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WO2001079670A1 - Katalysator-trägrkörper mit manschette und verkürztem mantelrohr - Google Patents

Katalysator-trägrkörper mit manschette und verkürztem mantelrohr Download PDF

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WO2001079670A1
WO2001079670A1 PCT/EP2001/004221 EP0104221W WO0179670A1 WO 2001079670 A1 WO2001079670 A1 WO 2001079670A1 EP 0104221 W EP0104221 W EP 0104221W WO 0179670 A1 WO0179670 A1 WO 0179670A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
sleeve
honeycomb body
catalyst carrier
carrier body
body according
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.)
Ceased
Application number
PCT/EP2001/004221
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Nagel
Hans-Günter FAUST
Ludwig Wieres
Wolfgang Maus
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
Application filed by Emitec Gesellschaft fuer Emissionstechnologie mbH filed Critical Emitec Gesellschaft fuer Emissionstechnologie mbH
Priority to DE10191463T priority Critical patent/DE10191463B4/de
Priority to AU2001254807A priority patent/AU2001254807A1/en
Priority to JP2001577043A priority patent/JP4549607B2/ja
Publication of WO2001079670A1 publication Critical patent/WO2001079670A1/de
Priority to US10/234,548 priority patent/US7241427B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
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    • F01N3/24—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by constructional aspects of converting apparatus
    • F01N3/28—Construction of catalytic reactors
    • F01N3/2839—Arrangements for mounting catalyst support in housing, e.g. with means for compensating thermal expansion or vibration
    • F01N3/2842—Arrangements for mounting catalyst support in housing, e.g. with means for compensating thermal expansion or vibration specially adapted for monolithic supports, e.g. of honeycomb type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F01N3/2803—Construction of catalytic reactors characterised by structure, by material or by manufacturing of catalyst support
    • F01N3/2807—Metal other than sintered metal
    • F01N3/281—Metallic honeycomb monoliths made of stacked or rolled sheets, foils or plates
    • F01N3/2821—Metallic honeycomb monoliths made of stacked or rolled sheets, foils or plates the support being provided with means to enhance the mixing process inside the converter, e.g. sheets, plates or foils with protrusions or projections to create turbulence
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A50/00—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE in human health protection, e.g. against extreme weather
    • Y02A50/20—Air quality improvement or preservation, e.g. vehicle emission control or emission reduction by using catalytic converters

Definitions

  • the present invention relates to a catalyst carrier body with a honeycomb body, a jacket tube and a sleeve arranged around the honeycomb body.
  • Such catalyst carrier bodies are preferably used in exhaust systems of internal combustion engines, in particular of motor vehicles.
  • WO 99/37896 describes a method for producing a coated honeycomb body.
  • This honeycomb body has sheet metal layers, these being at least partially structured such that the honeycomb body has channels for a fluid to flow through.
  • This honeycomb body is surrounded by a tubular casing.
  • the honeycomb body and the casing tube have different thermal expansion behavior due to their different material properties and their different operating temperatures.
  • a connection is sought which, if necessary, permits a relative movement between the honeycomb body and the casing tube.
  • the honeycomb body is designed with a sleeve which, despite the manufacturing tolerances of the casing tube and the honeycomb body, is intended to ensure that direct soldered connections between the honeycomb body and the casing tube are avoided in at least one end region of the honeycomb body.
  • Such cuffs are known to be connected either only to the honeycomb body or only to the casing tube. In this way, a relative movement between the non-connected part of the honeycomb body relative to the casing tube or the sleeve is permitted.
  • honeycomb bodies with a sleeve are preferably aligned in an exhaust gas system in such a way that the sleeve is aligned upstream of the hot exhaust gas, as a result of which the compensation of the particularly high thermal load there can be compensated.
  • the manufacturing process of such a catalyst carrier body requires special care when attaching the sleeve to the honeycomb body or to the casing tube, in order to obtain only the desired technical connection. If this cannot be guaranteed, thermal stresses during operation can lead to a reduced service life of the catalyst carrier body.
  • a metal carrier body for a converter for exhaust gas purification in which the tubular casing and honeycomb body are arranged axially offset from one another.
  • the honeycomb body projects upstream beyond the boundary of the tubular casing.
  • the honeycomb body consists of layers of smooth and corrugated, heat-resistant sheets, alternately stacked and soldered together, in particular with a thickness of 0.015 to 0.06 mm.
  • converters are also exposed to high dynamic loads. Radially outer end regions of the sheet metal layers, which are not surrounded by a housing, can come loose from the soldered joint under such dynamic loads and start to flutter. Because of this flutter, more and more soldered connections are loosened, the catalytically active surface detaches from the sheets and the effectiveness of such a catalytic converter decreases.
  • the object of the present invention is to provide a durable catalyst carrier body which is simple in construction and yet avoids thermal stresses between the jacket tube and the honeycomb body even under high thermal and dynamic loads.
