783B2; GB2436491A; GB0712508D0; WO2006076469A3; CN100584481C; US7451660B2; BRPI0606725A2; WO2006076469A2; KR101214883B1; JP2008527245A; CN101312798A; GB2436491B; KR20070099600A; US20060150382A1; SG133906A1; DE112006000169T5

Abstract

Vorrichtung zum Aufbringen eines gleichmäßigen, radial einwärts gerichteten Drucks auf eine zusammendrückbare Haltematte (102), die einen Träger (104) für ein Abgasnachbehandlungsgerät umgibt, wobei die Vorrichtung aufweist: eine Mehrzahl von Zwischenblöcken (402), die einen für das Aufnehmen der Haltematte (102) und des Trägers (104) angepassten Raum definieren; wobei jeder Zwischenblock (402) mit einer Druck messenden Druckmessdose (404) verbunden ist und radial einwärts gegen die Haltematte (102) beweglich ist und jeder Zwischenblock (402) mittels einer Blattfeder (502) mit einem Stützrahmen verbunden ist.

Description

Hintergrund der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf die Montage eines Katalysators, dessen Katalysatorträger von einer in einem Außenmantel eingeschlossenen Haltematte umgeben wird. Genauer gesagt bezieht sich die Erfindung auf das Einhüllen von Katalysatoren nach dem Kalibrieren, das ein nachgewiesenes Fortbestehen der Gap Bulk Density (Spaltraumdichte) über die gesamte Lebensdauer des Katalysators erlaubt.
Eine bekannte Art eines Katalysators für Abgasanlagen in Kraftfahrzeugen ist in 6 dargestellt. Der Katalysator 1 weist einen an den Enden offenen, rohrförmigen Körper 3 aus Metallblech auf, der innen eine Kammer 5 für einen Katalysatorträger 7 in Form eines wabenartigen Keramikmonolithen mit abgeflachten Enden 9 und einer großen Zahl von mit einer katalytisch wirksamen Schicht versehenen, längs von einem Ende zum anderen verlaufenden Kanälen 11 mit Wabenzellenquerschnitt definiert. Der mittlere Teil des Trägers 7 wird von einer ringförmigen, stoßabsorbierenden, elastischen und isolierenden Haltematte 13 umgeben, die vorzugsweise aus einem gasundurchlässigen Material auf Vermikulitbasis hergestellt ist, das sich beim Erwärmen stark ausdehnt. Die Matte 13 wird bei der Montage auf etwa die Hälfte ihrer anfänglichen Dicke zusammengepresst. Die gegenüberliegenden Endteile 15 des Körpers 3 werden vorzugsweise jeweils in eine teilweise kugelförmige Gestalt geformt oder hohlgestaucht, wie dargestellt, wobei sie mittige Öffnungen mit einem wesentlich kleineren Durchmesser als der Durchmesser des Trägers 7 haben. Die Abgasdurchführungen 17 und 19 haben rohrförmige äußere Enden 21 bzw. 23 zum Befestigen an den Leitungen der Abgasanlage (nicht dargestellt) durch Schweißen oder Klemmen oder auf sonstige Weise. Die Durchführungen 17 und 19 haben außerdem auswärts aufgeweitete, ringförmige, teilweise abgerundete Innenflansche 25 bzw. 27, von denen jeder vorzugsweise auf einem Radius entsprechend demjenigen der Körperendteile 15 gebildet wird, mit denen sie an ausgewählten Stellen verschweißt sind, sodass ihre Enden 21 und 23 die gewünschte Ausrichtung in Bezug auf die Mittellinie oder Mittelachse des Körpers 3 haben.
Bei bekannten Montageverfahren mit Vorkalibrierung kann es geschehen, dass die Haltematte und/oder der Katalysatorträger beim Stopfen in den Außenmantel des Katalysators durch Scherbruch beschädigt werden. Deshalb werden ein Verfahren und eine Anordnung zum Stopfen einer Vormontagegruppe aus Matte und Träger in eine Katalysatorhülle und zum anschließenden Verformen der Katalysatorhülle zum Erzielen eines vorher bestimmten Durchmessers benötigt, um eine gewünschte Gap Bulk Density (Spaltraumdichte) der Haltematte ohne die beim Stopfen nach bisherigen Verfahren auftretende Beschädigung zu erreichen.
Aus der US 2004/0237305 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Katalysators unter Verwendung von Pressbacken und Druckmessdosen bekannt.
Weitere Verfahren zur Herstellung eines Katalysators sind aus der EP 1 389 675 A2 , der US 6,954,988 B2 und der US 6,101,714 A bekannt.
Zusammenfassung der Erfindung
