DE10027807A1 - Blech mit Barriere für einen Wabenkörper - Google Patents

Blech mit Barriere für einen Wabenkörper

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Abstract

Blech, insbesondere für einen Wabenkörper (12) eines katalytischen Konverters, mit einer Länge (2) und einer Breite (3) sowie einer ersten (4) und einer zweiten Stirnfläche (5), dadurch gekennzeichnet, daß das Blech (1) zumindest nahe der ersten (4) und/oder der zweiten Stirnfläche (5) eine zumindest teilweise parallel zur Stirnfläche (4, 5) verlaufende Barriere (6) zur gezielten Verhinderung einer fügetechnischen Verbindung aufweist, wobei die Barriere (6) in Form einer Beschichtung (8) und/oder einer Senke (23) ausgeführt ist. Auf diese Weise kann beispielsweise ein Verbindungsbereich (18) mehrerer miteinander zu verlötender Bleche definiert werden, wobei insbesondere bei dünnen Blechen eine Korrosion aufgrund einer Lotmittelkonzentration verhindert wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Blech, insbesondere für einen Wabenkörper eines katalytischen Konverters. Derartige katalytische Konverter werden insbe­ sondere zur Reinigung eines Abgases einer Verbrennungskraftmaschine einge­ setzt.
Bekannt sind katalytische Konverter, die mit Blechlagen ausgeführt sind, die zu­ mindest teilweise so strukturiert sind, daß diese für ein Abgas durchströmbar sind. Die Blechlagen werden gestapelt und/oder geschlungen, und in einem Mantelrohr angeordnet. Die Blechlagen werden anschließend stirnseitig mit einem Klebstoff versehen, der aufgrund einer Kapillarwirkung in das Innere eines derartigen Wa­ benkörpers eindringt. Der Klebstoff gewährleistet, daß nachfolgend aufgebrachtes Lotmittel an den Blechlagen haften bleibt und eine dauerhafte Verbindung der Blechlagen miteinander ausgebildet wird.
Im Hinblick auf immer strenger werdende Abgasrichtlinien und -gesetze wird ein schnelles Aufheizen des katalytischen Konverters nach einem Kaltstart angestrebt. Ein schnelles Aufheizen des katalytischen Konverters ist deswegen vorteilhaft, da dieser erst ab einer Temperatur von ca. 250°C mit einer chemischen Umsetzung der Schadstoffe im Abgas beginnt. Zu diesem Zweck werden die katalytischen Konverter mit immer dünneren Blechen ausgeführt, um die Wärmekapazität des katalytischen Konverters zu reduzieren.
Aus der EP 0 454 712 ist ein metallischer Wabenkörper aus Blechen bekannt. Die Bleche sind zumindest teilweise mit einer Makrostruktur versehen, welche die Wabenform und die mechanischen Eigenschaften des Wabenkörpers bestimmt. Weiterhin sind die Bleche zumindest teilweise mit einer Mikrostruktur versehen, die quer oder im Winkel zur Strömungsrichtung des Abgases verlaufen, um eine gute Durchmischung der Strömung zu gewährleisten.
Aufgrund der Überlagerung von Makrostruktur und Mikrostruktur kann es im Bereich der Stirnfläche eines solchen metallischen Wabenkörpers zu voneinander beabstandeten Blechen kommen. Für eine dauerhafte Verbindung der Blechlagen miteinander ist demzufolge eine Größe der Lotkörner erforderlich, welche die Abstände zwischen den einzelnen Blechlagen überbrückt. Die Verwendung von großen Lotkörnern hat jedoch zur Folge, daß es zu unerwünschten chemischen Reaktionen von lokal konzentriertem Lot mit den dünnen Blechen kommen kann. Die Korrosion in Verbindung mit den hohen thermischen und dynamischen Bean­ spruchungen des Wabenkörpers in einem Abgassystem kann beispielsweise zum Bruch der Bleche führen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Blech anzugeben, das insbesonde­ re für einen Wabenkörper eines katalytischen Konverters geeignet ist und das eine lokale Konzentration von Lotmittel während eines Lötverfahren sowie eine an­ schließende Korrosion der Bleche verhindert.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Blech für einen Wabenkörper eines katalytischen Konverters gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Das erfindungsgemäße Blech, insbesondere für einen Wabenkörper eines katalyti­ schen Konverters, hat eine erste und eine zweite Stirnfläche und weist eine Länge und eine Breite auf. Das Blech zeichnet sich dadurch aus, daß zumindest nahe der ersten und/oder der zweiten Stirnfläche eine zumindest teilweise parallel zur Stirnfläche verlaufende Barriere zur gezielten Verhinderung einer fügetechnischen Verbindung angeordnet ist. Die Barriere ist dabei in Form einer Beschichtung und/oder einer Senke ausgeführt.
