DE19581812B4

DE19581812B4 - Metallwabenkörper

Info

Publication number: DE19581812B4
Application number: DE19581812T
Authority: DE
Inventors: Masayoshi Numazu Usui
Original assignee: Usui Kokusai Sangyo Kaisha Ltd
Current assignee: Usui Kokusai Sangyo Kaisha Ltd
Priority date: 1994-12-02
Filing date: 1995-12-01
Publication date: 2006-11-23
Anticipated expiration: 2015-12-02
Also published as: GB2310385A; US5853902A; GB9711112D0; WO1996016735A1; GB2310385B; DE19581812T1; JPH08158863A

Abstract

Metallwabenkörper (H), mit:
– einem ebenen Element (1) aus wärmebeständigem Metallblech;
– einem gewellten Element (2) aus wärmebeständigem Metallblech, das teilweise am ebenen Element (1) anliegt;
wobei das ebene Element (1) und das gewellte Element (2) Abgas in Richtung der Achse des Metallwabenkörpers (H) von einem Einlass zu einem Auslass leiten, mit
(1) einem ersten im wstl. sinusartigen wellenförmigen Abschnitt des gewellten Elements (2) mit einer zum Kontakt mit dem ebenen Element (1) in zumindest einem Bereich des Endes oder benachbart dessen Endes geeigneten Wellenhöhe (h) und
(2) einem zweiten rechteckwellenförmigen Abschnitt des gewellten Elements (2) mit geringerer Wellenhöhe als der erste sinusförmige wellenförmigen Abschnitt, der nicht mit dem ebenen Element (1) in Kontakt steht und vier Ecken (2s, 2t, 2u, 2v) aufweist, die vier über die Sinusform überstehende Abschnitte bilden, die in den durchgeleiteten Gasstrom hineinragen, so denselben stören und die Kontakteffizienz wischen Gas...

Description

Die Erfindung betrifft einen Metallwabenkörper nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Dieser besitzt als Hauptstrukturelement eines Abgasreinigungsmetallträgers eine Waben-Struktur, das im allgemeinen im Abgassystem eines Fahrzeugs installiert ist und als Abgasrreinigungsmittel dient. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine neue Struktur eines Wabenkörpers für einen Metallträger zur Abgasreinigung, der einen Metallwabenkörper zur Aufnahme des Abgasreinigungskatalysators und ein Metallgehäuse zur Aufnahme des Metallwabenkörpers aufweist.
Ein konventioneller Metallträger für die Abgasreinigung umfasst einen Metallwabenkörper zur Aufnahme von Abgasreinigungskatalysator (z. B. ein Katalysator, der Pt, Rh oder Pd verwendet), der aus einem ebenen Element und einem gewellten Element (der Einfachheit halber als Metallwabenkörper bezeichnet) und ein Metallgehäuse zur Aufnahme und Fixierung des Metallwabenkörpers darin (nachfolgend einfach als "Metallgehäuse" bezeichnet) besteht.
Der obengenannte Metallträger wird in der Industrie als Metallträger oder Metallsubstrat bezeichnet und gelegentlich als MS abgekürzt. In der Beschreibung der Erfindung wird die Abkürzung MS verwendet. Der Metallwabenkörper wird in Assoziation zur wabenförmigen Struktur mit H abgekürzt. Zur Unterscheidung der Erfindung von der konventionellen Technik wird die konventionelle Technik mit einem Strich (H') bezeichnet. Für ein Metallgehäuse wird in Assoziation an Gehäuse die Abkürzung (C) verwendet.

Verschiedene wabenförmige Strukturen sind als Metallwabenkörper (H) vorgeschlagen worden, der das Hauptelement des oben erwähnten Metallträgers (MS) ist. Typische derartige Metallwabenkörper sind in der JP 04-081635 U beschrieben, die jedoch rechteckwellenförmige gewellte Elemente aufweist. Dadurch ist ein erhöhter Verbrauch an Metallblech für diese gewellten Elemente gegeben. Aus der US 52 07 095 A ist ein Metallwabenkörper bekannt, der nur dreieckige Wellenstrukturen ohne ebene Elemente einsetzt – auch bei dieser Anordnung ist der Verbrauch an Metallblech und damit das Gewicht ohne verbesserte Reinigungswirkung unerwünscht hoch.

Zum Beispiel ist ein in der 2 gezeigter Metallwabenkörper (H) mit, der anschließend in der Beschreibung der Erfindung beschrieben wird, ein Metallwabenkörper vom gerollten Typ. Wie nachfolgend beschrieben, unterscheidet sich der erfindungsgemäße gerollte Typ eines Metallwabenkörpers (H) von einem konventionellen Metallwabenkörper (H') gleicher Struktur (gerollter Typ) durch seine Qualität.

Ein erfindungsgemäßer Metallwabenkörper (H) betrifft eine Verbesserung verschiedener bekannter Metallwabenkörper (H'), einschließlich des oben erwähnten konventionellen "gerollten Typs" eines Metallwabenkörpers. Für die Verbesserung des Metallwabenkörpers werden die verschiedenartigen Metallwabenkörper (H'), die in der Vergangenheit vorgeschlagen wurden, skizziert.

Der obengenannte konventionelle gerollte Typ eines Metallwabenkörpers (H') wird durch Aufbringen bspw. eines ebenen Elements einer erwünschten Breite, das ein wärmebeständiges, dünnwandiges Stahlblech mit einer Dicke von 100 μm (bevorzugt 50μm oder dünner) aufweist, auf ein gewelltes Element, das durch Wellen der oben erwähnten sich berührenden ebenen Elemente übereinander gebildet wird, und Zusammenrollen der so übereinanderliegenden Elemente unter Herstellung eines Metallwabenkörpers (H), der viele netzartige axiale Öffnungen (Zellen) als Abgaspassagen aufweist, hergestellt.

Metallwabenkörper, die verschiedene andere Strukturen als der oben erwähnte gerollte Typ besitzen, sind im Stand der Technik vorgeschlagen worden, wobei diese Metallwabenkörper sich in der Herstellung von derjenigen des Metallwabenkörpers aus einem ebenen Element und einem gewellten Element unterscheiden.

Bspw. ist ein Metallwabenkörper vom Mehrschicht-Typ, der durch alternierendes Übereinanderlegen beider Bänder (s. 18, später beschrieben) hergestellt wird, bekannt. Ferner sind Metallwabenkörper des radialen Typs (s. 25, weiter unten beschrieben), S-förmigen Typs (s. 26, weiter unten beschrieben), des Typs "Zusammengesetzte Kommata" (s. 27, nachfolgend beschrieben) und vom X-Wicklungstyp (s. 28, nachfolgend beschrieben) bekannt.

Ein konventioneller Metallträger (MS) zur Abgasreinigung umfasst einen Metallwabenkörper (H), der die oben beschriebene wabenförmige Struktur aufweist, dessen Hauptelement ist und in einem Metallgehäuse (C) untergebracht ist. Da ein Metallträger (MS) unter extremen Hochtemperaturbedingungen in einem Abgassystem verwendet wird, wird der oben erwähnte Metallwabenkörper (H) bei seiner Herstellung fest mit dem Metallgehäuse (C) verbunden. Der Metallwabenkörper (H) und das Metallgehäuse (C) sind der hohen Abgastemperatur selbst und anderen hohen Temperaturen aufgrund exothermer Reaktionen zwischen Abgas und Reinigungskatalysator ausgesetzt und bei so hohen Temperaturen starken thermischen Belastungen unterworfen, so daß beide Komponenten (Metallwabenkörper und Metallgehäuse) fest miteinander an Kontaktstellen durch eine geeignete Methode, wie Schweißen oder Löten, verbunden sind. Um Trennung der Komponenten im Kontaktbereich zwischen dem Metallwabenkörper (H) und dem Metallgehäuse (C) zu vermeiden, wurde ein Verbindungsverfahren, bei dem die Kontaktbereiche in einer spezifizierten Position verbunden sind, vorgeschlagen.

Andererseits sind für die Lebensdauer unter den oben erwähnten extremen Betriebsbedingungen die Kontaktbereiche zwischen ebenem Element und gewelltem Element, den Komponenten des Metallwabenkörpers (H'), fest durch verschiedene Verbindungsverfahren und Materialzusammensetzungen verbunden. Bspw. ist der Kontaktbereich zwischen einem ebenen Element und einem gewellten Element durch ein Verbindungsverfahren wie Schweißen oder Löten verbunden.

Wie oben beschrieben, wird ein konventioneller Metallträger (MS) für die Abgasreinigung durch ein Verbindungsverfahren wie Schweißen oder Löten der Komponenten (ebene Elemente und gewellte Elemente) eines Metallwabenkörpers (H'), der dessen Hauptelement ist und für die Verbindung zwischen dem Metallwabenkörper (H') und dem Metallgehäuse (C) hergestellt. Für hohe Produktivität und gesicherte Verbindung wird im allgemeinen das Lötverfahren im oben erwähnten Verbindungsverfahren eingesetzt. Es sind verschiedene Verbindungsverfahren zum Verbinden eines Metallwabenkörpers (H) (Verbindung zwischen den Komponenten des Metallwabenkörper) für eine verbesserte Lebensdauer der Metallträger (MS), wie oben beschrieben und eines Kontaktbereiches zwischen dem Metallwabenkörper (H) und dem Metallgehäuse (C) vorgeschlagen worden, jedoch sind diese Verfahren für eine lange Lebensdauer unzureichend.

