DE4313187A1 - Metallischer Trägerkörper für Abgasreinigungskatalysator-Material - Google Patents

Metallischer Trägerkörper für Abgasreinigungskatalysator-Material

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Description

Die Erfindung betrifft einen metallischen Trägerkörper für Abgasreinigungskatalysator-Material zum Einsatz in Auto­ mobilabgasreinigungsanlagen, wobei der Trägerkörper herstell­ bar ist durch versetztes Übereinanderlegen eines flachen, aus einem Metallblech bestehenden Metallbandes und eines gewell­ ten, aus einem anderen Metallblech bestehenden Metallbandes unter Ausbildung einer Anzahl netzartiger Gasflußpassagen entlang dessen Mittelachse, insbesondere zum Einsatz in Auto­ mobilabgasreinigungsanlagen.
Die Erfindung schafft also einen metallischen wabenförmigen Trägerkörper, die Hauptkomponente einer Abgasreinigungs­ vorrichtung des oben genannten Typs, der unter erschwerten Bedingungen eingesetzt wird, und dessen Haltbarkeit gegenüber Deformation und Brüchen, die durch Expansion und Bean­ spruchung unter Hitze auftreten können, verbessert wurde.
Konventionelle Katalysatorträgerkörper für Abgasreinigungs­ anlagen des oben genannten Typs umfassen keramische mono­ lithische Trägerkörper, die ein keramisches Material, wie Cordierit verwenden und aus Metall hergestellte monolithische Trägerkörper.
Zur Verbesserung der Nachteile keramischer monolithischer Trägerkörper wurde umfangreiche Forschung und Entwicklungs­ arbeit, insbesondere in den letzten Jahren, über metallische monolithische Trägerkörper hinsichtlich der mechanischen Widerstandsfähigkeit, Festigkeit, Flußwiderstand, Reinigungs­ effizienz (Verkleinerung der Vorrichtung) und dgl. durch­ geführt.
Eine metallische Abgasreinigungsvorrichtung des oben genann­ ten Typs wird im allgemeinen aus einem metallischen waben­ förmigen Trägerkörper und einem zylindrischen Metallgehäuse konstruiert. Der metallische wabenförmige Trägerkörper wird beispielsweise durch Übereinanderlegen eines flachen Metall­ bandes aus hitzebeständigem Stahlblech und einem gewelltem Band aus ähnlichem Stahlblech derart, daß diese sich über­ decken und anschließendes Zusammenrollen zu einer Spiralform oder durch Übereinanderschichten der flachen und gewellten Bänder in Schichten, wodurch viele netzartige Gasflußpassagen entlang der Mittelachse des resultierenden Trägerkörpers gebildet werden, hergestellt. Die netzwerkartigen Gasfluß­ passagen werden nachfolgend einfach als "Zellen" bezeichnet, während der aus Metall hergestellte wabenförmige Trägerkörper nachfolgend als "metallischer wabenförmiger Trägerkörper" oder einfacher als "wabenförmiger Trägerkörper" bezeichnet werden wird. Das zylindrische Metallgehäuse ist an seinen gegenüberliegenden Enden offen, so daß der wabenförmige Trägerkörper eingesetzt und im Gehäuse befestigt werden kann.
Der wabenförmige Trägerkörper und das Metallgehäuse werden durch Löten oder Schweißen miteinander fest verbunden, so daß die resultierende Abgasreinigungsvorrichtung thermischer Aus­ dehnung und thermischer Beanspruchung widersteht, die durch die hohen Abgastemperaturen selbst und durch den Reinigungs­ katalysator induzierte exotherme Reaktionen des Abgases auf­ treten, sowie auch Vibrationen während des Betriebs eines dazugehörigen Kraftfahrzeuges. Selbstverständlich können das flache und das gewellte Band, die den wabenförmigen Träger­ körper aufbauen, aneinander an den Kontaktpunkten durch unterschiedlichste Verfahren befestigt sein.
Die aus dem oben beschriebenen konventionellen wabenförmigen Trägerkörper und einem Metallgehäuse bestehenden Abgasreini­ gungsvorrichtungen können aus den nachfolgenden Gründen keiner Langzeitanwendung genügen.
Durch die thermische Ausdehnung und die thermischen Bean­ spruchungen, die in Abgasatmosphäre bei den hohen Abgas­ temperaturen entstehen, sowie die durch die katalytische Reaktion unverbrannten Gases hervorgerufene Wärme entstehen beträchtliche Deformationskräfte, insbesondere in Richtung senkrecht zur Axialrichtung (d. h. der Richtung, in der das Abgas einströmt und durchfließt) des wabenförmigen Träger­ körpers, unabhängig der axialen Richtung. Die senkrecht zur Axialrichtung verlaufende Richtung wird nachfolgend als "Radialrichtung des Trägerkörpers" bezeichnet. Diese Deforma­ tionskraft pflanzt sich sowohl in axialer als auch radialer Richtung des wabenförmigen Trägerkörpers fort und hat nach­ teilige Wirkungen auf den wabenförmigen Trägerkörper. De­ tailliert umfassen diese nachteiligen Wirkungen das sog. "Herausfilmen" des Mittelteils des wabenförmigen Träger­ körpers in axialer Richtung, d. h. das Phänomen, daß der Mit­ telteil des wabenförmigen Trägerkörpers sich stromabwärts, in Richtung des Abgasstromes gesehen, des verbleibenden Abschnitts des wabenförmigen Trägerkörpers aus diesem heraus bewegt. In radialer Richtung pflanzt sich aufgrund des Tempe­ raturgradienten zwischen dem Mittelbereich des wabenförmigen Trägerkörpers und dessen äußeren Umfangsteil eine Deforma­ tionskraft bis in die Nähe des äußeren Umfangsbereichs des wabenförmigen Trägerkörpers oder benachbart den Kontakt­ flächen zwischen der äußeren Umfangswand des Trägerkörpers und einer inneren Umfangswand des metallischen Gehäuses durch die Komponenten des wabenförmigen Trägerkörpers (des flachen und des gewellten Bandes) fort.
Bei Fortschreiten der thermischen Deformationskräfte können die Komponenten des Trägerkörpers brechen oder in radialer Richtung des Trägerkörpers verbogen werden und, aufgrund der Tatsache, daß die thermische Deformationskraft sich insbe­ sondere in der Nähe der äußeren Umfangswand des Trägerkörpers und um die Kontaktflächen zwischen der äußeren Umfangswand des Trägerkörpers und der inneren Umfangswand des Metall­ gehäuses konzentriert, tritt an diesen Bereichen bei dem planaren und/oder gewellten Band, die den Trägerkörper bilden, häufig Rißbildung, Brechen und Deformation sowie Auf­ trennung oder Lösen der Kontaktpunkte zwischen den jeweiligen Bändern oder an Kontaktflächen zwischen dem Trägerkörper und dem Metallgehäuse auf. Da die Abgasreinigungsvorrichtung starken Vibrationen von Kraftfahrzeugen, wie sie durch einen Motorzyklus gebildet werden, unterliegen, werden diese Nach­ teile noch verstärkt.