Die Barriere verhindert das Haften von Lotmittel an dem Blech und begrenzt so­ mit einen Bereich von der ersten und/oder der zweiten Stirnfläche bis zur Barriere, indem eine fügetechnische Verbindung der Bleche untereinander erfolgt. Die An­ ordnung der Barriere nahe der ersten und/oder der zweiten Stirnfläche ist abhän­ gig davon, von welcher Stirnseite das Blech mit Klebstoff bzw. Lotmittel verse­ hen wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Barriere maximal 5 mm, vor­ zugsweise maximal 3 mm, von der ersten und/oder der zweiten Stirnfläche beab­ standet. Dies bedeutet, daß nur eine geringe Menge Lotmittel an dem Blech haften bleibt und die fügetechnische Verbindung der Bleche miteinander auf maximal 5 mm nahe der mindestens einen Stirnseite begrenzt ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform erstreckt sich die Barriere über die ge­ samte Breite des Bleches. Auf diese Weise ist gewährleistet, daß kein Lot in einen Bereich gelangt, der weiter von der entsprechenden Stirnseite entfernt ist als die Barriere.
Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform ist die Barriere in Form einer Be­ schichtung ausgeführt, wobei die Beschichtung eine Oxidschicht ist. Die Oxid­ schicht verhindert das Haften von Lotmittel. Eine derartige Oxidschicht kann bei­ spielsweise durch das Ausbilden einer keramischen Schicht, dem Erhitzen des Blechs in Anwesenheit eines sauerstoffhaltigen Gases oder durch eine chemische Reaktion erzeugt werden.
Gemäß noch einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Barriere als Beschich­ tung mit Lotstop ausgeführt. Unter Lotstop wird in diesem Zusammenhang bei­ spielsweise eine Substanz verstanden, welche keramische Bestandteile, Bindemittel und Lösungsmittel aufweist. Das Lotstop verhindert ebenfalls den Fluß von Lotmittel und bildet derart eine Barriere.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist zwischen der ersten und/oder der zweiten Stirnfläche und der Barriere mindestens eine Mikrostruktur angeordnet. Diese Mikrostruktur stellt einen Kontakt benachbarter Bleche bei der Herstellung eines Wabenkörpers sicher, insbesondere bei Wabenkörpern aus Blechen mit Mi­ krostrukturen im Inneren des Wabenkörpers, wobei durch diese Mikrostruktur Kapillare gebildet werden, durch die ein Klebstoff fließt und für eine ausreichende Haftung von Lotmittel sorgt. Die Länge der Kapillare wird demzufolge durch die Ausgestaltung der Mikrostruktur begrenzt, wodurch eine genaue Abgrenzung des Verbindungsbereiches gewährleistet ist.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel erstreckt sich die mindestens eine Mikrostruktur über die gesamte Breite des Bleches. Sie ist dabei insbesondere so angeordnet, daß der Abstand von der entsprechenden Stirnfläche über die gesamte Breite konstant ist.
Gemäß noch einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die mindestens eine Mi­ krostruktur mit einer Dicke ausgeführt, die sich von der Stirnfläche bis zur Barrie­ re erstreckt, wobei die Barriere vorzugsweise eine Senke ist. Die Senke unter­ bricht die Kapillarwirkung der Mikrostruktur bei der Herstellung des Wabenkör­ pers. Die Senke ist demzufolge so angeordnet, daß sie auf der von der entspre­ chenden Stirnfläche abgewandten Seite der Mikrostruktur angeordnet ist. Auf diese Weise wird sichergestellt, daß benachbarte Bleche eines metallischen Wa­ benkörpers nur von der entsprechenden Stirnfläche bis zur Barriere miteinander fügetechnisch verbunden werden.