Dementsprechend wird ein Katalysator hergestellt, indem zuerst ein Katalysatorträger mit einer Haltematte umwickelt wird, sodass eine Vormontagegruppe entsteht. Die Vormontagegruppe wird dann in eine Messstation gesetzt, welche die Haltematte um den Träger zusammenpresst, und die Matte wird gemessen, um eine Dicke zu bestimmen, die eine gewünschte Gap Bulk Density (Spaltraumdichte) ergeben wird, wenn der Katalysator fertig montiert wird. Der Druck, der aufgebracht wird, um diese gewünschte Gap Bulk Density (Spaltraumdichte) zu erreichen, wird dann zur späteren Verwendung gespeichert. Als Nächstes wird die Vormontagegruppe locker in eine Katalysatorhülle gestopft und zu einer Verformungsstation geleitet, wo die Außenhülle unter einem im Schritt zuvor in der Messstation bestimmten Druck gleichmäßig radial einwärts zusammengepresst wird. Der in der Messstation bestimmte Druck wird unter Berücksichtigung einer Rückfederung der Außenhülle angepasst.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfach aufgebaute Vorrichtung zu schaffen.
Erfindungsgemäß wird auf eine Vormontagegruppe aus einem von einer Haltematte umgebenen Katalysatorträger ein Druck aufgebracht. Eine Mehrzahl von Zwischenblöcken leitet den Druck radial auf die Vormontagegruppe. Dieser Druck wird von einer gleichen Anzahl von Druckmessdosen, die jeweils zu einem Zwischenblock gehören, gemessen. Die Dicke der Haltematte wird bei einem aufgebrachten Druck gemessen, und der Druck wird so lange angepasst, bis die Matte eine vorher bestimmte Dicke erreicht, die eine gewünschte Gap Bulk Density (Spaltraumdichte) ergeben wird. Bei jedem Paar aus Zwischenblock und Druckmessdose der Mehrzahl von Paaren ist der Zwischenblock über eine Blattfeder mit einem Stützrahmen verbunden, um die Kombination aus Zwischenblock und Druckmessdose zu stabilisieren. Zusätzlich verbindet eine Schraubenfeder die Druckmessdose mit ihrem entsprechenden Zwischenblock, um die Montagegruppe weiter zu stabilisieren.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Ziele und Merkmale der Erfindung werden aus der Lektüre einer detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen ersichtlich; es zeigen:
1 ein schematisches Blockdiagramm der Katalysatormontagevorrichtung, angeordnet nach den Grundsätzen der Erfindung;
2 die verschiedenen Verfahrensstufen bei der Montage eines Katalysators gemäß den Grundsätzen der Erfindung;
3 relevante Einzelheiten einer Verformungsstation gemäß den Grundsätzen der Erfindung;
4 eine seitliche Ansicht relevanter Teile einer Messstation gemäß den Grundsätzen der Erfindung;
5 Einzelheiten einer typischen, in der Messstation in 4 zweckmäßigen Anordnung mit einer Kombination aus Zwischenblock und Druckmessdose; und
6 eine seitliche Ansicht eines Katalysators, der gemäß den Grundsätzen der Erfindung montiert werden kann.
Ausführliche Beschreibung
In 1 wird eine Vormontagegruppe 100 aus einer einen Katalysatorträger 104 umgebenden Haltematte 102 provisorisch, zum Beispiel unter Verwendung von Klebstreifen, montiert. Die Vormontagegruppe 100 wird dann in eine Aufnahme gesetzt, welche die Vormontagegruppe 100 in eine Messstation 106 befördert. Die Messstation 106 presst dann die Vormontagegruppe 100 auf einen durchschnittlichen Druck zusammen, der eine vorherbestimmte gewünschte Gap Bulk Density (Spaltraumdichte) für die Haltematte ergeben wird. Ein typischer Katalysator könnte zum Beispiel einen Solldruck von 40 psi haben, der aufgrund von experimentellen Daten mit einer Gap Bulk Density (Spaltraumdichte) von 0,83 g/cm³ korreliert. Auf der Basis der Theorie von 0,83 g/cm³, der Gap Bulk Density (Spaltraumdichte) und des erzielten Verdrängungswertes der Messpressung wird die erreichte Mattenlücke dann mit einer größeren Mattenlücke und einem entsprechenden Gap Bulk Density-(Spaltraumdichte)Wert korreliert, zum Beispiel 0,953 g/cm³. Der Druck, mit dem die gemessene Mattenbreite erzielt wurde, wird dann zum Beispiel im Regler 108 zur Verwendung in einer Verformungsstation 110 abgespeichert. Die Rückmeldung von der Messung 106 wird zur Verwendung bei der Fertigmontage der Vormontagegruppe 100 in einen Außenmantel oder eine Außenhülle 202 zur Verformungsstation übertragen.
Nach dem Messen wird die Vormontagegruppe 100 ”locker” in den Außenmantel oder die Außenhülle 202 des Katalysators gestopft und dann, wie in 2 zu sehen, zur Verformungsstation transportiert, wo ein gleichmäßiger, radial einwärts wirkender Druck um die Haltematte aufgebracht wird, um die Vormontagegruppe 100 innerhalb der Hülle 202 einzuschließen. Der in der Verformungsstation aufgebrachte Druck wird aus dem Messvorgang abgeleitet, und es entsteht das Endprodukt ohne die typischerweise verwendeten Endverschlüsse.