  • the catalyst carrier body according to the invention has a honeycomb body made of sheet metal layers, these being at least partially structured such that the honeycomb body has channels through which an exhaust gas can flow. Furthermore, the catalyst carrier body comprises a tubular casing whose axial extent is less than Talysator support body a jacket tube whose axial extent is smaller than the axial extent of the honeycomb body. The casing tube is connected to the honeycomb body in at least one axial partial region. A sleeve is arranged on an outer region near an end face of the honeycomb body, the sleeve having an axial length that is less than the axial extent of the honeycomb body.
  • the cuff is joined on its inner lateral surface by means of joining technology with end regions of the sheet metal layers of the honeycomb body lying radially on the outside.
  • the catalyst carrier body according to the invention is characterized in that the honeycomb body protrudes beyond the edge of the metal tube, this protruding section of the honeycomb body being enclosed by the sleeve.
  • a jacket tube preferably has a thickness between 0.5 and 2 mm, while a sleeve has a thickness between 0.02 and 0.1 mm.
  • the sleeve is preferably designed in such a way that it behaves similarly to the sheet metal layers of the honeycomb body under thermal stress, at least with regard to the expansion behavior.
  • the catalyst carrier body according to the invention thus enables the protruding section of the honeycomb body to be thermally expanded under thermal load, thermal stress between the jacket tube and the sleeve being avoided.
  • the protruding section can be heated up quickly, owing to the fact that the tubular casing is not made of solid sheet metal, which results in a relatively short light-off time.
  • the sleeve extends to the end face of the honeycomb body and at least partially encloses the entire circumference of the honeycomb body. In this way, the end areas of the sheet metal layers are enclosed and flutter is prevented.
  • at least 10 mm, in particular at least 20 mm, of the axial length of the sleeve or the axial extent of the honeycomb body protrude beyond the edge of the casing tube.
  • the predominant portion of the thermal energy is absorbed in this front area of the honeycomb body, since the hot exhaust gas hits the honeycomb body at this point.
  • the protruding part of the honeycomb body with the sleeve can expand relatively unhindered without generating significant compressive stresses.
  • the catalyst carrier body is designed with a sleeve, with a maximum of 20 mm, in particular a maximum of 10 mm, of the axial length of the sleeve being surrounded by the jacket tube.
  • a comparison must be made between the thermal and dynamic behavior of the converter. If, for example, only relatively low dynamic forces occur, the honeycomb body and sleeve can protrude further beyond the casing tube and the time until the light-off temperature is reached can be shortened.
  • the sleeve is connected to the casing tube by joining technology. It is particularly advantageous to solder the sleeve to the jacket tube at a high temperature vacuum. Such a composite increases the stability of the catalyst carrier body.
  • the sleeve has at least one microstructure, which in particular has a structure height of 0.04 to 0.2 mm. It is particularly advantageous to design the at least one microstructure all around.
  • the microstructure initially makes the cuff stiffer and thus more stable against deformation and also helps to define connections between the honeycomb body and the cuff or between To create jacket pipe and sleeve. In this way, solder joints are defined between the sleeve and the honeycomb body and are adapted to the area of application of the catalyst carrier body. The same applies to a technical connection between the sleeve and the casing tube. If such a connection between the sleeve and the jacket tube is not realized, the frictional forces that occur between the jacket tube and the sleeve can be influenced in the event of thermal expansion of the catalyst carrier body.
  • a number of microstructures intersect. This means that almost only point-like touches of the neighboring components are generated.
  • the at least one microstructure is arranged only in the direction of the outer lateral surface of the sleeve. This allows a very stable connection of the sleeve to the sheet metal layers of the honeycomb body on the one hand, and a very low coefficient of friction with a relative movement between the sleeve and the casing tube on the other hand.
  • the honeycomb body is soldered to the jacket tube, preferably high-temperature vacuum soldered. Because of this combination, such a catalyst carrier body also withstands very high dynamic loads, such as can occur, for example, from a pulsating exhaust gas flow.
  • the end regions of the sheet metal layers lying radially on the outside are soldered to the sleeve near an edge and at least in a circumferential circumferential region of the inner surface area, preferably high temperature vacuum soldering.
  • the soldering of the end areas of the sheet metal layers on a completely circumferential strip of the inner circumferential surface of the sleeve fixes each individual sheet layer and thus increases the lifespan.
  • the sheet metal layers can be soldered to one another at the end in a manner known per se.
  • the axial extension of the casing tube and the axial length of the sleeve together are the same as the axial extent of the honeycomb body. This avoids exposed sheet metal ends with the greatest possible freedom of expansion.
  • such a catalyst carrier body is integrated in a catalytic converter, in particular for cleaning an exhaust gas of an internal combustion engine.
  • the catalytic converter has, at least in addition to the catalyst carrier body, a housing with a gas inlet, the catalyst carrier body being aligned with the protruding section of the honeycomb body or the sleeve toward the gas inlet. This means that this area comes into contact with the hottest exhaust gas and is therefore exposed to the highest thermal stress. This strain can be compensated very well due to the freedom from stretching.
  • the catalyst carrier body is arranged near the gas inlet.
