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EP1272745B1 - Gehäuse mit passivierungsschicht und verfahren zur herstellung eines katalysator-trägerkörpers mit einem solchen gehäuse - Google Patents

Gehäuse mit passivierungsschicht und verfahren zur herstellung eines katalysator-trägerkörpers mit einem solchen gehäuse Download PDF

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Publication number
EP1272745B1
EP1272745B1 EP01933823A EP01933823A EP1272745B1 EP 1272745 B1 EP1272745 B1 EP 1272745B1 EP 01933823 A EP01933823 A EP 01933823A EP 01933823 A EP01933823 A EP 01933823A EP 1272745 B1 EP1272745 B1 EP 1272745B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
honeycomb body
passivation layer
jacket tube
layer
housing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP01933823A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1272745A1 (de
Inventor
Rolf BRÜCK
Ludwig Wieres
Ferdi Kurth
Karl-Josef Schmitz
Hans-Günter FAUST
Jan Hodgson
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Vitesco Technologies Lohmar Verwaltungs GmbH
Original Assignee
Emitec Gesellschaft fuer Emissionstechnologie mbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from DE2000118641 external-priority patent/DE10018641A1/de
Priority claimed from DE2000126697 external-priority patent/DE10026697A1/de
Application filed by Emitec Gesellschaft fuer Emissionstechnologie mbH filed Critical Emitec Gesellschaft fuer Emissionstechnologie mbH
Publication of EP1272745A1 publication Critical patent/EP1272745A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1272745B1 publication Critical patent/EP1272745B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
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    • F01N3/2864—Arrangements for mounting catalyst support in housing, e.g. with means for compensating thermal expansion or vibration using mats or gaskets between catalyst body and housing the mats or gaskets comprising two or more insulation layers
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    • Y10T428/12—All metal or with adjacent metals
    • Y10T428/12347—Plural layers discontinuously bonded [e.g., spot-weld, mechanical fastener, etc.]

Definitions

  • the present invention relates to a housing, in particular a jacket tube, for a honeycomb body and on the production of a honeycomb body with such a housing.
  • honeycomb bodies are used as catalyst carrier body preferably in exhaust systems of internal combustion engines, in particular of motor vehicles.
  • WO 99/37896 a method for producing a honeycomb body is described, which is surrounded by a jacket tube.
  • the honeycomb body and the Jacket tube have due to their different material properties and due to different temperatures during operation a differing thermal Stretching behavior on. It is therefore desirable to have a rigid connection between the honeycomb body and the jacket tube at at least one end region the honeycomb body or at least in certain sub-areas to avoid.
  • the sheathed material described in WO 99/37896 Honeycomb body executed with a cuff, which despite production engineering Tolerances of the jacket tube and the honeycomb body to ensure that direct Solder joints between honeycomb body and casing pipe in the at least an end portion of the honeycomb body can be avoided.
  • the use of a Cuff leads to the significant reduction of thermal stresses between Casing and honeycomb body, however, causes a higher production cost.
  • agents which provide a compound of metal surfaces during a high-temperature processing (such as sintering or Soldering) prevent.
  • These usually contain fine ceramic particles, one Binder, as well as a share of diluents and solvents.
  • the binder as well the diluent and the solvent are already at relatively low levels Temperatures are volatile.
  • the tendency of these volatilization means to maintain the vacuum significantly and the system by volatile components can be contaminated.
  • the present invention is based on the tasks to provide a housing for a honeycomb body, which selectively joining technical Compounds to compensate for the different expansion behavior of Honeycomb body and jacket tube allows and permanent fixation of the honeycomb body guaranteed for example in an exhaust system and the indication a method for producing a catalyst carrier body with such a Casing.
  • the housing according to the invention for a honeycomb body comprises a jacket tube with an inner wall, wherein the jacket tube for targeted prevention of technical joining with the honeycomb body in at least one section the inner wall has a passivation layer.
  • the passivation layer is thermally very stable and prevents any technical joining Connection of the metal surfaces in contact with each other.
  • the section where the passivation layer is located is located at the location of the jacket tube, at the later operation of the catalyst carrier body a relative movement between the honeycomb body and casing pipe is desired to prevent thermal stresses.
  • This is preferably the frontal region in which the hot exhaust gas on the catalyst carrier body meets. Even areas further inward can be so from technical joining be kept free.
  • the passivation layer prevents due to their insulating property a heat conduction from the honeycomb body to the jacket tube. This is for example especially important if after the shortest possible time after At the start of an automobile, the light-off temperature of a catalytic converter is to be achieved, in which an effective cleaning of the exhaust gas takes place.
  • the passivation layer is a surface oxide layer educated.
  • the oxides in particular the metal oxides, have a high thermal stability, which makes a connection more touching Metal surfaces prevented. It is also particularly advantageous that the oxides in be easily generated with components of the material of the jacket tube and an additional material for making the passivation layer is not needed.
  • Such a metal oxide layer may, for example, also by simply roughening the inner wall of the jacket tube in the section getting produced.
  • the passivation layer as a ceramic coating layer, in particular with aluminum oxide, executed.
  • the ceramic particles are characterized by particularly high Attractiveness to each other and a very good thermodynamic stability.
  • a ceramic layer of titanium oxide or magnesium oxide is also possible.
  • the passivation layer is more circumferential Strip formed. This ensures that in this section the entire circumference of the jacket tube solder joints between jacket pipe and honeycomb body avoided and a balance of different strain behavior be allowed.
  • the passivation layer in a jacket pipe section to arrange with strong curvature.
  • An oval shape of the housing is for example required if the installation of a catalyst carrier body with the housing bound to certain spatial conditions of an exhaust system is.
  • the passivation layer an axial length of 5 mm to 50 mm. This allows an exact alignment of the housing to the respective application. Is the case, for example arranged or diverge relatively close to an internal combustion engine thermal expansion behavior of honeycomb body and jacket tube is very strong the passivation layer is made with a larger axial length.
