Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur katalytischen Reinigung von strömenden Gasen, insbesondere von Abgasen von Verbrennungsmotoren, mit einem in einem Gasεtrömungε- eg anzuordnenden Gehäuse, das einen gasdurchlässigen Träger in Form eines textilen Flächengebildes aus warmfe¬ stem Fasermaterial enthält, auf das ein katalytisch wirk ^¬ sames Material aufgebracht ist.

Die für die Abgasreinigung von Fahrzeugmotoren, insbeson¬ dere Otto-Motoren gebräuchlichen Katalysatoren bestehen durchweg aus keramischen Monolithen in Form extrudierter Zellenkόrper, die an den von dem Abgas bestrichenen Ober¬ flächen mit einem katalytisch wirksamen Material, ins¬ besondere Platin beschichtet sind. Diese mechanisch emp¬ findlichen Monolithen sind in Metallgehäusen unterge¬ bracht, in denen sie elastisch abgestützt εein-müsεen,

was gewisse Probleme mit sich bringt. Um eine ausreichend große Oberfläche zu erhalten, müssen sie vor dem Aufbrin ^¬ gen des katalytisch wirksamen Materials mit einem soge ^¬ nannten "washcoat" beschichtet werden, der jedoch bei Temperaturen über 800 ^° C rasch altert. Wegen dieser ther ^¬ mischen Empfindlichkeit können diese Katalysatoren nicht unmittelbar am Motor angeordnet werden. Andererseits bringt aber die Anordnung in verhältnismäßig großem Ab¬ stand vom Motor, zusammen mit der beträchtlichen Masse der Monolithen den Nachteil mit sich, daß das Aufheizen der Monolithen auf die Betriebstemperatur nach einem Kaltstart eine verhältnismäßig lange Zeit in Anspruch nimmt. Während dieser Aufheizperiode ist der Katalysator somit lediglich beschränkt wirksam. Da der Zellenkörper des Monolithen von den Abgasen im wesentlichen in lamina¬ rer Strömung druchströmt wird, ist auch die Umsatzrate prinzipbedingt beschränkt.

Aus der AU-PS 61 419 ist es daneben bekannt, zur Reini¬ gung von Abgasen, insbesondere von Verbrennungsmotoren Filter zu verwenden, die Fasern aus einem hitzebeständi¬ gem polykristallinen Material mit einer Kristallitgrόße zwischen 50 und 500 Angstrό aufweisen. Für dieses Faser¬ material werden polykriεtallines Aluminiumoxyd oder Zir- konoxyd bevorzugt. Grundsätzlich können aber auch Metall¬ oxyde mit einer Temperaturbeständigkeit bis 900 ^° C ver¬ wendet werden.

Um die Temperatur abzusenken, bei der aus dem Abgasstrom abgeschiedene Rußpartikel verbrannt werden, können die Fasern mit einem katalytischen Material, insbesondere Silber, Wismut, Blei, Uran, Kobalt etc. beschichtet wer¬ den. Zur Entfernung von unerwünschten gasförmigen Kom¬ ponenten, beispielsweise Kohlenmonoxid oder Kohlenwasser¬ stoffen aus den Abgasen, iεt es bei diesem Filter auch

bekannt, Zirkonoxidfasern mit feinverteiltem Platin zu beschichten.

Das Fasermaterial wird in den Filtern in Form von losen Stapelfasern, Papier, Gewebe, Folien, Pappe oder Filz eingesetzt, wobei auch Filterelemente Verwendung finden können, bei denen aus solchem Fasermaterial hergestelltes Papier (oder Wellpappe) , oder Garn, oder Filz spiralför¬ mig lose zu einem gasdurchstrόmten Filterkόrper aufge ^¬ wickelt ist. Filterkόrper aus lose gepacktem Fasermateri¬ al sind deshalb problematisch, weil die ungebundenen Fasern mit der Zeit freikommen, während bei zu Papier, Filz, Tuch oder dergleichen linearen textilen Flächenge ^¬ bilden verarbeiteten Fasern entweder deren Durchεtrömwi- derstand zu hoch ist oder die Gefahr besteht, daß sich die Filter verhältnismäßig raεch zuεetzen. Außerdem liegt die Oberfläche der eingebundenen Fasern im sehr be¬ schränktem Maße frei, wobei im Betrieb die freiliegende Faseroberfläche noch zunehmend verkleinert wird. Jeden¬ falls haben katalytisch wirksame Filter dieser Art bisher keine wirtschaftliche Bedeutung erlangt.

Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, eine Vorricht¬ ung zur katalytischen Abgasreinigung ("Katalysator") zu schaffen, die insbesondere bei der Abgasreinigung von Verbrennungsmotoren Verwendung finden kann und die sich bei hoher Wirksamkeit durch mechanische Unempfindlichkeit auszeichnet.

Zur Lösung dieser Aufgabe iεt die eingangs genannte Vor ^¬ richtung erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß der Träger für daε katalytiεch wirkεame Material ein Gestrick ist.

Daε Fasermaterial enthält mit Vorteil keramische Mikrofa- εern, worunter Faεern mit einem Durchmesser von 3 μm und mehr verstanden sind. Als zweckmäßig haben sich insbeson-

dere polykristalline Mullitfasern erwiesen, doch sind auch andere warmfeste Fasermaterialen geeignet. So kann daε Faεermaterial für beεtimmte Einεatzzwecke auch Koh- lenstoffasern enthalten oder ganz aus diesen bestehen. Die Oberfläche der Fasern des Fasermaterials liegt zweck ^¬ mäßigerweise zwiεchen 0,2 und 0,4 m /g und größer, ohne daß dieεer Bereich eine Beεchränkung der grundεätzlich verwendbaren Faεern darstellt.