  • the catalyst carrier body preferably serves as a pre-catalyst, which is characterized in particular by very short light-off times, which means the time which elapses after a restart of the internal combustion engine until the catalytic conversion of the exhaust gases effectively on a correspondingly designed surface of the catalyst .
  • a pre-catalyst is usually followed by further components for exhaust gas purification, such as a three-way catalyst and / or a hydrocarbon adsorber.
  • jacket tube of the catalyst carrier body is connected to the housing by means of joints.
  • a welded connection near a boundary of the casing tube is advantageous since such a connection bond allows the thermal expansion of the honeycomb body and, if necessary, dynamic vibrations.
  • Figure 1 is a perspective view of honeycomb body, sleeve and jacket tube.
  • FIG. 2 shows an end view of an assembled embodiment of a catalyst carrier body according to the invention
  • FIG. 3 shows a view of a sheet of the cuff with microstructures
  • Fig. 4 is a sectional view of an embodiment of the sheet of the cuff with micro structure
  • FIG. 5 shows a sectional view of a further exemplary embodiment of a sheet of the sleeve with microstructures
  • FIG. 6 shows a perspective illustration of a sheet of the sleeve with intersecting microstructures
  • Fig. 7 is a schematic representation of a catalyst carrier body according to the invention in a catalytic converter.
  • Fig. 1 shows a honeycomb body 1 with an end face 5 and an axial extent 4.
  • a section 7 is shown, which according to the invention protrudes beyond the edge 10 of the casing tube 9 in the assembled state of a catalyst carrier body.
  • the ends of the sheet metal layers 2 can be seen on the outer region 8 of the honeycomb body 1.
  • the casing tube 9 has an axial extent 11 and is connected to the honeycomb body 1 at least in an axial partial region 12.
  • the sleeve 13 has an axial length 14, an edge 18, an inner lateral surface 15 and an outer lateral surface 16.
  • the cuff 13 is connected to the honeycomb body 1 at a peripheral region 19 on the inner lateral surface 15.
  • the cuff is arranged on the honeycomb body 1 in such a way that the edge 18 ends with the end face 5 of the honeycomb body 1.
  • microstructures 17 are shown on the outer lateral surface 16 of the sleeve 13. After the honeycomb body with the sleeve 13 has been introduced into the casing tube 9, the microstructures 17 have a significant influence on the friction forces which arise between the sleeve 13 and the casing tube 9 when the honeycomb body 1 is thermally expanded. In addition, they stabilize the sleeve 13 against deformations.
  • Fig. 2 shows an end view of a catalyst carrier body according to the invention with a casing tube 9, a sleeve 13 and a honeycomb body made of sheet metal layers 2.
  • the sheet metal layers are at least partially structured or stacked and / or wound in such a way that the honeycomb body 1 for has an exhaust gas through which channels 3.
  • the sheet metal layers 2 abut the collar 13 with radially outer end regions 6. It is particularly advantageous that the end regions 6 of the sheets 22 with the sleeve 13 are of high temperature are vacuum-soldered, all end regions 6 being connected to the sleeve 13.
  • a catalyst carrier body designed in this way can compensate for the different thermal expansions of honeycomb body 1 and jacket tube 9 under thermal stress in that the projecting section 7 of the honeycomb body can expand freely. Due to the joining of the end regions 6 with the sleeve 13, the sheet layers 2 are prevented from fluttering, which results in a particularly stable catalyst carrier body.
  • FIG. 3 shows a sleeve plate 23 for producing the sleeve 13 with microstructures 17.
  • FIG. 4 and 5 show, in a sectional view, two exemplary embodiments of sleeve plates 23 with differently designed microstructures 17.
  • FIG. 6 is a perspective illustration of another sleeve plate 22 with intersecting microstructures 17.
  • the catalytic converter comprises a catalyst carrier body with sleeve 13, honeycomb body 1 and jacket tube 9 and a housing 20 with a gas inlet 21.
  • the hot exhaust gas flows through the gas inlet.
  • the catalytic converter is arranged near the gas inlet 21, the sleeve 13 being oriented towards the gas inlet 21. In this way, the thermally most stressed section 7 of the catalyst carrier body is allowed the greatest possible flexibility.
  • the casing tube 9 is connected to the housing 20 by means of joints.
  • Such a catalyst carrier body is particularly well suited for installation close to the engine in an exhaust system of a motor vehicle, since it permanently withstands the extremely high thermal and dynamic loads prevailing there.