Als ein Maß für die Verbesserung der Haltbarkeit eines der­ artigen Trägerkörpers, insbesondere in radialer Richtung gegenüber thermischer Deformationskraft, wurden unterschied­ lichste Vorschläge gemacht, u. a. die nachfolgenden:
  • i) Die japanische Gebrauchsmusteranmeldungs-Offenlegungs­ schrift (Kokai) Nr. SHO 61-66610 und 62-158117; japani­ sche Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift (Kokai) Nr. SHO 63-105221, etc. beschreiben wabenförmige Träger­ körper mit einem konisch-konkaven oder konisch- konvexen Endabschnitt, insbesondere einem Endabschnitt, der stromabwärts in Richtung des Abgasstromes liegt.
  • Diese scheinen so zu wirken, daß der Abgasstrom gleich­ förmig relativ zum Trägerkörper gemacht wird, so daß sie das sog. "Ausfilmen" vermeiden, sie sind aber nicht gegen Deformation, Rißbildung und/oder Brechen der Bestandteile des Trägerkörpers wirksam (des planaren und gewellten Bandes), das insbesondere an den Endabschnit­ ten des Trägerkörpers beobachtet wird.
  • ii) Die japanische Offenlegungsschrift (Kokai) Nr. SHO 63- 182038 umfaßt eine Technik zur Herstellung eines waben­ förmigen Trägerkörpers aus einem ersten gewellten Band und einem zweiten gewellten Band mit unterschiedlichen Wellenlängen (Perioden) λ und Wellenhöhen (Amplituden) A.
  • Es wird insbesondere versucht, radialem Druck und Expan­ sion zu widerstehen, die während der thermischen Defor­ mationszyklen auftreten, in dem ein erstes gewelltes Band mit einer relativ großen Wellenlänge und Amplitude und ein zweites gewelltes Band mit einer relativ kleinen Wellenlänge und Amplitude eingesetzt wird.
  • Bei der in der obigen Patentveröffentlichung beschriebe­ nen Erfindung werden das erste und zweite gewellte Band nicht in einer Berg zu Berg (oder Tal zu Tal)-Relation oder in einer Berg zu Tal-Relation in Kontakt gehalten (wobei natürlich die erstere Relation bevorzugt ist). Sogar dann, wenn das erste und zweite gewellte Band miteinander durch Löten an deren Kontaktstellen verbunden werden, werden diese durch die große thermische Deformationskraft voneinander getrennt, so daß durch eine derartige Trennung unterschiedlichste Nachteile auftreten.
  • iii) Die japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift (Kokai) Nr. SHO 64-30651 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines wabenförmigen Trägerkörpers aus einem planaren Band und einem gewellten Band. Das planare Band besitzt gewellte Oberflächenabschnitte, die so vorgeformt sind, so daß das planare Band in Flächenkontakt mit den gewellten Oberflächenabschnitten (Minima und Maxima) des gewellten Bandes gebracht werden kann. Das flache Band kann sozusagen als eine Art gewelltes Band betrachtet werden. Es ist ein Hauptziel, beide Bänder in einen Flächenkontakt (innen/außen) ihren jeweiligen kon­ vexen/konkaven Oberflächenabschnitten zu bringen, wodurch es möglich wird, die Festigkeit der Verbindung zu verbessern und auch teures γ-Abgasreinigungsoxid bei Waschbeschichtung zu sparen. Insbesondere liegt das flache Blech in einer wellenförmigen Form, wie oben beschrieben vor, so daß die radiale thermische Deforma­ tionskraft durch die gewellten Oberflächenabschnitte reduziert werden kann.
  • Die in dieser Patentveröffentlichung beschriebene Erfin­ dung hat den Nachteil, daß aufgrund der Tatsache, daß das planare und gewellte Band in Flächenkontakt sind, die Befähigung des flachen Bandes, thermische Deforma­ tionskräfte zu absorbieren und zu reduzieren, ver­ schlechtert ist.
Bei konventionellen Abgasreinigungsvorrichtungen des oben genannten Typs wird ein gemeinsames Konzept verwendet, um den wabenförmigen Trägerkörper ausreichend resistent gegenüber thermischen Deformationskräften zu machen, d. h., um das flache Band und das gewellte Band fest miteinander zu ver­ binden, wobei beide Bänder den wabenförmigen Trägerkörper bilden, oder um den wabenförmigen Trägerkörper und die innere Umfangswand des Metallgehäuses fest zu verbinden. Dieser Weg war nun zu modifizieren.
Um die Nachteile der oben beschriebenen konventionellen Abgasreinigungsvorrichtungen zu vermeiden, wurden aufwendige Untersuchen durchgeführt. Bei einem metallischen Trägerkörper des oben beschriebenen Typs wird die Deformation, Rißbildung und/oder das Brechen der Komponenten besonders an den End­ abschnitten des Trägerkörpers beobachtet, da die Deforma­ tionskraft aus großen thermischen Beanspruchungen, denen der Trägerkörper unterliegt, resultiert. Zur Verbesserung dieses Problems wurden verschiedene Maßnahmen untersucht.
Als Resultat ist gefunden worden, daß dann, wenn die einen wabenförmigen Trägerkörper bildenden Bestandteile, nämlich das flache und das gewellte Band, die jeweils aus einem hitzebeständigen Metallblech bestehen, so übereinandergelegt werden, daß eines der Bänder relativ zum anderen an einem Endabschnitt des resultierenden Trägerkörpers übersteht, anstatt diese gemeinsam abschließen zu lassen, der waben­ förmigen Trägerkörper wirksam Deformationskräfte absorbieren und dissipieren kann, die aufgrund der auf die Innenseite des wabenförmigen Trägerkörpers ausgeübten thermischen Bean­ spruchungen auftreten, und an beiden Endabschnitten des wabenförmigen Trägerkörpers konzentriert sind.
Es ist ein Ziel der Erfindung, einen wabenförmigen Träger­ körper mit exzellenten Haltbarkeitseigenschaften zu schaffen, insbesondere einen wabenförmigen Trägerkörper mit exzellenter Haltbarkeit an beiden Endabschnitten des wabenförmigen Trä­ gerkörpers, an dessen Endabschnitten die Deformationskräfte sich aufgrund der thermischen Beanspruchung konzentrieren und akkumulieren.
In anderen Worten ist es ein Ziel der Erfindung, einen waben­ förmigen Trägerkörper mit exzellenter Haltbarkeit zu schaf­ fen, der aufgrund einer Verstärkung an dessen beiden End­ abschnitten wirksam den Nachteil der Rißbildung und Brüche an den Endabschnitten vermeiden kann, wodurch bisher der gesamte Trägerkörper zu früh als Resultat derartiger Risse und Brüche zerstört wurde.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung wird ein metallischer wabenförmiger Trägerkörper zum Tragen von Abgasreinigungs­ katalysator-Material geschaffen, der durch Übereinanderlegen eines flachen Metallbandes aus einem Metallblech und eines gewellten Bandes aus einem anderen Metallblech unter Bildung vieler netzwerkförmiger Gasflußpassagen entlang dessen Mit­ telachse gebildet wird, wobei an einem der gegenüberliegenden axialen Enden des wabenförmigen Trägerkörpers das planare oder das gewellte Band das andere überragt.
