DE68921876T2

DE68921876T2 - Metallträger mit widerstand gegen thermische ermüdung bei abgasfahrzeugkatalysatoren.

Info

Publication number: DE68921876T2
Application number: DE68921876T
Authority: DE
Inventors: Hikaru Toyota Jidosha K Aoyagi; Yasushi Nippon Steel Ishikawa; Akihiko Nikkin R D Co Kasahara; Tadanobu Komai; Takuo Nippon Steel Corpo Kouno; Shinichi Matsumoto; Yoshio Nippon Kinzok Nishizawa; Masaaki Toyota Jidosha Ohashi; Yutaka Sadano; Shinji Toyota Jidosha Shibata; Tatsuo Sugiura; Toshihiro Toyota Jidosh Takada; Takashi Nippon Steel Co Tanaka; Mikio Nippon Steel Co Yamanaka; Masao Yashiro
Original assignee: Nippon Steel Corp; Nippon Kinzoku Co Ltd; Toyota Motor Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp; Nippon Kinzoku Co Ltd; Toyota Motor Corp
Priority date: 1988-10-04
Filing date: 1989-10-04
Publication date: 1995-07-20
Anticipated expiration: 2009-10-05
Also published as: EP0389645A1; WO1990003842A1; EP0389645A4; DE68921876D1; JPH0545298B1; EP0389645B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen metallischen Träger für einen Katalysator, der bei In-Kontakt-Kommen mit Abgas, das NOx, HC, CO, usw. enthält, das Gas durch katalytische Umwandlung reinigt, und insbesondere einen metallischen Träger für den Einsatz in der Abgasanlage eines Automotors mit einem Aufbau, in dem der Katalysator so geträgert wird, daß er seine Funktion in vollem Umfang ausführen kann und eine ausreichende Stabilität gegen den Druck von heißem Auspuffgas und gegen die Vibration des Motors und eine ausreichenden Hitze- und Ermüdungsbeständigkeit gegen heftige Temperaturschwankungen aufweist.
Es sind mehr als 10 Jahre vergangen, seit die Regulierung von Autoauspuffgasen in Kraft gesetzt wurde, wobei jetzt die Auspuffgase durch Verbesserungen des Motors und durch katalytische Umwandlung reguliert werden. Die Mehrzahl der derzeit erhältlichen Katalysatoren zur Reinigung von Auspuffgasen haben einen Aufbau, in dem Gamma-Aluminiumoxid- Pulver geträgert wird und deren Träger Edelmetalle wie Pt auf einer keramischen Wabe wie CORDIOLITE sind. Diese keramische Wabe besitzt eine relativ hohe Beständigkeit gegenüber dem Auspuffgas und eine beschränkte thermische Beständigkeit des Netzpuffers aus rostfreiem Stahl, der zwischen der Wabe und der Ummantelung eingebracht ist, um das Brechen der Wabe zu vermeiden. Die Wabe muß daher bei einer relativ niedrigen Temperatur betrieben werden.
Derzeit sind metallische Träger, die aus Folien aus Edelstahl hergestellt und zum überwinden der oben genannten Nachteile konventioneller Katalysatorträger geeignet sind, vorgeschlagen worden und haben die Aufmerksamkeit der beteiligten Industrien auf sich gezogen. Im allgemeinen sind metallische Träger aus einer Wabe zusammengesetzt, die durch Laminieren oder Wickeln einer flachen Metallfolie (Flachfolie) und einer gewellten Metallfolie (Wellfolie) geformt wird, und einer metallischen Ummantelung, in der die Wabe untergebracht ist. Diese müssen natürlich eine ausreichende thermische Beständigkei, um der hohen Temperatur und den sehr schnellen Auspuffgasen in einer Reaktion standhalten zu können haben als auch eine Hitze- und Ermüdungsbeständigkeit haben, die sie gegen extreme Erwärmungs- und Abkühlbedingungen haltbar macht.
Als metallische Träger, die dafür geeignet sind, den heißen und sehr schnellen Auspuffgasen standzuhalten, werden Folien aus Edelstahl mit einer hervorragenden Oxidationsbeständigkeit und einer vergrößerten beiderseitigen Verbindungsfläche wirksam eingesetzt. Metallische Träger, die lediglich diesen Aufbau haben, können extremem Erwärmen und Abkühlen nicht standhalten. In dem metallischen Träger, der in der Abgasanlage eines Autos eingebaut ist, wird die Wabe nämlich beim Starten und Beschleinigen vor der Ummantelung erwärmt. Im Fall eines Motorsystem, in dem eine Motorbremse zur Verzögerung angewandt und die Kraftstoffzufuhr gestoppt wird, wird die Wabe vor dem äußeren Zylinder abgekühlt und es tritt so eine große Temperaturdifferenz zwischen der Ummantelung und der Wabe zusammen mit der Temperaturverteilung in der Wabe auf. Die Temperaturdifferenz ist während des Beschleunigens und des Verzögerns unterschiedlich und da im allgemeinen die Wabe aus einem Material hergestellt ist, das einen anderen thermischen Ausdehnungskoeffizienten hat als das Material, das für die Ummantelung verwendet wird, tritt eine große thermische Spannung in der Nähe des äußeren Umfangs der Wabe auf. Dementsprechend bricht die Wabe in dem nahe der Ummantelung gelegenen Teil und die Wabe wird somit durch den Rückdruck der Abgasströmung zu deren Abwindseite wegbewegt.
Aus dem US-Patent Nr. 4,186,172 und der geprüften Japanischen Patentveröffentlichung (Kokoku) Nr. 60-27807, usw. sind Verfahren zur mechanischen Anbringung der Wabe bekannt, um die Nachteile der konventionellen metallischen Träger, in denen alle Folien fest miteinander verbunden sind, zu überwinden. Weiterhin sind aus den ungeprüften Japanischen Patentveröffentlichungen (Kokai) Nr. 62-45345 und Nr. 61-199574 Verfahren für das teilweise Verbinden der Wabe bekannt. Diese Veröffentlichungen geben keine genaue Offenbarung über Verfahren zum Verbinden der Wabe mit der Ummantelung . Wie z.B. in der ungeprüften Japanischen Patentveröffentlichung Nr. 61-199574 offenbart, sind die Flach- und die Wellfolien nur an den entgegengesetzten Enden des Wabenkörpers miteinander verbunden nicht aber in dem Zwischenstück zwischen den Wabenkörperenden. In dieser Konstruktion ist die Verbindung zwischen dem Wabenkörper und der Ummantelung sehr instabil und unter dem Gesichtspunkt der Festigkeit der Verbindung des Wabenköpers mit der Ummantelung und/oder der Hitze- und Ermüdungsbeständigkeit unbefriedigend. Auch die ungeprüfte Japanische Gebrauchsmuster Veröffentlichung Nr. 62-160728 offenbart ein Verfahren zur mechanischen Anbringung des Wabenkörpers an der Ummantelung. In diesem Aufbau, der getrennt von der Ummantelung ist, vibriert der Wabenkörper allerdings so in der Ummantelung, daß der durch diesen getragene Katalysator möglicherweise herausfällt, was zu einer verminderten katalytischen Umwandlung der Abgase führt.
Des weiteren offenbart die ungeprüfte Japanische Gebrauchsmuster Veröffentlichung Nr. 62-194436 einen metallischen Wabenträger, in dem der Wabenkörper an seinem äußeren Umfang nur an einem Querschnitt der Innenseite der Ummantelung mit dieser verbunden ist. Auch die ungeprüften Japanischen Patentveröffentlichungen Nr. 62-273050 und 62- 273051 offenbaren Strukturen in denen nur die Enden der Folien axial mit der Ummantelung, die Flach- und die Wellfolien untereinander aber nicht verbunden sind, um durch den Hitzezyklus hervorgerufene themische Spannungen und thermische Ermüdung zu unterdrücken. Weiterhin offenbart die ungeprüfte Japanische Patentveröffentlichung Nr. 62-83044 ein Verfahren zur Herstellung eines Waben-aufbaus, der, dadurch, daß auch die Flachfolie in Wellen großer Intervalle gelegt wird und die Wellfolie Wellen kurzer Intervalle formt, um zusätzlich eine Verformung der Zellen des Wabenkörpers an den Verbindungen zu ermöglichen, nur eine minimale thermische Spannung erfährt. Diese konventionellen Verfahren können jedoch keinen Aufbau schaffen, in dem die Verbindungen zwischen den Flach- und den Wellfolien innerhalb des Wabenkörpers den heißen und sehr schnellen Abgasen ausreichend standhalten können.

