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Die
Erfindung betrifft einen Wabenkörper aufweisend
zumindest eine metallische Wabenstruktur und zumindest ein Mantelrohr
und ein Verfahren zur Herstellung eines Wabenkörpers aufweisend zumindest
eine metallische Wabenstruktur und zumindest ein Mantelrohr.
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Derartige
Wabenkörper
werden regelmäßig für Abgasreinigungskomponenten
in Abgassystemen mobiler Verbrennungskraftmaschinen, wie z. B. Otto- und/oder
Diesel-Motoren in Kraftfahrzeugen und/oder Lastkraftfahrzeugen,
eingesetzt. In diesen Anwendungen sind die Abgasreinigungskomponenten
sehr starken und sehr schnell wechselnden Temperaturschwankungen
ausgesetzt. Die Abgastemperaturen mobiler Verbrennungskraftmaschinen schwanken
beispielsweise zwischen 100°C
und über 1000°C. Wenn die
Abgastemperaturen beispielsweise aufgrund eines Lastwechsels der
Verbrennungskraftmaschine plötzlich
ansteigen, erwärmt
sich ein Wabenkörper
einer angeschlossenen Abgasreinigungskomponente inhomogen. Einige
Bereiche erwärmen
sich sehr schnell, andere Bereiche deutlich langsamer, beispielsweise
weil sie im Randbereich der Abgasströmung liegen oder weil sie eine
höhere Wärmekapazität aufweisen.
Aus diesem Grunde können
sich sehr große
thermische Spannungen im Betrieb in einem Wabenkörper ergeben.
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Während des
Herstellungsprozesses eines Wabenkörpers ist dieser ebenfalls
sehr hohen Temperaturen ausgesetzt. Wabenkörper werden typischerweise
hartgelötet.
Zum Hartlöten
sind Temperaturen zwischen 600°C
und 1200°C
notwendig. Auch hier können
durch ungleichmäßiges Erhitzen
der Wabenkörper
thermische Spannungen auftreten. Das Hartlöten soll regelmäßig sehr
schnell vorgehen, so dass zum langsamen-gleichzeitigen Aufheizen
von Mantelrohr und Wabenstruktur des Wabenkörpers oft die Zeit fehlt.
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Darüber hinaus
ist man bestrebt, für
die metallische Wabenstruktur und das Mantelrohr unterschiedliche
Materialien einzusetzen. Für
die metallischen Wabenkörper
wurden bereits verschiedene Materialien vorgeschlagen, wie zum Beispiel
ferritische Werkstoffe mit einem hohen Chromanteil und/oder austenitische
Werkstoffe, die zusätzlich
zu einem hohen Chromgehalt auch einen hohen Nickelgehalt aufweisen.
Unterschiedliche Werkstoffe weisen regelmäßig unterschiedliche thermische
Ausdehnungskoeffizienten auf. Hierdurch werden die thermischen Ausdehnungen
verschiedener Komponenten des Wabenkörpers noch unterschiedlicher und
die auftretenden thermischen Spannungen noch größer.
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Insbesondere
bei großen
Durchmessern von Abgasreinigungskomponenten kann es während der Herstellung
dazu kommen, dass sich der Mantel deutlich stärker und schneller ausdehnt
als die Wabenstruktur. Hierdurch kann sogar der Kontakt zwischen
Wabenstruktur und Mantel vollständig
aufgelöst
werden. Dies erschwert die Ausbildung einer geeigneten Verbindung
zwischen Wabenstruktur und Mantel.
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Hiervon
ausgehend ist es Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung, die im
Zusammenhang mit dem Stand der Technik geschilderten technischen Probleme
zumindest zu lindern. Es soll insbesondere ein Verfahren zur Herstellung
eines Wabenkörpers vorgestellt
werden, welcher in Bezug auf thermische Spannungen besonders günstige Eigenschaften
aufweist. Darüber
hinaus soll auch ein derartiger Wabenkörper vorgestellt werden.
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Diese
Aufgaben werden gelöst
mit einem Verfahren gemäß den Merkmalen
des Patentanspruchs 1 und einem Wabenkörper gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs
5. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens und des Wabenkörpers sind
in den jeweils abhängig
formulierten Patenansprüchen
angegeben. Die in den Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale
sind in beliebiger, technologisch sinnvoller, Weise miteinander kombinierbar
und können
durch erläuternde
Sachverhalte aus der Beschreibung ergänzt werden, wobei weitere Ausführungsvarianten
der Erfindung aufgezeigt werden.