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Abstract

Katalysator-Trägerköper mit einem Wabenkörper (1) aus Blechlagen (2), wobei dieser eine axiale Erstreckung (4) und die Blechlagen (2) zumindest teilweise so strukturiert sind, dass der Wabenkörper (1) für ein Abgas durchströmbare Kanäle (3) aufweist, mit einem Mantelrohr (9) mit einem Rand (10) und einer axialen Ausdehnung (11), wobei die axiale Ausdehnung (11) kleiner als die axiale Erstreckung (4) des Wabenkörpers ist und das Mantelrohr in zumindest einem axialen Teilbereich (2) mit dem Wabenkörper fügetechnisch verbunden ist, und mit einer Manschette (13), deren axiale Länge kleiner als die axiale Erstreckung des Wabenkörpers (1) ist, wobei die Manschette an einem Aussenbereich des Wabenkörpers nahe einer Stirnseite angeordnet ist und eine Innenmantelfläche aufweist, die mit stirnseitig radial aussen liegenden Endbereichen der Blechlagen des Wabenkörpers fügetechnisch verbunden ist, wobei der Wabenkörper über den Rand (10) des Mantelrohrs (9) hinausragt und dieser hinausragende Abschnitt (7) von der Manschette (13) umschlossen ist. Auf diese Weise werden auch bei hoher thermischer Beanspruchung des Katalysator-Trägerkörpers Spannungen zwischen Wabenkörper und Mantelrohr vermieden.

Description

Katalysator-Trägerkörper mit Manschette und verkürztem Mantelrohr
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Katalysator-Trägerkörper mit einem Wabenkörper, einem Mantelrohr und einer um den Wabenkörper angeord- neten Manschette. Derartige Katalysator-Trägerkörper werden bevorzugt in Abgassystemen von Brennkraftmaschinen, insbesondere von Kraftfahrzeugen, eingesetzt.
In der WO 99/37896 ist ein Verfahren zur Herstellung eines ummantelten Wa- benkörpers beschrieben. Dieser Wabenkörper hat Blechlagen, wobei diese zumindest teilweise so strukturiert sind, daß der Wabenkörper für ein Fluid durchströmbare Kanäle aufweist. Dieser Wabenkörper ist von einem Mantelrohr umgeben. Der Wabenkorper und das Mantelrohr weisen aufgrund Ihrer unterschiedlichen Werkstoffeigenschaften sowie ihrer unterschiedlichen Betriebstemperaturen ein abweichendes thermisches Dehnungsverhalten auf. Um das Auftreten von thermisch bedingten Spannungen zwischen Wabenkörper und Mantelrohr zu vermeiden, wird eine Verbindung angestrebt, welche gegebenenfalls eine Relativbewegung zwischen Wabenkörper und Mantelrohr zuläßt.
Zu diesem Zweck ist der Wabenkörper mit einer Manschette ausgeführt, die trotz fertigungstechnischer Toleranzen des Mantelrohres und des Wabenkörpers sicherstellen soll, daß direkte Lötverbindungen zwischen Wabenkörper und Mantelrohr in wenigstens einem Endbereich des Wabenkörpers vermieden werden. Derartige Manschetten werden bekannterweise entweder nur mit dem Wabenkorper oder nur mit dem Mantelrohr verbunden. Auf diese Weise wird eine Relativbewegung zwischen dem nicht verbundenen Teil des Wabenkörpers gegenüber dem Mantelrohr bzw. der Manschette zugelassen. Diese Wabenkörper mit Manschette werden bevorzugt so in einer Abgasanlage ausgerichtet, daß die Manschette stromaufwärts zum heißen Abgas hin ausgerichtet ist, wodurch die Kompensation der dort besonders hohen thermischen Belastung kompensiert werden kann. Der Herstellungsprozeß eines solchen Katalysator-Trägerkörpers erfordert besondere Sorgfalt bei der Befestigung der Manschette am Wabenkörper bzw. am Mantelrohr, um nur die jeweils gewünschte fügetechnische Verbindung zu erhalten. Kann dies nicht gewährleistet werden, können thermischen Spannungen im Betrieb zu einer reduzierten Lebensdauer des Katalysator-Trägerkörpers führen.
