DE10043654A1 - Device for cleaning exhaust gases used in vehicles comprises ceramic honeycomb body having front surfaces and casing surface, sleeve surrounding casing surface, and reinforcement arranged in region of casing surface - Google Patents

Device for cleaning exhaust gases used in vehicles comprises ceramic honeycomb body having front surfaces and casing surface, sleeve surrounding casing surface, and reinforcement arranged in region of casing surface

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Abstract

A device for cleaning exhaust gases comprises a ceramic honeycomb body having two front surfaces and at least one casing surface (14a); a sleeve surrounding the casing surface; and a reinforcement (20) arranged in the region of the casing surface. Preferred Features: The reinforcement is embedded in the honeycomb body or adhered to the casing surface of the body using a ceramic-based adhesive. The reinforcement is made from a metal fabric or a temperature-resistant fibrous material. An expanded mat is arranged between the body and the sleeve. The sleeve is made from a steel sheet. The body is a cylinder.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Reinigen von Abgasen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a device for cleaning exhaust gases according to the preamble of claim 1.

In Automobilen eingesetzte Abgaskatalysatoren bestehen zumeist aus einem die katalytisch aktiven Metalle tragenden keramischen Wabenkörper und einem diesen zumeist zylindrischen Wabenkörper umgebenden Stahlblech als Hülle. Zwischen Hülle und Wabenkörper ist in der Regel noch eine Blähmatte angeordnet. Die Herstellung des Katalysators erfolgt in mehreren Schritten. Zunächst wird der keramischen Wabenkörper im Strangpressverfahren hergestellt. Der Wabenkörper besteht in seinem Inneren aus einer Vielzahl von miteinander verbundenen Stegen, wodurch eine sehr große Gesamtoberfläche entsteht. Einlass und Auslass der Abgase geschieht über die Stirnflächen des Zylinders, während der Wabenkörper seitlich von einem durchgehenden Mantel begrenzt ist. In einem weiteren Schritt werden die katalytisch aktiven Metalle auf die Stege des Wabenkörpers aufgebracht. Anschließend wird die Mantelfläche des Wabenkörpers von einer Blähmatte umgeben. Schließlich wird ein Metallblech mit Hilfe eines Spannbandes um die Blähmatte zugezogen und im Überlappungsbereich verschweißt. Durch diesen Spannvorgang wird eine Normalkraft über die Blähmatte auf den Wabenkörper ausgeübt. Resultierend aus Normalkraft und Reibungskoeffizient ergibt sich eine Haftreibungskraft, die den auch als Monolith bezeichneten Wabenkörper in seiner Lage fixiert.Exhaust gas catalysts used in automobiles mostly consist of one ceramic honeycomb body carrying catalytically active metals and a mostly steel sheet surrounding cylindrical honeycomb body as a shell. Between shell and a honeycomb body is usually still an inflatable mat. The production of the Catalyst takes place in several steps. First, the ceramic honeycomb body manufactured in the extrusion process. The inside of the honeycomb body consists of a variety of interconnected webs, making a very large Total surface is created. The exhaust gases are admitted and exhausted via the End faces of the cylinder, while the honeycomb body laterally by a continuous Coat is limited. In a further step, the catalytically active metals are on the webs of the honeycomb body applied. Then the outer surface of the Honeycomb body surrounded by an inflatable mat. Finally, a metal sheet is made with the help a strap around the inflatable mat and in the overlap area welded. This tensioning process creates a normal force on the inflatable mat exercised the honeycomb body. Resulting from normal force and coefficient of friction there is a static friction force, which is also called the monolith honeycomb body fixed in its position.

Da jedoch der keramische Wabenkörper sehr spröde ist, kommt es aufgrund der hohen Druckkräfte während des Umhüllungsprozesses häufig zu Brüchen, insbesondere der Stege. Dieses Problem wird noch dadurch verschärft, dass aufgrund ständig steigender gesetzlicher Anforderungen bezüglich der Qualität der Abgasreinigung bei Kraftfahrzeugen die Stegdicken innerhalb des Wabenkörpers verringert werden müssen. Stegdicken von weniger als 0,1 mm wird man in Zukunft realisieren müssen.However, since the ceramic honeycomb body is very brittle, it comes due to the high Compression forces often break during the wrapping process, especially the Stege. This problem is exacerbated by the fact that due to constantly increasing legal requirements regarding the quality of exhaust gas cleaning Motor vehicles the web thicknesses within the honeycomb body must be reduced. Bridge thicknesses of less than 0.1 mm will have to be realized in the future.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, die bekannten Vorrichtungen zur Abgasreinigung derart weiterzubilden, dass das Risiko, dass der Wabenkörper während des Herstellungsprozesses beschädigt wird, ausgeschlossen oder zumindest verringert wird.Starting from this prior art, it is an object of the invention to provide the known ones Develop devices for exhaust gas purification in such a way that the risk that the  Honeycomb body is damaged during the manufacturing process, excluded or at least reduced.