Beim metallischen Trägerkörper nach der Erfindung ist der Trägerkörper ein Hauptteil der Abgasreinigungsvorrichtung, wobei entweder das flache oder das gewellte Band, die Kompo­ nenten des Trägerkörpers, das andere Band an mindestens einem axialen Ende überragt. Die freie Kante des planaren Bandes (oder des gewellten Bandes) kann demzufolge an einem axialen Ende des Trägerkörpers wirksam große Deformationskräfte auf­ grund (radialen und axialen) thermischer Beanspruchung, die innerhalb des wabenförmigen Trägerkörpers auftreten, auf­ nehmen und dissipieren.
Darausfolgend kann die Erfindung wirksam die Deformation, Rißbildung oder Brechen der Komponenten des wabenförmigen Trägerkörpers und die Trennung oder Ablösung der Komponenten voneinander an deren Kontaktpunkten vermeiden.
Zusätzlich zu den vorteilhaften oben beschriebenen Effekten ist es auch möglich, wirksam das Ablösen oder Abschälen von Katalysatorträgerschichten zu vermeiden, die auf Wänden des wabenförmigen Trägerkörpers gebildet sind und dazu eingesetzt werden, Abgasreinigungskatalysator-Material zu tragen.
Nachfolgende und weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung sind aus der nachfolgenden Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen ersichtlich, die anhand der begleiten­ den Zeichnung näher erläutert werden; dabei zeigt:
Fig. 1 schematisch die Konstruktion eines wabenförmigen Trägerkörpers einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 2 schematisch die Konstruktion eines wabenförmigen Trägerkörpers einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 3 schematisch die Konstruktion eines wabenförmigen Trägerkörpers einer dritten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 4a und 4b vergrößerte axiale Teilquerschnittansichten des erfindungsgemäßen Trägerkörpers der ersten Ausführungsform der Erfindung, der in einer Abgasvorrichtung zusammengebaut und verlötet ist und insbesondere die Lötkonstruktion der übereinanderliegenden Endabschnitte des wabenförmigen Trägerkörpers;
Fig. 5a und 5b vergrößerte axiale Teilschnittansichten eines konventionellen Trägerkörpers, der in einer Abgasreinigungsvorrichtung zusammengebaut und verlötet vorliegt, und die Löt-Konstruktion der gegenüberliegenden Endabschnitte des wabenförmigen Trägerkörpers;
Fig. 6 eine perspektivische Ansicht der ersten Ausführungsform einer Abgasreinigungsvorrichtung, die den erfindungsgemäßen Trägerkörper einsetzt;
Fig. 7 eine perspektivische Ansicht der zweiten Ausführungsform einer Abgasreinigungsvorrichtung, die von einem erfindungsgemäßen Trägerkörper Gebrauch macht;
Fig. 8 eine Vorderansicht der dritten Ausführungsform einer Abgasreinigungsvorrichtung, die den erfindungsgemäßen Trägerkörper einsetzt;
Fig. 9 eine Ansicht eines Querschnitts der vierten Ausführungsform einer Abgasreinigungsvorrichtung, die den erfindungsgemäßen Trägerkörper einsetzt;
Fig. 10 eine Ansicht eines Querschnitts der fünften Aus­ führungsform einer Abgasreinigungsvorrichtung, die einen erfindungsgemäßen wabenförmigen Trägerkörper einsetzt; und
Fig. 11 eine Vorderansicht des sechsten Ausführungsbeispiels einer Abgasreinigungsvorrichtung, die einen erfindungsgemäßen Abgasreinigungskörper einsetzt.
Wie oben beschrieben, ist es besonders wichtig, eine Kraft­ fahrzeugabgasreinigungsvorrichtung zu schaffen, die einen metallischen Trägerkörper mit ausreichender Widerstands­ fähigkeit gegenüber Deformationskräften aufweist, die auf­ grund der Wärmeexpansion und Beanspruchung (Streß) unter Hitze entstehen.
Eine metallische Abgasreinigungsvorrichtung des oben genann­ ten Typs wird extremen thermischen Umgebungen sogar während des Normalbetriebs, ganz zu schweigen von alternierenden thermischen Belastungen eines Heiz/Kühlzyklus, wie sie während des Betriebs und beim Anhalten und einem nachfolgen­ den Wiederanlassen auftreten, ausgesetzt ihre Widerstands­ fähigkeit gegenüber Hitzeeinwirkungen ist demzufolge ein sehr wichtiges Thema.
Unter Berücksichtigung des Vorangehenden werden die Bedingun­ gen beim Betrieb eines Kraftfahrzeuges nachfolgend be­ trachtet. Eine Abgasreinigungsvorrichtung wird in ihrem Mit­ telbereich höheren Temperaturen ausgesetzt als an ihren End­ bereichen, aufgrund der Unterschiede in der Fließgeschwindig­ keitsverteilung des Abgases, d. h., daß eine Differenz in der Fließgeschwindigkeit zwischen dem Mittelteil und dem äußeren Teil auftritt auch der katalytischen Reaktion (exotherme Reaktionen) des Abgases, die durch den Abgasreinigungskataly­ sator, wie Pt, Pd und/oder Rh induziert werden, auf den Ober­ flächen des wabenförmigen Trägerkörpers auftritt. Beispiels­ weise variiert die Temperatur einer Abgasreinigungsvor­ richtung dieses Typs im allgemeinen zwischen 500°C bis 800°C, kann aber bis auf 1100°C oder dgl. ansteigen, wenn in großen Mengen KW (Kohlenwasserstoffe) im Abgas vorliegen.
Nachfolgend wird der Temperaturgradient innerhalb des waben­ förmigen Trägerkörpers detailliert in radialer Richtung des wabenförmigen Trägerkörpers beschrieben. Die Temperatur­ differenz zwischen dem äußeren Umfang des wabenförmigen Trägerkörpers und einem Abschnitt des wabenförmigen Träger­ körpers, wobei dieser Abschnitt sich etwas innerhalb des äußeren Umfangs befindet, ist wesentlich größer als die Temperaturdifferenz um den Mittelabschnitt des wabenförmigen Trägerkörpers. Tatsächlich wird die noch größere Differenz beobachtet, da die äußere Peripheriewand des Trägerkörpers direkt der Außenatmosphäre ausgesetzt ist und/oder der waben­ förmigen Trägerkörper in einem zylindrischen metallischen Gehäuse befestigt ist, der der Außenatmosphäre und Regen­ wasser ausgesetzt ist.
Bei der aus dem metallischen Trägerkörper und dem metalli­ schen Gehäuse konstruierten Abgasreinigungsvorrichtung er­ streckt sich eine stärkere Deformationskraft aufgrund der thermischen Belastung, wobei dieses Deformationskraft nach­ folgend als Wärmedeformationskraft oder thermische Deforma­ tionskraft bezeichnet wird, und konzentriert sich in der Nähe der äußeren Umfangswand des wabenförmigen Trägerkörpers, wenn die Wärme vom hochtemperaturseitigen Innenteil des Trägerkör­ pers in den Bereich in der Nähe des Niedertemperaturbereiches der äußeren Umfangswand des wabenförmigen Trägerkörpers geleitet wird, nämlich in radialer Richtung des Träger­ körpers.