Für die Herstellung von Metallträgern ist Löten als Verbindungsverfahren weit verbreitet, wie oben beschrieben, wobei Hochtemperaturlöffüllmaterialien, wie Lötfüllmaterial auf Ni-Basis und Ni-Cr-Basis als Lötfüllmaterial für das oben erwähnte Verbindungsverfahren wegen der hohen Umgebungstemperaturen, unter denen der. Metallträger eingesetzt wird, eingesetzt werden. Unter ökonomischen Gesichtspunkten wurden die Anstrengungen auf die Reduktion des Lötfüllmaterialeinsatzes gerichtet, doch ist diese Reduktion nicht ausreichend. Ferner vermindert sich in einem durch konventionelle Lötverfahren verbundenen Metallwabenkörper (H') der Bereich, der für die Ausbildung einer Katalysatorschicht verfügbar ist, da Ausfüllungen an den Kontaktbereichen zwischen seinen Komponenten, den ebenen Elementen und den gewellten Elementen, gebildet werden; 20 – 30 % des gesamten Oberflächenbereiches beider Elemente dient nicht der Abgasreinigung und dies ist ein schwerwiegender Nachteil des konventionellen Lötverfahrens.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, bekannte Metallwabenkörper dahingehend fortzubilden, dass die Nachteile des Standes der Technik beseitigt werden.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Die Erfinder haben verschiedene Untersuchungen durchgeführt, um die Probleme der konventionellen Technik durch Verbesserung der Lebensdauer der Metallträgers (MS) und durch ökonomisch besonders günstige Verfahren zu lösen. Demzufolge wurde als besonders effektiv unter starker Verbesserung der Lebensdauer der Metallträger (MS) zur Abgasreinigung gefunden, das Hauptelement des Metallträgers (MS) des konventionellen Metallwabenkörper (H') durch einen Metallwabenkörper neuartiger Struktur zu ersetzen, insbesondere, in dem ein gewelltes Element mit einer neuen Wellenform anstelle des einfach strukturierten gewellten Elements, das eine Komponente der konventionellen Metallwabenkörper (H') ist, eingesetzt wird. Detailliert ist gefunden worden, daß es besonders effektiv ist, ein gewelltes Element einer Wellenform einzusetzen, bei dem zumindest der Bereich des einen Endes und nahe dem Ende hauptsächlich im Kontakt mit einem ebenen Element steht und andere Bereiche ohne Kontakt mit dem ebenen Element sind oder andere Bereiche, als die gewellten Bereiche nur in begrenzten Flächen in Richtung der Achse des Metallwabenkörpers (der Eintritts/Austrittsrichtung) das ebene Element berühren. Ferner wurde gefunden, daß die aufgenommene Katalysatormenge/Volumeneinheit zunahm und der Verbrauch teuren Hochtemperatur-Lötfüllmetalls durch Verwendung oben erwähnter gewellter Elemente mit der besonderen Struktur reduziert wurde.

Die Erfindung wurde auf Basis dieser Ergebnisse fertiggestellt und schafft einen Metallwabenkörper (H), der das Hauptelement eines Metallträgers (MS) für die Abgasreiningung ist und sowohl hinsichtlich seiner Lebensdauer (Hochtemperaturermüdungswiderstand) als auch seiner Wirtschaftlichkeit hervorragend ist.

Allgemein bezieht sich der erste Aspekt der Erfindung auf einen Metallwabenkörper, der durch abwechselndes Übereinanderlegen ebener Elemente und gewellter Elemente aus wärmebeständigen Metallblechen hergestellt und zur Aufnahme des Abgasreinigungskatalysators verwendet wird, wodurch der Metallwabenkörper gewellte Bänder aufweist, die in Richtung der Achse des Metallwabenkörpers Passagen (Eintritts- und Austrittsrichtung der Abgase) haben:

(1) eine Struktur, die eine Wellenhöhe zum Kontakt des ebenen Elements zumindest im Bereich des einen Endes und in dessen Umgebung und eine angenäherte Sinuswellenform aufweist;
(2) eine andere Struktur, die eine Wellenform zur Kontaktlosigkeit in anderen Bereichen als dem oben erwähnten Bereich gegenüber dem ebenen Element aufweist, mit einer Rechteckwellenform. Ferner bezieht sich der zweite Aspekt der Erfindung auf einen Metallwabenkörper, der durch abwechselndes Übereinanderlegen ebener Elemente und gewellter Elemente aus wärmebeständigem Metall gefertigt ist und zur Aufnahme des Abgasreinigungskatalysators verwendet wird; wobei der Metallwabenkörper mit einem gewellten Element ausgerüstet ist, das in axialer Richtung des Metallwabenkörpers (Eintritts- und Austrittsrichtung des Abgases) aufweist:
(3) eine Struktur, die zumindest im Bereich des einen Endes und benachbart dazu eine Wellenhöhe zum Kontakt mit dem ebenen Element und eine angenäherte Sinuswellenform aufweist; und
(4) eine andere Struktur, die eine Wellenhöhe für Kontaktlosigkeit gegenüber dem ebenen Element und dem größeren, vom oben erwähnten Bereich abweichenden Bereich aufweist und zum Kontakt mit dem ebenen Element im kleineren Bereich eine Rechteckwellenform aufweist.

Im Hauptelement des erfindungsgemäßen Metallträgers (MS), dem Metallwabenkörper (H) weist das gewellte Element in Richtung der Achse des Metallwabenkörpers (H) (Eintritts- und Austrittsrichtung der Abgase) auf:

(1) eine Struktur, die eine Wellenhöhe zum Kontakt mit dem ebenen Element in zumindest im Bereich des Endes und in dessen Nachbarschaft und eine angenäherte Sinuswellenform aufweist; und
(2) eine andere Struktur, die ausserhalb des oben erwähnten Bereiches eine Wellenhöhe zur Kontaktlosigkeit mit dem ebenen Element im größeren Bereich und eine Rechteck-Wellenform oder eine andere Struktur, die im größeren Bereich eine Wellenhöhe zur Kontaktlosigkeit mit dem ebenen Element und im kleineren Bereich zum Kontakt mit dem ebenen Element eine Rechteck-Wellenform aufweist.

Nachfolgend werden Ausführungsformen verschiedener Kombinationen gewellter Elemente der oben erwähnten speziellen Struktur und des ebenen Elements detailliert beschrieben.

(a) Falls das gewellte Element eine Struktur, die eine Wellenhöhe zum Kontakt mit dem ebenen Element zumindest im Bereich des einen Endes und in dessen Nachbarschaft und eine angenäherte Sinuswellenform aufweist und eine andere Struktur, die eine Wellenhöhe zur Kontaktlosigkeit mit dem ebenen Element im Bereich, der vom oben erwähnten Bereich abweicht und eine Rechteckwellenform aufweist, besitzt. Das mit dem oben erwähnten gewellten Element zu kombinierende ebene Element ist: (a-1) ein ebenes Element einer Breite, die in etwa gleich der Breite des gewellten Elementes in Richtung der Achse des Metallwabenkörpers ist; oder (a-2) ein ebenes Element einer Breite, die etwa gleich der Breite des Elements des gewellten Bandes ist, das in Kontakt mit dem ebenen Element steht (zumindest der Endbereich oder Bereich benachbart dem Ende).
(b) Falls das gewellte Element eine Struktur aufweist, die eine Wellenhöhe zum Kontakt mit dem ebenen Element zumindest im Bereich seines Endes oder in dessen Nachbarschaft und eine annähernd Sinuswellenform aufweist und eine andere Struktur, die eine Wellenhöhe zur Kontaktlo sigkeit mit dem ebenen Element im Bereich, der zumindest anders als der Bereich des einen Endes oder benachbart dem Ende ist und eine echteckige Wellenform aufweist und zusätzlich eine Wellenhöhe zum Kontakt mit dem ebenen Element in einem kleinen Bereich mit einer etwa. Sinuswellenform aufweist.

Das ebene Element, das mit dem gewellten Elementverbunden werden soll, ist;

(b-1) ein ebenes Element einer Breite, die etwa gleich der Breite des gewellten Bandes in Richtung der Achse des Metallwabenkörpers ist, oder
(b-2) ein ebenes Element einer Breite etwa gleich der Breite des Elementes des gewellten Bandes, das in Kontakt mit dem ebenen Element zumindest im Bereich des Endes oder in dessen Nachbarschaft des gewellten Elements in Richtung der Achse des Metallwabenkörper steht und ein Element einer Breite, die etwa gleich der Breite des Elements des gewellten Elements ist, das in Kontakt mit dem ebenen Element in einem Bereich außerhalb des oben erwähnten Bereiches des gewellten Bandes ist, aufweist.