Ein Gestrick, deεεen Faεern den Träger für das kataly¬ tisch wirksame Material bilden, bietet, wie sich gezeigt hat, einen hohen Stoffauεtauεch zu den Faεeroberflachen bei gleichzeitiger hervorragender strόmungstechnischer Konfiguration. Eε iεt volumenelaεtiεch und unempfindlich gegen Vibrationen und Pulεationen deε Gaεεtromeε. Die mit dem katalytiεchen Material beεchichteten Faεern εind in dem Geεtrick dimenεionierbar vorgespannt und fest einge ^¬ bunden. Trotzdem liegt ihre Oberfläche weitgehend frei; εie können εich begrenzt gegeneinander bewegen, εo daß Verεpannungen abgebaut und gedämpft werden. Die weitge¬ hend exponierte Faεeroberflache gewährleiεtet eine maxi ^¬ male katalytiεche Wirksamkeit.

Die Struktur des Gestrickeε bildet ein vielfältiges Po¬ rensystem in dem Widerstandεelemente enthalten sind, εo daß εich auch bei laminarer Durchεtrömung in allen Strö ^¬ mungsbereichen ein großer Wandkontakt und damit hoher Massenauεtauεch ergibt, wie dies für eine gute katalyti- sche Wirkung wesentlich iεt. Innerhalb deε Geεtrickeε selbst ist der Strόmungsweg vielfach verzweigt, mit dem Ergebniε, daß die einzelnen daε katalytiεch wirkεa e Material tragenden Faεern großflächig angeεtrόmt werden.

Wegen εeiner beεonderen Struktur gewährleistet das Ge¬ strick zusätzlich eine hervorragende Durchmischung eines bezüglich Konzentration oder Temperatur strähnigen Ab- gaεεtromeε. Darauε ergibt εich ein beεonderer Vorteil bei

Mehrzylinderverbrennungεmotoren und der εogenannten Lambda-1-Technik. Schließlich weist ein solcheε Geεtrick gute Schalldämpfungseigenschaften auf, wobei es außerdem als Filter für partikel örmige Schadstoffe beiεpielεweiεe Rußteilchen wirkt.

Die bereitε erwähnte gute Einbindung der Fasern in dem Geεtrick bewirkt, daß etwa auftretende Faserbruchstücke in dem Gestrick weitgehend verankert bleiben, während andererseits eine Schadensfortschreitung von einer aufge ^¬ tretenen Schadensstelle aus praktisch nicht stattfindet. Es können deshalb auch Kurzfasergarne Verwendung finden.

Das Gestrick kann zumindest zweifädig aus verschiedenen Fasermaterialien gearbeitet sein, von denen die Faεern deε einen und/oder des anderen Fasermaterials gleiches oder verschiedeneε katalytisch wirksames Material tragen können. In dem Gestrick kann auch wenigstenε ein Metall¬ faden verarbeitet sein, der dem Gestrick beispielεweiεe eine zuεätzliche Formεtabilität verleiht. Denkbar ist es außerdem, in dem Geεtrick Kohlenεtoffaεern mit vergrößer ^¬ ter Oberfläche (aktivierte Kohlenstoffasern) zu verarbei¬ ten, um damit die Möglichkeit zu eröffnen, beiεpielεweise während der Kaltstartphaεe auftretende unverbrannte Koh- lenwaεεerεtoffe vorübergehend zu adεorbieren und die εo adεorbierten Stoffe in einer nachfolgenden Periode wieder zu deεorbieren (Spitzenemiεεion) .

Zu dieεem Zwecke kann daε Geεtrick elektriεch leitende Faεern enthalten, die mit Anεchlußmitteln für eine elek¬ trische Stromquelle elektriεch leitend verbunden εind und die damit eine unmittelbare Innenbeheizung deε Geεtrickes erlauben. Diese Innenbeheizung kann aber nicht nur zur Desorption adεorbierter Stoffe verwendet werden, sondern insbeεondere auch dazu, während der Kaltεtartphaεe daε Geεtrick mit dem katalytisch wirksamen Material rasch auf die Betriebstemperatur zu bringen. Die elektrisch leiten-

den Fasern können Kohienεtoff- oder Metallfasern in Ge ^¬ stalt von Metalldrähten etc. εein.

Die Kohienεtoffaεern können auch auf ihrer Oberfläche eine elektriεch isolierende Beschichtung tragen, bei- spielεweise Siθ ₂ . Dazu wird auf die Fasern Sie aufge¬ bracht, das durch Wärmeinwirkung in SiÜ ₂ umgewandelt wird. Eine solche Si0 ₂ -Beschichtung bildet gleichzeitig Schutz gegen Oxidation.

Das Fasermaterial iεt in dem Geεtrick, in der Regel in Form von Garnen aus Stapel- oder Endloεfaεern verarbei ^¬ tet. Garnεtränge auε Endloεfaεern haben in dem Geεtrick in weεentlichen nur einen Anfang und ein Ende und bieten damit geringe Schadenεangriffεflache. Stapelfaεern hin¬ gegen, geben mit ihrem auε den Garnsträngen herauεεtehen- den Faεerenden eine etwaε größere Oberfläche und bessere Filterwirkung. Welche der beiden Faεerarten - die gegebe- nenfallε auch in Mischung verwendet werden können - im Einzelfall der Vorzug gegeben wird, hängt von den Ein- εatzbedingungen ab. Grundεätzlich iεt es auch denkbar, daß daε Geεtrick Faεermaterial in Form von Rovingε ent¬ hält.

In jedem Fall sind Faεern mit rauher Oberfläche glatten Faεern vorzuziehen. Durch Beeinflußung der Oberflächento- pografie der Faεern kann die Oberfläche, wie εich gezeigt hat, etwa um den Faktor 20 vergrößert werden.

Daε für daε Geεtrick verwendete Garnmaterial sollte mög ^¬ lichst wenig gedreht sein, weshalb wie erwähnt eben auch Rovings in Frage kommen. In der Praxiε hat εich Garn mit biε zu einer Drehung pro Inch Länge alε vorteilhaft ge¬ zeigt. Texturierteε, gelocktes Garn iεt häufig vorzuzie¬ hen.