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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Wabenkörpers mit
zwei Stirnflächen, einer
Umfangsfläche
und einer Länge
aufweisend zumindest eine metallische Wabenstruktur und zumindest
ein metallisches Mantelrohr, wobei das Verfahren zumindest folgende
Schritte umfasst:
- a) Bereitstellen der zumindest
einen metallischen Wabenstruktur aus mindestens einer zumindest teilweise
strukturierten Metallfolie;
- b) Bereitstellen des zumindest einen metallischen Mantelrohres;
- c) Zumindest teilweises Auftrennen des zumindest einen Mantelrohres,
so dass mindestens ein sich zumindest teilweise über die Länge erstreckender Schlitz im
Mantelrohr vorliegt;
- d) Einbringen der zumindest einen Wabenstruktur in das zumindest
eine Mantelrohr;
- e) Verlöten
der zumindest einen Wabenstruktur mit dem zumindest einen Mantelrohr;
und
- f) Zumindest teilweises Verschließen des mindestens einen Schlitzes
mit einer Fügeverbindung.
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Ein
Wabenkörper
im Sinne des Verfahrens ist typischerweise ein Katalysatorträgerkörper oder ein
Partikelfilter. Die Wabenstruktur ist aus zumindest einer teilweise
strukturierten Metallfolie, vorzugsweise mindestens einer glatten
Metallfolie und mindestens einer strukturierten Metallfolie gewickelt,
gewunden oder gestapelt. Typischerweise werden auch mehrere Stapel
abwechselnd glatter und strukturierter Metallfolien miteinander
verwunden, um eine derartige Wabenstruktur zu erzeugen. Strukturierte
Metallfolien sind vorzugsweise gewellte Metallfolien. Das metallische
Mantelrohr ist vorzugsweise ein Rohr mit einem kreisförmigen Querschnitt.
Auch andere Querschnittsformen, wie beispielsweise rechteckige Querschnitte
mit oder ohne abgerundeten Ecken oder elliptische Querschnitte sind
möglich.
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In
Schritt c) des erfîndungsgemäßen Verfahrens
kann das Mantelrohr mittels eines Schlitzes teilweise oder vollständig aufgetrennt
werden. Wird das Mantelrohr mit mindestens zwei Schlitzen vollständig aufgetrennt,
so liegen nach dem Auftrennen mindestens zwei Teilstücke des
Mantelrohres vor. Zum vollständigen
Auftrennen des Mantelrohres muss sich der mindestens eine Schlitz über die
gesamte Länge des
Mantelrohres bzw. der Abgasreinigungskomponente erstrecken. Bevorzugt
ist aber, dass nach Schritt c), also der Einbringung eines durchgehenden und/oder
mehrerer nur teilweise durchgehender Schlitze, das Mantelrohr einteilig
ist und nicht mindestens zwei Teilstücke vorliegen. Somit ist das
Mantelrohr im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens leichter handhabbar.
Bevorzugt ist weiterhin, dass sich der Schlitz von einer Stirnfläche aus
in axialer Richtung des Mantelrohres erstreckt. Gegebenenfalls kann
der Schlitz sich auch schräg
mit einem Winkel zur axialen Richtung erstrecken. Dann erstreckt
sich der Schlitz zumindest teilweise auch in Umfangsrichtung des
Wabenkörpers.
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Es
ist bevorzugt, dass sich ein in Schritt c) eingebrachter sich zumindest
teilweise über
die Länge
erstreckender Schlitz im Mantelrohr sich über mindestens 50% der Länge des
Wabenkörpers
erstreckt. Weiterhin bevorzugt ist, dass mehrere Schlitze über den
Umfang verteilt im Mantelrohr vorliegen. Diese Schlitze können sich
alle ausgehend von einer Stirnseite erstrecken. Möglich ist
aber auch, dass sich die Schlitze teilweise von einer Stirnseite
und teilweise von der gegenüber
liegenden Stirnseite aus erstrecken. Bevorzugt ist hierbei, dass
sich die Schlitze in Umfangsrichtung abwechselnd ausgehend von einer Stirnseite
und ausgehend von der gegenüber
liegenden Stirnseite erstrecken. So wird eine besonders hohe Flexibilität des Mantelrohres
in radiale Richtung und/oder in Umfangsrichtung erreicht. Das Mantelrohr
kann dann mit geringem Kraftaufwand aufgespreizt werden, so dass
auch die Einbringung der Wabenstruktur in Schritt d) vereinfacht
ist. Wenn das Mantelrohr nach Schritt c) einen sich vollständig über die
Länge erstreckenden
Schlitz aufweist, ist bevorzugt, dass genau ein einzelner Schlitz
im Mantelrohr vorliegt.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
ist auch vorteilhaft, weil sich Mantelrohr und Wabenstruktur (insbesondere
auch aufgrund unterschiedlicher Werkstoffe) während des thermischen Lötprozesses wegen
ihrer unterschiedlichen thermischen Ausdehnungsverhalten, des Aufbaus
der Wabenstruktur (gewickelt, gewunden oder gestapelt) und/oder
der Temperaturverteilung während
des Lötprozesses
voneinander (teilweise) unabhängig
unterschiedlich ausdehnen können.