Diese Aufgabe wird mit einer Vorrichtungen mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved with a device with the features of claim 1.

Grundgedanke der Erfindung ist es, im Bereich der Mantelfläche des Wabenkörpers eine Armierung anzuordnen. Je nach Ausgestaltung der Armierung kann diese die von der Hülle eingeleiteten Normalkräfte vollständig oder zum Teil aufnehmen und um das fragile Innere des Wabenkörpers herumleiten. Dadurch wird die Bruchgefahr verringert. Die Armierung ist jeweils fest mit dem Wabenkörper verbunden.The basic idea of the invention is one in the area of the lateral surface of the honeycomb body To arrange reinforcement. Depending on the design of the reinforcement, this can be the of Full or partial absorption of normal forces introduced around the fragile Route the inside of the honeycomb body. This reduces the risk of breakage. The Reinforcement is firmly connected to the honeycomb body.

Gemäß Anspruch 2 ist die Armierung in den Wabenkörper eingelassen. Es entsteht somit eine Struktur, die der von Stahlbeton ähnelt. Das Einbringen der Armierung in den Wabenkörper kann beispielsweise während des Strangpressens des Wabenkörpers erfolgen.According to claim 2, the reinforcement is embedded in the honeycomb body. It arises thus a structure that resembles that of reinforced concrete. The introduction of the reinforcement in the Honeycomb body can for example during extrusion of the honeycomb body respectively.

Nach Anspruch 3 kann die Armierung auch auf den Mantel des Wabenkörpers aufgebracht sein, um somit den Wabenkörper zu umschließen. Wabenkörper und Armierung müssen hierbei miteinander verbunden werden, was gemäß Anspruch 4 beispielsweise durch Festkleben erfolgen kann. Vorteilhafterweise kann gemäß Anspruch 5 ein Klebstoff auf Keramikbasis eingesetzt werden.According to claim 3, the reinforcement can also on the jacket of the honeycomb body be applied so as to enclose the honeycomb body. Honeycomb body and Reinforcement must be connected to each other, which according to claim 4 can be done for example by sticking. According to Claim 5, a ceramic-based adhesive can be used.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den anderen Unteransprüchen.Further advantageous embodiments result from the other subclaims.

Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die Figuren näher erläutert. Es zeigen:The invention will now be described on the basis of exemplary embodiments with reference to the figures explained in more detail. Show it:

Fig. 1 ein erfindungsgemäße Vorrichtung im Querschnitt, Fig. 1 shows a device according to the invention in cross-section,

Fig. 2 eine vergrößerte Teilansicht von Fig. 1, Fig. 2 is an enlarged partial view of FIG. 1,

Fig. 3 eine vergrößerte Teilansicht von Fig. 2, Fig. 3 is an enlarged partial view of Fig. 2,

Fig. 4 eine der Fig. 3 entsprechende Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels, Fig. 4 is a FIG. 3 corresponding view of another embodiment,

Fig. 5 einen Abgaskatalysator gemäß dem Stand der Technik im Querschnitt, Fig. 5 shows a catalytic converter according to the prior art in cross section,

Fig. 6 eine vergrößerte Teilansicht von Fig. 5, Fig. 6 is an enlarged partial view of FIG. 5,

Fig. 7 eine vergrößerte Teilansicht von Fig. 6. FIG. 7 is an enlarged partial view of FIG. 6.

Zunächst wird der prinzipielle Aufbau von im Automobilbau eingesetzten Abgaskatalysatoren anhand eines Katalysators gemäß dem Stand der Technik erläutert.First, the basic structure of used in automotive engineering Exhaust gas catalysts explained using a catalyst according to the prior art.

Die Fig. 5-7 zeigen einen Abgaskatalysator im Querschnitt, beziehungsweise vergrößerte Ausschnitte dieses Querschnitts. Der Abgaskatalysator besteht aus drei Elementen: Einem zylindrischen Wabenkörper 10, einer den Wabenkörper 10 umgebenden Blähmatte 30 und einem die Blähmatte 30 umgebenden Stahlblech 40 als Hülle. Das Stahlblech 40 ist in einem Überlappungsbereich 42 mit sich selbst verschweißt. Figs. 5-7 show a catalytic converter in cross section, or enlarged sections of this cross section. The catalytic converter consists of three elements: a cylindrical honeycomb body 10, a honeycomb body 10 surrounding the expanded mat 30 and the expanded mat 30 surrounding steel sheet 40 as a sheath. The steel sheet 40 is welded to itself in an overlap area 42 .