Besonders vorteilhaft ist es dabei, die Mikrostruktur mit einer Höhe von 0,015 bis 0,03 mm auszuführen. Da diese Mikrostruktur während des Betriebes des katalyti­ schen Konverters das Durchströmen des Abgases beeinflußt, ist die Höhe der Mikrostruktur möglichst klein zu wählen, um einen großen Druckverlust über den katalytischen Konverter zu verhindern.
Gemäß noch einer weiteren Ausgestaltung ist das Blech mit einer Blechdicke kleiner 0,06 mm, vorzugsweise kleiner 0,03 mm, ausgeführt. Diese sehr dünnen Bleche sind besonders empfindlich bezüglich einer Konzentration von Lotmittel, wodurch die Verwendung eines Bleches mit einer Barriere sehr vorteilhaft ist.
Weiterhin wird ein metallischer Wabenkörper vorgeschlagen, der insbesondere für einen katalytischen Konverter zur Reinigung eines Abgases einer Verbrennungs­ kraftmaschine geeignet ist. Der metallische Wabenkörper hat eine erste Stirnseite und eine zweite Stirnseite, wobei der Wabenkörper Blechlagen enthält, die zu­ mindest teilweise so strukturiert sind, daß der Wabenkörper für ein Fluid durch­ strömbar ist. Die Blechlagen weisen dabei mindestens einem Blech mit einer Bar­ riere auf, wobei das mindestens eine Blech so angeordnet ist, daß die Barriere nahe und im wesentlichen parallel zu einer Stirnseite des Wabenkörpers angeord­ net ist.
Die erfindungsgemäßen Bleche werden zur Herstellung eines solchen Wabenkör­ pers beispielsweise gestapelt, gewunden und anschließend in ein Mantelrohr ein­ gesetzt. Dabei sind alle Bleche mit Barriere so angeordnet, daß sie mit der Barrie­ re zu der Stirnseite des Wabenkörpers ausgerichtet sind, auf die anschließend ein Klebstoff und/oder das Lotmittel aufgetragen wird. Auf diese Weise wird ein Verbindungsbereich definiert, der nahe der zu belotenden Stirnseite des Waben­ körpers angeordnet und von den Barrieren der Bleche begrenzt ist.
Sind die Blechlagen als im wesentlichen glatte und gewellte Bleche ausgebildet, so ist es gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel vorteilhaft, die glatten Ble­ che mit einer Barriere auszuführen. Auf diese Weise wird die Herstellung der Bar­ riere vereinfacht, da diese weder auf eine gewellte Oberfläche ausgebildet werden muß, noch muß die Barriere einer anschließenden Umformung zur Ausbildung der gewellten Bleche standhalten.
Gemäß noch einem weiteren Ausführungsbeispiel sind die Blechlagen an min­ destens einer Stirnseite und in einem angrenzenden Verbindungsbereich mitein­ ander fügetechnisch verbunden, wobei der Verbindungsbereich von der Barriere der Bleche begrenzt ist. Die fügetechnische Verbindung wird bevorzugt mit einem Hochtemperatur-Vakuum-Lötverfahren hergestellt.
Bei einem metallischen Wabenkörper, dessen Blechlagen an mindestens einer Stirnseite und in einem angrenzenden Verbindungsbereich miteinander fügetech­ nisch verbunden sind und deren Bleche eine Barriere in Form einer Senke aufwei­ sen, welche an eine Mikrostruktur grenzt, ist es besonders vorteilhaft, wenn zwi­ schen den Blechen ein Hohlraum angeordnet ist. Auf diese Weise werden über die gesamte Ausdehnung des Verbindungsbereiches durch die Mikrostrukturen Ka­ pillare gebildet, in denen der Klebstoff fließt und das anschließend aufgetragene Lotmittel haftet. Der Hohlraum verhindert einen Kontakt benachbarter Bleche, wodurch die Kapillarwirkung unterbrochen wird. Eine dauerhafte und begrenzte Verbindung der Bleche miteinander ist somit gewährleistet.