Die sich in radialer Richtung des wabenförmigen Kernkörpers bewegende Wärme veranlaßt die Komponenten des wabenförmigen Trägerkörpers dazu, sich während dieser Propagation zu wellen, sich voneinander nach einiger Zeit zu trennen, sogar dann, wenn die Komponenten fest miteinander an ihren Kontakt­ punkten verbunden sind, oder zu reißen oder zu brechen. Diese nachteiligen Wirkungen werden insbesondere in der Nähe der äußeren Umfangswand des wabenförmigen Trägerkörpers signifi­ kant, wo sich die thermische Deformationskraft konzentriert, insbesondere an den beiden Endabschnitten in der Nähe der äußeren Umfangswände des wabenförmigen Trägerkörpers, wobei sich an diesen Endabschnitten die Deformationskraft konzen­ triert und akkumuliert.
Die hierdurch hervorgerufenen nachteiligen Wirkungen der oben beschriebenen Deformationskraft sind nicht nur auf den Teil des metallischen Trägerkörpers begrenzt, sondern erstrecken sich auch auf die Kontaktflächen zwischen der äußersten Um­ fangswand des Trägerkörpers und der inneren Umfangswand des Metallgehäuses. Der Zustand fester Verbindung zwischen der äußeren Umfangswand des wabenförmigen Trägerkörpers und der inneren Umfangswand des Metallgehäuses wird daher durch die große thermische Deformationskraft verloren gehen, so daß ein getrennter Zustand induziert wird. Die Auftrennung, die an den Endabschnitten in der Nähe der äußeren Umfangswand des wabenförmigen Trägerkörpers auftritt, wobei an diesem Endab­ schnitt sich der thermische Streß konzentriert und akkumu­ liert, setzt sich in axialer Richtung des wabenförmigen Trägerkörpers fort, wodurch sich im schlimmsten Fall der wabenförmige Trägerkörper und das Metallgehäuse vollständig voneinander lösen.
Um die oben beschriebenen Nachteile, wie Trennung, zu elimi­ nieren oder zu reduzieren, ist es demzufolge unabdingbar, Einrichtungen zur wirksamen Absorption und Reduktion von Deformationskraft einzusetzen, die durch thermische Expansion oder thermischen Streß in der Struktur des wabenförmigen Trägerkörpers entsteht, insbesondere in den axialen und radialen Richtungen des wabenförmigen Trägerkörpers.
Von den oben beschriebenen Betrachtungen aus verwendet die Erfindung als Konstruktion des wabenförmigen Trägerkörpers eine Bauart, bei der jeweils entweder ein flaches oder ein gewelltes Band als Komponenten des wabenförmigen Träger­ körpers relativ zum anderen Band dieses an mindestens einem Endabschnitt des Trägerkörpers nach außen überragt, um wirk­ sam Brüche und Rißbildung in den Komponenten des Trägerkör­ pers zu vermeiden, wobei ansonsten die Risse und Bruchstellen an den Endabschnitten des wabenförmigen Trägerkörpers auf­ treten würden, insbesondere in Endabschnitten in der Nähe der äußeren Umfangswand des Trägerkörpers und dadurch eine Ver­ minderung der Haltbarkeit bewirken würden, wodurch ein Trägerkörper mit verbesserter Haltbarkeit geschaffen wird.
Besonders bevorzugte Ausführungsformen des Trägerkörpers nach der Erfindung werden nachfolgend detailliert unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung erläutert. Es ist nichtsdesto­ weniger zu berücksichtigen, daß die Erfindung nicht auf die dargestellten Ausführungsformen begrenzt ist.
Ein metallischer erfindungsgemäßer Trägerkörper H ist ein Hauptelement einer Abgasreinigungsvorrichtung A, wie in Fig. 6 bis 11 gezeigt.
Wie in jeder dieser Fig. 6 bis 11 gezeigt, ist die Abgas­ reinigungsvorrichtung A aus dem metallischen wabenförmigen Trägerkörper H und einem Metallgehäuse C, das an dessen gegenüberliegenden Seiten offen ist, hergestellt, um den wabenförmigen Trägerkörper H aufzunehmen und zu befestigen.
Strukturelle Details des wabenförmigen Trägerkörpers, der in der Abgasreinigungsvorrichtung A in den Fig. 6 bis 11 ver­ wendet wird, werden nachfolgend beschrieben.
Der wabenförmige Trägerkörper H, entsprechend einer ersten Ausführungsform der Erfindung wird zunächst unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschrieben.
Der wabenförmige Trägerkörper H, der in Fig. 1 gezeigt ist, wurde hergestellt, indem ein flaches Band aus wärmebeständi­ gem Metallblech und ein gewelltes Band 2 aus einem ähnlichen Metallblech übereinandergelegt wurden und anschließend gemeinsam zu einer Spirale aufgerollt wurden. Die Hauptmerk­ male des Trägerkörpers H nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung bestehen darin, daß das gewellte Band 2 eine geringere Breite als das flache Band 1 besitzt und bei Her­ stellung des wabenförmigen Trägerkörpers H vom gerollten Typ das gewellte Band 2 so angeordnet wird, daß dessen beiden Längskanten um vorherbestimmte Abstände W1, W2 von den ent­ sprechenden Enden des Trägerkörpers H zurückgesetzt sind. Mit anderen Worten ist der Trägerkörper H dadurch charakteri­ siert, daß an jedem axialen Ende des wabenförmigen Trägerkör­ pers H das flache Band 1 so angeordnet ist, daß es nach außen um die vorherbestimmte Länge W1 oder W2 über das gewellte Band 2 hinaus übersteht.
An jedem Ende des wabenförmigen Trägerkörpers H gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung, wie in Fig. 1 darge­ stellt, können die Längen W1 oder W2, über die das flache Band 1 über das gewellte Band übersteht, auf jeden gewünsch­ ten Wert eingestellt werden.
In Fig. 1 erstreckt sich das flache Band 1 über das gewellte Band 2 an jedem Ende des wabenförmigen Trägerkörpers H hinaus. Die Erfindung ist nicht auf diese bestimmte Konstruk­ tion begrenzt.
Im wabenförmigen Trägerkörper H entsprechend der ersten Aus­ führungsform der Erfindung kann das flache Band beispiels­ weise so angeordnet werden, daß es nach außen über den vor­ herbestimmten Abstand W1 über das gewellte Band 2 an ledig­ lich einem Ende des Trägerkörpers H hinaus übersteht.
Bei dieser Modifikation ist es bevorzugt, den wabenförmigen Trägerkörper H in der oben beschriebenen Struktur stromauf­ wärts, wie in Richtung des Abgasstromes gesehen, und zur Ver­ stärkung des Endabschnittes auf der stromabwärts gelegenen Seite (gesehen in Richtung eines Abgasstromes) und zum Vor­ teil, der durch das Anlöten beider Bänder 1 und 2 an jedem Endabschnitt des wabenförmigen Trägerkörpers H erzielt wird, wobei der Vorteil nachfolgend detailliert unter Bezugnahme auf die Fig. 4a bis 5b beschrieben wird, auszubilden.