Der Wabenkörper 10 besteht aus einem Inneren 12, welches eine Vielzahl von Stegen aufweist, auf welchen wiederum die katalytisch aktiven Metalle aufgebracht sind. Das Innere 12 wird von einem Mantel 14 umgeben, dessen Grenze die Mantelflächen 14a bildet. Das Innere 12 des Wabenkörpers und der Mantel 14 sind eine untrennbare Einheit.The honeycomb body 10 consists of an interior 12 which has a multiplicity of webs, on which in turn the catalytically active metals are applied. The interior 12 is surrounded by a jacket 14 , the boundary of which forms the jacket surfaces 14 a. The interior 12 of the honeycomb body and the jacket 14 are an inseparable unit.

Der erfindungsgemäße Katalysator hat grundsätzlich den selben Aufbau wie ein Katalysator des Standes der Technik, wie dies in den Fig. 1 bis 4 gut zu erkennen ist. Die erfindungsgemäße Weiterentwicklungen findet sich im Bereich des Mantels 14.The catalyst according to the invention basically has the same structure as a catalyst of the prior art, as can be clearly seen in FIGS. 1 to 4. The further developments according to the invention can be found in the area of the jacket 14 .

Die erfindungsgemäße Verbesserung besteht darin, im Bereich der Mantelfläche 14a des Wabenkörpers 10 eine Armierung 20 anzuordnen. Die Armierung kann hierbei beispielsweise aus einem Metallgewebe oder einem temperaturbeständigen Faserwerkstoff bestehen. Für die Anbringung und die genaue Positionierung der Armierung gibt es mehrere Möglichkeiten. Die richtige Wahl ist hierbei im Wesentlichen aus produktionstechnischer Sicht zu treffen.The improvement according to the invention consists in arranging a reinforcement 20 in the area of the lateral surface 14 a of the honeycomb body 10 . The reinforcement can consist, for example, of a metal mesh or a temperature-resistant fiber material. There are several options for attaching and precisely positioning the reinforcement. The right choice is essentially to be made from a production technology perspective.

Im ersten Ausführungsbeispiel ist die Armierung 20 in den Mantel 14 eingelassen, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist. Dies kann während des Strangpressens des Wabenkörpers 10 geschehen. Dies hat den Vorteil, dass kein zusätzlicher Arbeitsschritt notwendig wird, allerdings wird der Strangpressvorgang selbst etwas aufwendiger.In the first embodiment, the reinforcement 20 is embedded in the jacket 14 , as shown in FIG. 3. This can take place during the extrusion of the honeycomb body 10 . This has the advantage that no additional work step is necessary, but the extrusion process itself is somewhat more complex.

Die Armierung 20 bildet einen in sich geschlossenen Hohlzylinder, jedoch ohne Stirnflächen. Hohlzylinder können bekanntlich symmetrisch in sie eingeleitete Radialkräfte gut aufnehmen, so dass das Innere solcher Hohlzylinder im wesentlichen kräftefrei ist. Dieser Effekt wird beim erfindungsgemäßen Katalysator ausgenutzt. Beim Zusammenziehen des Stahlblechs 40 werden über die Blähmatte 30 Radialkräfte in den Wabenkörper 10 eingeleitet. Diese sind im wesentlichen symmetrisch bezüglich der Längsachse des Wabenkörpers 10. Die Radialkräfte werden nun im Wesentlichen von der hohlzylinderförmigen Armierung 20, beziehungsweise durch den Verbund von Armierung und Mantel, aufgenommen und somit um das fragile Innere 12 des Wabenkörpers 10 herumgeleitet. Dadurch wird die Gefahr, dass die das Innere 12 des Wabenkörpers bildenden Stege auf Grund von Druckbelastung brechen, deutlich verringert. Als eine Konsequenz hieraus kann die Stegdicke verringert, und somit die katalytisch aktive Gesamtoberfläche vergrößert werden, wodurch die Reinigungswirkung des Katalysators erhöht wird.The reinforcement 20 forms a self-contained hollow cylinder, but without end faces. As is known, hollow cylinders can absorb radial forces introduced symmetrically into them, so that the interior of such hollow cylinders is essentially free of forces. This effect is used in the catalyst according to the invention. When the steel sheet 40 is pulled together, radial forces are introduced into the honeycomb body 10 via the inflation mat 30 . These are essentially symmetrical with respect to the longitudinal axis of the honeycomb body 10 . The radial forces are now essentially absorbed by the hollow-cylindrical reinforcement 20 , or by the combination of reinforcement and jacket, and are thus passed around the fragile interior 12 of the honeycomb body 10 . As a result, the risk of the webs forming the interior 12 of the honeycomb body breaking due to pressure load is significantly reduced. As a consequence, the web thickness can be reduced, and thus the total catalytically active surface area can be increased, whereby the cleaning effect of the catalyst is increased.