Bei der Durchεtrόmung deε Geεtrickeε εoll die Strömung mόglichεt keine widerεtandεfreien Wege entlang der durch die Maεchenεtruktur bedingten "Großporen" finden. Dieε läßt εich dadurch vermeiden, daß das Geεtrick εo einge ^¬ setzt wird, daß es im wesentlichen in der Gestrickebene gasdurchεtrόmt ist. Ein anderer Weg besteht darin, das Geεtrick zu kompaktieren, um damit die "Großpo'ren" zu εchließen. Damit ist aber in der Regel eine Erhöhung des resultierenden Durchstrόmwiderεtandes somit deε an dem Geεtrick auftretenden Druckabfalles verbunden.

In einem Gestrick bleiben die Maschenbögen auch bei star¬ ker lokaler Verstreckung noch gekrümmt, das heißt, die Fasern werden im Gegensatz zu den Verhältnissen bei Gewe ^¬ ben oder in einem Wickel nie voll gestreckt. Das hat zur Folge, daß die Vorspannung der Faεern begrenzt bleibt, εo daß die Faεern in dem Garnεtrang gegeneinander locker bleiben und große freie wirksame Oberflächen darbieten. Um diese Vorspannung zu verändern, kann eε zweckmäßig sein, wenn daε Geεtrick unter einer vorbeεtimmten Span¬ nung in Richtung der Maεchenεtäbchen und/oder der Maεchenreihen gehalten iεt. In dem den zu reinigenden Gaεstrom durch das katalytiεche wirkεame Geεtrick leiten ^¬ den Gehäuεe kann das Gestrick zur Füllung des zu durch¬ strömenden Katalysatorvolumenε unter Verwendung unter- εchiedlicher Konfektionierungεtechniken angeordnet εein. So iεt eε möglich, daß daε Geεtrick teilweiεe aufgerollt oder gefaltet iεt; eε kann auch zumindeεt teilweiεe plis¬ siert oder gedoppelt sein. Von Vorteil hat es sich erwie¬ sen, wenn das Geεtrick rundgeεtrickt iεt. Der so gebilde¬ te Strickschlauch kann dann in εich aufgerollt oder wie erwähnt plissiert gefaltet oder in anderer zweckentspre¬ chender Weiεe angeordnet werden. Grundεätzlich iεt eε auch denkbar, dieεen Schlauch beiεpielεweiεe zu einem "Seil" zusammen zu drehen und ihn in dieεer Form auf

einen Dorn - gegebenenfalls mehrlagig - εpiralig aufzu ^¬ wickeln.

Da bei Verwendung von entsprechendem Fasermaterial, bei- εpielsweiεe von Keramikfaεern, die mit dem katalytisch wirksamen Material beschichtet sind, das Gestrick hoch- temperaturfeεt ist, kann der aus diesem Geεtrick herge- εtellte Katalyεator auch unmittelbar hinter den Ausla߬ ventilen eineε Verbrennungεmotorε angeordnet werden. Das Gestrick gewährleistet eine εo feεte Verankerung der Faεern in dem Maεchenverbund, daß eε den in dieεem Be ^¬ reich noch εtark auεgeprägten Pulsationen des Abgaεεtro- meε widerεtehen kann, wobei gleichzeitig der von dem Geεtrick hervorgerufene Druckabfall εo klein iεt, daß er die Funktion des Verbrennungsmotorε nicht weεenlich be ^¬ einträchtigt. Dabei kann daε Geεtrick in entsprechender ^■ Konfektionierung gegebenenfalls auch unmittelbar in dem Auspuffkrümmer deε Verbrennungεmotorε angeordnet εein, derart, daß dieεer - oder ein anεchließender Teil der Abgaεleitung - gegebenenfallε daε Gehäuεe für den Kataly ^¬ εator bildet. Eine Anordnung dieεeε Katalysators vor einem gegebenenfalls vorhandenen Abgasturbolader oder Druckwellenlader iεt denkbar.

Grundεätzlich gilt εchließlich, daß daε katalytisch wirk¬ same Material auf das Gestrick oder vor dem Verstricken auf das Garn aufgebracht werden kann. In bestimmten Fäl ^¬ len ist auch eine Aufbringung auf die Einzelfasern vor deren Verarbeitung zu einem Garn denkbar.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeiεpiele deε Gegenεtan- des der Erfindung dargestellt. Eε zeigen:

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Fig. 1 eine Vorrichtung gemäß der Erfindung in Gestalt eines zur Anordnung in der Auspuffleitung ei¬ nes Verbrennungsmotors bestimmten Katalysators im axialen Schnitt,in einer Seitenansicht und in schematischer Darstellung,

Fig. 2 eine Vorrichtung ähnlich Fig. 1 in einer abge¬ wandelten Ausführungsform und in einer entspre¬ chenden Darstellung,

Fig. 3 ein mit einem katalytisch wirksamen Material beschichtetes Gestrick des Katalysators nach Fig. 1 oder 2 im Ausschnitt in perspektivischer Darstellung unter Veranschaulichung verschiede¬ ner Anströmungsrichtungen,

Fig. 4 das Gestrick nach Fig. 1 in der Draufsicht im Ausschnitt unter Veranschaulichung verschiede¬ ner Dehnungszustände,

Fig. ^' 5 ein schwach gedrehtes Garn des Gestrickes nach Fig. 3 im Ausschnitt in schematischer Darstel¬ lung und in einem anderen Maßstab,

Fig. 6 ein stark gedrehtes Garn im Vergleich zu Fig. 5 im Ausschnitt und in einer entsprechenden Dar¬ stellung,

Fig. 7 ein schematisches Diagramm zur Veranschaulichung der Anströ verhältnisse einer Faser des Gestrickes nach Fig. 3,

Fig. 8 eine schematische Darstellung der grundsätzlichen Anströmungsverhältnisse bei dem Gestrick nach Fig. 3 im Schnittbild,

Fig. 9 das Gestrick nach Fig. 3 in gerollter Form im schematischer perspektivischer Darstellung unter Veranschaulichung der Anströmverhältnis¬ se des so gebildeten Wickels,

Fig. 10 das Gestrick nach Fig. 3 in plissierter Form in schematischer Darstellung unter Veranschau¬ lichung der Anströmverhältnisse,