  • the passivation layer with a thickness of 0.03 mm to 0.12 mm. This allows in particular the compensation of Manufacturing tolerances of honeycomb body and casing pipe in the assembled Status.
  • the jacket tube is between the jacket tube and the ceramic Layer an adhesive layer arranged. This is especially advantageous when the ceramic layer is exposed to a high dynamic load is.
  • the adhesive layer allows a permanent connection of the ceramic Layer on the metallic surface of the jacket tube.
  • the passivation layer of the jacket tube it is particularly advantageous before assembly with a honeycomb body the passivation layer of the jacket tube to arrange a solder layer.
  • the passivation layer Although prevents the formation of solder joints between Honeycomb body and jacket tube. But if the honeycomb body, for example, from a variety of sheet metal layers produced by winding and / or stacking, so may be soldered by the solder disposed on the passivation layer adjacent ends of the sheet metal layers are guaranteed to each other. To this Way fluttering of end portions of the sheet metal layers is avoided and the life of such a honeycomb body increases.
  • the training a circumferential solder layer on the passivation layer has the consequence that all adjacent sheet metal layers are soldered together.
  • a catalyst carrier body with a housing according to the invention and a honeycomb body arranged therein executed.
  • the honeycomb body is made of sheet metal layers, at least partially are structured so that the honeycomb body for a exhaust gas flow through channels having.
  • the jacket tube encloses the honeycomb body at least partially and is in at least one axial portion with the honeycomb body joining technology connected is. The selective fiigetechnische connection of honeycomb body and Jacket tube ensures a long life of the catalyst carrier body.
  • the ceramic layer near an end face of the To arrange honeycomb body.
  • the portion with the ceramic layer for hot exhaust gas (upstream) is aligned compensated for the catalyst carrier body especially good the high thermal stress.
  • radially outer end portions the sheet layers of the honeycomb body to the ceramic layer.
  • the flutter This radially outer end portions can thus be reduced.
  • joining the adjacent end areas together connect to. This ensures a long life even at extreme dynamic Loads safely.
  • honeycomb body with the jacket tube soldered preferably high-temperature vacuum-soldered.
  • honeycomb body is in a known manner by stacking and / or winding of Formed sheet metal layers which are at least partially structured so that the honeycomb body having flowed through for an exhaust gas channels.
  • the honeycomb body becomes now introduced into the jacket tube. Thereafter, the solder joints are formed.
  • a catalyst carrier body can be produced, which on the one hand by a permanent connection of honeycomb body and Jacket tube distinguishes, on the other hand, but also a balance different Strain behavior. of honeycomb body and casing pipe permits. Thereby arise in the soldering process no vapors or gases, which is a formation of solder joints, especially in a vacuum.
  • the passivation layer is through generates selective, spatially limited heating of the at least one section.
  • the portion of the housing is therefore heated to a temperature and possibly also held on this to diffusion processes in the material and to allow on the inner wall of the housing.
  • Suitable in this regard in particular ferritic, aluminum and chromium containing materials which be heated to a temperature above 1100 ° C. This will get metal particles, in particular aluminum from the interior to the vicinity of the inner wall of the jacket tube, which now with the oxygen particles from the environment too react to the desired passivation layer.
  • the passivation layer can Consequently, be produced without a filler material.
  • the at least a section in the preparation of the passivation layer with an oxygen-containing Gas flows.
  • a rich on the inner wall Supply of oxygen molecules ensures that in the formation of a Surface oxide layer may be needed.
  • the generation of a Passivation layer very favored.
  • the jacket tube outside the at least one Section in the preparation of the passivation layer with a noble gas, in particular Argon, to flow.
  • a noble gas in particular Argon
  • the noble gas prevents the formation of the Oxide layer, because the noble gas does not react with the metal particles of the jacket tube and displaced the atmospheric oxygen.
  • the passivation layer by a chemical treatment of the at least one section manufacture.
  • the section with a chemical treated, which leads to the formation of a surface oxide layer.
  • This Process step is particularly suitable for cased pipes, with very small Manufactured manufacturing tolerances with respect to the male honeycomb body were. A thermal treatment without the honeycomb body and thus a thermal Delay can be prevented.
  • the passivation layer by applying a ceramic coating layer, in particular aluminum oxide, produced.
  • the method is before Forming the ceramic layer on the relevant section of the inner wall the cladding tube applied an adhesive layer.
  • This adhesive layer preferably has no volatile components to a to ensure a secure soldering process.
  • the ceramic layer by means of flame spraying form the jacket tube.
  • the flame spraying is characterized by a special uniform distribution of the ceramic layer on the inner wall of the Jacket tube off, causing pressure peaks in the jacket tube due to the adjacent Metal layers are avoided.
  • the method is before the Beloten the Inner wall of the jacket tube, in particular on the ceramic layer, applied an adhesive medium for producing a solder layer.
  • the adhesive medium has the task to fix the solder powder at the points of the jacket tube to which a solder joint should be executed during the later soldering process.
  • the Adhesive medium on the ceramic layer thereby ensures the arrangement of solder powder in the region of the honeycomb body in which a compound is undesirable with the jacket tube. This solder layer is used for later soldering adjacent metal layers of the honeycomb body with each other.
  • the method is during or after the Inserting the honeycomb body in the jacket tube on the honeycomb body end face Lot powder applied.
  • the end portions of the sheet metal layers soldered together near the front and the life of such a manufactured Catalyst carrier body increased.
  • the passivation layer by roughening the inner wall in the at least one section produced. It is particularly advantageous roughening with the manufacturing process Sandblasting and / or brushing takes place. Surprisingly prevented the resulting roughness of the inner wall wetting by a Lotstoff in this section, with a technical connection between Honeycomb body and jacket tube is prevented. Thus, a particularly inexpensive produced passivation layer specified.