Weiterhin ist aus der DE 36 03 882 AI ein Metallträgerkörper für einen Konverter zur Abgasreinigung bekannt, bei dem Mantelrohr und Wabenkörper axial versetzt zueinander angeordnet sind. Der Wabenkörper ragt dabei stromaufwärts über die Begrenzung des Mantelrohrs hinaus. Der Wabenkörper besteht aus abwechselnd übereinander geschichteten und miteinander verlöteten Lagen von glatten und gewellten, hitzebeständigen Blechen, insbesondere mit einer Dicke von 0.015 bis 0.06 mm. Neben der hohen thermischen Belastung sind Konverter ebenfalls einer hohen dynamischen Belastung ausgesetzt. Radial außenliegende Endbereiche der Blechlagen, die nicht von einem Gehäuse umgeben sind, können sich bei solchen dynamischen Belastungen aus dem Lötverbund lösen und zu flattern beginnen. Aufgrund dieses Flatterns werden zunehmend mehr Lötverbindungen gelöst, die katalytisch aktive Oberfläche löst sich von den Blechen und die Effektivität eines derartigen katalytischen Konverters nimmt ab.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen dauerhaltbaren Katalysator- Trägerkörper anzugeben, der einfach aufgebaut ist und dennoch thermische Spannungen zwischen dem Mantelrohr und dem Wabenkörper selbst bei hohen thermischen und dynamischen Belastungen vermeidet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Katalysator-Trägerkörper mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Der erfindungsgemäße Katalysator-Trägerkörper hat einen Wabenkörper aus Blechlagen, wobei diese zumindest teilweise so strukturiert sind, daß der Wabenkörper für ein Abgas durchströmbare Kanäle aufweist. Weiterhin umfaßt der Katalysator-Trägerkörper ein Mantelrohr dessen axiale Ausdehnung kleiner als talysator-Trägerkörper ein Mantelrohr dessen axiale Ausdehnung kleiner als die axiale Erstreckung des Wabenkörpers ist. Das Mantelrohr ist in mindestens einem axialen Teilbereich mit dem Wabenkörper fügetechnisch verbunden. Eine Manschette ist an einem Außenbereich nahe einer Stirnseite des Wabenkörpers ange- ordnet, wobei die Manschette eine axiale Länge hat, die kleiner als die axiale Erstreckung des Wabenkörpers ist. Die Manschette ist an ihrer Innenmantelfläche mit stirnseitig radial außen liegenden Endbereichen der Blechlagen des Wabenkörpers fügetechnisch verbunden. Der erfindungsgemäße Katalysator- Trägerkörper zeichnet sich dadurch aus, daß der Wabenkörper über den Rand des Metallrohrs hinausragt, wobei dieser hinausragende Abschnitt des Wabenkörpers von der Manschette umschlossen ist.
Bevorzugt hat ein Mantelrohr eine Dicke zwischen 0.5 und 2 mm, während eine Manschette eine Dicke zwischen 0.02 und 0.1 mm aufweist.
Die Manschette ist dabei bevorzugt derart ausgeführt, daß sich diese bei thermischer Beanspruchung, zumindest in Bezug auf das Dehnungsverhalten, ähnlich wie die Blechlagen des Wabenkörpers verhält. Der erfindungsgemäße Katalysator-Trägerkörper ermöglicht somit eine thermische Ausdehnung des hervorste- henden Abschnittes des Wabenkörpers bei thermischer Belastung, wobei eine thermische Spannung zwischen Mantelrohr und Manschette vermieden wird. Zusätzlich wird aufgrund des nicht vorhandenen, gegenüber den Blechlagen massiv ausgeführten Mantelrohres ein schnelles Aufheizen des hervorstehenden Abschnittes ermöglicht, was eine relativ kurze Anspringzeit zur Folge hat.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn sich die Manschette bis zur Stirnseite des Wabenkörpers erstreckt und zumindest teilweise den gesamten Umfang des Wabenkörpers umschließt. Auf diese Weise werden die Endbereiche der Blechlagen umschlossen und ein Flattern verhindert. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ragen mindestens 10 mm, insbesondere mindestens 20 mm, der axialen Länge der Manschette bzw. der axialen Erstreckung des Wabenkörpers über den Rand des Mantelrohres hinaus. Gerade bei einer Anordnung eines solchen Katalysator-Trägerkörper in einem Abgassystem, wird der überwiegende Anteil der Wärmeenergie in diesem vorderen Bereich des Wabenkörpers aufgenommen, da an dieser Stelle das heiße Abgas auf den Wabenkörper trifft. Der hervorstehende Teil des Wabenkörpers mit der Manschette kann sich relativ ungehindert ausdehnen, ohne dabei bedeutsame Druckspannungen zu erzeugen.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist der Katalysator-Trägerkörper mit einer Manschette ausgeführt, wobei maximal 20 mm, insbesondere maximal 10 mm der axialen Länge der Manschette von dem Mantelrohr umgeben ist. Entsprechend dem Verwendungszweck bzw. der Anordnung eines solchen Katalysa- tor-Trägerkörpers in einer Abgasanlage, ist ein Abgleich zwischen dem thermischen und dem dynamischen Verhalten des Konverters vorzunehmen. Treten beispielsweise nur relativ geringe dynamische Kräfte auf, können Wabenkörper und Manschette weiter über das Mantelrohr hinausragen und der Zeitraum bis zum Erreichen der Anspringtemperatur kann verkürzt werden.
Gemäß noch einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Manschette mit dem Mantelrohr fügetechnisch verbunden. Besonders vorteilhaft ist es dabei, die Manschette mit dem Mantelrohr hochtemperatur-vakuum zu verlöten. Ein derartiger Verbund erhöht die Stabilität des Katalysator-Trägerkörpers.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Katalysator-Trägerkörpers weist die Manschette mindestens eine MikroStruktur auf, die insbesondere eine Strukturhöhe von 0.04 bis 0.2 mm aufweist. Besonders vorteilhaft ist es, die mindestens eine MikroStruktur umlaufend auszugestalten. Die Mikrostruktur macht zunächst die Manschette steifer und damit stabiler gegen Verformungen und hilft außerdem, definierte Verbindungen zwischen Wabenkörper und Manschette bzw. zwischen Mantelrohr und Manschette zu schaffen. Zwischen Manschette und Wabenkörper werden auf diese Weise Lötstellen definiert, die entsprechend dem Anwendungsgebiet des Katalysator-Trägerkörpers angepaßt sind. Das gleiche gilt für eine fügetechnische Verbindung von Manschette und Mantelrohr. Ist keine derartige Verbindung von Manschette und Mantelrohr realisiert, können die auftretenden Reibkräfte zwischen Mantelrohr und Manschette bei einer thermischen Ausdehnung des Katalysator-Trägerkörpers beeinflußt werden.