Eine Art einer Verformungseinrichtung wird in US-Patent Nr. 5,118,476 gelehrt, welches hiermit durch Bezugnahme einbezogen wird. Eine der Figuren des Patents '476 ist hier als 3 enthalten. Wie aus 3 ersichtlich, sind zwei oder mehr Pressstempel 39 jeweils mit einer kreisförmigen Formfläche 41 um den Mittelteil 29 des Katalysatorrohrs 15 angeordnet und werden gleichzeitig radial einwärts um diesen vorangetrieben, was dazu führt, dass die Rohrwand gleichmäßig radial verformt und in zusammenpressenden Kontakt mit der Haltematte 13 getrieben wird. Die axiale Breite jeder Formfläche 41 ist so gewählt, dass sie mit derjenigen der Matte im Wesentlichen längengleich ist. Wie vorher erörtert, wird der auf die Pressstempel 39 aufgebrachte Druck aus dem vorausgegangenen Messvorgang bestimmt.
Die Messstation 106 in 1 kann mit einer Reihe konventioneller Messverfahren zum Bestimmen der gewünschten Breite der Haltematte beim Zusammenpressen arbeiten. Zu diesen Verfahren gehören Lasermessung, Massenmessungen der Haltematte oder Schattenmessung.
Das Zusammenpressen von Haltematte/Katalysatorträger 104 geschieht unter Verwendung der in 4 dargestellten Vorrichtung. Die Haltematte 102 und der Katalysatorträger 104 werden unter Verwendung einer Mehrzahl von zum Beispiel acht segmentierten Zwischenblöcken 402a–h, die jeweils mit einer Druckmessdose 404a–h verbunden sind, gleichmäßig, radial einwärts unter Druck gesetzt.
Um durch Drehmomente oder Drehungen bedingte Zustände zu vermeiden, die zu falschen Druckmessungen durch die Druckmessdosen führen, wird in jeder Montagegruppe aus Druckmessdose und Zwischenblock die in 5 dargestellte Stabilisierungsanordnung verwendet. Eine Blattfeder 502 verbindet jeden Zwischenblock 402 über eine Konsole 506 mit einem Stützrahmen. Um die Anordnung weiter zu stabilisieren, verbindet eine Schraubenfeder 504 jede Druckmessdose 404 mit ihrem jeweiligen Zwischenblock 402. Mit dieser Anordnung wird jede Druckmessdose nach ihrem jeweiligen Zwischenblock ”ausgerichtet”, um den durch Drehmomente bedingten Zustand auszuschalten, der zu falschen Druckmessungen führen kann.
Die Erfindung sieht demnach den Zusammenbau und die Verformung von Katalysatoren unter Anwendung von Verfahren nach der Kalibrierung vor, um eine Beschädigung durch Scherbruch beim ersten Stopfen zu vermeiden. Durch die Verwendung heuristisch gewonnener Daten werden geeignete Drücke und Mattendicken unter Pressdruck bestimmt, die Gap Bulk Densities (Spaltraumdichten) ergeben, die in einen zuvor gewählten, akzeptablen Bereich fallen. Es wird geglaubt, dass keine weitere Prüfung des Katalysators auf eine geeignete Gap Bulk Density (Spaltraumdichte) nötig sein wird, wenn der Katalysator gemäß der hier beschriebenen Erfindung montiert worden ist.
Die Erfindung ist im Rahmen einer ausführlichen Betrachtung einer beispielhaften Ausführungsform, die nur als Beispiel dargestellt wird, beschrieben worden.

Claims

Vorrichtung zum Aufbringen eines gleichmäßigen, radial einwärts gerichteten Drucks auf eine zusammendrückbare Haltematte (102), die einen Träger (104) für ein Abgasnachbehandlungsgerät umgibt, wobei die Vorrichtung aufweist: eine Mehrzahl von Zwischenblöcken (402), die einen für das Aufnehmen der Haltematte (102) und des Trägers (104) angepassten Raum definieren; wobei jeder Zwischenblock (402) mit einer Druck messenden Druckmessdose (404) verbunden ist und radial einwärts gegen die Haltematte (102) beweglich ist und jeder Zwischenblock (402) mittels einer Blattfeder (502) mit einem Stützrahmen verbunden ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der jeder Zwischenblock (402) mittels einer Schraubenfeder (504) mit seiner zugehörigen Druckmessdose (404) verbunden ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der das Abgasnachbehandlungsgerät einen Katalysator aufweist, der Träger (104) ein Bauelement aufweist, das eine katalytisch wirksame Substanz enthält, und die Haltematte (102) eine stoßabsorbierende, elastische und isolierende Halterung bildet.