Unter Bezugnahme auf Fig. 2 wird nachfolgend der wabenförmige Trägerkörper H gemäß einer zweiten Ausführungsform der Er­ findung beschrieben. Der größte Unterschied des wabenförmigen Trägerkörpers H der zweiten Ausführungsform des Trägerkörpers gegenüber der ersten Ausführungsform in Fig. 1 besteht darin, daß die Dimensions-Beziehungen zwischen dem flachen Band 1 und dem gewellten Band entgegengesetzt sind. Sie sind in den übrigen technischen Merkmalen identisch. In dem in der Fig. 2 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel ist das gewellte Band so angeordnet, daß sich über eine vorherbestimmte Länge W1 oder W2 gegenüber dem planaren Band an jedem Ende des wabenförmigen Trägerkörpers H hinaus erstreckt.
Ein wabenförmige Trägerkörper H entsprechend einer dritten Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 3 dargestellt. Ein flaches Band 1 und ein gewelltes Band sind in einer gestaf­ felten Beziehung angeordnet, so daß sich eines der beiden Bänder 1, 2 um eine vorherbestimmte Länge W1 oder W2 gegen­ über dem anderen an einen der gegenüberliegenden Enden des Trägerkörpers H hinauserstreckt, wobei sich das andere Band um eine vorherbestimmte Länge W2 oder W1 gegenüber dem vorge­ nannten einen Band am anderen Ende des Trägerkörpers H hinaus erstreckt. Die derart angeordneten Bänder 1, 2 werden sodann zum wabenförmigen Trägerkörper H zusammengerollt.
Beispielsweise können die flachen und gewellten Bänder erfin­ dungsgemäß Bänder von 0,02 mm bis 0,1 mm Dicke umfassen, die aus einem Chromstahl (Chromgehalt: 13 bis 25%) hergestellt sind, einem hitzebeständigen rostfreien Stahl, wie Eisen 20%, Chrom 5% Al, oder einem hitzebeständigen rostfreien Stahl, hergestellt durch Zugabe eines Elementes der seltenen Erden zum rostfreien Stahl, um die Hitze- und Oxidationsbeständig­ keit zu verbessern. Die Verwendung eines rostfreien Stahls mit Aluminiumgehalt als Bandmaterial ist bevorzugt, da die Zugabe von Aluminium die Wärme und Oxidationsresistenz ver­ bessern kann und bei einer Wärmebehandlung α-Aluminiumoxid in den unterschiedlichsten Formen, wie Whiskern und Pilzen auf den Oberflächen jedes Bandes auftreten und die feste Ab­ lagerung einer Waschbeschichtung auf der Oberfläche zur Auf­ nahme eines Abgasreinigungskatalysators auf derselben er­ leichtert.
Selbstverständlich ist es auch möglich, als flaches Band ein Band mit minimalen Wellen (Mikrowellen oder Mikro-Wellungen), die auf demselben ausgebildet sind, mit einer kleinen Wellen­ höhe und geringer Wellenlänge zu verwenden.
An jedem axialen Ende in der Nähe der äußeren Umfangswand des in den Fig. 1 bis 3 gezeigten wabenförmigen Trägerkörpers konzentriert und akkumuliert sich eine große Deformations­ kraft, insbesondere aufgrund der thermischen Belastung. Das flache Band (oder das gewellte Band) ist so angeordnet, daß es das gewellte Band nach außen überragt (oder das flache Band) an jedem axialen Ende in der Nähe der äußeren Umfangs­ wand des wabenförmigen Trägerkörpers H überragt. Es ist dem­ zufolge möglich, eine wirksame Dissipation der Deformations­ kraft durch die nach außen überstehenden Abschnitte des flachen Bandes (oder des gewellten Bandes) zu erzielen.
Dies wird der Existenz eines freien Endabschnitts in Form der nach außen überstehenden Abschnitte zugeschrieben. Während der Propagation der Deformationskraft aufgrund der Propaga­ tion der thermischen Belastungen in radialer und axialer Richtung ausgehend von einem Zentralabschnitt des wabenförmi­ gen Trägerkörpers H, wird angenommen, daß der freie Endab­ schnitt eine wichtige Rolle für die Absorption und Dissipa­ tion der thermischen Beanspruchung spielt.
Zusätzlich kann die Verwendung der oben beschriebenen Kon­ struktion im wabenförmigen Trägerkörper H gemäß der Erfindung einen zusätzlichen Vorteil bei Zusammenlöten der Komponenten des wabenförmigen Trägerkörpers H liefern.
Dies wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Fig. 4a bis 5b beschrieben. Fig. 4a und 4b sind vergrößerte Teil-Quer­ schnittsansichten der Abgasreinigungsvorrichtung A, die in Fig. 6 gezeigt ist, und die durch Löten und Befestigen des trägerförmigen Körpers gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung im Gehäuse C hergestellt wurde.
Fig. 4a zeigt einen Endabschnitt des wabenförmigen Träger­ körpers H, wobei der Endabschnitt stromaufwärts - in Richtung des Abgasflusses F gesehen - angeordnet ist und einen gegen­ überliegenden Endabschnitt des gleichen Trägerkörpers H, wo­ bei der gegenüberliegende Endabschnitt an der stromabwärts gelegenen Seite, gesehen in Richtung des Abgasstromes F, angeordnet ist.
Da das flache Band 1 so angeordnet ist, daß sich um die vor­ her bestimmte Länge über das gewellte Band 2 an beiden Endab­ schnitten des wabenförmigen Trägerkörpers H hinaus erstreckt, ändert sich die Wanddicke jeder Abgaspassage (Zelle) stufen­ weise in Richtung des Abgasflusses. Es ist bemerkenswert, daß die Dicke des flachen und gewellten Bandes durch "t" in den Zeichnungen bezeichnet ist.
Nach Zusammenlöten beider Bänder nach dem Aufbringen eines Lötmaterials auf dieselben wird eine Füllung F (eine Anhäu­ fung des Lötmaterials) in Form einer kurvenförmigen, im wesentlichen dreiecksförmigen Anordnung, wie im Querschnitt gezeigt, an jedem Kontaktpunkt zwischen den Bändern 1 und 2 gebildet. Die Füllungen F in gebogener Form dienen als Leiter für den Abgasstrom F und richten und glätten den Abgasstrom an den Einlaß- und Auslaßseiten des wabenförmigen Träger­ körpers, wodurch es möglich wird, das Auftreten starker Ände­ rungen im Strom oder das Auftreten von Wirbeln zu vermeiden, und dadurch ein Ansteigen des Druckrückschlags (Druckwiderstandes) zu vermeiden. Die Füllungen sind daher bevorzugt, um eine Herabsetzung der Leistung eines Verbren­ nungsmotors zu vermeiden.
Fig. 5a und 5b entsprechen andererseits Fig. 4a und 4b und sind Teilansichten von axialen Querschnitten konventioneller Trägerkörper.