Fig. 11 das Gestrick nach Fig. 3 in gefalteter Form unter Veranschaulichung der Anströmverhältnis- se,

Fig. 12 das Gestrick nach Fig. 3 in Form eines rundge¬ strickten Warenschlauches, der teilweise zu einem Ring (Torus) aufgewickelt ist, in sche¬ matischer perspektivischer Darstellung,

Fig. 13 eine Anordnung von mehreren nebeneinanderlie¬ genden Ringen nach Fig. 12 unter Veranschau¬ lichung der Anströmverhältnisse in einer sche- atischen Schnittdarstellung,

Fig. 14 das Gestrick nach Fig. 3 in Form eines rundge¬ strickten und anschließend teilweise plissier¬ ten Warenschlauches in perspektivischer sche¬ matischer Darstellung, teilweise im Schnitt,

Fig. 15 die plissierte Rundstrickware nach Fig. 14 im

Schnitt in einer Seitenansicht unter Veranschau¬ lichung der Anströmverhältnisse sowie in sche¬ matischer Darstellung,

Fig. 16 das Gestrick nach Fig. 3 in Form eines zumindest einmal gefalteten rundgestrickten Warenschlau¬ ches in perspektivischer schematischer Darstel¬ lung,

Fig. 17 die gefaltete Rundstrickware nach Fig. 16 schrau¬ benförmig aufgewickelt und im axialen Schnitt in einer schematischen Seitenansicht unter Ver¬ anschaulichung der Anströmverhältnisse,

Fig. 18 eine Vorrichtung gemäß der Erfindung in Form eines unmittelbar in dem Auspuffkrümmer eines Verbrennungsmotors untergebrachten Katalysators in verschiedenen Ausführungsformen und sche¬ matischen Schnittdarstellungen,

Fig. 22 das Gestrick nach Fig. 3 in einer abgewandelten Ausführungsform im Ausschnitt und in schemati¬ scher Darstellung,

Fig. 23 ein Fadensystem des Gestricks nach Fig. 22 unter Veranschaulichung der elektrischen Anschlußver- hältnisse,

Fig. 24 den Katalysator nach Fig. 1 in zwei abgewan¬ delten Ausführungsformen unter Verwendung des Gestricks nach Fig. 22/23, jeweils im axialen Schnitt,in einer Seitenansicht und in schema¬ tischer Darstellung.

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In den Fig. 1 , 2 sind schematisch zwei gebräuchliche Grundformen von Katalysatoren für Verbrennungsmotoren dargestellt. Sie weisen jeweils ein im Querschnitt vor¬ zugsweise zylindrisches oder ovales Blechgehäuse 1 auf, das auf beiden .Stirnseiten über einen Einström- oder Ab¬ strömtrichter 2 bzw. 3 mit einem einströmseitigen und einem abströmseitigen Rohrstutzen 4 bzw. 5 verbunden ist, der es erlaubt, das Gehäuse 1 in der Auspuff- oder Abgasleitung eines nicht weiter dargestellten Verbren¬ nungsmotors derart anzuordnen, daß im Betrieb der Ge¬ häuseinnenraum in der bei 6 angedeuteten Axialrichtung von den zu reinigenden Abgasen gleichmäßig durchströmt ist.

Bei der einfachen Ausführungsform nach Fig. 1 ist in dem Gehäuse zwischen zwei Lochplatten 7 ein gasdurchlässi¬ ger Katalysatorkörper 8 angeordnet, der den Innenraum des Gehäuses 1 vollständig ausfüllt. Bei der sogenann¬ ten Kerzenbauform nachFig. 2 sind demgegenüber in dem Gehäuse 1 an einer entsprechend gestalteten Lochplatte 9 befestigt mehrere achsparallele zylindrische Katalysa¬ toreinheiten 10 untergebracht, von denen jede im wesent¬ lichen aus einem kerzenförmigen Gehäuse 11 besteht, das auf einer Bodenseite bei 12 verschlossen sowie mantel- seitig aus Lochblech 13 hergestellt ist. Jedes der ker¬ zenförmigen Gehäuse 11 ist innen mit einem gasdurchläs¬ sigen zylindrischen Katalysatorkörper 8a ausgekleidet, der im Betrieb im wesentlichen radial von innen nach außen von Abgasen durchströmt ist.

Der Katalysatorkörper 8 bzw. 8a besteht aus einem gas¬ durchlässigen Träger in Form eines Gestrickes, das kata¬ lytisch wirksames Fasermaterxal enthält und der Form des Katalys ^' atorkörpers 8, 8a entsprechend konfektioniert ist.

Das Gestrick, von dem ein Ausschnitt bei 14 in den Fig. 3, 4 dargestellt ist, kann, wie veranschaulicht, ein Rechts-/Links-Gestrick sein, doch sind, abhängig vom jeweiligen Einsatzzweck, auch andere ein- und mehr¬ flächige Gestrickbindungen denkbar. Diese Gestricke können auch bindungsgemustert, z.B. mit Fangmaschen, gearbeitet sein; sie können auch abschnittsweise unter¬ schiedliche Maschenbindungen aufweisen. Wie aus einem Vergleich der beiden Abb. a und b der Fig. 4 zu ent¬ nehmen, die das gleiche Gestrick 14 einmal ungestreckt

(a) und einmal in Richtung der Maschenstabchen gestreckt

(b) zeigen, sind die Maschenbögen auch bei starker lokaler Verstreckung noch gekrümmt. Im Gegensatz zu den Ver¬ hältnissen bei einem Gewebe oder einem dochtartigen Faserwickel werden die Fasern nie voll gestreckt. Solange das Gestrick nicht überdehnt wird - was durch eine ge¬ eignete Konfektionierung auszuschließen ist - bleiben die Fasern in dem Garnstrang gegeneinander beweglich, so daß ihre katalytisch wirksame Oberfläche für die Anströmung- durch das zu reinigende, den Katalysator¬ körper 8, 8a durchströmende Abgas im wesentlichen voll zugänglich bleibt.