Gemäß noch einem weiteren Ausführungsbeispiel kreuzen sich mehrere Mikro- Strukturen. Somit werden nahezu nur punktformige Berührungen der benachbarten Komponenten erzeugt.
Gemäß noch einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die mindestens eine Mikro- struktur nur in Richtung der Außenmantelfläche der Manschette angeordnet. Dies erlaubt eine sehr stabil ausgeführte Verbindung von Manschette mit den Blechlagen des Wabenkörpers einerseits, sowie einem sehr geringen Reibwert bei einer Relativbewegung zwischen Manschette und Mantelrohr andererseits.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist der Wabenkörper mit dem Man- telrohr verlötet, vorzugsweise hochtemperatur-vakuumverlötet. Aufgrund dieses Verbundes hält ein derartiger Katalysator-Trägerkörper auch sehr hohen dynamischen Belastungen stand, wie sie beispielsweise durch einen pulsierenden Abgasstrom auftreten können.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Katalysator-Trägerkörpers sind die stirnseitig radial außen liegenden Endbereiche der Blechlagen mit der Manschette nahe einer Kante und mindestens in einem umlaufenden Umfangsbereich der In- nenmantelfläche verlötet, vorzugsweise hochtemperatur-vakuumverlötet. Das Verlöten der Endbereiche der Blechlagen auf einem komplett umlaufenden Strei- fen der Innenmantelfläche der Manschette fixiert jede einzelne Blechlage und erhöht somit die Lebensdauer. Zusätzlich können die Blechlagen in an sich bekannter Weise untereinander stirnseitig verlötet werden.
Gemäß noch einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die axiale Ausdehnung des Mantelrohres und die axiale Länge der Manschette zusammen gleich der axialen Erstreckung des Wabenkörpers. Somit werden freiliegende Blechenden bei höchstmöglicher Dehnungsfreiheit vermieden.
Gemäß einem weiteren Gedanken der Erfindung ist ein derartiger Katalysator- Trägerkörper in einem katalytischen Konverter integriert, insbesondere zur Reinigung eines Abgases einer Verbrennungskraftmaschine. Der katalytische Konverter weist wenigstens neben dem Katalysator-Trägerkörper ein Gehäuse mit einem Gaseinlaß auf, wobei der Katalysator-Trägerkörper mit dem hinausragenden Abschnitt des Wabenkörpers bzw. der Manschette zum Gaseinlaß hin ausgerichtet ist. Dies bedeutet, daß dieser Bereich mit dem heißesten Abgas in Kontakt kommt und somit der höchsten thermischen Beanspruchung ausgesetzt ist. Diese Belastung kann aufgrund der Dehnungsfreiheit sehr gut kompensiert werden.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist der Katalysator-Trägerkörper na- he dem Gaseinlaß angeordnet. In diesem Fall dient der Katalysator-Trägerkörper bevorzugt als Vor-Katalysator, welcher sich insbesondere durch sehr kurze Anspringzeiten auszeichnet, womit die Zeit gemeint ist, welche nach einem Neustart der Brennkraftmaschine bis zur effektiven katalytischen Umsetzung der Abgase auf einer entsprechend gestalteten Oberfläche des Katalysators vergeht. Einem solchen Vor-Katalysator sind in der Regel weitere Komponenten zur Abgasreinigung nachgeschaltet, wie beispielsweise ein Drei-Wege-Katalysator und/oder ein Kohlenwasserstoff-Adsorber.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Mantelrohr des Katalysator-Trägerkörpers mit dem Gehäuse fugetechnisch verbunden ist. Insbesondere eine Schweißverbindung nahe einer Begrenzung des Mantelrohres ist vorteilhaft, da eine solche Ver- bindung die thermische Ausdehnung des Wabenkörpers sowie gegebenenfalls dynamische Vibrationen erlaubt.