Insbesondere bei gewickelten Wabenkörpern ist ein gegenseitiges
Verschieben der Metallfolien aufeinander aufgrund der Länge der
einzelnen Metallfolien und der Reibung der einzelnen Metallfolien
aneinander nicht oder nur wenig möglich. Aus diesem Grund dehnen
sich gewickelte Wabenstrukturen weniger als ansonsten vergleichbare
gewundene oder gestapelte Wabenstrukturen. Dies führt insbesondere
bei großen
Trägerdurchmessern dazu,
dass der Mantel sich deutlich stärker
ausdehnt als die Wabenstruktur. Somit besteht beim Verlöten in Schritt
e) oft nur noch teilweise Kontakt oder gar kein Kontakt zwischen
Wabenstruktur und Mantelrohr. Durch das zumindest teilweise Auftrennen
des Mantelrohres in Schritt c) kann eine erheblich bessere Anpassung
des Mantelrohres an die Wabenstruktur während des Verlötens in
Schritt e) erfolgen.
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Durch
das Auftrennen bzw. die Erzeugung mindestens eines Schlitzes bekommt
das Mantelrohr mehr Freiheitsgrade, so dass es sich auch während des
Lötprozesses
in Schritt e) der durch das Aufheizverhalten und/oder die thermische
Ausdehnung bedingten Form der Wabenstruktur anpassen kann und somit
immer ein direkter Kontakt zur Wabenstruktur gegeben ist. Unterschiedliche
thermische Ausdehnungen und insbesondere unterschiedliche thermische
Ausdehnungskoeffizienten von Mantelrohr und Wabenstruktur werden
so kompensiert.
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Nachdem
das Verlöten
der zumindest einen Wabenstruktur und des zumindest einen Mantelrohres
in Schritt e) abgeschlossen ist, ist eine Anpassung des zumindest
einen Mantelrohres an die zumindest eine Wabenstruktur gegeben.
Das zumindest eine Mantelrohr wird durch die Verbindung zur zumindest
einen Wabenstruktur in der geeigneten Form gehalten. Diese Form
kann dadurch fixiert werden, dass der mindestens eine Schlitz im
Mantelrohr mit mindestens einer Fügeverbindung in Schritt f)
zumindest teilweise, bevorzugt aber vollständig, geschlossen wird. Es
entsteht so ein besonders stabiler, in Umfangsrichtung gasdichter
Verbund aus Wabenstruktur und Mantelrohr. Die Schlitze mit Hilfe
eines Fügeverfahrens
zu schließen,
gibt dem hergestellten Wabenkörper
seine endgültige
Stabilität.
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Die
Fügeverbindung
wird bevorzugt mit Hilfe eines Schweißverfahrens erzeugt. Geschweißt wird dabei
bevorzugt von außen,
wobei die Wärmeeinbringung
lediglich lokal erfolgt (lokale Wärmeeinbringung).
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Besonders
vorteilhaft ist das erfindungsgemäße Verfahren, wenn der Wabenkörper einen Durchmesser
von mindestens 150 mm [Millimeter], vorzugsweise 200 mm und insbesondere
500 mm hat. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können besonders
haltbare Wabenkörper
mit Durchmessern von bis zu 1000 mm oder sogar noch größeren Durchmessern
hergestellt werden.
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Auch
vorteilhaft ist das erfindungsgemäße Verfahren, wenn das zumindest
eine Mantelrohr während
des Schrittes e) an die zumindest eine Wabenstruktur angepresst
wird. Das mit Schlitzen versehene Mantelrohr ist besonders flexibel.
Wenn es während
des Verlötens
an die Wabenstruktur (aktiv, also durch äußere Krafteinwirkung) angepresst
wird, passt es sich jeweils der durch die Aufheizung bedingten Form
und Ausdehnung der Wabenstruktur besonders gut an. Es wird ein sicherer
Kontakt zwischen Mantelrohr und Wabenstruktur sichergestellt. So
kann eine besonders feste Lötverbindung
zwischen Mantelrohr und Wabenstruktur hergestellt werden.
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Besonders
vorteilhaft ist das erfindungsgemäße Verfahren, wenn das zumindest
eine Mantelrohr aus einem austenitischen Stahlwerkstoff und die zumindest
eine Wabenstruktur aus einem ferritischen Stahlwerkstoff ist.