Das Gestrick 14 ist aus einem Garn 15 gearbeitet, das seinem Aufbau nach aus. Stapelfasern (Fig. 5) oder aus Endlosfasern oder aus einer Mischung beider Fasertypen bestehen kann. Grundsätzlich kann das Garn 15 ein- oder mehrfädig aufgebaut sein, wobei in Einzelfällen auch sogenannte Core-Spun-Garne in Frage kommen.

Allgemein gilt, daß das Garn 15 möglichst wenig gedreht sein soll, um eine möglichst große Faseroberfläche frei¬ zulegen. Dies ist ohne weiteres aus den Fig. 5 , 6 zu entnehmen, von denen Fig. 5 ein schwach gedrehtes und Fig. 6 ein stark gedrehtes Garn 15 zeigt. Das schwach

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gedrehte Garn 15 nach Fig. 5 weist eine Struktur auf, die es dem Abgas erlaubt, das Garn selbst zu durchströ¬ men; je stärker das Garn gedreht ist, umso höher wird auch der Durchströmwiderstand für das Abgas.

Garne mit ca. 0,5 Drehungen pro Inch Länge oder sogar Rovings haben in der Praxis gute Ergebnisse erbracht. Auch texturiertes gelocktes Garn ist von Vorteil.

Das Fasermaterial, aus dem das Garn 15 gearbeitet ist, muß eine Warmfestigkeit aufweisen, die es erlaubt, den auftretenden Betriebstemperaturen über lange Betriebs¬ zeiträume standzuhalten.

Der in Frage kommende Temperaturbereich liegt erfahrungs¬ gemäß zwischen ca. 200 und 800 C. Mit Rücksicht auf eine- möglichst große Oberfläche sind Mikrofasern von Vorteil, worunter Fasern mit einem Faserdurchmesser von etwa 3 μm und mehr verstanden sind.

Das Material, aus dem die Fasern bestehen, ist in der Regel ein Keramikmaterial, doch kommen grundsätzlich, abhängig von dem Temperaturbereich, für den der Katalysa¬ tor bestimmt ist, auch andere organische und anorganische Materialien in Frage. Gut geeignet sind alle Metalloxide. Verwendet wurden auch schon reine Kohlenstoffasern, die eine ganze Reihe von Vorteilen, beispielsweise elektri¬ sche Leitfähigkeit, bieten. Die Oberfläche der Fasern kann durch entsprechende Maßnahmen vergrößert werden. So sind z.B. Fasern mit rauher Oberfläche glatten Fasern in der Regel vorzuziehen. -Durch Beeinflussung der Ober- flächentopografie kann die_ Oberfläche erfahrungsgemäß etwa um den Faktor 20 vergrößert werden. Bei Kohlenstoff- fasern können sogenannte aktivierte Kohlenstoffasern verarbeitet werden, die eine wesentlich vergrößerte Ober¬ fläche aufweisen und damit gleichzeitig auch als Absorptions- mittel, beispielsweise während der Kaltstartphase, be-

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nutzt werden können.

Allgemein ist zu sagen, daß in dem Gestrick 14 auch ver¬ schieden Garne oder Fäden verarbeitet sein können, die auch aus unterschiedlichen Materialien bestehen können, so daß ihnen verschiedene Funktionenzukommen. Das Gestrick 14 kann einfädig und mehrfädig gearbeitet sein und beispielsweise wenigstens einen Metallfaden enthalten, der u.a. dem Gestrick 14 und damit dem Katalysatorkörper 8, 8a eine bestimmte Formstabilität verleiht, die abhängig von der gewählten Konfektionierung des Katalysatorkörpers 8 , 8a und den Betriebsbedingungen von Bedeutung sein kann.

Der Aufbau des Katalysatorkörpers 8, 8a aus dem Gestrick 14 kann in verschiedener Weise erfolgen, wie dies im einzelnen anhand einiger Beispiele noch erläutert wird. Grundsätzlich ist aber festzustellen, daß die Durchströ¬ mung des Gestrickes 14 so erfolgen soll, daß die Gas¬ strömung keine widerstandsfreien Wege entlang der in einem Gestrick wegen der Maschenstruktur grundsätzlich vorhandenen Großporen oder "Maschenkavernen" findet. Insbesondere dann, wenn in dem Katalysatorkörper 8, 8a das zu reinigende Abgas nicht gezwungen ist, mehrere übereinanderliegende Gestricklagen zu durchströmen und dadurch verzweigten Strömungskanälen zu folgen, ist in der Regel darauf zu achten, daß das Gestrick 14 etwa in der Gestrickebene durchströmt wird, wie dies in Fig. 3 durch die Pfeile 16, 17 angedeutet ist. Eine Durchströmung quer zur Gestrickebene entsprechend dem Pfeil 18 ist, wie erwähnt, zumindest bei einlagiger An¬ ordnung des Gestrickes 14 weniger zweckmäßig,wie ein einfacher Blick auf Fig. 4- zeigt, in der die zwischen den einzelnen Maschenschenkeln und -bögen liegenden "Großporen" eines Gestrickes 14 (aus einem glatten Faden) grundsätzlich veranschaulicht sind.

Ersatzblatt

Bei der Durchströmung in der Gestrickebene ergeben sich prinzipiell die in Fig. 8 dargestellten Strömungsver¬ hältnisse, bei denen sichergestellt ist, daß der Abgas- strom 19 auf seinem Strömungsweg immer wieder Strömungs¬ widerstände in Gestalt von Einzelfasern 20 trifft, die in der aus Fig. 7 ersichtlichen Weise möglichst großflä¬ chig umströmt werden.