Bei konventionellen Anordnungen werden alle Endflächen der Trägerkörper gemeinsam abschließend aus einem flachen Band 1 und einem gewellten Band 2′ gebildet, so daß, wie in den Zeichnungen dargestellt, die Dicke jeder derart hergestellten Wand doppelt (2t) ist, sofern nur die Dicke jedes Bandes und keine Füllung f′ praktisch berücksichtigt wird. Da keine Fül­ lung in den konventionellen Trägerkörpern ausgebildet wird, trifft der Abgasstrom F auf die Wand doppelter Dicke (2t), da jedes Band am Einlaß anliegt, so daß die Richtung des Abgas­ stromes stark verändert wird. Die Passagefläche expandiert plötzlich am Auslaß, so daß der Abgasstrom teilweise unter Entstehung von Wirbeln (Karman′s Wirbel) rückströmt. Daraus folgt Druckrückschlag und erhöhter Fließwiderstand, wodurch die Leistung des Triebwerks nachteilig verringert wird.
Der erfindungsgemäße Trägerkörper H wird in das Metallgehäuse C eingebracht und befestigt und derart die Abgaseinrichtungs­ vorrichtung aus Metall hergestellt.
Die Erfindung kann auf wabenförmige Trägerkörper H unter­ schiedlichster Strukturen angewendet werden. Nachfolgend wird eine Beschreibung dahingehend gegeben.
Beispiele metallischer Abgasreinigungsvorrichtungen A umfas­ sen die in Fig. 6 bis 11 gezeigten.
Ein wabenförmiger Trägerkörper H der metallischen Abgasreini­ gungsvorrichtung in Fig. 6 ist vom gerollten Typ, der dadurch hergestellt wurde, daß ein flaches und gewelltes Band über­ einandergelegt wurde und sodann gemeinsam zu einer Spirale aufgerollt wurde (siehe Fig. 1). Die Dimensionsbeziehungen beider Bänder 1 und 2 am jeweiligen Ende des wabenförmigen Trägerkörpers ist in Fig. 1 gezeigt, so daß eine weitere Beschreibung nicht nötig ist.
Als Resultat des Zusammenrollens beider Bänder 1, 2 in über­ einanderliegende Schichten werden viele netzwerkartige Gas­ flußpassagen (Zellen) 3 automatisch als Passagen für Abgas gebildet.
Ein wabenförmiger Trägerkörper H in der in Fig. 7 dargestell­ ten Abgasreinigungsvorrichtung aus Metall ist vom Typ der übereinanderliegenden Schichten, der durch abwechselndes Übereinanderlegen flacher Bänder 1 und gewellter Bänder 2 übereinander gebildet wurde, oder, mit anderen Worten, durch alternierendes Übereinanderlegen derselben in Schichten.
Ein wabenförmiger Trägerkörper H in der metallischen Abgas­ reinigungsvorrichtung, die in Fig. 8 gezeigt ist, ist eine Modifikation der Abgasreinigungsvorrichtung des gerollten Typs, wie in Fig. 6, und ist oval, wie im Querschnitt ge­ zeigt. Er wurde dadurch hergestellt, indem ein flaches Band 1 und ein gewelltes Band 2 zu einem zusammengesetzten Körper mit einer großen Zentralöffnung aufgerollt werden und an­ schließend die Zentralöffnung unter Druckanwendung kollabiert und der Gegenstand in eine ovale Form, wie im Querschnitt gezeigt, zusammengedrückt wird. Beim wabenförmigen Träger­ körper H, wie er in Fig. 8 gezeigt ist, ist das flache Band mit Mikrowellen ausgerüstet.
Ein wabenförmiger Trägerkörper H in der in Fig. 9 dargestell­ ten Metallabgasreinigungsvorrichtung ist vom Radialtyp, der durch Zusammenbringen eines flachen und gewellten Bandes zur Ausbildung eines Reinigungselementes E und Veranlassen einer vorherbestimmten Anzahl derartiger Reinigungselemente dazu, sich radial von einer festen Stange B als Ursprung zu er­ strecken, hergestellt wurde. Außer dem gewellten Band 2 eines Reinigungselements E werden alle gewellten Bänder 2 der übri­ gen Reinigungselemente E aus Vereinfachungsgründen als flache Bänder dargestellt.
Ein wabenförmiger Trägerkörper H einer, in Fig. 10 gezeigten, metallischen Abgasreinigungsvorrichtung kann, wie nachfolgend beschrieben, hergestellt werden. Ein flaches Band 1 und ein gewelltes Band 2 werden übereinander gelegt, so daß ein Reinigungselement E gebildet wird. Eine vorherbestimmte An­ zahl derartiger Reinigungselemente E werden zu einem mehr­ schichtigen Stapel übereinander gelegt, wobei die gegenüber­ liegenden äußersten Wände derselben aus flachen Bändern bestehen. Vorrichtungen für das Aufrollen (Rollstangen) wer­ den sodann an zwei festen Punkt S1, S2 angeordnet, die sich an den unteren und oberen äußersten Wänden befinden. Der mehrschichtige Stapel wird sodann um die Rollstangen gerollt, wodurch ein S-förmiger wabenförmiger Trägerkörper H herge­ stellt wird, bei dem jedes Reinigungselement E in im wesent­ lichen S-förmiger Konfiguration geformt wurde. Als Modifika­ tion dieses wabenförmigen Trägerkörpers H ist es auch mög­ lich, einen in diesem Gebiet bekannten wabenförmigen Träger­ körper einzusetzen, der von dem Typ ist, bei dem zwei große "Kommata" so vereinigt werden, daß sie einen perfekten Kreis bilden. Der wabenförmige Trägerkörper dieser Modifikation kann hergestellt werden, indem drei Stapel gebildet werden und sodann diese um drei Rollstangen gerollt werden, um diese zu drei großen kommaförmigen Gebilden zu formen, die so ver­ einigt werden, daß ein perfekter Kreis gebildet wird.
Ein wabenförmigen Trägerkörper H für die in Fig. 11 darge­ stellte metallische Abgasreinigungsvorrichtung kann, wie nachfolgend beschrieben, hergestellt werden. Ein flaches Band 1 und ein gewelltes Band 2 werden zur Bildung eines Reini­ gungselementes E übereinandergelegt. Eine vorherbestimmte An­ zahl derartiger Reinigungselemente E werden übereinander­ gelegt, um einen Stapel mit einander gegenüberliegenden äußersten Wänden zu bilden, die aus den flachen Bändern 1 bestehen. Vier derartiger Stapel S1 bis S4 werden ihren einen Enden durch eine zentral angeordnete Halteklammer (nicht gezeigt) zusammengehalten und sodann in gleicher Richtung um die Haltevorrichtung gerollt. Es ist zu berücksichtigen, daß Fig. 11 im Detail die Konstruktion lediglich eines der Stapel und der den Stapel bildenden Reinigungselemente E zeigt. Ferner ist jedes flache Band 1 mit Mikrowellen ausgerüstet.