Nachfolgend wird die allgemeine Struktur des gewellten Elements sowie des ebenen Elements, das die oben erwähnte spezielle Wellenform aufweist, beschrieben, wobei diese die wesentlichen Strukturelemente des erfindungsgemäßen Metallwabenkörpers (H) sind. Das gewellte Element der oben erwähnten erfindungsgemäßen speziellen Wellenform hat sowohl im Kontakt als auch ohne Kontakt mit den anderen Strukturelementen (insbesondere dem ebenen Element), wie oben beschrieben, eine angenäherte Sinuswellenform im Kontaktbereich mit dem ebenen Element und Rechteck-Wellenform im Bereich ohne Kontakt mit dem ebenen Element, d. h., das gewellte Element ist dadurch spezifiziert, daß es sowohl annähernd Sinuswellen- als auch Rechteckwellenform aufweist.

Im Rahmen der Erfindung umfaßt die Bezeichnung "annähernd (bzw. etwa) Sinuswellenform" die Deltawellenform (Scheitel und Tal der Wellenform sind dreieckig). "Rechteck-Wellenform" bedeutet die rechteckige Form, bei der Scheitel und Tal eben sind.

Das ebene erfindungsgemäße Element hat eine ebene Oberfläche und ist unbegrenzt, so lange es in Kontakt mit dem gewellten Element der vorgenannten speziellen Wellenstruktur stehen kann. Bspw. könnte ein einfaches ebenes Blech, ein Blech mit Mikrowellenstruktur (Mikrowellung) (in dieser Erfindung wird ein solches Blech als ebenes Element bezeichnet), ein ebenes Blech mit Löchern (gestanztes Metall), Streckmetall und Siebbleche (Drahtsiebblech) verwendet werden. Ferner können die erfindungsgemäßen ebenen Elemente, wie in der weiter unten beschriebenen Ausführungsform (12) erläutert, ein ebenes Element umfassen, das eine Struktur sukzessiver Anordnungen etwa regelmäßiger Dreiecke in Längsrichtung (Richtung senkrecht zur Achse des Metallwabenkörpers), aufweist, bei der beide Seiten zum Anschluß gleichzeitig enden und die verbleibende eine Seite eine obere oder untere apikale ebene Platte zum Verbinden bilden.

Das erfindungsgemäß gewellte Element der erwähnten speziellen Wellenform unterscheidet sich wstl. vom gewellten Element, das etwa einfache reine Sinuswellenform aufweist und für den konventionellen Metallwabenkörper (H') verwendet wird. Das gewellte Element mit der oben erwähnten speziellen erfindungsgemäßen Wellenform unterscheidet sich wesentlich vom gewellten Element insofern, als es abgetrennte Bereiche mit einem Intervall im oberen Bereich (Scheitel oder Tal der Welle) in Richtung der Achse des Metallwabenkörpers (H') aufweist, wie in JP-4-81635 (U) offenbart.

Das im JP-4-81635 (U) offenbarte gewellte Band ist prima facie ähnlich dem erfindungsgemäßen gewellten Element, da es aufgrund des Vorliegens der oben erwähnten abgetrennten Bereiche Bereiche aufweist, die mit den ebenen Element in Kontakt stehen und kontaktlose Bereiche in Richtung der Achse des metallischen wabenförmigen Elements. Dennoch unterscheidet sich das gewellte Element der JP-4-81635 (U) wesentlich vom erfindungsgemäßen gewellten Element, da die Wellenform des kontaktlosen Bereiches keine Rechteck-Wellenform ist. Wie weiter unten beschrieben, zeigt das gewellte erfindungsgemäße Element exzellente Wirkung, die auf den Beitrag der Rechteck-Wellenform im kontaktfreien Bereich zurückzuführen ist. In der Erfindung ist der das Hauptelement des Metallträgers (MS) für die Abgasreinigung bildende Metallwabenkörper (H) aus einem ebenen Element (1) und einem gewellten Element (2) spezieller Struktur (spezielle Wellenform), zusammengesetzt. Erfindungsgemäß steht ein gewelltes Element spezieller Struktur als Hauptelement des Metallwabenkörpers (H) in Kontakt mit dem ebenen Element und ist daran befestigt – konkret ist zumindest die Fläche des einen Endes oder benachbart des Endes des gewellten Elements in Kontakt mit dem ebenen Element und daran befestigt. Andererseits sind beide Elemente (gewelltes Element spezieller Struktur und ebenes Element) außerhalb des oben erwähnten Bereichs kontaktlos oder berühren sich nur in einem begrenzten Bereich. Ferner hat das gewellte erfindungsgemäße Element angenäherte Sinuswellenform im Kontakt mit einem ebenen Element und eine Rechteck-Wellenform im kontaktlosen Bereich. Da ein erfindungsgemäßer Metallwabenkörper (H) das oben erwähnte gewellte Element spezieller Struktur verwendet, weist der Metallwabenkörper (H) folgende exzellente Wirkungen auf:

(1) Das gewellte erfindungsgemäße Element hat sowohl einen Bereich annähernder Sinuswellenform (der Bereich, der mit dem ebenen Element in Kontakt sein soll) als auch einen Bereich mit Rechteckwellenform in Richtung der Achse des Metallwabenkörpers (H) (der kontaktlose Bereich). Entsprechend hat die Rechteckwellenform Bereiche, die gegenüber der Wellenoberfläche der annähernden Sinuswellenform überstehen. Die überstehenden Abschnitte sind sehr günstig für das Mischen, Durchwirbeln und Stören von Abgas. In anderen Worten verbessern die oben erwähnten überstehenden Abschnitte die Kontakteffizienz zwischen Abgas und aufgenommenen Katalysator und führen zu signifikanter Verbesserung der Abgasreinigungsfähigkeit.
(2) In einem gewellten erfindungsgemäße Element kann der kontaktlose Bereich zwischen beiden Elementen (gewelltes Element spezieller Struktur und ebenes Element) in axialer Richtung des Metallwabenkörpers (H) einen großem Anteil bilden. Bei der Ausbildung dieser kontaktlosen Bereiche werden folgende exzellente Wirkungen erhalten: (I) starke Deformationskräfte aufgrund der thermischen Belastung, die im Metallwabenkörper (H) erzeugt werden, werden absorbiert und effektiv entspannt und (II) wegen des kontaktloser Bereiches zwischen beiden Elementen steht die Oberfläche beider Elemente zur Katalysator-Aufnahme zur Verfügung und die Menge aufgenommenen Katalysators pro Volumeneinheit kann vergrößert werden (erzielt hohe Abgasreinigungsfähigkeit oder Miniaturisierung oder kompakte Metallwabenkörper). (III) der Abgasbewegungs- und -flußstörende Effekt, der durch den Raum, der im kontaktloser Bereich gebildet wird, verursacht ist, erhöht die Abgasreinigungsfähigkeit (führt zu einer Minimierung des Metallwabenkörpers, genaugenommen zur Realisierung eines kompakten Metallwabenkörpers). Ferner steigern die überstehenden Abschnitte der Wellenoberfläche der Rechteck-Wellenform gegenüber der etwa regelmäßigen Sinuswellenform diesen Effekt. (IV) der Verbrauch teuren Blechmaterials für den Metallwabenkörper (H) (ebenes Element und gewelltes Element) ist gegenüber den oben erwähnten (II) und (III) bedeutend reduziert, und (V) der Verbrauch teuren Hochtemperaturlötfüllmetalls, wie Lötfüllmetall auf Ni-Basis zum Verbinden beider gewellter Bleche ist wegen der teilweisen Kontaktlosigkeit zwischen beiden Elementen reduziert. (Bemerkenswerterweise ist der Metallwabenkörper (H) sehr wirtschaftlich).

BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine perspektivische Ansicht des Metallträgers (MS) mit einem Metallwabenkörper (H) (gerollter Typ) gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung.
2 ist eine Draufsicht auf den in 1 gezeigten Metallträger (MS).
3 ist eine Teil-Ansicht eines Schnittes entlang der Mittelachse des Metallwabenkörpers (H) gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung.
4 ist eine Ansicht in Richtung des A-Pfeils in 3.
5 ist eine Ansicht eine Schnittes entlang der Linie B-B in 3.
6 ist eine teilweise vergrößerte Ansicht der Ansicht in Richtung des A-Pfeils in 3.
7 ist eine perspektivische Teil-Ansicht einer Formmaschine mit Zähnen für das Fertigen gewellter Elemente (2), die eine Komponente des Metallwabenkörpers gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung sind.
8 ist eine Ansicht eines Schnittes durch den Metallwabenkörper (H) gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung wie in 3.
9 ist eine Ansicht eines Schnittes durch den Metallwabenkörper (H) gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung wie in 3.
10 ist eine Ansicht eines Schnittes durch einen Metallwabenkörper (H) gemäß der 4. Ausführungsform der Erfindung wie in 3.
11 ist eine Ansicht eines Schnittes durch einen Metallwabenkörper (H) gemäß der 5. Ausführungsform der Erfindung wie in 3.
12 ist eine vergrößerte Draufsicht auf einen Teil des Metallwabenkörpers (H) gemäß der 6. Ausführungsform der Erfindung.
13 ist eine vergrößerte Teilansicht der 12 zur Verdeutlichung der Struktur eines ebenen Elements (1), mit einer fortlaufenden etwa regelmäßigen Dreiecksstruktur und einem gewellten Element (2).
14 ist eine Ansicht eines Schnittes entlang der Linie I-I der 12 und 13.
15 ist eine Ansicht eines Schnittes entlang der Linie II-II der 14.
16 ist ein Diagramm zur Verdeutlichung der Struktur des ebenen Elements (1) in 12.
17 ist ein Diagramm zur Verdeutlichung des Herstellungsverfahrens des ebenen Elements (1) wie in 12 gezeigt.
18 ist eine Draufsicht auf einen Metallträger (MS), der unter Verwendung des Metallwabenkörpers (H) (mehrschichtiger Typ) gemäß der 6 Ausführungsform, in 12 gezeigt, hergestellt wurde.
19 ist eine Ansicht eines Schnittes des Metallwabenkörpers (H) gemäß der 7. Ausführungsform der Erfindung wie in 14.
20 ist eine Ansicht eines Schnittes des Metallwabenkörpers (H) gemäß der 8. Ausführungsform wie in 14.
21 ist ein Diagramm, zur Verdeutlichung eines modifizierten Beispiels des ebenen Elements (1) (perforiertes ebenes Element).
22 ist ein Diagramm zur Verdeutlichung eines modifizierten Beispiels des ebenen Elements (1) (Maschen-Blech).
23 ist ein Diagramm zur Verdeutlichung eines modifizierten Beispiels des ebenen Elements (1) (Streckmetall).
24 ist ein Diagramm zur Verdeutlichung eines modifizierten Beispiels eines ebenen Elements (1) (Mikrowellen, Mikrowellung).
25 ist ein Diagramm zur Verdeutlichung eines modifizierten Beispiels eines Metallwabenkörpers (H) (radialer Typ).
26 ist ein Diagramm zur Verdeutlichung eines modifizierten Beispiels eines modifiziert wabenförmigen Körpers (H) (S-förmiger Typ).
27 ist ein Diagramm zur Darstellung eines modifizierten Beispiels eines Metallwabenkörpers (H) (Typ verbundene Kommata).
28 ist ein Diagramm zur Darstellung eines modifizierten Beispiels eines Metallwabenkörpers (H) (X-förmig gewickelter Typ).
SPEZIELLE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN.
Nachfolgend werden die technische Struktur und Ausführungsformen der Erfindung detailliert unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Selbstverständlich ist die Erfindung in keinster Weise durch die beigefügten Zeichnungen eingeschränkt.
1 bis 7 sind Figuren zur Verdeutlichung eines Metallwabenkörpers (H) gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung.
1 ist eine perspektivische Ansicht eines Metallträgers (MS), der unter Verwendung des Metallwabenkörpers (H) gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung hergestellt wurde und 2 eine Draufsicht auf den in 1 gezeigten Metallträger (MS). Wie in 1 und 2 gezeigt, wird der erfindungsgemäße Metallwabenkörper (H) als Hauptelement eines Metallträgers (MS) für die Abgasreinigung verwendet. Die Struktur des in 1 und 2 gezeigten Metallwabenkörpers (H) ist ein gerollter Wabenkörper-Typ. 3 ist eine Teil-Ansicht eines Schnittes entlang der Mittelachse des in 1 gezeigten Metallträgers (MS) und ein Diagramm zur Verdeutlichung der Struktur des Metallwabenkörpers (H) gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung.
4 ist eine Teil-Ansicht entlang des A Pfeils in 3. 5 ist eine Teil-Ansicht eine Schnittes entlang der Linie B-B. 6 ist eine vergrößerte Ansicht eines Teils eines Schnittes entlang des A-Pfeils in 3 und eine Ansicht gemäß der detaillierten Zeichnung der 4. 7 ist eine perspektivische Ansicht eines Teils eines Formzahnrads (Wellenform-zahnrad) (5) zum Fertigen gewellter Elemente, die eine Komponente des Metallwabenkörpers (H) sind. Wie in den Figuren (s. 3 bis 6) gezeigt, ist der Metallwabenkörper (H) gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung aus ebenen Elementen (1) und gewellten Elementen (2) zusammengesetzt und durch die Struktur der gewellten Elemente (2) geprägt.
Das erste Merkmal des gewellten Elementes (2), das für den Metallwabenkörper (H) gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung eingesetzt wird, weist gemäß den Termini des kontakt- und kontaktlosen Bereichs mit dem ebenen Element (1), wie in 3 bis 5 gezeigt, in Richtung der Mittelachse des Metallwabenkörpers (H) auf:

(1) Die Struktur mit einem sinuswellenförmigen Element, das eine Wellenhöhe zur Sicherstellung des Kontakts mit dem ebenen Element (1) benachbart beider Enden und der Endbereiche W1 und W3 in 3 (s. 3 und 4.) besitzt.
(2) Die Struktur mit einem rechteckwellenförmigen Element mit einer Wellenhöhe zur Sicherung der Kontaktlosigkeit mit dem ebenen Element (1) im vom oben erwähnten Bereich abweichenden Bereich, nämlich dem Bereich (W2) in 3 (s. 3 bis 5). Die oben erwähnten Flächen W1, W2 und W3 haben Breiten, die jeweils durch die entsprechenden Buchstaben angegeben sind.

Das zweite Merkmal des gewellten Elements (2) für den Metallwabenkörper (H) gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung wird, wie in 5 und 6 gezeigt, durch eine Rechteck-Wellenform des kontaktlosen Bereichs (W₂), der ohne Kontakt mit den ebenen Element (1) ist, wie in 5 und 6 gezeigt, repräsentiert.
Im erfindungsgemäße Metallwabenkörper (H) ist der Vorteil der Struktur des gewellten Elements (2) mit Rechteckwellenform im oben erwähnten kontaktlosen Bereich (W₂), in 6 gezeigt.
Wie oben beschrieben, hat das eine Komponente des erfindungsgemäße Metallwabenkörpers (H) bildende gewellte Element (2) in axialer Richtung des Metallwabenkörpers sowohl einen sinuswellenförmigen Bereich als auch einen rechteckwellenförmigen Bereich. Im rechteckwellenförmigen Bereich sind, wie in 6 gezeigt, Abschnitte (2s, 2t, 2u und 2v) die gegenüber der angenäherte Sinusförmigen Wellenfläche in Richtung des sinuswellenförmigen Bereichs überstehen Die oben erwähnten überstehenden Abschnitte (2s, 2t, 2u und 2v) der Rechteck-Wellenform dienen zur effizienten Störung des Abgasflusses. D.h. die überstehenden Abschnitte (2s, 2t, 2u und 2v) sind sinnvoll, um die Kontakteffizienz zwischen den Abgasen und dem aufgenommenen Katalysator zu verbessern und die Abgasreinigungseffizienz zu erhöhen.
Die Erfindung und die oben erwähnte JP 4-81635 (U) sind insofern ähnlich, als beide Kontaktbereiche mit einem ebenen Element und kontaktlose Bereiche bilden. Dennoch wird das technische Konzept, daß die Rechteck-Wellenform als Wellenform des kontaktlosen Bereichs eingesetzt wird, nicht von der oben erwähnten JP 4-81635 (U) umfaßt, da diese den oben erwähnten Effekt nicht bewirkt.
Erfindungsgemäß kann das Verhältnis des kontaktlosen Bereichs beider Elemente (1 und 2) unter Berücksichtigung des Effekts durch die kontaktlose Beziehung beider Elemente (1 und 2) detailliert beschrieben werden:

– Verbesserungen von Absorption und Relaxation der durch die signifikante im Inneren des Metallwabenkörpers (H) erzeugte thermische Beanspruchung erzeugten Deformationskraft;
– Misch-, Durchwirbelungs- und Störeffekt (verbesserte Abgasreinigungsfähigkeit) für Abgas im kontaktlosen Bereich (W₂) beider Elemente (1 und 2),
– Verbesserung der effizienten Nutzung der Oberfläche beider Elemente, als Aufnahme-Bereich für Abgasreinigungskatalysator (mit anderen Worten: Reduktion des Einsatzes beider Elemente)
– Verbesserung der Katalysatoraufnahmefähigkeit verglichen mit der konventionellen Struktur des Kontaktbereichs und
– Reduktion des Einsatzes teueren Hochtemperaturlötfüllmaterials im Kontaktbereich (W₁ und W₃).