  • Fig. 1 shows a honeycomb body 4 with an end face 12.
  • the honeycomb body has several sheet metal layers 9 produced by winding and / or stacking on the honeycomb body 4 is introduced into a jacket tube 1.
  • the jacket tube 1 has an inner wall 2, which has a section 14 with a passivation layer 3 having.
  • the portion 14 has a length 5, wherein the portion 14 in the joined Condition of the catalyst carrier body near the end face 12 of the honeycomb body 4 is arranged.
  • a solder layer 7 is additionally shown on the section 14, a solder layer 7 is additionally shown.
  • honeycomb body 4 After the honeycomb body 4 has been introduced into the jacket tube 1, this is done Forming the solder joints.
  • the honeycomb body 4 is then in the partial area 11 connected to the jacket tube 1 joining technology.
  • the passivation layer 3 prevented in section 14, a compound of the honeycomb body 4 with the jacket tube 1, so that in this section 14, the different thermal expansion behavior can be compensated.
  • the solder layer 7 ensures that the Sheet metal layers 9 are connected together.
  • Fig. 2 shows an end view of the catalyst carrier body according to the invention.
  • the jacket tube 1 encloses a plurality of sheet metal layers 9, wherein these rest with their end portions 13 on the casing tube 1.
  • the sheet metal layers have corrugated and smooth sheets 16, which are arranged so in that through-flow channels 10 are formed for an exhaust gas.
  • Fig. 3 shows schematically the structure of a housing according to the invention for a Honeycomb body, wherein the arrangement of different layers (3, 6, 7) in the section 14 of the jacket tube 1 is shown.
  • an adhesive layer 6 is arranged, which provides a permanent connection of the Passivation layer 3 on the casing tube 1 ensures.
  • the passivation layer 3 has a thickness 8, which according to the requirements of the catalyst carrier body is variable.
  • a solder layer 7 which shows a connection of adjacent end regions 13 of FIG Sheet metal layers 9 ensures.
  • the honeycomb body 4 shows a perspective and schematic illustration of an embodiment an oval casing tube 1 with honeycomb body 4 and passivation layer 3.
  • the honeycomb body has several generated by winding and / or stacking Sheet metal layers 9, which are at least partially structured so that they are suitable for an exhaust gas can flow through.
  • the honeycomb body 4 has a plurality of channels 10, which are bounded by smooth and / or corrugated sheets 16 and is of Enclosed the jacket tube 1.
  • the jacket tube 1 has an inner wall. 2 auf, which in a jacket pipe section 17 with a passivation layer. 3 is executed.
  • the sheath portion area 17 is the more curved area of the oval or elliptical jacket tube 1, according to experience a solder joint unfavorable.
  • a catalyst carrier body produced according to the invention makes it possible to compensate different expansion behavior of honeycomb body and casing pipe, wherein this preparation of such a catalyst support body a secure Soldering guaranteed, especially in the high-temperature vacuum brazing process.

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Abstract

Gehäuse für einen Wabenkörper (4) umfassend ein Mantelrohr (1) mit Innenwandung (2), wobei das Mantelrohr (1) zur gezielten Veränderung einer fügetechnischen Verbindung mit dem Wabenkörper (4) in mindestens einem Abschnitt der Innenwandung (2) eine Passivierungsschicht (3) aufweist. Weiterhin wird ein Verfahren zur Herstellung eines Katalysator-Trägerkörpers mit einem Wabenkörper (4) sowie einem erfindungsgemäßen Gehäuse angegeben. Ein derartig hergestellter Katalysator-Trägerkörper baut thermische Spannungen zwischen Wabenkörper (4) und Mantelrohr (1) ab und gewährleistet bei der Herstellung insbesondere einen sicheren Lötprozeß auch im Vakuum.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Gehäuse, insbesondere ein Mantelrohr, für einen Wabenkörper sowie auf die Herstellung eines Wabenkörpers mit einem solchen Gehäuse. Derartige Wabenkörper werden als Katalysator-Trägerkörper bevorzugt in Abgassystemen von Brennkraftmaschinen, insbesondere von Kraftfahrzeugen, eingesetzt.
In der WO 99/37896 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Wabenkörpers beschrieben, der von einem Mantelrohr umgeben ist. Der Wabenkörper und das Mantelrohr weisen aufgrund ihrer unterschiedlichen Werkstoffeigenschaften und aufgrund unterschiedlicher Temperaturen im Betrieb einen differierendes thermisches Dehnungsverhalten auf. Es wird daher angestrebt, eine starre Verbindung zwischen dem Wabenkörper und dem Mantelrohr an wenigstens einem Endbereich des Wabenkörpers oder jedenfalls in bestimmten Teilbereichen zu vermeiden. Aus diesem Grund ist der in der WO 99/37896 beschriebene ummantelte Wabenkörper mit einer Manschette ausgeführt, welche trotz fertigungstechnischer Toleranzen des Mantelrohres sowie des Wabenkörpers sicherstellen soll, daß direkte Lötverbindungen zwischen Wabenkörper und Mantelrohr in dem wenigstens einen Endbereich des Wabenkörpers vermieden werden. Die Verwendung einer Manschette führt zur deutlichen Reduktion thermischer Spannungen zwischen Mantelrohr und Wabenkörper, verursacht allerdings einen höheren Herstellungsaufwand.
Weiterhin sind Mittel bekannt, die eine Verbindung von Metalloberflächen während einer Hochtemperaturbearbeitung (wie beispielsweise dem Sintern oder dem Löten) verhindern. Diese beinhalten zumeist feine keramische Teilchen, einen Binder, sowie einen Anteil an Verdünnungs- und Lösungsmittel. Der Binder sowie das Verdünnungs- und das Lösungsmittel sind schon bei relativ niedrigen Temperaturen flüchtig. Bei der Herstellung von Katalysator-Trägerkörpern erfolgt die Ausbildung der Verbindung zwischen Mantelrohr und Gehäuse bevorzugt im Vakuum, wobei die Tendenz dieser Mittel zur Verflüchtigung die Aufrechterhaltung des Vakuums deutlich erschwert und das System durch flüchtige Bestandteile verunreinigt werden kann.