Weitere Einzelheiten des erfindungsgemäßen Katalysator-Trägerkörpers werden anhand der in den Zeichnungen dargestellten besonders bevorzugten Ausfuhrungsbeispiele erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Darstellung von Wabenköφer, Manschette und Mantelrohr;
Fig. 2 eine stirnseitige Ansicht einer montierten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Katalysator-Trägerkörpers ;
Fig. 3 eine Ansicht eines Blechs der Manschette mit MikroStrukturen;
Fig. 4 eine Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels des Blechs der Manschette mit MikroStruktur;
Fig. 5 eine Schnittansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels eins Blechs der Manschette mit MikroStrukturen;
Fig. 6 eine perspektivische Darstellung eines Blechs der Manschette mit sich kreuzenden MikroStrukturen;
Fig. 7 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Katalysator- Trägerkörpers in einem katalytischen Konverter. Fig. 1 zeigt einen Wabenkörper 1 mit einer Stirnseite 5 und einer axialen Erstreckung 4. Auf einem Außenbereich 8 des Wabenkörpers 1 ist ein Abschnitt 7 dargestellt, der erfindungsgemäß über den Rand 10 des Mantelrohrs 9 im zusammengefügten Zustand eines Katalysator-Trägerköφers hinausragt. Weiterhin sind auf dem Außenbereich 8 des Wabenköφers 1 die Enden der Blechlagen 2 zu erkennen.
Das Mantelrohr 9 hat eine axiale Ausdehnung 11 und ist zumindest in einem axialen Teilbereich 12 fügetechnisch mit dem Wabenköφer 1 verbunden.
Die Manschette 13 weist eine axiale Länge 14, eine Kante 18, eine Innenmantelfläche 15 sowie eine Außenmantelfläche 16 auf. Die Manschette 13 wird an einem Umfangsbereich 19 auf der Innenmantelfläche 15 mit dem Wabenköφer 1 verbunden. Dabei ist die Manschette so an dem Wabenköφer 1 angeordnet, daß die Kante 18 mit der Stirnseite 5 des Wabenköφers 1 abschließt.
Auf der Außenmantelfläche 16 der Manschette 13 sind mehrere umlaufende Mik- rostrukturen 17 dargestellt. Nachdem der Wabenköφer mit der Manschette 13 in das Mantelrohr 9 eingebracht ist, haben die MikroStrukturen 17 einen bedeuten- den Einfluß auf die entstehenden Reibkräfte zwischen Manschette 13 und Mantelrohr 9 bei thermischer Ausdehnung des Wabenköφers 1. Außerdem stabilisieren sie die Manschette 13 gegen Deformationen.
Fig. 2 zeigt eine stirnseitige Ansicht eines erfindungsgemäßen Katalysator- Trägerköφers mit einem Mantelrohr 9, einer Manschette 13 und einem aus Blechlagen 2 hergestellten Wabenköφer 1. Die Blechlagen sind zumindest teilweise so strukturiert bzw. derart gestapelt und/oder gewickelt, daß der Wabenköφer 1 für ein Abgas durchströmbare Kanäle 3 aufweist. Die Blechlagen 2 liegen mit radial außen liegenden Endbereichen 6 an der Manschette 13 an. Besonders vorteilhaft ist es, daß die Endbereiche 6 der Bleche 22 mit der Manschette 13 hochtempera- tur- vakuumverlötet sind, wobei alle Endbereiche 6 mit der Manschette 13 verbunden sind.
Ein derartig ausgeführter Katalysator-Trägerköφer kann die unterschiedlichen thermischen Ausdehnungen von Wabenköφer 1 und Mantelrohr 9 unter thermischer Beanspruchung dadurch ausgleichen, daß sich der hinausragende Abschnitt 7 des Wabenköφers frei dehnen kann. Aufgrund der fügetechnischen Verbindung der Endbereiche 6 mit der Manschette 13 wird ein Flattern der Blechlagen 2 verhindert, wodurch ein besonders stabiler Katalysator-Trägerköφer entsteht.
Fig. 3 zeigt ein Manschettenblech 23 zur Herstellung der Manschette 13 mit Mik- rostrukturen 17. Nach einer Umformung des Manschettenblechs 23 zu einer Manschette 13 sind beliebig orientierte Ausdehnungsrichtungen der parallel zueinander verlaufenden MikroStrukturen 17 möglich.
Fig. 4 und 5 zeigen in einer Schnittansicht zwei Ausführungsbeispiele von Manschettenblechen 23 mit unterschiedlich ausgestalteten MikroStrukturen 17. Fig. 6 ist eine perspektivische Darstellung eines anderen Manschettenblechs 22 mit sich kreuzenden MikroStrukturen 17.
Fig. 7 zeigt eine schematische Darstellung der Anordnung eines erfindungsgemäßen Katalysator-Trägerköφers in einem katalytischen Konverter, insbesondere zur Reinigung eines Abgases einer Verbrennungskraftmaschine. Der katalytische Konverter umfaßt einen Katalysator-Trägerköφer mit Manschette 13, Wabenkör- per 1 und Mantelrohr 9 sowie ein Gehäuse 20 mit einem Gaseinlaß 21. Durch den Gaseinlaß strömt das heiße Abgas. Der katalytische Konverter ist nahe dem Gaseinlaß 21 angeordnet, wobei die Manschette 13 zum Gaseinlaß 21 hin ausgerichtet ist. Auf diese Weise wird dem thermisch am stärksten beanspruchten Abschnitt 7 des Katalysator-Trägerköφers die größtmögliche Dehnfreiheit gestattet. Das Mantelrohr 9 ist mit dem Gehäuse 20 fugetechnisch verbunden. Ein solcher Katalysator-Trägerköφer ist besonders gut geeignet für einen motornahen Einbau in einem Abgassystem eines Kraftfahrzeugs, da er den dort herrschenden extrem hohen thermischen und dynamischen Belastungen dauerhaft standhält.