Bei Trägerkörpern H des oben beschriebenen Typs werden die jeweiligen Stapel S1 bis Sn (n: erwünschte Anzahl der Stapel) in Form eines X (in einem Swastika-Muster) an einem Mittel­ abschnitt des wabenförmigen Trägerkörpers H verbunden, so daß der wabenförmige Trägerkörper H allgemein als "X-förmiger (oder swastikaförmiger) Trägerkörper" bezeichnet wird.
Das Aussehen der Front des X-förmigen wabenförmigen Träger­ körpers kann in unterschiedlicher Weise variieren, abhängig von der Form der entsprechenden Stapel S1 bis Sn. Beispiels­ weise kann die Front des X-förmigen Trägerkörpers eine im wesentlichen kreisförmige, quadratische oder ovale Form annehmen, wenn die jeweiligen Stapel S1 bis Sn in Form eines Rechtecks, Trapezoids oder Parallelogramms - in Seitenansicht vorliegen.
Bei jeder der metallischen Gasreinigungsvorrichtungen A, wie oben beschrieben, ist keine besondere Vorschrift für die Form des Metallgehäuses C gegeben, in das der wabenförmige Träger­ körper H eingesetzt und befestigt wird, vorausgesetzt, das Metallgehäuse C ist an seinen gegenüberliegenden Enden offen. Die in den Fig. 6 bis 11 gezeigten Metallgehäuse umfas­ sen sowohl Metallgehäuse mit kreisförmigem Querschnitt als auch Metallgehäuse mit ovalem Querschnitt. Es ist nichts­ destoweniger zu bemerken, daß die Erfindung nicht auf die Verwendung derartiger Metallgehäuse eingeschränkt ist. Bei­ spielsweise kann eine Abgasreinigungsvorrichtung unter Ver­ wendung eines Metallgehäuses mit im wesentlichen dreieckigem Querschnitt hergestellt werden, so daß die Abgasreinigungs­ vorrichtung in einem Raum in einem unteren Bereich eines Kraftfahrzeugkörpers aufgenommen werden kann.
Als Material derartiger Metallgehäuse kann entweder hitze­ beständiger Stahl des gleichen Typs, wie für den wabenförmi­ gen Trägerkörper verwendet, oder Material mit hoher Wärme- und Korrosionsbeständigkeit eingesetzt werden. Alternativ ist es auch möglich, eine Doppelschichtstruktur einzusetzen, wobei eine äußere Schicht aus einem Metallmaterial herge­ stellt ist, das eine höhere Wärme- und Korrosionsresistenz besitzt als das Metallmaterial der inneren Schicht, insbe­ sondere aus einem Verkleidungsstahl, aus ferritischem rost­ freiem Stahl als Innenschicht und einem austenitischen rost­ freien Stahl als Außenschicht.
Beispiele
Nachfolgend wird die Erfindung detailliert anhand der nach­ folgenden Beispiele beschrieben. Es ist nichtsdestoweniger zu berücksichtigen, daß die Erfindung nicht auf eines der oder durch die nachfolgenden Beispiele begrenzt ist.
1. Flaches und gewelltes Band
Es werden die nachfolgenden flachen und gewellten Bänder aus hitzebeständigem Stahl aus Fe-20%Cr-5%Al-0,02%Ce eingesetzt:
(i) flaches Band
Dicke:|50 µm
Breite: 70 mm
(ii) gewelltes Band
Dicke:|50 µm
Breite: 60 mm
Wellenlänge: 4,2 mm
Wellenberghöhe: 1,5 mm
2. Herstellung eines wabenförmigen Trägerkörpers
Wie in Fig. 1 gezeigt werden ein flaches und ein gewelltes Band übereinandergelegt (W1 = W2 = 5 mm) und gemeinsam zu Schichten so zusammengerollt, daß ein wabenförmiger Träger­ körper mit einem Außendurchmesser von 70 mm hergestellt wird, der axial mehrere netzwerkförmige Gasflußpassagen aufweist. Während der Herstellung des wabenförmigen Trägerkörpers durch das Aufrollen werden die gewellten Formen beider Bänder nicht deformiert, so daß diese zum mehrschichtigen zusammen­ gesetzten Körper mit vorherbestimmter Zellenkonzentration zusammengerollt werden können.
Nachfolgend wurde der wabenförmige Trägerkörper in ein Metallgehäuse mit einem Innendurchmesser von etwa 70 mm aus hitzebeständigem Stahl (JIS G4312 SUH310S) eingebracht. Beide Enden des wabenförmigen Trägerkörpers und ihre benach­ barten Bereiche (Bereiche bis zu 10 mm von den jeweiligen Enden entfernt) wurden in eine Aufschlämmung eines Lötmate­ rials auf Nickelbasis gebracht, und nach Trocknen der Auf­ schlämmung wurde der wabenförmige Trägerkörper in einem Vakuumofen wärmebehandelt, wodurch der wabenförmige Träger­ körper verlötet und an den Kontaktpunkten zwischen den Bändern und auch an den Kontaktpunkten zwischen dem Träger­ körper und dem Metallgehäuse verlötet und befestigt wurde.
Auf der derart hergestellten Abgasreinigungsvorrichtung wur­ den katalysatortragende Schichten, wie nachfolgend be­ schrieben, gebildet. Die Oberflächen jedes Bandes, die den wabenförmigen Trägerkörper bilden, wurden mit einer Auf­ schlämmung von aktiviertem Aluminiumoxid(γ-Al2O3)-Pulver und einem Aluminiumoxid-Sol überzogen. Der derart überzogene wabenförmige Trägerkörper wurde sodann bei 600°C unter Bildung tragender Schichten wärmebehandelt.
3. Bewertung und Verhalten
Die oben beschriebene Abgasreinigungsvorrichtung mit den katalysatortragenden Schichten wurde einem Schnellerhitzungs- und Abkühltest (burner spalling test) unterworfen, der aus 100 Zyklen von Raumtemperatur bis 900°C bestand sowie einem Vibrationstest. Es wurde keine Deformation, Brechen oder Riß­ bildung an irgendeinem Teil der Komponenten des wabenförmigen Trägerkörpers beobachtet. Ferner wurde auch keine Auf- oder Ablösung an irgendeinem Kontaktpunkt beobachtet. Weiterhin wurde auch kein Herausfallen oder Ablösen von katalysator­ tragenden Schichten beobachtet.

Claims (7)

1. Metallischer Trägerkörper (H) zur Aufnahme von Abgas­ reinigungskatalysator-Materialen, wobei der Trägerkörper herstellbar ist durch: versetztes Übereinanderlegen eines flachen aus einem Metallblech bestehenden Metall­ bandes (1) und eines gewellten, aus einem anderen Metallblech bestehenden Metallbandes (2) unter Aus­ bildung einer Anzahl netzartiger Gasflußpassagen (3) entlang dessen Mittelachse, dadurch gekennzeichnet, daß an den gegenüberliegenden Enden des wabenförmigen Trä­ gerkörpers (H) entweder das planare Band oder das ge­ wellte Band (2) das andere überragt.
2. Metallischer Trägerkörper nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das flache Band (1) das gewellte Band (2) an einem axialen Ende des wabenförmigen Träger­ körpers (H) außen überragt, wobei das axiale Ende strom­ aufwärts, in Richtung eines Abgasstromes gesehen, liegt.