Wie in 3 und 5 gezeigt, wird ein Raum (4) durch die kontaktlose Beziehung zwischen beiden Elementen (1 und 2) gebildet, der bedeutsam für die Erzielung der oben erwähnten Wirkungen ist.
Die Wirkung des Mischens, Durchwirbelns und Störens der Abgase im Raum (4) wird durch das Vorliegen eines rechteckwellenförmigen Bereiches des gewellten Elements (2), insbesondere durch das Vorliegen der überstehendenb Abschnitte (2s, 2t, 2u und 2v) erheblich verbessert.
Im Stand der Technik erfordert bspw. die konventionelle Technik, in der ein gewelltes Element eine einfache angenäherte Sinuswellenförmige Struktur aufweist und beide Elemente (1 und 2) über den Bereich (W₂) unter Verwendung von Lötfüllmaterial und Ansammlungen von Lötfüllmetall, die sich rund um den Kontakt bilden, verbunden werden, Verbrauch von viel teurem Lötfüllmetall. Ferner erfordert das Bilden von Materialansammlungen aus Waschcoatmaterial an und um die Kontaktstelle zwischen beiden Elementen zusätzlich teures Katalysator-Material, wenn die Washcoat-Schicht auf der Oberfläche der beiden Elemente (1 und 2) des Bereichs (W₂) zur Aufnahme des Abgasreinungskatalysators (Pt, Rh oder Pd) gebildet wird.
Wie oben beschrieben, ist die Realisierung der kontaktlosen Beziehung zwischen beiden Elementen (1 und 2) im Bereich (W₂) von großer Bedeutung. Das gewellte Element (2) kann gemäß einer ausgewählten Ausführungsform der Erfindung für die Realisierung der Kontaktfreiheit zwischen beiden Elementen (1 und 2) im Bereich (W2) hergestellt werden. Bspw. wird ein gewelltes Element (2) durch Wellen unter Verwendung eines Formzahnrads (5), das in 7 gezeigt ist, aus einem ebenen Element (1) hergestellt.
Im in 7 gezeigten Formzahnrad (5) ist (51) der Bereich zur Herstellung einer angenäheren Sinuswellenform (in der Fig. ist eine Deltawelle gezeigt) und (52) der Bereich zur Herstellung einer Rechteck-Wellenform. In 7 sind die durch (2s, 2t, 2u und 2v) bezeichneten Abschnitte solche, die gegenüber der angenäherten Sinuswellenform seitlich überstehen (s. 6). Selbstverständlich begünstigt die Herstellung der Wellen die Angleichung der Wellenlänge der Wellenform (angenäherte Sinuswellenform), die mit den ebenen Element (1) im Kontakt stehen soll und der Wellenform (Rechteck-Wellenform) die nicht in Kontakt mit den ebenen Element (1) stehen soll. Selbstverständlich kann die Herstellung der Wellen in einem oder mehreren Schritten erfolgen.
Bei der Herstellung des gewellten Elements (2) kann die Wellenform an der Grenze zwischen der angenäherten Sinuswellenform und der Rechteck-Wellenform (s. 5a, 5b und 5c Bereich in 7) klar an der Grenze zwischen der angenäherten Sinuswellenform und der Rechteck-Wellenform getrennt sein oder sich schrittweise von der angenäherte Sinuswellenform zu einer Rechteck-Wellenform ändern.
Ferner kann im erfindungsgemäßen gewellten Element (2) zumindest ein 5a, 5b oder 5c-Bereich des Grenzbereiches in 7 perforiert sein. Für eine Perforation im 5a, 5b und 5c Bereich in 7 können die Bereiche gleichzeitig mit der Wellenumformung des gewellten Element (2) perforiert oder nach dem Wellenformen perforiert werden.
Im Metallwabenkörper (H) gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung hat das ebene Element (1) in Richtung der Achse des Metallwabenkörpers (H) (s. 3) etwa die gleiche Breite wie das gewellte Element (2). Der Metallwabenkörper (H) ist erfindungsgemäß nicht auf einen Metallwabenkörper begrenzt, dessen ebenes Element (1) die gleiche Breite wie das gewellte Element (2) hat, wie aus der nachfolgend beschriebenen Ausführungsform deutlich wird. Erfindungsgemäß kann das Verhältnis der Kontaktbereiche (W1 und W3) im Bereich beider Enden und benachbart der Enden des gewellten Elements (2) entsprechend dem erwünschten Zustand des kontaktlosen Bereichs (W2) vorgeschrieben werden. Selbstverständlich kann die Frontbreite (W3) des Metallwabenkörpers (H) gleich der hinteren Breite (W3) oder verschieden von der hinteren Breite (W3) sein, bspw. kann das Verhältnis (W1 > W3) zur stärkeren Bindung des Frontbereichs angewendet werden.
Der Metallwabenkörper (H) gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung, insbesondere der in 1 und 2 gezeigte Metallwabenkörper (H) des gerollten Typs, wird durch ein bekanntes Verfahren hergestellt, ausser es wird das gewellte Element (2) der oben erwähnten speziellen Struktur verwendet. Speziell werden ebene Elemente (1) aus wärmebeständigem dünnem Stahlblech und gewellte Elemente (2) der oben erwähnten speziellen Struktur abwechselnd übereinandergelegt, zu einer mehrschichtige Spiralform zur Herstellung des Metallwabenkörpers (H) der ersten Ausführungsform der Erfindung gerollt und dadurch viele netzartige axiale Gasflußpassagen (Zellen) (3) für die Abgase gebildet. Die Struktur des als Komponente des erfindungsgemäßen Metallträgers (MS) verwendeten Metallwabenkörpers (H) ist nicht auf diejenige des nachfolgend beschriebenen gerollten Typs begrenzt, es können verschiedene Strukturtypen eingesetzt werden.
In der Konfiguration des als Hauptelement des erfindungsgemäßen wabenförmigen Metallträgers (MS) verwendeten Metallwabenkörpers (H) ist die Erfindung nicht auf eine kreisförmige Front (oder Querschnitt) begrenzt, wie in 2 gezeigt. Selbstverständlich kann beim Einsatz als Abgasreinigungsvorrichtung eines Kraftfahrzeugmotors die Front (oder Querschnitt) eines Metallwabenkörpers rennbahnförmig (ausgedehnter Kreis), elliptisch, polygonal – wie dreieckig oder anderweitig unregelmäßig – geformt sein.
Erfindungsgemäß wird Bandmaterial einer Dicke von 30μ bis 100μ zur Fertigung eines gewöhnlichen Metallwabenkörpers vom Monolith-Typ verwendet, bspw. Chromstahl (Chrom: 13 % bis 75 %), wärmebeständiger Edelstahl einer Zusammensetzung Fe-Cr (20 %) – Al (5 %) oder wärmebeständiger Edelstahl, der mit seltenen Erden versetzt ist (Seltenerdmetalle wie Ce oder Y). Der wärmebeständige Edelstahl der obenerwähnten Zusammensetzung wird zur Verbesserung der Hochtemperaturoxidationsbeständigkeit als ebenes Element (1) und gewelltes Element (2) für die Herstellung des gerollten Typs des Metallwabenkörpers (H) gemäß der ersten Ausführungsform verwendet.
Insbesondere werden bevorzugt ebene Elemente (1) und gewellte Elemente (2) mit Al oder solche, die durch Abscheidung einer Aluminiumschicht auf den Elementen, Wärmebehandlung und Abscheidung einer Aluminiumoxid-Schicht (Al2O3) darauf in Whisker- oder Pilzform hergestellt wurden, verwendet. Bspw. wird bevorzugt die Aluminiumschicht in Whiskerform verwendet, da sie den Washcoat, welcher den Abgasreinigungskatalysator aus Metall wie Pt, Pd oder Rh, aufnimmt, gut unterstützt.
Der Metallwabenkörper (H) soll in einem Metallgehäuse (C) untergebracht und befestigt, wie in 1 und 2 gezeigt, und als Metallträger (MS) zur Abgasreinigung eingesetzt werden.
Der gleiche wärmebeständige Stahl, der für die beiden Elemente (1 und 2) zum Herstellen des Metallwabenkörpers (H) verwendet wird, kann als Material für das Metallgehäuse (C) verwendet werden. Alternativ kann ein Metallgehäuse (C) eingesetzt werden, das eine wärme- und korrosionsbeständige Doppelstruktur aufweist, insbesondere ein Metallgehäuse (C), das innen ferritischen Edelstahl und außen austenitischen Stahl aufweist.
8 ist eine Querschnittsansicht in Richtung der Achse des Metallwabenkörpers (H) gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung, die 3, welche die erste Ausführungsform verdeutlicht, entspricht. Der bemerkenswerte Unterschied zwischen der zweiten Ausführungsform gegenüber der ersten Ausführungsform besteht in der Struktur des ebenen Bandes (1), andere Faktoren sind im wesentlich die gleichen.
Das ebene Element (1) ist aus Streifenelementen, die nur in Bereichen der beiden Enden und in der Nähe der Enden (W1 und W3 des gewellten Elements) 2 vorgesehen sind, zusammengesetzt. Detailliert ist das ebene Element (1) aus zwei Streifenelementen zusammengesetzt, die ein Streifenelement einer Breite von W1 und ein Streifenelement einer Breite von W3 umfassen. Das ebene Element (1) ist im Bereich W2 außerhalb der oben erwähnten Bereiche (W1 und W3) nicht vorgesehen, es wird daher ein Raum (4), der größer als bei der der ersten Ausführungsform ist, gebildet.
9 ist eine Querschnittsansicht in Richtung der Achse des Metallwabenkörpers (H) gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung, die 3, welche die erste Ausführungsform verdeutlicht, entspricht. Der bemerkenswerte Unterschied zwischen der dritten Ausführungsform und der ersten Ausführungsform besteht in der Struktur des gewellten Elements (2). Detailliert hat das gewellte Element (2) eine hohe Wellenform (2a) für den Kontakt mit dem ebenen Element (1) im schmalen Bereich im Bereich W2 (Bereich außerhalb des Bereichs der beiden Enden und benachbart der beiden Enden des gewellten Bandes). Erfindungsgemäß kann die Größe der Fläche (W4) der Wellenform (2a) innerhalb eines Bereiches, der die oben erwähnten verschiedenen Wirkungen zeigt, geeignet vorgeschrieben werden. Allgemein wird bevorzugt W4 ausreichend klein (kleine Fläche) gegenüber dem Bereich (W2) gewählt. Der Begriff "das gewellte Element" ist in in den meisten Bereichen kontaktlos mit dem ebenen Element und in Kontakt im kleinen Bereich (W2)", der für die Erfindung beschrieben wird, dies sollte im Kontext dieser Bedeutung interpretiert werden.
10 ist eine Querschnittsansicht in Richtung der Achse des Metallwabenkörpers (H) gemäß der 4. Ausführungsform der Erfindung, die 3, welche die erste Ausführungsform verdeutlicht, entspricht. Bemerkenswerterweise unterscheidet sich die 4. Ausführungsform von der ersten Ausführungsform insofern, als das gewellte Element (2) aus einem Bereich (W4) mit hoher Wellenform (2a) für den Kontakt mit dem ebenen Element (1) wie in der dritten Ausführungsform auf dem kleinen Bereich im Bereich (W2) (der Bereich, der von dem Bereich der beiden Enden und benachbart der beiden Enden abweicht,) zusammengesetzt ist und das ebene Element (1) aus drei Streifenelementen (1, 1 und 1a) etwa gleicher Breite, die in den Bereichen (W1 und W3) beider Enden und nahe der Enden (2) und im Bereich (W4) der Wellenform (2a) des gewellten Elements (2) vorgesehen ist, zusammengesetzt ist.
11 ist eine Querschnittsansicht in Richtung der Achse des Metallwabenkörpers (H) gemäß der 5. Ausführungsform der Erfindung, die 3, welche die erste Ausführungsform verdeutlicht, entspricht.
Die 5. Ausführungsform hat die Merkmale, daß an beiden Enden des Metallwabenkörpers (H) das ebene Element (1) am einen Ende ohne Kontakt mit dem gewellten Element (2) ist und insofern von den oben erwähnten Ausführungsformen (erste bis 4.) abweicht.
Detailliert:

– das gewellte Element (2) ist in Kontakt mit dem ebenen Element (1) an einem Ende (W1), jedoch ohne Kontakt am anderen Ende (W3)
– das gewellte Element (2) hat eine hohe Wellenform (2a) zum Kontakt mit dem ebenen Element (1) im kleinen Bereich (W4), im Bereich (W2) (der Bereich, der von dem Bereich der beiden Enden und benachbart beider Enden abweicht), und andererseits
– das ebene Element (1) ist aus einem breiten Streifen Material, das sich vom Bereich (W1) bis zum Bereich (W4) erstreckt, zusammengesetzt und ohne Kontakt mit dem gewellten Element (2) im Bereich (W3).

Da das andere Ende (W3) des gewellten Elements) (2) ohne Kontakt mit dem ebenen Element (1) ist und so einen Raum (4), insbesondere ein offenes Ende, schafft, sind die Absorptions- und Relaxationseigenschaften für thermische Belastung am oben erwähnten anderen Ende erhöht. Erfindungsgemäß sind verschiedenartige Modifikationen des obengenannten Bereichs (W2) (der Bereich, der vom Endbereich und nahe den Enden abweicht) der Struktur des gewellten Elementes (2) möglich. Bspw. ist selbstverständlich zusätzlich zur Ausführungsform, die einen Bereich einer Wellenform (2a) zum Kontakt mit dem ebenen Element (1), wie in der dritten und 4. Ausführungsform im Bereich (W2) gezeigt hat, eine Ausführungsform, die mehrere derartige Bereiche aufweist, möglich. Ferner kann selbstverständlich das ebene Element (1) aus mehreren Streifen gemäß der Anzahl der Bereiche (W4) der Wellenform (2a) in den oben erwähnten modifizierten Ausführungsformen zusammengesetzt sein. Ausserdem kann selbstverständlich die Breite der ebenen Streifenelemente identisch der Breite des Bereiches (W₄) der Wellenform (2a) sein oder sich von der Breite des Bereiches (W4) unterscheiden, bspw. zwei Bereiche (W4) abdecken.
Das nächste ist eine Ausführungsform, die das ebene Element (1) und ein Element einer Struktur, die eine Anordnung von aufeinander folgender etwa regelmäßiger Dreiecke in Längsrichtung aufweist (in der Richtung senkrecht zu Achse des Metallwabenkörpers (H), in der beide Seiten gemeinsam enden und die verbleibende Seite eine ebene obere oder untere Scheitelplatte bildet.
Das ebene Element (1) besonderer Struktur, das eine Komponente des Metallwabenkörpers (H) der Erfindung ist, umfasst ein Element mit einem ebenen Bereich für Teil-Kontakt mit dem gewellten Element (2), wie sie in den oben erwähnten ersten bis 5. Ausführungsformen in Richtung der Achse des Metallwabenkörpers (H) gezeigt ist.
Das aus der Struktur aufeinanderfolgender etwa regelmäßiger Dreiecke und oberen und unteren apikalen Platten gebildete Element kann mit dem gewellten Element (2) in Kontakt stehen und ist im erfindungsgemäßen Begriff des ebenen Elements (1) eingeschlossen. Das ebene Element (1), das aufeinanderfolgende etwa regelmäßige Dreiecke und obere und untere apikale Platten (parallele obere und untere apikale Platten) aufweist, wird als "ebenes Element (1) mit aufeinanderfolgenden etwa regelmäßigen Dreiecken" bezeichnet.
12 bis 18 sind Diagramme zur Verdeutlichung des Metallwabenkörpers (H) gemäß der 6. Ausführungsform der Erfindung. 12 ist eine Teil-Draufsicht auf den Metallwabenkörper (H) gemäß der 6. Ausführungsform, der aus ebenen Elementen (1) aufeinanderfolgender etwa regelmäßiger Dreiecke und gewellten Elementen (2) besteht. Der Metallwabenkörper (H) gemäß der 6. Ausführungsform hat die Struktur eines Mehrschicht-Typs, wie in 18 gezeigt und nachfolgend beschrieben. 13 ist eine teilweise vergrößerte Draufsicht auf den Metallwabenkörper gemäß der 6. Ausführungsform, die der teilweise vergrößerten Ansicht der 1 entspricht. Wie in 13 gezeigt, ist die Struktur des gewellten Elements (2) ziemlich die gleiche wie die des gewellten Elements (2), das in der ersten Ausführungsform (s. 6 zur Beschreibung der ersten Ausführungsform) verwendet wird. 14 ist eine Ansicht eine Schnittes entlang der Linie I-I in 12 und 13, insbesondere eine Ansicht eine Schnittes in Richtung der Achse des Metallwabenkörpers (H) gemäß der 6. Ausführungsform. 15 ist eine Ansicht eine Schnittes entlang der Linie II-II in 14. 16 ist ein Diagramm zur Verdeutlichung der Struktur des aufeinanderfolgende etwa regelmäßige Dreiecke aufweisenden ebenen Elements (1) und 17(A) und (B) sind Diagramme zur Verdeutlichung des Herstellungsverfahrens des aus aufeinanderfolgende etwa regelmäßige Dreiecke aufweisenden ebenen Elements (1). 18 ist eine Frontansicht des Metallträgers (MS), bei der Teile weggelassen wurden, der durch Einsetzen und Fixieren des Metallwabenkörpers (H) gemäß der 6. Ausführungsform in ein Metallgehäuse (C) hergestellt wurde.
Die Wellenform des gewellten Bandes (2), das eine Komponente des Metallwabenkörpers (H) der 6. Ausführungsform der Erfindung darstellt, besitzt insbesondere hinsichtlich der Spezifizierung des Kontakts zwischen dem ebenen Element (1) mit den aufeinanderfolgenden etwa regelmäßigen Dreiecken und den gewellten Elementen (2), wie in 14 gezeigt, in Richtung der Achse des Metallwabenkörpers (H):

(i) eine Struktur mit einer Wellenhöhe für den Kontakt des ebenen Elements (1) mit aufeinanderfolgenden etwa regelmäßigen Dreiecken im Bereich der beiden Enden und benachbart der Enden, nämlich angenäherte Sinusförmigen Bereichen W1 und W3 in 14 und
(ii) eine Struktur mit Rechteck-Wellenform und einer Wellenhöhe für Kontaktlosigkeit mit dem ebenen Element (1) mit aufeinanderfolgenden etwa regelmäßigen Dreiecken im Bereich außerhalb der beiden Enden und in deren Nachbarschaft, insbesondere im Bereich W2 in 14.