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Als
austenitischer Stahlwerkstoff für
den Mantel kommt beispielsweise ein Stahl mit der Werkstoffnummer
1.4301 in Betracht. Ein derartiger Eisenwerkstoff weist unter anderem
einen Chromgehalt von ca. 18 Gew.-% und einen Nickelgehalt von ca.
10 Gew.-% als Legierungselemente auf und hat im Temperaturbereich
von 200°C
bis 1200°C
einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen 16 μm/m·K und
20 μm/m·K [Mikrometer/Meter
Kelvin], welcher in Abhängigkeit
von der Temperatur ansteigt. Alternativ kann für den Mantel ein austenitischer Werkstoff
mit der Werkstoffnummer 1.4828 mit einem Chromgehalt von ca. 20
Gew.-% und einem Nickelgehalt von ca. 12 Gew.-% verwendet werden.
Dieser Werkstoff hat im Temperaturbereich von 200°C bis 1200°C einen thermischen
Ausdehnungskoeffizienten zwischen 16 μm/m·K und 20 μm/m·K, welcher ebenfalls in Abhängigkeit
von der Temperatur ansteigt.
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Als
ferritischer Stahlwerkstoff für
die Wabenstruktur (aus Metallfolien) kommt beispielsweise ein Stahl
mit der Werkstoffnummer 1.4509 in Betracht. Ein derartiger Eisenwerkstoff
weist unter anderem einen Chromgehalt von ca. 18 Gew.-% und einen
deutlich geringen Nickelgehalt als Legierungselemente auf und hat
im Temperaturbereich von 200°C
bis 1200°C
einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen 10 μm/m·K und
14 μm/m·K, welcher
in Abhängigkeit
von der Temperatur ansteigt. Alternativ kann für die Wabenstruktur ein austenitischer
Werkstoff mit der Werkstoffnummer 1.4767 mit einem Chromgehalt von
ca. 20 Gew.-% und einem signifikant geringen Nickelgehalt verwendet
werden. Dieser Werkstoff hat im Temperaturbereich von 200°C bis 1200°C einen thermischen
Ausdehnungskoeffizienten zwischen 12 μm/m·K und 18 μm/m·K, welcher ebenfalls in Abhängigkeit
von der Temperatur ansteigt.
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Wird
für das
Mantelrohr der austenitische Werkstoff 1.4828 und für die Wabenstruktur
der ferritische Werkstoff 1.4767 verwendet ergibt sich beispielsweise
bei einem Wabenkörper
mit einem Durchmesser von 600 mm bei einer Temperaturerhöhung von
200°C auf
1200°C eine
um 2,5 mm größere Ausdehnung
des Mantels gegenüber
dem Wabenkörper,
wenn Mantelrohr und Wabenkörper
sich jeweils unabhängig
voneinander ausdehnen können.
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Austenitische
Stahlwerkstoffe weisen typischerweise größere thermische Ausdehnungskoeffizienten
auf als ferritische Stahlwerkstoffe. Deshalb dehnt sich ein Mantelrohr
aus austenitischem Werkstoff stärker
aus als eine Wabenstruktur aus ferritischem Werkstoff. Durch die
Wärmeeinbringung
im Lötofen
von außen
wird das Mantelrohr zudem schneller aufgeheizt als die Wabenstruktur.
Dies verstärkt
ebenfalls die größere thermische
Ausdehnung des Mantelrohres gegenüber der Wabenstruktur. Dadurch,
dass das Mantelrohr aus einem austenitischen Stahlwerkstoff hergestellt
wird, erhöht
sich dieser Effekt noch weiter. Durch das erfindungsgemäße Verfahren
wird es möglich,
stabile Verbunde von Wabenstruktur und Mantelrohr auch herzustellen,
wenn das Mantelrohr aus einem austenitischen Stahlwerkstoff und
die Wabenstruktur aus einem ferritischen Stahlwerkstoff ist.
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Auch
erfindungsgemäß ist ein
Wabenkörper mit
zwei sich gegenüber
liegenden Stirnflächen,
einer Umfangsfläche,
einer Umfangsrichtung und einer Länge, wobei der Wabenkörper zumindest
eine metallische Wabenstruktur aufweist, die aus mindestens einer
zumindest teilweise strukturierten Metallfolie gebildet ist und
Kanäle
bildet, die sich von einer Stirnfläche zur gegenüberliegenden
Stirnfläche
erstrecken und zumindest ein metallisches Mantelrohr, das mindestens
einen sich zumindest teilweise über
die Länge
des Wabenkörpers
erstreckenden, von mindestens einer Stirnfläche ausgehenden Schlitz aufweist,
wobei der mindestens eine Schlitz mit einer Fügeverbindung wenigstens teilweise
geschlossen ist und die zumindest eine Wabenstruktur und das zumindest
eine Mantelrohr miteinander verlötet
sind. Bevorzugt ist, dass ein Schlitz, mehrere Schlitze oder insbesondere
alle Schlitze wieder vollständig
(also über
die ganze Länge
gasdicht) verschlossen sind.