Zur Herstellung des das zu durchströmende Katalysatorvo¬ lumen liefernden Katalysatorkörpers 8, 8a geeignete Konfektionsierungstechniken für das Gestrick 14 sind in den Fig. 9 bis 17 beispielhaft veranschaulicht. Die gezeigten Ausführungsbeispiele sind nicht erschöpfend; sie können auch miteinander kombiniert oder durch andere Konfektionierungsmöglichkeiten ergänzt werden.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 9 ist das Gestrick 14 zu einem einfachen Wickel 21 aufgerollt, der beispiels¬ weise ohne weiteres den Katalysatorkörper 8 des Kata¬ lysators nach Fig. 1 bildet. Aus den bereits erläuterten Gründen ist es zweckmäßig, im Einsatz dafür Sorge zu tragen, daß der Wickel 21 in Achsrichtung durchströmt wird, wie dies durch einen Pfeil 22 angedeutet ist. Eine Querdurchströmung (rechtwinklig zur Achse) ist möglich, aber weniger empfehlenswert.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 10 ist das Gestrick 14 plissiert, d.h. zu einem Stapel 23 aus aufeinanderlie- genden Lagen des leporelloartig gefalteten Gestrickes zusammengelegt. Die beste Durchströmrichtung ist wiederum durch zwei Pfeile 22 angedeutet; sie erfolgt in der Gestrickebene der einzelnen Lagen. Eine Querdurch¬ strömung, wie sie durch einen Pfeil 24 angegeben ist, ist grundsätzlich ebenfalls möglich, aber weniger vor¬ teilhaft.

Fig. 11 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem das Ge¬ strick 14 gefaltet ist. Die Faltung kann dabei ein- oder mehrlagig sein; sie kann in Richtung der Maschenstab¬ chen oder der Maschenreihen erfolgen. Es sind auch Fal¬ tungen möglich, bei denen wenigstens eine Faltung in Richtung der Maschenstabchen oder -reihen erfolgt und wenigstens eine anschließende Faltung quer dazu vor¬ genommen wird. Die bevorzugte Durchströmrichtung in der Gestrickebene ist für die dargestellte Faltung durch den Pfeil 22 angegeben; für eine Durchströmung in der Querrichtung dazu entsprechend dem Pfeil 24 gilt das für das Ausführungsbeispiel nach Fig. 10 Gesagte.

Die Ausführungsformen nach den Fig. 12 bis 16 gehen von einem Gestrick 14 aus, das in Gestalt eines rund¬ gestrickten Warenschlauches 140 hergestellt wurde. Ein solcher Warenschlauch erlaubt es, auf einfache Weise Hohlformen zu erzeugen, die für viele Anwendungsfälle zweckmäßig sind. Sehr einfache Verhält isse ergeben sich, wenn dieser Warenschlauch - vorzugsweise mehrlagig nach Art eines Strumpfes auf ein entsprechendes kerzen- förmiges gasdurchlässiges Gehäuse 11 nach Fig. 2 aufge¬ zogen oder als Hohlzylinder in ein solches eingesetzt wird.

Eine größere, für die durchströmenden Abgase wirksame Faseroberfläche bietet die Ausführungsform nach Fig. 12, bei der der Warenschlauch 140 zu einem Ring (Torus) 25 aufgewickelt wird, wobei dann eine bei 26 in Fig. 13 angedeutete zylindrische Hohlform mit solchen aufge¬ rollten Ringen oder Toren 25 gefüllt ist, um den Wickel¬ körper 8a zu bilden. Die Gasdurchströmrichtung ist durch Pfeile 27 angedeutet; sie verläuft quer zu der Ebene der Ringe oder Toren 25.

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Die Fig. 14, 15 stellen eine Ausführungsform dar, bei der der Warenschlauch 140 in der dargestellten Weise bei 28 plissiert wird. Es ergibt sich ein zylinder- förmiges Gebilde, dessen Wände aus den aufeinanderlie- genden Lagen 'des leporelloartig gefalteten Gestrickes 14 bestehen. Dieses hohlzylindrische Gebilde kann wiederum in die Hohlform 26 eingesetzt oder auf ein entsprechen¬ des kerzenför iges Gehäuse 11 (Fig. 2) aufgesetzt bzw. in ein solches eingefügt werden. Ein Vorteil dieser Ausführungsform liegt darin, daß bei der durch die Pfeile 27 angedeuteten radialen Durchströmrichtung die Lagen der plissierten Falten 28 im wesentlichen in der Ebene des Gestrickes 14 durchströmt werden.

Bei der Ausführungsform nach den Fig. 16, 17 schlie߬ lich wird der Warenschlauch 140 einmal oder mehrmals um eine in Längsrichtung des Schlauches sich erstrecken¬ de Achse gefaltet. Das gefaltete Gebilde 29 kann so¬ dann schraubenartig zu einer Filterkerze aufgewickelt werden, die in der aus Fig. 17 ersichtlichen Weise entweder in der Hohlform 26 untergebracht oder auf ein kerzenförmiges Gehäuse 11 nach Fig. 2 aufgezogen bzw. in einem solchen angeordnet wird. Auch hier wer¬ den die Lagen des gefalteten Gestrickes 14 im wesent¬ lichen in. der Ebene des Gestrickes 14 durchströmt, wie dies durch die Pfeile 27 angegeben ist.

Grundsätzlich können bei all diesen Konfektionierungs- techniken Katalysatorkörper 8, 8a kreiszylindrischer, nicht kreisförmigzylindrischer oder beliebig gestalteter Hohlform erzeugt werden. Die so gebildeten, insbesondere kerzenförmigen Katalysatoren können, wie in Fig. 2 dar¬ gestellt, entweder parallelgeschaltet eingesetzt werden, sie können aber auch hintereinandergeschaltet oder ineinandergeschachtelt betrieben werden. Auf diese Weise

Er

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ist eine starke Vergrößerung der wirksamen Durchström¬ fläche möglich, wobei sich gleichzeitig geringe Druckver- luste erzielen lassen.

Während bei den Ausführungsformen von Katalysatoren, wie sie in den Fig. 1 , 2 veranschaulicht sind, der Kata- lysatorkörper 8, 8a in einem eigenen Blechgehäuse 1 un¬ tergebracht ist, erlaubt es die Eigenart des diesen Katalysatorkörper bildenden Gestrickes auch für bestimm¬ te Anwendungsfälle auf ein solches Gehäuse zu verzich¬ ten. Beispiele hierfür sind in den Fig. 18 bis 21 ver¬ anschaulicht, die Ausführungsbeispiele zeigen, bei denen das katalytisch wirksame Gestrick unmittelbar in dem bei 30 schematisch angedeuteten Auspuffkrümmer eines Verbrennungsmotors 31 untergebracht ist.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 18 ist das Gestrick 14 zu einem Wickel 21 gemäß Fig. 14 aufgerollt, der direkt in dem Auspuffkrümmer 30 sitzt, welcher so das "Gehäuse" für den Katalysator bildet.