In anderen Worten hat die Struktur des gewellten Elements (2), die für den Metallwabenkörper (H) gemäß der 6. Ausführungsform der Erfindung verwendet wird, ziemlich die gleiche Struktur wie die in der ersten Ausführungsform (s. 3) verwendete. Daher kann das gewellte Element (2) unter Verwendung des in 7 gezeigten Formzahnrads (5), wie beim Metallwabenkörper (H) der ersten Ausführungsform beschrieben, hergestellt werden. Die Bereiche W1, W2 und W3 sollten so interpretiert werden, daß sie eine Breite W1, W2 und W3 aufweisen.
Nachfolgend wird nun die Struktur eines Elements des Metallwabenkörpers (H) gemäß der 6. Ausführungsform der Erfindung beschrieben, insbesondere das aufeinanderfolgende etwa regelmäßige Dreieckelemente aufweisende ebene Element (2).
16 ist eine vergrößerte Draufsicht auf das aufeinanderfolgende etwa regelmäßige Dreiecke aufweisende ebene Element (1). Wie in der Figur gezeigt, umfasst das ebene Element (1) aufeinanderfolgende etwa regelmäßige Dreiecke, von denen jedes eine Verbindungseinheit darstellt (kleinste sich wiederholende Einheit), die in Längsrichtung angeordnet und so verbunden sind, daß die beiden Seiten (11 und 11) gemeinsam enden. Die verbleibende Seite (12) bildet eine parallele apikale Platte ober- oder unterhalb der beiden Seiten (11 und 11) gemäß der Verbindungsart. Im aufeinanderfolgende etwa regelmäßige Dreiecke aufweisenden erfindungsgemäßen ebenen Element (1) ist der Abstand der Spitze (1a) des etwa regelmäßigen Dreiecks, das an der oberen oder unteren parallelen apikalen Platte positioniert ist, vorgeschrieben, so daß das Extremum (Scheitel oder Tal der Welle) nicht fällt, aber bevorzugt so geschlossen wie möglich erhalten wird.
Im Metallwabenkörper (H) nach der 6. Ausführungsform der Erfindung ist das aufeinanderfolgende etwa regelmäßige Dreiecke aufweisende ebene Element (1) von besonderer Bedeutung für das Erzeugen der starren oder flexiblen Struktur am Metallwabenkörper (H).
17 ist ein Diagramm zur Beschreibung des Herstellungsprozesses des aufeinanderfolgende etwa regelmäßige Dreiecke aufweisenden ebenen Elements (1), ein gewelltes Element mit Rechteck-Wellenform wird im Schritt (a) des Verfahrens gebildet und dann in horizontaler Richtung gepresst, um eine fortlaufende etwa regelmäßige dreieckige Struktur im Schritt (b) des Verfahrens zu erzeugen. In den aufeinander folgenden etwa regelmäßige Dreiecke aufweisenden erfindungsgemäßen ebenen Element (1) ist der Begriff "etwa regelmäßiges Dreieck" nicht auf "regelmäßiges Dreieck" begrenzt und sollte weit ausgelegt werden, bspw. auch gleichseitige (isoskele) Dreiecke umfassen. Es ist wesentlich, daß der Begriff "etwa regelmäßiges Dreieck" so ausgelegt wird, daß alle verbundenen Dreiecksstrukturen, die parallele obere und untere apikale Platten aufweisen, eingeschlossen sind.
19 ist eine Ansicht eine Schnittes in Richtung der Achse des Metallwabenkörpers (H) der 7. Ausführungsform der Erfindung, die 14 zur Verdeutlichung der 6. Ausführungsform entspricht. Als Metallwabenkörper (H) der 7. Ausführungsform wird das gleiche aufeinanderfolgende etwa regelmäßige Dreiecke aufweisende ebene Element (1), wie es auch in der 6. Ausführungsform verwendet wurde, umgesetzt. Die 7. Ausführungsform unterscheidet sich stark von der 6. Ausführungsform in der Struktur des gewellten Elements (2). Detailliert hat das gewellte Element (2) im schmalen Bereich des Bereichs (W2) (der Bereich, der von dem Bereich der beiden Enden und der Nachbarschaft der beiden Enden des gewellten Elements (2) abweicht) die hohe Wellenform (2a) zum Kontakt mit dem aufeinanderfolgende etwa regelmäßige Dreiecke aufweisenden ebenen Element (1). Erfindungsgemäß kann die Größe des gebildeten Bereichs (W4) der Wellen-form (2a) geeignet gewählt werden. Allgemeinen ist vorgeschrieben, daß der Bereich (W4) ausreichend klein gegenüber dem Bereich (W2) gewählt wird.
20 ist eine Ansicht eine Schnittes in Richtung der Achse des Metallwabenkörpers (H) der 8. Ausführungsform der Erfindung, die 14 zur Verdeutlichung der 6. Ausführungsform entspricht. Als in der 8. Ausführungsform verwendeter Metallwabenkörper (H), der das gleiche aufeinanderfolgende etwa regelmäßige Dreiecke aufweisende ebene Element (1) verwendet, wie in der 6. Ausführungsform. Die 8. Ausführungsform unterscheidet sich bemerkenswerterweise von der 6. und 7. Ausführungsform darin, daß eines der beiden Enden des Metallwabenkörpers (H) kontaktlose Struktur aufweist. Detailliert steht das gewellte Element (2) in Kontakt mit dem aufeinanderfolgende etwa regelmäßige Dreiecke aufweisenden ebenen Element (1) an einem Ende (W1), ist jedoch ohne Kontakt am anderen Ende (W3) des aufeinanderfolgende etwa regelmäßige Dreiecke aufweisenden ebenen Elements (1), und das gewellte Element (2) hat die hohe Wellenform (1a) für Kontakt mit dem aufeinanderfolgende etwa regelmäßige Dreiecke aufweisende ebenen Element (1) an zwei kleinen Teilbereichen (W4 und W5) im Bereich (W2) (der Bereich außerhalb des Bereichs der beiden Enden und der Nähe beider Enden). In der 8. Ausführungsform ist das andere Ende (W₃) des gewellten Elements (2) kontaktlos mit dem aufeinanderfolgende etwa regelmäßige Dreiecke aufweisenden ebenen Element (1) und so ausgelegt, daß ein Raum (4) gebildet wird, d. h., das andere Ende (W₃) ist ein offenes Ende, wobei diese Struktur die erhöhte thermische Belastung aufnimmt und Relaxationseigenschaften im Bereich (W3) für den Metallwabenkörper (H) schafft. In der 6. bis 8. Ausführungsform, welche die aufeinanderfolgenden etwa regelmäßigen Dreiecke aufweisenden ebenen Elemente (1) als erfindungsgemäßes ebenes Element (1) benutzen, können verschieden modifizierten Strukturen des gewellten Elements (2) im Bereich (W₂) (Bereich, der vom Bereich der Enden und der Nähe der beiden Enden abweicht) verwendet werden. Bspw. ist die Erfindung nicht auf einen Kontaktbereich (W₄) wie in der 7. Ausführungsform beschrieben oder auf zwei Kontaktbereiche (W₄ und W₅) wie in der 8. Ausführungsform beschrieben, begrenzt, solange die Bedingung erfüllt ist, daß das Verhältnis zwischen den Kontaktflächen zwischen dem gewellten Element (2) und dem ebenen Element (1) im Bereich (W₂) hinrei chend klein (kleiner Bereich) gegenüber dem Gesamtbereich (W₂) ist, sodaß Absorption und Relaxation thermischer Spannungen gegeben sind. Die Breite der Kontaktbereiche (W4, W5, ...) kann in Richtung der Achse gleich oder unterschiedlich sein. Verschieden modifizierte Beispiele können in die Struktur des erfindungsgemäßen Metallwabenkörpers (H) eingeschlossen sein.
Zunächst ist das erfindungsgemäße ebene Element (1) nicht auf das einfache ebene Element, wie es in der ersten bis 5. Ausführungsform verwendet wird, begrenzt. In der Erfindung kann selbstverständlich die Struktur, die das Mischen, Durchwirbeln und Stören der Abgase im Metallwabenkörper (H) begünstigt, im ebenen Element (1) verkörpert sein. Ein ebenes Element, wie Stanzmetall oder Streckmetall mit Löchern, hochgezogenen Schnitten oder Löchern und überstehenden Abschnitten kann als derartiges ebenes Element (1) verwendet werden. Anderseits kann ein Maschendrahtteil (Drahtraster) das durch Weben von Metalldrähten hergestellt wurde, als ebenes Element (1) eingesetzt werden. Ferner kann ein ebenes Element mit Mikrowellen (Mikrowellen, Mikrowellung) als ebenes Element (1) verwendet werden. Selbstverständlich kann das gewellte Element (2) besonderer Struktur aus einem ebenen Element (1) hergestellt werden, das mit den oben erwähnten Mitteln zum Begünstigen des Mischens, Durchwirbelns und Stören der Abgase versehen ist.
21 bis 25 verdeutlichen modifizierte Beispiele des ebenen Elements (1). 21 zeigt ein gestanztes ebenes Blech (Stanzmetall), 22 ein Siebblech, 23 Streckmetall und 24 ein modifiziertes Beispiel eines aufeinanderfolgende etwa regelmäßige Dreiecke aufweisenden ebenen Elements (1), das in der 6. bis 8. Ausführungsform mit Mikrowellenstruktur (Mikrowellung) verwendet wird. Ferner ist die Struktur des erfindungsgemäßen Metallwabenkörpers (H) nicht auf den gerollten Typ (s. 1 und 2) und den Mehrschicht-Typ (s. 18) begrenzt. Selbstverständlich kann irgendeine aus dem Stand der Technik bekannte Struktur als Metallwabenkörper (H) verwendet werden. Bspw. zeigt die Struktur eines Metallwabenkörpers (H) in 25 den Radialtyp, 26 einen S-förmigen Typ, 27 einen Typ "verbundene Kommata" und 28 einen X-förmig gewickelten Typ. Selbstverständlich kann der erfindungsgemäße Metallwabenkörper (H) irgendeine der oben erwähnten verschiedenartigen Strukturen aufweisen. Der oben erwähnte Metallwabenkörper (H) anderer Struktur kann, wie nachfolgend beschrieben, hergestellt werden.
Der in 25 gezeigte Metallwabenkörper (H) vom Radialtyp wird hergestellt, indem ein Ende des Reinigungselements an einer festen Achse (Mittelachse) fixiert ist und jedes Reinigungselement sich von der festen Achse (strahlenförmig) nach außen erstreckt, wobei mehrere ebene Elemente (1) und gewellte Elemente (2) zur Herstellung des Reinigungselements erforderlich sind. Zum klaren Verständnis der Figur ist das Reinigungselement nur teilweise gezeigt. Der Metallwabenkörper (H) vom S-förmigen Typ oder des Typs "verbundene Kommata", der in 26 und 27 gezeigt ist, wird, wie nachfolgend beschrieben, hergestellt. Detailliert wird der Metallwabenkörper (H) unter Einsatz der erwünschten Anzahl Stapel, die durch das abwechselnde Übereinanderlegen ebener Elemente (1) und gewellter Elemente (2) in einer erwünschten Anzahl Schritte hergestellt und beim Metallwabenkörper (H) der Struktur befinden sich die Enden des ebenen Elements (1) und des gewellten Elements (2) jedes Stapels in Kontakt mit der Innenwand des Metallgehäuses zur Aufnahme in dessen Innerem. Bei der oben erwähnten Herstellung wird, wenn ein Stapel verwendet wird, der Metallwabenkörper (H) vom S-förmigen Typ, dessen Strukturelemente in der Mitte S-förmig gebogen sind, wie in 26 gezeigt, und wenn drei Stapel verwendet werden, der Metallwabenkörper (H) von Typ "verbundene Kommata", dessen drei Stapel spiralförmig in der Mitte miteinander verbunden sind, wie in 27 gezeigt, erhalten. In den Figuren sind zum klaren Verständnis der Figuren die Elemente (1 und 2) nur teilweise gezeigt.
Der in 28 gezeigte Metallwabenkörper (H) von X-förmig gewickelten Typ wird hergestellt, indem 4 Stapel (X1 bis X4) eingesetzt werden, wobei jeder Stapel durch das abwechselnde Übereinanderlegen eines ebenen Elements (1) und eines gewellten Elements (2) in einer erwünschten Anzahl Schritte hergestellt ist, die einen Enden dieser Stapel in den Kontaktbereichen in Kontakt gebracht werden und die Stapel in der gleichen Richtung um die Kontaktenden in der Mitte gerollt werden,. Der Metallwabenkörper (H) hat deshalb die Struktur, dass ein Ende jedes ebenen Elements (1) und gewellten Elements (2) jedes Stapels in Kontakt mit der Innenwand des Metallgehäuses zur Aufnahme des Metallwabenkörpers (H) ist. Im oben erwähnten Herstellungsverfahren wird dieser Typ des Metallwabenkörpers (H) X-förmig gewickelter Typ genannt, da die Stapel in X-förmiger Anordnung (kreuzförmig) in der Mitte des Metallwabenkörpers (H) verbunden und um die Mitte herum gerollt sind. Zur Klarheit der Figur sind die Elemente (1 und 2) nur teilweise gezeigt.