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Vorzugsweise
ist ein derartiger Wabenkörper nach
dem erfindungsgemäßen Verfahren
hergestellt und dient schließlich
besonders bevorzugt als Abgasbehandlungskomponente.
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Im
Betrieb im Abgassystem wird bei plötzlich steigenden Abgastemperaturen
zunächst
die Wabenstruktur erhitzt. Diese dehnt sich somit aus. Erst später erwärmt sich
auch das Mantelrohr. Da das Mantelrohr außen an der Abgasreinigungskomponente
angeordnet ist wird es allerdings zusätzlich durch die Umgebung gekühlt und
erreicht nicht die Temperaturen der Wabenstruktur. Die relativen
Temperaturschwankungen, denen die Wabenstruktur im Betrieb ausgesetzt
ist, sind größer als
die relativen Temperaturschwankungen, denen das Mantelrohr im Betrieb
ausgesetzt ist. Aus diesem Grund ist die besonders stabile, erfindungsgemäße Abgasreinigungskomponente
besonders vorteilhaft.
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Hier
gelten außerdem
auch die Vorteile einer derartigen Abgasreinigungskomponente, die
mit Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren
bereits erläutert
wurden.
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Auch
vorteilhaft ist, wenn der erfindungsgemäße Wabenkörper einen Durchmesser von
mindestens 150 mm, vorzugsweise mindestens 200 mm und insbesondere
mindestens 500 mm hat. Möglich
sind besonders haltbare Wabenkörper
mit Durchmessern von bis zu 1000 mm oder sogar noch größeren Durchmessern.
Die Unterschiede in der thermischen Ausdehnung wirken sich umso
stärker
aus, je größer der
Wabenkörper
ist. Deshalb sind erfindungsgemäße Wabenkörper mit
großem
Durchmesser besonders vorteilhaft.
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Weiterhin
vorteilhaft ist der erfindungsgemäße Wabenkörper, wenn zwischen der zumindest
einen Wabenstruktur und dem zumindest einen Mantelrohr mindestens
ein gewellter metallischer Zwischenmantel vorgesehen ist, wobei
entlang der Umfangsfläche
erste Lötverbindungen
zwischen dem zumindest einen Mantelrohr und dem zumindest einen
gewellten Zwischenmantel ausgebildet sind und zweite Lötverbindungen
zwischen dem zumindest einen gewellten Zwischenmantel und der zumindest
einen Wabenstruktur ausgebildet sind und erste Lötverbindungen entlang der Umfangsfläche einen
ersten Mindestabstand von mindestens 10 mm, vorzugsweise mindestens
20 mm und insbesondere mindestens 25 mm zu zweiten Lötverbindungen
aufweisen.
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Dieser
mindestens eine gewellte Zwischenmantel wirkt wie ein elastisches
Federelement. Er definiert die Kraftverhältnisse zwischen Mantelrohr
und Wabenstruktur. Neben der oben beschriebenen positiven Verteilung
der inneren Spannungen in dem Wabenkörper aufgrund des Herstellungsprozesses
wird auch eine höhere
Flexibilität
des Wabenkörpers
im Betrieb ermöglicht,
wodurch schnell wechselnde Temperaturbelastungen für den Wabenkörper besser ertragbar
werden. Der mindestens eine gewellte Zwischenmantel dient als Kompensationselement
zur Kompensation unterschiedlicher thermischer Ausdehnungen von
Mantelrohr und Wabenstruktur. Hierfür kann auch der Zwischenmantel
mit Öffnungen, (unverschlossenen)
Schlitzen oder dergleichen ausgeführt sein Der mindestens eine
gewellte Zwischenmantel kann im Rahmen des werter oben beschriebenen
erfindungsgemäßen Verfahrens
gemeinsam oder getrennt von der Wabenstruktur in Schritt d) in das
Mantelrohr eingebracht werden.
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Infolge
des Anpressen des Mantelrohres im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens
während
des Verlötens
an die Wabenstruktur mit gewelltem Zwischenmantel, kann auf den
gewellten Zwischenmantel eine definierte Vorspannung aufgebracht
werden, so dass eine mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte
Abgasreinigungskomponente mit einem Zwischenmantel eine besonders präzise Spannungsverteilung
aufweist. Die Vorspannung kann an die im Betrieb der Abgasreinigungskomponente
auftretenden Spannungen angepasst werden, so dass im Betrieb definierte
absolute Spannungswerte in der Wabenstruktur und dem Mantelrohr
nicht überschritten
werden.