Grundsätzlich ist es auch denkbar, diesen Wickel 21 an einer anderen Stelle der Auspuffleitung oder -röhre anzu¬ ordnen, derart, daß deren Rohrwandung als Katalysatorσe- häuse benutzt wird. Pfeile 32 geben die Gasdurchströmrichtung an.

Die Ausführungsform nach den Fig. 19, 20 unterscheidet sich von jener nach Fig. 18 dadurch, daß in den Auspuff- krümmer 30 ein sich über die Länge des Auspuffkrümmers 30 erstreckendes, im Querschnitt im wesentlichen recht¬ eckiges gasdurchlässiges Teilgehäuse 33 eingefügt ist, das das beispielsweise entsprechend Fig. 10, 11 plissier¬ te oder gefaltete Gestrick 14 etwa in Form eines Stapels 23 enthält. Die Gasdurchströmrichtung ist wiederum durch Pfeile 32 angedeutet.

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Bei der Ausführungsform nach Fig. 21 schließlich ist in den Auspuff rümmer 30 ein sich über dessen Länge erstreckendes gasdurchlässiges Teilgehäuse 34 einge¬ setzt, das einen gegebenenfalls entsprechend Fig. 14, 15 plissierten oder entsprechend Fig. 16, 17 aufge¬ wickelten zylindrischen Gestrickmantel 35 trägt, so daß sich insgesamt der grundsätzliche Aufbau einer Filterkerze ergibt, die in dem Auspuffkrümmer 30 liegt und deren Wandung im wesentlichen radial durchströmt ist, wie dies die Pfeile 32 zeigen.

Als katalytisch wirksames Material wird vorzugsweise Platin verwendet, wenn es darum geht, die Abgase von Verbrennungsmotoren von unverbrannten Kohlenwasserstof¬ fen und von Kohlenmonoxid zu reinigen. Für andere Ein¬ satzzwecke, bei denen die Umsetzung anderer in dem zu reinigenden Gasstrom enthaltener Schadstoffe im Vor¬ dergrund steht, oder bei denen die Aufgabe gestellt ist, die Verbrennungstemperatur, beispielsweise für Rußpartikel, abzusenken, können auch andere katalytisch wirksame Materialien Verwendung finden, die auf der Faseroberfläche des Gestrickes 14 sitzen und von dem zu reinigenden Gasstrom angeströmt sind. Beispiele sind Pt, Pd, V, Rh etc.

Bei der Verwendung von Platin als katalytisch wirksames Material kann die Plantinbeschichtung der Fasern in verschiedener Weise vorgenommen werden. Die Beschich¬ tung kann aus der Gasphase erfolgen (chemical vapor deposition = CVD) . Ein anderes Verfahren ist das der Naßimprägnierung. Dieses Verfahren besteht darin, daß das Gestrick 14 mit einer verdünnten Lösung eines Pla¬ tinsalzes getränkt wird, worauf das getränkte Gestrick getrocknet und anschließend das Salz thermisch zu Pla¬ tin abgebaut werden.

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In Abhängigkeit von den Reaktionsbedingungen bei der thermischen Zersetzung- des Salzes können drei Modifika¬ tionen von Platin entstehen: Platin-Mohr (Platin mit physisorbierte Sauerstoff) , Platin-Schwamm (nicht kristallines oberflächenreiches Platin ohne sorbierten Sauerstoff) und Platin-Metall (kristallisiertes, aber oberflächenärmeres Platin) .

Ausführungsbeispiel 1 •

Es wird ein Gestrick 14 entsprechend Fig. 3 aus einem Fasergarn geringer Drehung (0,5 Drehung pro Inch Länge) aus einer polykristallinen Mullitfaser mit einer Ober- fläche von 0,2 bis 4 m /g (zweiter Wert mit leaching) hergestellt. Der Faserdurchmesser beträgt ca. 10 μm und liegt damit außerhalb des für die Gesundheit ge¬ fährlichen Bereiches; es können aber auch Fasern mit einem Faserdurchmesser von 5 μm und dementsprechend größerer Oberfläche zum Einsatz kommen.

Das Gestrick 14 wurde sodann in einer verdünnten Lösung eines Platinsalzes getränkt (Naßimprägnierung) , worauf anschließend das Salz bei Temperaturen um 800 C zu Platin-Schwamm abgebaut (kalziniert) wurde. Die Be- schichtungsmenge betrug ca. 1 Gewichtsprozent; sie kann jedoch auf bis zu ca. 1 Gewichtspromille abge¬ senkt werden.

Das Gestrick 14 wurde sodann zu einem Wickel 21 ent¬ sprechend Fig. 9 aufgewickelt und axial durchströmt. Zu diesem Zwecke wurde der Wickel 21 in ein Edelstahl- rohr 1 entsprechend Fig. 1 _' eingesetzt.

Ausführungsbeispiel 2 :

Es wurde ein Gestrick 14 aus Kohlenstoff-Mikrofasern

3 hergestellt, das eine Dichte von ca. 0,5 bis 1,0 g/cm

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aufweist. Die Fasern sind Mono ilamente mit einem Faser¬ durchmesser von 6,5 μm; pro Strang sind 3000 Monofila- mente vorhanden. Die auf Normalbeάingungen bezogene Strö¬ mungsgeschwindigkeit betrug ca. 85 mm/sec. Untersucht wurde mit CO angereicherte Luft.

Bereits bei ca. 235° C ergab sich eine vollständige Um¬ setzung von CO in C0 ₂ bei einer Raumgeschwindigkeit von 10 000 h ^~1 (Raumgeschwindigkeit: Durchsatz m ³ Gas/h pro m ³ Katalysatorvolumen) .