Claims

Metallwabenkörper (H), mit: – einem ebenen Element (1) aus wärmebeständigem Metallblech; – einem gewellten Element (2) aus wärmebeständigem Metallblech, das teilweise am ebenen Element (1) anliegt; wobei das ebene Element (1) und das gewellte Element (2) Abgas in Richtung der Achse des Metallwabenkörpers (H) von einem Einlass zu einem Auslass leiten, mit (1) einem ersten im wstl. sinusartigen wellenförmigen Abschnitt des gewellten Elements (2) mit einer zum Kontakt mit dem ebenen Element (1) in zumindest einem Bereich des Endes oder benachbart dessen Endes geeigneten Wellenhöhe (h) und (2) einem zweiten rechteckwellenförmigen Abschnitt des gewellten Elements (2) mit geringerer Wellenhöhe als der erste sinusförmige wellenförmigen Abschnitt, der nicht mit dem ebenen Element (1) in Kontakt steht und vier Ecken (2s, 2t, 2u, 2v) aufweist, die vier über die Sinusform überstehende Abschnitte bilden, die in den durchgeleiteten Gasstrom hineinragen, so denselben stören und die Kontakteffizienz wischen Gas und dem ebenen und/oder gewellten Element (1, 2) erhöhen.
Metallwabenkörper (H) gemäß Anspruch 1, dadurch gekenzeichnet, dass das ebene Element (1) ein flaches ebenes Blech umfaßt.
Metallwabenkörper (H) gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das ebene Element (1) perforiert ist.
Metallwabenkörper (H) gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das ebene Element (1) ein Gewebe oder Gitter ist.
Metallwabenkörper (H) gemäß Anspruch 1, in dem das ebene Element (1) eine aufeinanderfolgende Anordnung von im wesentlichen regelmäßigen Dreiecken in Längsrichtung (Richtung senkrecht zur Achse des Metallwabenkörpers (H)) aufweist, in der zwei Seiten zur Verbindung gleichzeitig enden und die verbleibende Seite eine obere oder untere flache Platte am Wellenberg zur Verbindung bildet.
Metallwabenkörper (H) gemäß Anspruch 5, wobei der Scheitel jedes der im wesentlichen regelmäßigen Dreiecke, die durch Verbinden der im wesentlichen regelmäßigen Dreiecke gebildet sind, meist geschlossen ist.
Metallwabenkörper (H) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das gewellte Element (2) Rechteckwellenform hat.
Metallwabenkörper (H) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das ebene Element (1) eine Breite in Richtung der Achse des Metallwabenkörpers (H) besitzt, die im wesentlichen gleich der Breite des gewellten Elements (2) ist.
Metallwabenkörper (H) gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das ebene Element (1) ein Streifenelement einer Breite umfaßt, die im wesentlichen gleich der Breite des Bereiches des gewellten Elementes (2) in Richtung der Achse des Metallwabenkörpers (H), dessen Bereich im Kontakt mit dem ebenen Element (1) steht, ist.
Metallwabenkörper (H) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Wellenform scharfe Spitzen aufweist und im wesentlichen Delta-Wellenform besitzt
Metallwabenkörper (H) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das ebene Element (1) in eine Rechteckwellenform gefaltet ist.
Metallwabenkörper (H) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das ebene Element (1) ein Blech aufweist, das eine Folge alternierend invertierter dreieckiger Öffnungen bildend gefaltet ist, wobei die Seitenabschnitte gemeinsam enden und die Rest-Seitenabschnitte der alternierenden Dreiecksöffnungen durch einen Spitzenabschnitt einer dazwischenliegenden Öffnung getrennt sind, wobei die Spitzenabschnitte so liegen, dass die alternierenden Rest-Seitenabschnitte mit Abstand voneinander, im wesentlichen miteinander, ausgerichtet sind.
Metallwabenkörper (H) gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallwabenkörper (H) ausgewählt ist unter den Typen: gerollter Typ, mehrschichtiger Typ, Radialtyp, S-förmiger Typ, Typ "verbundene Kommata" und X-förmig gewickelter Typ.