Weiterbildung und besonders bevorzugte Ausführungsformen werden anhand der folgenden Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Bleches;
Fig. 2 eine perspektivische Darstellung mehrerer erfindungsgemäßer Ble­ che mit einer Mikrostruktur;
Fig. 3 eine Detailansicht einer Ausführungsform eines metallischen Wa­ benkörpers.
Fig. 1 zeigt schematisch eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Blechs 1. Das Blech 1 ist insbesondere für einen Wabenkörper 12 eines katalytischen Kon­ verters geeignet. Das Blech hat eine Länge 2 und eine Breite 3 und weist zusätz­ lich eine erste Stirnfläche 4 und eine zweite Stirnfläche 5 auf. Das Blech 1 weist nahe der ersten Stirnfläche 4 eine parallel zur Stirnfläche 4 verlaufende Barriere 6 zur gezielten Verhinderung einer fügetechnischen Verbindung auf. Die Barriere 6 ist in einem Abstand 7 von der ersten Stirnfläche 4 angeordnet. Der Abstand 4 ist maximal 5 mm, vorzugsweise maximal 3 mm. Die Barriere 6 erstreckt sich über die gesamte Breite 3 des Bleches 1 und weist eine Beschichtung 8 auf, die bei­ spielsweise als Oxidschicht ausgeführt ist.
Fig. 2 zeigt perspektivisch mehrere Blechlagen 15 eines Wabenkörpers 12 aus glatten 16 und gewellten Blechen 17. Die glatten Bleche 16 weisen eine Mi­ krostruktur 9 auf, die für eine Durchmischung eines die Blechlagen durchströ­ menden Abgases geeignet ist. Jeweils eine Mikrostruktur 9 eines glatten Bleches 16 ist nahe der ersten Stirnseite 13 des Wabenkörpers angeordnet, wodurch ein Verbindungsbereich 18 definiert ist. In dem Verbindungsbereich 18 ist ein Kon­ takt der glatten Bleche 16 mit den gewellten Blechen 17 gewährleistet. Dabei bil­ den sich Kapillare, in denen ein von der ersten Stirnseite 13 aufgebrachter Kleb­ stoff fließt. Das Fließen des Klebstoffs wird dann unterbrochen, wenn der Kleb­ stoff die Barriere 6 erreicht hat.
Fig. 3 zeigt schematisch einen Längsschnitt entlang eines Kontaktbereiches vom gewellten Blech 17 und glattem Blech 16, wie dies in der Fig. 2 (III-III) angedeu­ tet ist. Das glatte Blech 16 weist mehrere Mikrostrukturen 9 mit einer für eine Durchmischung des Abgases geeigneten Höhe 21 auf. Nahe einer ersten Stirnflä­ che 4 bzw. der ersten Stirnseite 13 weist das glatte Blech 16 eine Mikrostruktur 9 auf, deren Dicke 10 der Ausdehnung 19 des Verbindungsbereichs 18 des gewellten Bleches 17 mit dem glatten Blech 16 entspricht. Die Mikrostruktur 9 über­ brückt dabei nahe der ersten Stirnseite 13 einen Spalt 20, der beispielsweise auf­ grund weiterer, zur Durchmischung des Abgases benötigter, Mikrostrukturen 9 zwischen dem gewellten 17 und glatten Blech 16 entsteht. An die Mikrostruktur 9 grenzt eine Senke 23, die in Verbindung mit der Mikrostruktur 9 zwischen den Blechen einen Hohlraum 22 bildet. Die als Senke 23 ausgeführte Barriere 6 ver­ hindert somit eine fügetechnische Verbindung 18 über die Ausdehnung 19 hinaus. Auf diese Weise kann auch bei Blechen mit einer sehr geringen Blechdicke 11 ein feinkörniges Lot verwendet werden, um eine dauerhafte Verbindung der Bleche miteinander sicherzustellen.