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Dadurch,
dass erste Lötverbindungen
zwischen dem Mantelrohr und dem gewellten Zwischenmantel einen Mindestabstand
zu zweiten Lötverbindungen
zwischen der Wabenstruktur und dem gewellten Zwischenmantel aufweisen,
entsteht eine Art Fachwerkstruktur, die thermische Spannung zwischen
Mantelrohr und Wabenstruktur besonders gut kompensiert. Diese ist
sowohl im Betrieb der Abgasreinigungskomponente wie auch während der
Herstellung der Abgasreinigungskomponente vorteilhaft.
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Auch
vorteilhaft ist der Wabenkörper,
wenn die ersten Lötverbindungen
entlang der Umfangsrichtung einen zweiten Mindestabstand von mindestens
10 mm, vorzugsweise mindestens 20 mm und insbesondere mindestens
25 mm zu zweiten Lötverbindungen
aufweisen. Während
der „erste
Mindestabstand” sich
auf eine Entfernung in beliebiger Richtung bezieht, wird hier beim „zweiten
Mindestabstand” eine
Entfernung jedenfalls in Umfangsrichtung des Wabenkörpers eingehalten.
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Durch
den gewellten Zwischenmantel sollen vor allen Dingen thermische
Spannungen zwischen Wabenstruktur und Mantelrohr in radialer und
tangentialer Richtung kompensiert werden. Derartige Spannungen können jeweils
in einer Querschnittsfläche
durch den Wabenkörper
betrachtet werden. Sie verursachen Durchmesserveränderungen
von Wabenstruktur und/oder Mantelrohr. Um unterschiedliche Durchmesserveränderungen
von Wabenstruktur und Mantelrohr kompensieren zu können ist
es vorteilhaft, insbesondere auch in Umfangsrichtung einen zweiten
Mindestabstand zwischen ersten Lötverbindungen
und zweiten Lötverbindungen
vorzusehen.
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Auch
vorteilhaft ist der erfindungsgemäße Wabenkörper, wenn das Mantelrohr aus
einem austenitischen Stahlwerkstoff und die Wabenstruktur aus einem
ferritischen Stahlwerkstoff sind.
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Die
Vorteile hinsichtlich eines Mantelrohres aus austenitischem Stahlwerkstoff
und einer Wabenstruktur aus ferritischem Stahlwerkstoff wurden im Zusammenhang
mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
bereits teilweise erläutert.
Zusätzlich
ist darauf hinzuweisen, dass durch diese Werkstoffkombination für Mantelrohr
und Wabenstruktur thermische Spannungen im Betrieb besonders klein
sind. Wie bereits erläutert,
weisen austenitische Stahlwerkstoffe größere thermische Ausdehungskoeffizienten
als ferritische Stahlwerkstoffe auf. Aufgrund der weiter oben bereits
erläuterten
größeren relativen
Temperaturschwankungen in der Wabenstruktur als im Mantelrohr können hierdurch
die tatsächlichen
Unterschiede in der thermischen Ausdehnung zwischen Wabenstruktur
und Mantelrohr zumindest teilweise kompensiert werden.
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Darüber hinaus
erfindungsgemäß ist auch ein
Kraftfahrzeug aufweisend eine Verbrennungskraftmaschine und ein
Abgasnachbehandlungssystem, welches zumindest einen erfindungsgemäßen Wabenkörper oder
einen nach einem erfindungsgemäßen Verfahren
hergestellten Wabenkörper
beinhaltet.
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Die
Verbrennungskraftmaschine eines derartigen Kraftfahrzeuges kann
in einer bevorzugten Ausführungsvariante
des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeuges
ein Otto-Motor sein. Die Abgase von Otto-Motoren haben im Betrieb
regelmäßig besonders hohe
Temperaturen, die bei Lastwechseln zudem besonders stark schwanken.
Somit ergeben sich in einem Wabenkörper im Abgassystem besonders
große
Temperaturdifferenzen und/oder Temperaturgradienten zwischen Wabenstruktur
und Mantelrohr, so dass sich signifikant unterschiedliche thermische Ausdehnungen
von Wabenstruktur und Mantelrohr ergeben und ein erfindungsgemäßer Wabenkörper durch
den besonders festen Verbund zwischen Wabenstruktur und Mantelrohr
hier besonders geeignet ist.