Fig. 4 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel. Hier wird die Armierung 20 auf die Mantelfläche 14a des Wabenkörpers 10 aufgebracht. Der Wabenkörper wird zunächst in gewohnter Weise durch Strangpressen hergestellt. In einem weiteren Arbeitsschritt wird dann die Armierung um den Wabenkörper 10 herumgelegt und mit einem Klebstoff mit diesem verbunden. Ein Klebstoff auf Keramikbasis ist hierfür besonders geeignet. Fig. 4 shows a second embodiment. Here, the reinforcement 20 is applied to the lateral surface 14 a of the honeycomb body 10 . The honeycomb body is first produced in the usual way by extrusion. In a further step, the reinforcement is then placed around the honeycomb body 10 and connected to it with an adhesive. A ceramic-based adhesive is particularly suitable for this.

Wird die Armierung hierbei stark genug gewählt, so kann dadurch erreicht werden, dass auch der Mantel des Wabenkörpers im Wesentlichen frei von Druckkräften ist. Der Monolith ist in diesem Fall von einer Art selbsttragendem Käfig umgeben.If the reinforcement is chosen strong enough, it can be achieved that the jacket of the honeycomb body is also essentially free of compressive forces. The In this case, monolith is surrounded by a kind of self-supporting cage.

Diese Vorgehensweise hat den weiteren Vorteil, dass an der Strangpressanlage keine Veränderungen vorgenommen werden müssen. Allerdings muss dafür ein zusätzlicher Arbeitsschritt, nämlich das Anordnen und Festkleben der Armierung auf dem Wabenkörper, vorgenommen werden. This procedure has the further advantage that there are none on the extrusion system Changes need to be made. However, there must be an additional one Work step, namely the arrangement and sticking of the reinforcement on the Honeycomb body.  

BEZUGSZEICHENLISTELIST OF REFERENCE NUMBERS

1010

Wabenkörper
honeycombs

1212

Inneres des Wabenkörpers
Inside of the honeycomb body

1414

Mantel
coat

1414

a Mantelfläche
a lateral surface

2020

Armierung
reinforcement

3030

Blähmatte
expanded mat

4040

Stahlblech
sheet steel

4242

Überlappungsbereich
overlap area

Claims (10)

1. Vorrichtung zum Reinigen von Abgasen mit einem keramischen Wabenkörper (10) mit zwei Stirnflächen und wenigstens einer Mantelfläche (14a) und einer die Mantelfläche (14a) des Wabenkörpers umgebenden Hülle, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Mantelfläche (14a) des Wabenkörpers (10) eine Armierung (20) angeordnet ist.1. Device for cleaning exhaust gases with a ceramic honeycomb body ( 10 ) with two end faces and at least one outer surface ( 14 a) and a shell surrounding the outer surface ( 14 a) of the honeycomb body, characterized in that in the region of the outer surface ( 14 a) a reinforcement ( 20 ) is arranged on the honeycomb body ( 10 ). 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Armierung (20) in den Wabenkörper (10) eingelassen ist.2. Device according to claim 1, characterized in that the reinforcement ( 20 ) in the honeycomb body ( 10 ) is embedded. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Armierung (10) auf die Mantelfläche (14a) des Wabenkörpers aufgebracht ist.3. Device according to claim 1, characterized in that the reinforcement ( 10 ) is applied to the outer surface ( 14 a) of the honeycomb body. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Armierung auf die Mantelfläche (14a) des Wabenkörpers (10) aufgeklebt ist.4. The device according to claim 3, characterized in that the reinforcement on the outer surface ( 14 a) of the honeycomb body ( 10 ) is glued. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Klebstoff auf Keramikbasis verwendet wird.5. The device according to claim 4, characterized in that an adhesive Ceramic base is used. 6. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Armierung (20) ein Metallgewebe ist.6. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the reinforcement ( 20 ) is a metal mesh. 7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass die Armierung (20) aus einem temperaturbeständigen Faserwerkstoff besteht.7. Device according to one of claims 1-5, characterized in that the reinforcement ( 20 ) consists of a temperature-resistant fiber material. 8. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Wabenkörper (10) und Hülle eine Blähmatte (30) angeordnet ist.8. Device according to one of the preceding claims, characterized in that an inflatable mat ( 30 ) is arranged between the honeycomb body ( 10 ) and the casing. 9. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülle ein Stahlblech (40) ist. 9. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the casing is a steel sheet ( 40 ). 10. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wabenkörper (10) ein Zylinder ist.10. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the honeycomb body ( 10 ) is a cylinder.
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WO2022268799A1 (en) * 2021-06-23 2022-12-29 Vitesco Technologies GmbH Exhaust gas aftertreatment device having small cavities

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