Anstelle eines Platin-Katalysators könnte auch ein Rhodium-Katalysator oder ein Pt/Rh-Katalysator ver¬ wendet werden.

Ausführungsbeispiel 3

Kohlenstoffasern, wie bei dem Ausführungsbeispiel 2, wurden zunächst mit SiC CVD-beschichtet. Auf die Fasern wurde so¬ dann durch Naßimprägnierung mit einer Pt/Pd-Mischung und anschließender Kalzinierung bei ca. 800° C eine katalytische Beschichtung aufgebracht.

Aus dem Gestrick wurde ein -Wickel 21 entsprechend dem Aus¬ führungsbeispiel 1 hergestellt, der axial mit Propan durch¬ strömt wurde.

Bei einer Raumgeschwindigkeit von etwa 10000 h begann die katalytische Umsetzung des Progans bereits bei einer Start¬ temperatur von ca. 210° C; bei ca. 330° C wurde eine 100%ige Umsetzung des Propans festgestellt.

ERSATZBLATT

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Beispielsweise die Verwendung von Kohlenstoffasern als Träger für das katalytisch wirksame Material erlaubt es , unmittelbar eine Innenbeheizung des Katalysator- körpers 8, 8a vorzunehmen, weil die Kohlenstoffasern elektrisch leitend sind. Eine andere Möglichkeit für eine solche Innenbeheizung besteht darin, daß das Ge¬ strick 14 zweifädig gearbeitet wird, wobei zusätzlich zu dem beispielsweise aus Keramikfasern bestehenden mit katalytisch wirksamem Material beschichtetem Garn 15 ein elektrisch leitfähiges Garn 36 verstrickt ist, das auf das Garn 15. aufplattiert ist. Ein Beispiel da¬ für ist. in Fig. 22 dargestellt, zu dem zu bemerken ist, daß, wie bereits eingangs "erläutert, für Zwecke, bei denen eine Inneπbeheizung des Gestrickes 14 nicht er¬ forderlich ist, das zweite Garn 36 auch aus einem elektrisch nichtleitenden Material bestehen kann, das so gewählt ist, daß es dem Gestrick die für den je¬ weiligen Einsatzzweck erforderlichen zusätzlichen Eigen¬ schaften verleiht.

Möglich ist es auch, in das Gestrick Schußfäden 37 einzuarbeiten', die im Falle einer gewünschten Innen¬ beheizung aus einem elektrisch leitfähigen Material be¬ stehen, sonst aber aus einem Material hergestellt sind, das mit Rücksicht auf bestimmte zu erzielende Eigen¬ schaften des Gestrickes ausgewählt wurde. Solche Eigen¬ schaften sind beispielsweise eine erhöhte Formstabili¬ tät, eine verbesserte Festigkeit oder bestimmte Deh- nungseigenschaften des Gestrickes, die in der Richtung der Maschenreihen verschieden von jenen in der Richtung der Maschenstabchen sind.

Die elektrisch leitenden Fasern können in der aus Fig. 23 ersichtlichen Weise mit einer dort nicht weiter darge¬ stellten Stromquelle verbunden werden. Zu diesem Zwecke ^• sind die aus diesen Fasern bestehenden Garnelemente

ERSATZBLATT

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36 des Gestrickes 14 an zwei Kontaktleisten 39, 40.elektrisch leitend angelötet oder angeschweißt, was im Falle von Kohlenstoffasern beispielsweise mit Hilfe einer ent¬ sprechenden vorherigen Beschichtung der Fasern gesche¬ hen kann. Die Kontaktleisten 39, 40 erstrecken sich im wesentlichen in Richtung der Maschenstabchen, d.h. quer zur Strickrichtung. Auf diese Weise ergeben sich ein¬ deutige Widerstandsverhältnisse und ein gleichmäßiger Stromdurchfluß der die einzelnen Maschenreihen bilden¬ den Garnlängen.

Die grundsätzlich gleiche Anordnung ergibt sich natur¬ gemäß auch für den Fall der Verwendung eines zweifädigen Gestrickes 14 nach Fig. 22; die Fig. 23 zeigt dann ledig¬ lich das aus dem Garn 36 bestehende Garnsystem.

Um bei einem aus einem solchen elektrisch leitende Fasern enthaltenden Gestrick 14 bestehenden mehrla¬ gigen Katalysatorkörper Kurzschlüsse zwischen den einzelnen Lagen des elektrisch innen beheizten Ge¬ strickes 14 zu vermeiden, können einige einfache Ma߬ nahmen ergriffen werden, von denen zwei Beispiele in den Fig. 24, 25 veranschaulicht sind:

Bei der Ausführungsform nach Fig. 24, die einen Katalysa¬ tor ähnlich Fig. 1 zeigt, besteht der Katalysatorkörper 8 aus einem plissierten Gestrick 14, beispielsweise ent¬ sprechend Fig. 10 oder 14. Zwischen die einzelnen auf- einanderliegenden Lagen 41 des gefalteten Gestrickes 14 sind isolierende Zwischenschichten 42 eingelegt, die r beispielsweise aus Glimmer bestehen und von beiden Stirnseiten her in den Katalysatorkörper 8 ragen.

ERSATZBLATT

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Bei der anderen Ausführungsform nach Fig. 25 ist die Anordnung derart getroffen, daß bei der Faltung des Gestrickes 14 ein isolierendes zweites Gestrick 45, bei¬ spielsweise aus Keramik-oder Glasfasermaterial, beige¬ legt wurde, derart, daß die beiden Gestricke 14 in der gezeigten Weise zusammengefaltet sind.

Die elektrische Innenbeheizung des Katalysatorkörpers 8, 8a erlaubt es, den Katalysator rasch auf Betriebstempe¬ ratur zu bringen oder, wie bereits eingangs erläutert, zusätzliche Desorptionsvorgänge ablaufen zu lassen, wozu insbesondere auch ein doppelfädiges Gestrick verwendet werden kann, bei dem ein Fadensystem etwa aus aktivierten Kohlenstoffasern bestehen kann, die sich durch eine be¬ sonders große Oberfläche und damit ein hohes Adsorbtions- vermögen auszeichnen.