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In
einer alternativen bevorzugten Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeuges
kann die Verbrennungskraftmaschine ein Diesel-Motor sein. In diesem
Falle ist das Kraftfahrzeug bevorzugt ein Nutzfahrzeug, wie beispielsweise
ein Lastkraftwagen, oder ein Bus. Derartige Kraftfahrzeuge haben
aufgrund ihrer großen
Motorleistung regelmäßig besonders
großvolumige
Abgasanlagen, in denen Wabenkörpern
mit Durchmessern von bis zu 1000 mm eingesetzt werden. Bei derartig
großen Wabenkörpern bewirken
aufgrund der großen
Abmessungen (bis zu 1000 mm Durchmesser) bereits geringe Temperaturdifferenzen
und/oder Temperaturgradienten zwischen Wabenstruktur und Mantelrohr
signifikant unterschiedliche thermische Ausdehnungen von Wabenstruktur
und Mantelrohr. Trotz der im Vergleich zu Otto-Motoren typischerweise
niedrigen Abgastemperaturen von Diesel-Motoren ist deshalb, gerade
bei Kraftfahrzeugen mit großvolumigen Abgasanlagen,
der Einsatz erfindungsgemäßer Wabenkörper besonders
sinnvoll.
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Großvolumige
Abgasanlagen von Diesel-Motoren, in denen erfindungsgemäße Wabenkörper eingesetzt
sind, können
nicht nur in Kraftfahrzeugen, sondern auch in Lokomotiven, Schiffen
oder stationären
Anwendungen, beispielsweise Generatoren, auftreten.
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Insgesamt
ist darauf hinzuweisen, dass die erfindungsgemäßen Vorteile und besonderen
Ausgestaltungen, welche zum erfindungsgemäßen Verfahren erläutert wurden,
auch für
die erfindungsgemäße Abgasreinigungskomponente
anwendbar und vorteilhaft sind. Genauso sind auch die zur erfindungsgemäßen Abgasreinigungskomponente
dargestellten Vorteile und Ausgestaltungen auf das erfindungsgemäße Verfahren
anwendbar und übertragbar.
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Die
Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand
der Figuren näher
erläutert.
Die Figuren zeigen besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele, auf die die
Erfindung jedoch nicht begrenzt ist. Insbesondere ist darauf hinzuweisen,
dass die Figuren und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse
nur schematisch sind. Es zeigen:
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1:
eine erste Ausführungsvariante
einer erfindungsgemäßen Abgasreinigungskomponente,
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2:
eine weitere Ausführungsvariante
einer erfindungsgemäßen Abgasreinigungskomponente,
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3:
eine dritte Ausführungsvariante
einer erfindungsgemäßen Abgasreinigungskomponente, und
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4:
ein Kraftfahrzeug aufweisend eine erfindungsgemäße Abgasreinigungskomponente.
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In 1 ist
ein Wabenkörper 1 in
perspektivischer Ansicht dargestellt. Der Wabenkörper 1 weist zwei
Stirnflächen 2,
eine Umfangsfläche 3,
eine Umfangsrichtung 18, einen Durchmesser 23 und
eine Länge 4 auf.
Die Umfangsrichtung 18 erstreckt sich tangential zum Wabenkörper 1 in
der Umfangsfläche 3 senkrecht
zur Achse des Wabenkörpers 1.
Im Inneren des Wabenkörpers 1 ist
eine Wabenstruktur 5 angeordnet. Die Wabenstruktur 5 ist
aus Metallfolien 6 hergestellt. Die Metallfolien 6 sind
teilweise strukturiert bzw. gewellt und teilweise glatt. Durch die
Metallfolien 6 sind in der Wabenstruktur 5 Kanäle 14 gebildet,
die sich von einer Stirnfläche 2 zur
gegenüber liegenden
Stirnfläche 2 erstrecken.
Um die Wabenstruktur 5 herum ist das Mantelrohr 7 vorgesehen, welches
die Umfangsfläche 3 bildet.
Das Mantelrohr 7 weist sich jeweils von einer der beiden
Stirnflächen 2 aus
erstreckende Schlitze 8 auf. Das Mantelrohr 7 ist
gemäß der 1 nur
teilweise geschlitzt. Es ist nach wie vor einteilig. Die Schlitze 8 des
Mantelrohres 7 sind mit einer Fügeverbindung 9 zumindest
teilweise verschlossen. Gemäß 1 erstrecken
sich die Schlitze 8 jeweils abwechselnd ausgehend von einer
Stirnfläche 2 bzw.
von der gegenüberliegenden Stirnfläche 2.
Auf diese Art wird eine besonders große Flexibilität des Mantelrohres 7 erreicht.