Bezugszeichenliste
1
Blech
2
Länge
3
Breite
4
erste Stirnfläche
5
zweite Stirnfläche
6
Barriere
7
Abstand
8
Beschichtung
9
Mikrostruktur
10
Dicke
11
Blechdicke
12
Wabenkörper
13
erste Stirnseite
14
zweite Stirnseite
15
Blechlage
16
glattes Blech
17
gewelltes Blech
18
Verbindungsbereich
19
Ausdehnung
20
Spalt
21
Höhe
22
Hohlraum
23
Senke

Claims (14)

1. Blech, insbesondere für einen Wabenkörper (12) eines katalytischen Kon­ verters, mit einer Länge (2) und einer Breite (3) sowie einer ersten (4) und einer zweiten Stirnfläche (5), dadurch gekennzeichnet, daß das Blech (1) zumindest nahe der ersten (4) und/oder der zweiten Stirnfläche (5) eine zumindest teilweise parallel zur Stirnfläche (4, 5) verlaufende Barriere (6) zur gezielten Verhinderung einer fügetechnischen Verbindung aufweist, wobei die Barriere (6) in Form einer Beschichtung (8) und/oder einer Sen­ ke (23) ausgeführt ist.
2. Blech nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Barriere (6) ma­ ximal 5 Millimeter, vorzugsweise maximal 3 Millimeter, von der ersten (4) und/oder zweiten Stirnfläche (5) beabstandet (7) ist.
3. Blech nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Bar­ riere (6) über die gesamte Breite (3) des Bleches (1) erstreckt.
4. Blech nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Barriere (6) in Form einer Beschichtung (8) ausgeführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung (8) eine Oxidschicht ist.
5. Blech nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Barriere (6) in Form einer Beschichtung (8) ausgeführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung (8) mit Lotstop ausgeführt ist.
6. Blech nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der ersten (4) und/oder zweiten Stirnfläche (5) und der Barriere (6) mindestens eine Mikrostruktur (9) angeordnet ist.
7. Blech nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sich die mindestens eine Mikrostruktur (9) über die gesamte Breite (3) des Bleches (1) er­ streckt.
8. Blech nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die minde­ stens eine Mikrostruktur (9) eine Dicke (10) hat, die sich von der Stirnflä­ che (4, 5) bis zur Barriere (6) erstreckt, wobei die Barriere (6) vorzugswei­ se eine Senke (23) ist.
9. Blech nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrostruktur (9) eine Höhe (21) von 0,015 bis 0,03 mm hat.
10. Blech nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Blech (1) mit einer Blechdicke (11) kleiner 0,06 mm, vorzugsweise kleiner 0,03 mm, ausgeführt ist.
11. Metallischer Wabenkörper, insbesondere für einen katalytischen Konverter zur Reinigung eines Abgases einer Verbrennungskraftmaschine, mit einer ersten Stirnseite (13) und einer zweiten Stirnseite (14), wobei der Waben­ körper (12) Blechlagen (15) enthält, die zumindest teilweise so strukturiert sind, daß der Wabenkörper (12) für ein Fluid durchströmbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Blechlagen (15) mindestens ein Blech (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 zur gezielten Verhinderung einer fügetech­ nischen Verbindung aufweisen, wobei das mindestens eine Blech (1) so angeordnet ist, daß die Barriere (6) nahe und im wesentlichen parallel zu einer Stirnseite (13, 14) des Wabenkörpers (12) angeordnet ist.
12. Metallischer Wabenkörper nach Anspruch 11, wobei die Blechlagen (15) als im wesentlichen glatte (16) und gewellte Bleche (17) ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die glatten Bleche (17) eine Barriere (6) aufweisen.
13. Metallischer Wabenkörper nach Anspruch 11 oder 12, wobei die Blechla­ gen (15) an mindestens einer Stirnseite (13, 14) und in einem angrenzen­ den Verbindungsbereich (18) miteinander fügetechnisch verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbindungsbereich (18) von der Barrie­ re (6) der Bleche (17) begrenzt ist.
14. Metallischer Wabenkörper nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei die Blechlagen (15) an mindestens einer Stirnseite (13, 14) und in einem an­ grenzenden Verbindungsbereich (18) miteinander fügetechnisch verbun­ den sind und die Bleche (1) eine Barriere (6) in Form einer Senke (23) aufweisen, die an eine Mikrostruktur (9) grenzt, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Blechen (16, 17) ein Hohlraum (22) angeordnet ist, der eine fügetechnische Verbindung über die Ausdehnung (19) des Verbin­ dungsbereiches (18) behindert.
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