Bezugszeichenliste
1 Wabenköφer
2 Blechlage
3 Kanal
4 Erstreckung
5 Stirnseite
6 Endbereich
7 Abschnitt
8 Außenbereich
9 Mantelrohr
10 Rand
11 Ausdehnung
12 Teilbereich
13 Manschette
14 Länge
15 Innenrnantelfläche
16 Außenmantelfläche
17 MikroStruktur
18 Kante
19 Umfangsbereich
20 Gehäuse
21 Gaseinlaß
22 Blech
23 Manschettenblech

Claims

Patentansprüche
1. Katalysator-Trägerköφer, mit einem Wabenköφer (1) aus Blechlagen (2), wobei dieser eine axiale Erstreckung (4) hat und die Blechlagen (2) zumindest teilweise so strukturiert sind, daß der Wabenköφer (1) für ein Abgas durchströmbare Kanäle (3) aufweist, mit einem Mantelrohr (9) mit einem Rand (10) und einer axialen Ausdehnung (11), wobei die axialen Ausdehnung (11) kleiner als die axiale Erstreckung (4) des Wabenköφers (1) ist und das Mantel - röhr (9) in mindestens einem axialen Teilbereich (12) mit dem Wabenköφer
(1) fugetechnisch verbunden ist, und mit einer Manschette (13), deren axiale Länge (14) kleiner als die axiale Erstreckung (4) des Wabenköφers (1) ist, wobei die Manschette (13) an einem Außenbereich (8) des Wabenköφers (1) nahe einer Stirnseite (5) angeordnet ist und eine Innenmantelfläche (15) auf- weist, die mit stirnseitig radial außenliegenden Endbereichen (6) der Blechlagen (2) des Wabenköφers (1) fügetechnisch verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Wabenköφer (1) über den Rand (10) des Mantelrohres (9) hinausragt und dieser hinausragende Abschnitt (7) von der Manschette (13) umschlossen ist. . Katalysator-Trägerköφer nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß sich die Manschette (13) bis zur Stirnseite (5) des Wabenköφers (1) erstreckt. . Katalysator-Trägerköφer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens 10 mm, insbesondere mindestens 20 mm, der axiale Länge
(14) der Manschette (13) über den Rand (10) des Mantelrohres (9) hinausragt. . Katalysator-Trägerköφer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß maximal 20 mm, insbesondere maximal 10 mm, der axiale Län- ge (14) der Manschette (13) von dem Mantelrohr (9) umgeben ist.
5. Katalysator-Trägerköφer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Manschette (13) mit dem Mantelrohr (9) fügetechnisch verbunden ist, vorzugsweise hochtemperatur-vakuumverlötet.
6. Katalysator-Trägerköφer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Manschette (13) mindestens eine MikroStruktur (17) aufweist.
7. Katalysator-Trägerköφer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine MikroStruktur (17) umlaufend ausgestaltet ist.
8. Katalysator-Trägerköφer nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß sich mehrere MikroStrukturen (17) kreuzen.
9. Katalysator-Trägerköφer nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Manschette (13) eine Außenmantelfläche (16) hat, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine MikroStruktur (17) nur in Richtung der Außenmantelfläche (16) der Manschette (13) angeordnet ist.
10. Katalysator-Trägerköφer nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Wabenköφer (1) mit dem Mantelrohr (9) verlötet, vorzugsweise hochtemperatur-vakuumverlötet, ist.
11. Katalysator-Trägerköφer nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch ge- kennzeichnet, daß die stirnseitig radial außenliegenden Endbereiche (6) der
Blechlagen (2) mit der Manschette (13) nahe einer Kante (18) und mindestens in einem umlaufenden Umfangsbereich (19) der Innenmantelfläche (15) verlötet, vorzugsweise hochtemperatur-vakuumverlötet, sind.
12. Katalysator-Trägerköφer nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Ausdehnung (11) des Mantelrohres (9) und die axiale Länge (14) der Manschette (13) zusammen gleich der axialen Erstreckung (4) des Wabenköφers (1) ist.
13. Katalytischer Konverter, insbesondere zur Reinigung eines Abgases einer Verbrennungskraftmaschine, wenigstens umfassend einen Katalysator-
Trägerköφer nach einem der Ansprüche 1 bis 12 und ein Gehäuse (20) mit einem Gaseinlaß (21), dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator- Trägerköφer mit der Manschette (13) zum Gaseinlaß (21) hin ausgerichtet ist.
14. Katalytischer Konverter nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator-Trägerköφer nahe dem Gaseinlaß (21) angeordnet ist. 5. Katalytischer Konverter nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Mantelrohr (9) des Katalysator-Trägerköφers mit dem Gehäuse (20) fügetechnisch verbunden ist.
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