Das Mantelrohr 7 kann unter Einsatz sehr geringer Kräfte aufgespreizt
werden, so dass die Wabenstruktur 5 in das Mantelrohr 7 besonders
leicht eingeführt
werden kann. Dabei kann die Aufspreizung gleichmäßig über die Länge 4 verteilt erfolgen.
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In 2 ist
ein weiterer erfindungsgemäßer Wabenkörper 1 in
perspektivischer Ansicht gezeigt. Auch diese weist zwei Stirnflächen 2,
eine Umfangsfläche 3,
eine Länge 4,
einen Durchmesser 23 und eine Umfangsrichtung 18 auf,
die in 2 entsprechend 1 definiert
sind. Im Inneren existiert auch hier eine Wabenstruktur 5 bestehend
aus Metallfolien 6 und aufweisend Kanäle 14, die sich von
einer Stirnfläche 2 zur
gegenüberliegenden
Stirnfläche 2 erstrecken.
Die Wabenstruktur 5 ist auch hier von dem Mantelrohr 7 außen umgeben.
Das Mantelrohr 7 bildet die Umfangsfläche 3. Zwischen Mantelrohr 7 und Wabenstruktur 5 ist
zusätzlich
ein gewellter Zwischenmantel 10 vorgesehen, welcher dazu
dient, thermische Spannungen zu kompensieren, die während des
Herstellungsverfahrens und insbesondere während des Betriebes einer,
einen derartigen Wabenkörper 1 beinhaltenden
Abgasreinigungskomponente auftreten. Das Mantelrohr 7 weist
auch gemäß 2 Schlitze 8 auf,
die mit Fügeverbindungen 9 verschlossen
sind. Rein zur Veranschaulichung sind in 3 gestrichelt
angedeutet auch ein gewellter Schlitz 20 und ein schräger Schlitz 21 zu
sehen, welche alternativ zu den geraden Schlitzen 8 vorgesehen
werden können.
Ein schräger
Schlitz 21 kann sich wendelförmig über die Umfangsfläche 3 des
Wabenkörpers 1 erstrecken.
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3 zeigt
einen Wabenkörper 1 in
seitlicher Ansicht (teilweise als Explosionsdarstellung) mit einem
gewellten Zwischenmantel 10. Wie auch gemäß den 1 und 2 weist
der Wabenkörper 1 gemäß 3 zwei
Stirnflächen 2,
eine Umfangsfläche 3 und
eine Umfangsrichtung 18 auf, die entsprechend definiert
sind. Darüber
hinaus existieren eine Wabenstruktur 5, ein gewellter Zwischenmantel 10 und
ein Mantelrohr 7. Das Mantelrohr 7 ist gemäß 3 mit
einem Schlitz 8 versehen, welche über die gesamte Länge 4 des
Mantelrohres 7 verläuft.
Zwischen Mantelrohr 7 und gewelltem Zwischenmantel 10 existieren
erste Lötverbindungen 11.
Zwischen gewelltem Zwischenmantel 10 und Wabenstruktur 5 existieren
zweite Lötverbindungen 12.
Erste Lötverbindungen 11 und
zweite Lötverbindungen 12 können einen
ersten Mindestabstand 13 in der Umfangsfläche 3 zueinander
aufweisen und/oder einen zweiten Mindestabstand 19 in der
Umfangsrichtung 18. So ist eine fachwerkartige Struktur
der Lötverbindungen
ausgebildet, wodurch der Wabenkörper 1 besonders
gut geeignet ist thermischen Belastungen zu widerstehen.
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4 zeigt
ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug 15 mit
einer Verbrennungskraftmaschine 16 und einem Abgasbehandlungssystem 17.
Im Abgasbehandlungssystem 17 ist eine Abgasreinigungskomponente 22 mit
einem erfindungsgemäßen Wabenkörper 1 vorgesehen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Wabenkörper
- 2
- Stirnfläche
- 3
- Umfangsfläche
- 4
- Länge
- 5
- Wabenstruktur
- 6
- Metallfolie
- 7
- Mantelrohr
- 8
- Schlitz
- 9
- Fügeverbindung
- 10
- Zwischenmantel
- 11
- erste
Lötverbindung
- 12
- zweite
Lötverbindung
- 13
- erster
Mindestabstand
- 14
- Kanal
- 15
- Kraftfahrzeug
- 16
- Verbrennungskraftmaschine
- 17
- Abgasbehandlungssystem
- 18
- Umfangsrichtung
- 19
- zweiter
Mindestabstand
- 20
- gewellter
Schlitz
- 21
- schräger Schlitz
- 22
- Abgasbehandlungskomponente
- 23
- Durchmesser