Hiervon ausgehend, liegen der vorliegenden Erfindung die Aufgaben zugrunde, ein Gehäuse für einen Wabenkörper anzugeben, welches selektiv fügetechnische Verbindungen zum Ausgleich des unterschiedlichen Dehnungsverhaltens von Wabenkörper und Mantelrohr ermöglicht und eine dauerhafte Fixierung des Wabenkörpers beispielsweise in einem Abgassystem gewährleistet sowie die Angabe eines Verfahrens zur Herstellung eines Katalysator-Trägerkörpers mit einem solchen Gehäuse.
Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß durch ein Gehäuse mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren zur Herstellung eines Katalysator-Trägerkörpers mit den Merkmalen des Anspruchs 16 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen des Verfahrens sind Gegenstand der jeweils abhängigen Ansprüche.
Das erfindungsgemäße Gehäuse für einen Wabenkörper umfaßt ein Mantelrohr mit einer Innenwandung, wobei das Mantelrohr zur gezielten Verhinderung einer fügetechnischen Verbindung mit dem Wabenkörper in mindestens einem Abschnitt der Innenwandung eine Passivierungsschicht aufweist.
Die Passivierungsschicht ist thermisch sehr stabil und unterbindet jegliche fügetechnische Verbindung der miteinander in Berührung befindlichen Metalloberflächen. Der Abschnitt, auf welchem die Passivierungsschicht angebracht ist, befindet sich an der Stelle des Mantelrohres, an der im späteren Betrieb des Katalysator-Trägerkörpers eine Relativbewegung zwischen Wabenkörper und Mantelrohr gewünscht ist, um thermische Spannungen zu verhindern. Bevorzugt ist dies der stirnseitige Bereich, in dem das heiße Abgas auf den Katalysator-Trägerkörper trifft. Auch Bereiche weiter innen können so von fügetechnischen Verbindungen frei gehalten werden.
Weiterhin verhindert die Passivierungsschicht aufgrund ihrer isolierenden Eigenschaft eine Wärmeleitung vom Wabenkörper auf das Mantelrohr. Dies ist beispielsweise besonders wichtig, wenn nach einer möglichst kurzen Zeitspanne nach dem Start eines Automobils die Anspringtemperatur eines katalytischen Konverters erreicht werden soll, bei der eine effektive Reinigung des Abgases erfolgt.
Gemäß einer Ausführungsform des Gehäuses ist die Passivierungsschicht als Oberflächen-Oxidschicht ausgebildet. Die Oxide, insbesondere die Metalloxide, weisen eine hohe thermische Stabilität auf, die eine Anbindung sich berührender Metallflächen verhindert. Besonders vorteilhaft ist ebenfalls, daß die Oxide in einfacher Weise mit Bestandteilen des Materials des Mantelrohres erzeugt werden können und ein zusätzliches Material zur Herstellung der Passivierungsschicht nicht benötigt wird. Eine solche Metalloxidschicht kann beispielsweise auch durch einfaches Aufrauhen der Innenwandung des Mantelrohres in dem Abschnitt hergestellt werden.
Entsprechend einem weiteren Ausführungsbeispiel des Gehäuses ist die Passivierungsschicht als eine keramische Auftrags-Schicht, insbesondere mit Aluminiumoxid, ausgeführt. Die keramischen Teilchen zeichnen sich durch besonders hohe Anziehungskräfte zueinander und eine sehr gute thermodynamische Stabilität aus. Eine keramische Schicht aus Titaniumoxid oder Magnesiumoxid ist ebenfalls möglich.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Passivierungsschicht als umlaufender Streifen ausgebildet. Dies gewährleistet, daß in diesem Abschnitt auf dem gesamten Umfang des Mantelrohres Lötverbindungen zwischen Mantelrohr und Wabenkörper vermieden und ein Ausgleich unterschiedlicher Dehnungsverhalten erlaubt werden.
Hat das Gehäuse eine ovale oder elliptische Form, so ist es gemäß einer weiteren Ausführungsform vorteilhaft, die Passivierungsschicht in einem Mantelrohrabschnitt mit starker Krümmung anzuordnen. Eine ovale Form des Gehäuses ist beispielsweise erforderlich, wenn der Einbau eines Katalysator-Trägerkörpers mit dem Gehäuse an bestimmte räumliche Gegebenheiten einer Abgasanlage gebunden ist. Erfahrungsgemäß ist es vorteilhaft, die fügetechnischen Verbindungen an den flachen Seiten eines solchen Körpers vorzunehmen und daher an den gerundeten Seiten Verbindungen durch eine Passivierungsschicht zu verhindern. Dies ist insbesondere eine Maßnahme zusätzlich zu einer eventuellen Passivierungsschicht an einer oder beiden Stirnseiten.
Gemäß noch einem weiteren Ausführungsbeispiel hat die Passivierungsschicht eine axiale Länge von 5 mm bis 50 mm. Dies ermöglicht eine exakte Angleichung des Gehäuses an den jeweiligen Einsatzzweck. Ist das Gehäuse beispielsweise relativ dicht an einer Verbrennungskraftmaschine angeordnet oder divergieren die thermischen Dehnungsverhalten von Wabenkörper und Mantelrohr sehr stark, ist die Passivierungsschicht mit einer größeren axialen Länge ausgeführt.