3. Metallischer Trägerkörper gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das gewellte Band (2) das flache Band (1) an einem axialen Ende des wabenförmigen Träger­ körpers (H) überragt, wobei das axiale Ende stromabwärts - in Richtung des Abgasstromes gesehen - liegt.
4. Metallischer Trägerkörper nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das flache Band (1) das gewellte Band (2) an jeden der gegenüberliegenden axialen Enden des wabenförmigen Trägerkörpers (H) überragt, wobei die gegenüberliegenden axialen Enden stromabwärts und strom­ aufwärts, gesehen in der Richtung des Abgasstromes, angeordnet sind.
5. Metallischer Trägerkörper gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das gewellte Band (2) das flache Band (1) an jedem der gegenüberliegenden axialen Enden des wabenförmigen Trägerkörpers (H) überragt, wobei die gegenüberliegenden axialen Enden stromaufwärts und stromabwärts, in Richtung eines Abgasstromes gesehen, liegen.
6. Metallischer Trägerkörper gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das flache Band (1) das gewellte Band (2) an einem der gegenüberliegenden axialen Enden überragt, wobei das gewellte Band (2) das flache Band (1) am anderen axialen Ende überragt.
7. Metallischer Trägerkörper nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das flache Band (1) und das gewellte Band (2) an mindestens einigen ihrer Kontaktpunkte verlötet sind.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1997045200A1 (en) * 1996-05-31 1997-12-04 Nissan Motor Co., Ltd. Carrier body for exhaust gas catalysts
DE19816482A1 (de) * 1998-04-14 1999-10-21 Siemens Ag Plattenkatalysator

Families Citing this family (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0713725B1 (de) * 1994-11-22 2001-04-25 Cataler Industrial Co., Ltd. Katalysator mit metallischem Träger
US5651906A (en) * 1995-07-12 1997-07-29 W. R. Grace & Co.-Conn. Electrically heatable converter body having plural thin metal core elements attached only at outer ends
US5846495A (en) * 1995-07-12 1998-12-08 Engelhard Corporation Structure for converter body
WO1997023325A1 (en) * 1995-12-22 1997-07-03 W.R. Grace & Co. Assembly and method for making catalytic converter structures
US6060173A (en) * 1996-04-17 2000-05-09 Englehard Corporation Metal honeycomb body
US20010033812A1 (en) * 1997-06-24 2001-10-25 Haruhiko Nagura Catalyst converter
DE19749379A1 (de) * 1997-11-07 1999-05-20 Emitec Emissionstechnologie Katalysator-Trägerkörper mit verbesserter Wärmeabstrahlung
US6190432B1 (en) 1999-02-26 2001-02-20 Donaldson Company, Inc. Filter arrangement; sealing system; and methods
US6348085B1 (en) 1999-11-10 2002-02-19 Donaldson Company, Inc. Filter arrangement and methods
US6368374B1 (en) 2000-06-13 2002-04-09 Donaldson Company, Inc. Filter arrangement and methods
US6610126B2 (en) 2001-06-06 2003-08-26 Donaldson Company, Inc. Filter element having sealing members and methods
US6517598B2 (en) 2001-06-06 2003-02-11 Donaldson Company, Inc. Filter element having flange and methods
US6852141B2 (en) * 2001-06-06 2005-02-08 Donaldson Company, Inc. Filter element having center piece and methods
EP1608453B1 (de) 2003-03-18 2010-06-02 Donaldson Company, Inc. Verbessertes verfahren zum wickeln von z-filtermedien
US7048500B2 (en) * 2004-03-01 2006-05-23 Donaldson Company, Inc. Silencer for ventilation system and methods
US7297173B2 (en) * 2004-11-30 2007-11-20 Donaldson Company, Inc. Gas turbine air intake system with bypass arrangement and methods
US8083825B2 (en) * 2005-02-28 2011-12-27 Donaldson Company, Inc. Filter arrangement and method
FR2899430B1 (fr) * 2006-04-11 2010-03-19 Kuhn Sa Rouleau conditionneur de faucheuse-conditionneuse, procede de fabrication d'un tel rouleau et faucheuse-conditionneuse equipee d'un tel rouleau
JP2007302542A (ja) * 2006-05-15 2007-11-22 Denso Corp セラミックハニカム成形体の焼成用治具
CN102798123B (zh) * 2011-05-26 2016-05-04 中山炫能燃气科技股份有限公司 一种红外线金属发热体及其制作方法
DE102011051605A1 (de) * 2011-07-06 2013-01-24 Dbk David + Baader Gmbh Heizeinrichtung
BR112014005075A2 (pt) * 2011-09-05 2017-03-28 Basf Corp métodos para aplicação de um material de brasagem a uma matriz alveolar de metal e para a fabricação de uma matriz alveolar de metal, e, matriz alveolar de metal
EP3368216A1 (de) * 2015-10-28 2018-09-05 Umicore AG & Co. KG Wabenkatalysator zur entfernung von stickoxiden in rauch- und abgasen und verfahren zur herstellung davon

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2902779C2 (de) * 1979-01-25 1985-09-26 Süddeutsche Kühlerfabrik Julius Fr. Behr GmbH & Co. KG, 7000 Stuttgart Matrix für einen katalytischen Reaktor zur Abgasreinigung bei Brennkraftmaschinen
JPS6166610A (ja) * 1984-09-07 1986-04-05 吉川工業株式会社 コンクリ−ト成型用型枠
JPS62158117A (ja) * 1986-01-07 1987-07-14 Ube Ind Ltd Plztの仮焼粉末の製造方法
JPS63105221A (ja) * 1986-10-21 1988-05-10 Toyota Motor Corp 排気ガス浄化用メタル担体触媒
EP0279159B2 (de) * 1987-01-19 1995-07-05 Emitec Gesellschaft für Emissionstechnologie mbH Metallischer Katalysator-Trägerkörper aus zwei unterschiedlich gewellten Blechlagen
JPS6430651A (en) * 1987-07-27 1989-02-01 Calsonic Corp Metallic catalyst carrier
JPH0733526B2 (ja) * 1988-12-09 1995-04-12 住友金属工業株式会社 クラッド金属管の製造方法
JPH04136412A (ja) * 1990-09-28 1992-05-11 Nissan Motor Co Ltd ハニカム触媒コンバータの加熱装置
US5153167A (en) * 1991-05-22 1992-10-06 Nippon Steel Corporation Honeycomb catalyst carrier

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1997045200A1 (en) * 1996-05-31 1997-12-04 Nissan Motor Co., Ltd. Carrier body for exhaust gas catalysts
DE19816482A1 (de) * 1998-04-14 1999-10-21 Siemens Ag Plattenkatalysator
US6287524B1 (en) 1998-04-14 2001-09-11 Siemens Aktiengesellschaft Plate-type catalytic converter
DE19816482C2 (de) * 1998-04-14 2001-11-29 Siemens Ag Plattenkatalysator

Also Published As

Publication number Publication date
JPH05301049A (ja) 1993-11-16
US5374402A (en) 1994-12-20
JP3336035B2 (ja) 2002-10-21

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