Besonders vorteilhaft ist es, die Passivierungsschicht mit einer Dicke von 0.03 mm bis 0.12 mm auszuführen. Dies ermöglicht insbesondere den Ausgleich von Fertigungstoleranzen von Wabenkörper und Mantelrohr im zusammengefügten Zustand.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist zwischen Mantelrohr und der keramischen Schicht eine Haftschicht angeordnet. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die keramische Schicht einer hohen dynamischen Belastung ausgesetzt ist. Die Haftschicht ermöglicht eine dauerhafte Anbindung der keramischen Schicht an der metallischen Oberfläche des Mantelrohres.
Besonders vorteilhaft ist es, vor dem Zusammenbau mit einem Wabenkörper auf der Passivierungsschicht des Mantelrohres eine Lotschicht anzuordnen. Die Passivierungsschicht verhindert zwar die Ausbildung von Lötverbindungen zwischen Wabenkörper und Mantelrohr. Besteht aber der Wabenkörper beispielsweise aus einer Vielzahl von durch Wickeln und/oder Stapeln erzeugten Blechlagen, so kann durch das auf der Passivierungsschicht angeordnete Lot eine Lötverbindung benachbarter Enden der Blechlagen miteinander gewährleistet werden. Auf diese Weise wird ein Flattern von Endbereichen der Blechlagen vermieden und die Lebensdauer eines derartigen Wabenkörpers erhöht. Insbesondere die Ausbildung einer umlaufenden Lotschicht auf der Passivierungsschicht hat zur Folge, daß alle benachbarten Blechlagen miteinander verlötet sind.
Gemäß einem weiteren erfinderischen Gedanken, ist ein Katalysator-Trägerkörper mit einem erfindungsgemäßen Gehäuse und einem darin angeordneten Wabenkörper ausgeführt. Der Wabenkörper ist aus Blechlagen, die zumindest teilweise so strukturiert sind, daß der Wabenkörper für ein Abgas durchströmbare Kanäle aufweist. Das Mantelrohr umschließt den Wabenkörper wenigstens teilweise und ist in mindestens einem axialen Teilbereich mit dem Wabenkörper fügetechnisch verbunden ist. Die selektive fiigetechnische Verbindung von Wabenkörper und Mantelrohr stellt eine hohe Lebensdauer des Katalysator-Trägerkörpers sicher.
Besonders vorteilhaft ist es, die keramische Schicht nahe einer Stirnfläche des Wabenkörpers anzuordnen. Bei einer Orientierung des Katalysator-Trägerkörpers in einem Abgassystem, wobei der Abschnitt mit der keramischen Schicht zum heißen Abgas (stromaufwärts) ausgerichtet ist, kompensiert der Katalysator-Trägerkörpers besonders gut die hohe thermische Beanspruchung.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel liegen radial außenliegende Endbereiche der Blechlagen des Wabenkörpers an der keramischen Schicht an. Das Flattern dieser radial außenliegenden Endbereiche kann somit reduziert werden. Besonders vorteilhaft ist es, die anliegenden Endbereiche miteinander fügetechnisch zu verbinden. Dies stellt eine hohe Lebensdauer auch bei extremen dynamischen Belastungen sicher.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist der Wabenkörper mit dem Mantelrohr verlötet, vorzugsweise hochtemperatur-vakuumverlötet.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines Katalysator-Trägerkörpers mit einem Wabenkörper und einem Mantelrohr vorgeschlagen. Der Wabenkörper ist aus Blechlagen, die zumindest teilweise so strukturiert sind, daß der Wabenkörper für ein Abgas durchströmbare Kanäle aufweist. Das Mantelrohr weist eine Innenwandung auf, die den Wabenkörper wenigstens teilweise umschließt und die in mindestens einem axialen Teilbereich mit dem Wabenkörper verlötet ist. Das Mantelrohr weist in zumindest einem Abschnitt der Innenwandung eine Passivierungsschicht zur gezielten Verhinderung einer Lötverbindung mit dem Wabenkörper auf. Das Herstellungsverfahren umfaßt folgende Schritte:
  • Ausgehend von der Herstellung eines Mantelrohres wird anschließend eine Passivierungsschicht an der Innenwandung des Mantelrohres in mindestens einem Abschnitt ausgebildet. In diesem Abschnitt wird eine Lötverbindung von Mantelrohr und Wabenkörper bei einem später folgenden Lötprozeß verhindert. Bevorzugt ist dieser Abschnitt nahe einer Stirnfläche des Wabenkörpers im eingebrachten Zustand angeordnet. Anschließend erfolgt das Beloten der Innenwandung des Mantelrohres.
    • Der Wabenkörper wird in bekannter Weise durch Stapeln und/oder Wickeln von Blechlagen ausgebildet, die zumindest teilweise so strukturiert sind, daß der Wabenkörper für ein Abgas durchströmbare Kanäle aufweist. Der Wabenkörper wird nun in das Mantelrohr eingebracht. Danach werden die Lötverbindungen ausgebildet. Auf diese Weise kann ein Katalysator-Trägerkörper hergestellt werden, welcher sich einerseits durch eine dauerhafte Verbindung von Wabenkörper und Mantelrohr auszeichnet, andererseits aber auch einen Ausgleich unterschiedlichen Dehnungsverhaltens. von Wabenkörper und Mantelrohr zuläßt. Dabei entstehen bei dem Lötprozeß keine Dämpfe oder Gase, welche eine Ausbildung von Lötverbindungen, insbesondere in einem Vakuum, beeinträchtigen.
    Gemäß einer Ausgestaltung des Verfahrens wird die Passivierungsschicht durch selektives, räumlich begrenztes Erhitzen des mindestens einen Abschnittes erzeugt. Der Abschnitt des Gehäuses wird demzufolge auf eine Temperatur erhitzt und gegebenenfalls auch auf dieser gehalten, um Diffusionsvorgänge im Material sowie an der Innenwandung des Gehäuses zu ermöglichen. Diesbezüglich eignen sich insbesondere ferritische, Aluminium und Chrom enthaltende Materialien, die auf eine Temperatur oberhalb von 1100°C erwärmt werden. Dabei gelangen Metallteilchen, insbesondere Aluminium vom Inneren in die Nähe die Innenwandung des Mantelrohres, welche nun mit den Sauerstoffteilchen aus der Umgebung zu der gewünschten Passivierungsschicht reagieren. Die Passivierungsschicht kann demzufolge ohne einen Zusatzwerkstoff erzeugt werden.
    Besonders vorteilhaft ist es dabei, die Erhitzung des mindestens einen Abschnittes durch induktives Heizen zu erreichen. Mit dem induktiven Heizverfahren werden räumlich begrenzte Wirbelströme erzeugt, welche aufgrund des elektrischen Materialwiderstandes zu einer Erwärmung des Abschnittes fuhren. Neben der Tatsache, daß mit dem induktiven Heizen die zu erwärmende Fläche gut zu begrenzen ist, ist dieses Verfahren für eine Produktion von großen Stückzahlen in schneller Taktfolge geeignet.
    Gemäß noch einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird der mindestens eine Abschnitt bei der Herstellung der Passivierungsschicht mit einem sauerstoffhaltigen Gas beströmt. Auf diese Weise wird an der Innenwandung ein reichhaltiges Angebot von Sauerstoffinolekülen gewährleistet, die bei der Bildung einer Oberflächen-Oxidschicht benötigt werden. Infolgedessen wird die Erzeugung einer Passivierungsschicht sehr begünstigt.
    Dabei ist es besonders vorteilhaft, das Mantelrohr außerhalb des mindestens einen Abschnittes bei der Herstellung der Passivierungsschicht mit einem Edelgas, insbesondere Argon, zu beströmen. Das Edelgas verhindert dabei eine Bildung der Oxidschicht, weil das Edelgas nicht mit den Metallteilchen des Mantelrohres reagiert und den Luftsauerstoff verdrängt.
    Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird vorgeschlagen, die Passivierungsschicht durch eine chemische Behandlung des mindestens einen Abschnittes herzustellen. Zu diesem Zweck wird der Abschnitt mit einer Chemikalie behandelt, welche zur Entstehung einer Oberflächen-Oxidschicht führt. Dieser Verfahrensschritt eignet sich insbesondere bei Mantelrohren, die mit sehr kleinen Fertigungstoleranzen in Bezug auf den aufzunehmenden Wabenkörper hergestellt wurden. Eine thermische Behandlung ohne den Wabenkörper und somit ein thermischer Verzug kann verhindert werden.
    Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird die Passivierungsschicht durch Aufbringen einer keramischen Auftrags-Schicht, insbesondere Aluminiumoxid, hergestellt.
    Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird vor dem Ausbilden der keramischen Schicht auf dem betreffenden Abschnitt der Innenwandung des Mantelrohres eine Haftschicht aufgebracht. Dies führt zu einer besonders stabilen Verbindung von der keramischen Schicht mit dem Mantelrohr. Diese Haftschicht weist bevorzugt keine flüchtigen Komponenten auf, um einen sicheren Lötprozeß zu gewährleisten.
    Besonders vorteilhaft ist es, die keramische Schicht mittels Flammspritzen auf dem Mantelrohr auszubilden. Das Flammspritzen zeichnet sich durch eine besonders gleichmäßige Verteilung der keramischen Schicht auf der Innenwandung des Mantelrohres aus, wodurch Druckspitzen in dem Mantelrohr aufgrund der anliegenden Metallagen vermieden werden.
    Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird vor dem Beloten der Innenwandung des Mantelrohres, insbesondere auch auf der keramischen Schicht, ein Haftmedium zur Erzeugung einer Lotschicht aufgebracht. Das Haftmedium hat die Aufgabe, das Lotpulver an den Stellen des Mantelrohres zu fixieren, an denen beim späteren Lötprozeß eine Lötverbindung ausgeführt werden soll. Das Haftmedium auf der keramischen Schicht gewährleistet dabei auch die Anordnung von Lotpulver in dem Bereich des Wabenkörpers, in dem eine Verbindung mit dem Mantelrohr unerwünscht ist. Diese Lotschicht dient der späteren Verlötung benachbarter Blechlagen des Wabenkörpers miteinander.
    Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird während oder nach dem Einbringen des Wabenkörpers in das Mantelrohr auf dem Wabenkörper stimseitig Lotpulver aufgebracht. Auf diese Weise werden die Endbereiche der Blechlagen nahe der Stirnseite miteinander verlötet und die Lebensdauer eines derartig hergestellten Katalysator-Trägerkörpers erhöht.
    Gemäß noch einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird die Passivierungsschicht durch Aufrauhen der Innenwandung in dem mindestens einen Abschnitt hergestellt. Dabei ist es besonders vorteilhaft, das Aufrauhen mit den Fertigungsverfahren Sandstrahlen und/oder Bürsten erfolgt. Überraschenderweise verhindert die daraus resultierende Rauhigkeit der Innenwandung eine Benetzung durch ein Lotmittel in diesem Abschnitt, wobei eine fügetechnische Verbindung zwischen Wabenkörper und Mantelrohr unterbunden wird. Somit ist eine besonders preiswert herstellbare Passivierungsschicht angegeben.
    Weitere Einzelheiten des erfindungsgemäßen Katalysator-Trägerkörpers und eines Verfahrens zu dessen Herstellung werden anhand der in den Zeichnung dargestellten besonders bevorzugten Ausführungsbeispiele erläutert.
    Es zeigen:
    Fig. 1
    eine perspektivische Darstellung von Mantelrohr und Wabenkörper eines erfindungsgemäßen Katalysator-Trägerkörpers;
    Fig. 2
    eine stimseitige Ansicht einer gefügten Ausführungsfonn eines erfindungsgemäßen Katalysator-Trägerkörpers;
    Fig. 3
    eine schematische Darstellung des Schichtaufbaus bei einem erfindungsgemäßen Gehäuse;
    Fig. 4
    eine perspektivische Darstellung einer Ausführungsform eines ovalen Gehäuses mit Wabenkörper und Passivierungsschicht.
    Fig. 1 zeigt einen Wabenkörper 4 mit einer Stirnseite 12. Der Wabenkörper weist mehrere durch Wickeln und/oder Stapeln erzeugte Blechlagen 9 auf Der Wabenkörper 4 wird in ein Mantelrohr 1 eingebracht. Das Mantelrohr 1 weist eine Innenwandung 2 auf, welche einen Abschnitt 14 mit einer Passivierungsschicht 3 aufweist. Der Abschnitt 14 hat eine Länge 5, wobei der Abschnitt 14 im gefügten Zustand des Katalysator-Trägerkörpers nahe der Stirnfläche 12 des Wabenkörpers 4 angeordnet ist. Auf dem Abschnitt 14 ist zusätzlich eine Lotschicht 7 dargestellt.
    Nachdem der Wabenkörper 4 in das Mantelrohr 1 eingebracht wurde, erfolgt das Ausbilden der Lötverbindungen. Der Wabenkörper 4 ist dann in dem Teilbereich 11 mit dem Mantelrohr 1 fügetechnisch verbunden. Die Passivierungsschicht 3 verhindert im Abschnitt 14 eine Verbindung des Wabenkörpers 4 mit dem Mantelrohr 1, so daß in diesem Abschnitt 14 das unterschiedliche thermische Ausdehnungsverhalten kompensiert werden kann. Die Lotschicht 7 sorgt dafür, daß die Blechlagen 9 miteinander verbunden sind.
    Fig. 2 zeigt eine stirnseitige Ansicht des erfindungsgemäßen Katalysator-Trägerkörpers. Das Mantelrohr 1 umschließt eine Vielzahl von Blechlagen 9, wobei diese mit ihren Endbereichen 13 an dem Mantelrohr 1 anliegen. Die Blechlagen weisen gewellte und glatte Bleche 16 auf, wobei diese so angeordnet sind, daß für ein Abgas durchströmbare Kanäle 10 ausgebildet sind.
    Fig. 3 zeigt schematisch den Aufbau eines erfindungsgemäßen Gehäuses für einen Wabenkörper, wobei die Anordnung verschiedener Schichten (3, 6, 7) im Abschnitt 14 des Mantelrohres 1 dargestellt ist. Auf der Innenwandung 2 des Mantelrohres 1 ist eine Haftschicht 6 angeordnet, welche eine dauerhafte Anbindung der Passivierungsschicht 3 am Mantelrohr 1 sicherstellt. Die Passivierungsschicht 3 weist eine Dicke 8 auf, welche entsprechend den Anforderungen den Katalysator-Trägerkörper variabel ist. Auf der Passivierungsschicht 3 ist zusätzlich eine Lotschicht 7 dargestellt, welche eine Verbindung benachbarter Endbereiche 13 der Blechlagen 9 sicherstellt.
    Fig. 4 zeigt eine perspektivische und schematische Darstellung einer Ausführungsform eines ovalen Mantelrohres 1 mit Wabenkörper 4 und Passivierungsschicht 3. Der Wabenkörper weist mehrere durch Wickeln und/oder Stapeln erzeugte Blechlagen 9 auf, die zumindest teilweise so strukturiert sind, daß sie für ein Abgas durchströmbar sind. Der Wabenkörper 4 hat eine Vielzahl von Kanälen 10, welche durch glatte und/oder gewellte Bleche 16 begrenzt werden und ist von dem Mantelrohr 1 umschlossen. Das Mantelrohr 1 weist eine Innenwandung 2 auf, welche in einem Mantelrohrabschnitt 17 mit einer Passivierungsschicht 3 ausgeführt ist. Der Mantelabschnittsbereich 17 ist der stärker gekrümmte Bereich des ovalen oder elliptischen Mantelrohres 1, in dem erfahrungsgemäß eine Lötverbindung ungünstig ist.
    Ein erfindungsgemäß hergestellter Katalysator-Trägerkörper ermöglicht den Ausgleich unterschiedlichen Dehnungsverhaltens von Wabenkörper und Mantelrohr, wobei diese Herstellung eines solchen Katalysator-Trägerkörpers einen sicheren Lötprozeß gewährleistet, insbesondere auch beim Hochtemperatur-Vakuumlötprozeß.
    Bezugszeichenliste
    1
    Mantelrohr
    2
    Innenwandung
    3
    Passivierungsschicht
    4
    Wabenkörper
    5
    Länge
    6
    Haftschicht
    7
    Lotschicht
    8
    Dicke
    9
    Blechlage
    10
    Kanal
    11
    Teilbereich
    12
    Stirnfläche
    13
    Endbereich
    14
    Abschnitt
    15
    Haftmedium
    16
    Blech
    17
    Mantelrohrabschnitt

    Claims (28)

    1. Gehäuse für einen metallischen Wabenkörper (4), umfassend ein metallisches Mantelrohr (1) mit Innenwandung (2), daduch gekennzeichnet, daß das Mantelrohr (1), zur gezielten Verhinderung einer fügetechnischen Verbindung mit einem metallischen Wabenkörper (4), in mindestens einem Abschnitt (14) der Innenwandung (2) eine Passivierungsschicht (3) aufweist.
    2. Gehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Passivierungsschicht (3) als Oberflächen-Oxidschicht ausgebildet ist.
    3. Gehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Passivierungsschicht (3) als eine keramische Auftrags-Schicht, insbesondere mit Aluminiumoxid, ausgeführt ist.
    4. Gehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Passivierungsschicht (3) als umlaufender Streifen ausgebildet ist.
    5. Gehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Mantelrohr (1) oval oder elliptisch ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Passivierungsschicht (3) in einem stärker gekrümmten Mantelrohrabschnitt (17) angeordnet ist.
    6. Gehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Passivierungsschicht (3) eine axiale Länge (5) von 5 mm bis 50 mm hat.
    7. Gehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Passivierungsschicht (3) eine Dicke (8) von 30 µm bis 120 µm hat.
    8. Gehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Passivierungsschicht (3) als keramische Schicht ausgeführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Mantelrohr (1) und der keramischen Auftrags-Schicht (3) eine Haftschicht (6) angeordnet ist.
    9. Gehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Passivierungsschicht (3) eine Lotschicht (7) angeordnet ist.
    10. Gehäuse nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Lotschicht (7) umlaufend auf der Passivierungsschicht (3) ausgebildet ist.
    11. Katalysator-Trägerkörper mit einem Gehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 10 und mit einem Wabenkörper (4) aus Blechlagen (9), die zumindest teilweise so strukturiert sind, daß der Wabenkörper (4) für ein Abgas durchströmbare Kanäle (10) aufweist, wobei das Mantelrohr (1) den Wabenkörper (4) wenigstens teilweise umschließt und in mindestens einem axialen Teilbereich (11) mit dem Wabenkörper (4) fügetechnisch verbunden ist.
    12. Katalysator-Trägerkörper nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Passivierungsschicht (3) nahe einer Stirnfläche (12) des Wabenkörpers (4) angeordnet ist.
    13. Katalysator-Trägerkörper nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß radial außenliegende Endbereiche (13) der Blechlagen (9) des Wabenkörpers (4) an der Passivierungsschicht (3) anliegen.
    14. Katalysator-Trägerkörper nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die an der Passivierungsschicht (3) anliegenden Endbereiche (13) miteinander fügetechnisch verbunden sind.
    15. Katalysator-Trägerkörper nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Wabenkörper (4) mit dem Mantelrohr (1) verlötet, vorzugsweise hochtemperatur-vakuumverlötet, ist.
    16. Verfahren zur Herstellung eines Katalysator-Trägerkörpers, mit einem Wabenkörper (4) aus Blechlagen (9), die zumindest teilweise so strukturiert sind, daß der Wabenkörper (4) für ein Abgas durchströmbare Kanäle (10) aufweist, mit einem Mantelrohr (1) mit Innenwandung (2), das den Wabenkörper (4) wenigstens teilweise umschließt und das in mindestens einem axialen Teilbereich (11) mit dem Wabenkörper (4) verlötet ist, wobei das Mantelrohr (1) in mindestens einem Abschnitt (14) der Innenwandung (2) mit einer Passivierungsschicht (3) zur gezielten Verhinderung einer Lötverbindung mit dem Wabenkörper (4) ausgeführt ist, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
      Herstellen eines Mantelrohres (1);
      Ausbilden einer Passivierungsschicht (3) an der Innenwandung (2) des Mantelrohres (1) in mindestens einem Abschnitt (14), in welchem eine Lötverbindung von Mantelrohr (1) mit Wabenkörper (4) verhindert werden soll;
      Beloten zumindest von Teilbereichen der Innenwandung (2) des Mantelrohres (1);
      Ausbilden des Wabenkörpers (4) in bekannter Weise durch Stapeln und/oder Wickeln von Blechlagen (9), die zumindest teilweise so strukturiert sind, daß der Wabenkörper (4) für ein Abgas durchströmbare Kanäle (10) aufweist;
      Einbringen des Wabenkörpers (4) in das Mantelrohr (1);
      Ausbilden der Lötverbindungen.
    17. Verfahren nach Anspruch 16, wobei die Passivierungsschicht (3) durch selektives, räumlich begrenztes Erhitzen des mindestens einen Abschnittes (14) erzeugt wird.
    18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Erhitzen des Abschnittes (14) durch induktives Heizen erfolgt.
    19. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Abschnitt (14) bei der Herstellung der Passivierungsschicht (3) mit einem sauerstoffhaltigen Gas beströmt wird.
    20. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Mantelrohr (1) außerhalb des mindestens einen Abschnittes (14) bei der Herstellung der Passivierungsschicht (3) mit einem Edelgas, insbesondere Argon, beströmt wird.
    21. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Passivierungsschicht (3) durch eine chemische Behandlung des mindestens einen Abschnittes (14) hergestellt wird.
    22. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Passivierungsschicht (3) durch Aufbringen einer keramischen Auftrags-Schicht insbesondere Aluminiumoxid, auf dem mindestens einen Abschnitt (14) der Innenwandung (2) hergestellt wird.
    23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Ausbilden der keramischen Auftrags-Schicht eine Haftschicht (6) auf dem mindestens einen Abschnitt (14) aufgebracht wird.
    24. Verfahren nach Anspruch 22 oder 23, wobei die Passivierungsschicht (3) als keramische Aufrags-Schicht ausgeführt ist, die mittels Flammspritzen auf dem Mantelrohr (1) ausgebildet wird.
    25. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 24, wobei vor dem Beloten der Innenwandung (2) des Mantelrohres (1) , insbesondere auf der Passivierungsschicht (3), ein Haftmedium zur Herstellung einer Lotschicht (7) aufgebracht wird.
    26. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 25, wobei während oder nach dem Einbringen des Wabenkörpers (4) in das Mantelrohr (1) auf den Wabenkörper (4) stirnseitig (12) Lotpulver aufgebracht wird.
    27. Verfahren nach Anspruch 16, wobei die Passivierungsschicht (3) durch Aufrauhen der Innenwandung (2) in dem mindestens einen Abschnitt (14) hergestellt wird.
    28. Verfahren nach Anspruch 27, wobei das Aufrauhen durch die Fertigungsverfahren Sandstrahlen und/oder Bürsten erfolgt.
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