Offenbarung der Erfindung

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die obengenannten Nachteile der konventionellen Techniken durch Schaffung eines metallischen Trägers mit einer Hitze- und Ermüdungsbeständigkeit, durch die dieser einer heißen und sehr schnellen Abgasströmung und weiterhin einer rapider Erwärmung und Abkühlung standhalten kann, zu überwinden.
Die obengenannte Aufgabe wird erreicht, indem ein metallischer Träger für einen Autoabgasreinigungs-Katalysator geschaffen wird, in dem, selbst beim Auftreten einer Temperaturverteilung zwischen der Wabe und der Ummantelung und im Inneren der Wabe, ein kritisches Brechen aufgrund von thermischer Ermüdung selten auftritt. Dieser metallische Träger umfaßt eine metallische Wabe, die durch Zusammenwickeln von flachen und gewellten Metallfolien geformt ist, und eine metallische Ummantelung, die die Wabe umschließt. Hierbei sind die Flach- und die Wellfolien in zumindest einem axialen Endteil der Wabe in einem Bereich vom äußersten zum innersten Umfang verbunden (dieser Teil wird im folgenden als "Endflächenteil" bezeichnet). Die Flach- und die Wellfolien sind in einem Bereich vom äußersten Umfang bis zu einem Bereich von einer Wicklung bis zu weniger als einem Viertel der Gesamtanzahl an Wicklungen in mindestens einem Teil eines an das Endflächenteil angrenzende Zwischenstück verbunden (dieser Teil wird im folgenden als "umfangsverstärkende Schicht" bezeichnet). Die Verbindung zwischen der Well- oder der Flachfolie und der metallischen Ummantelung ist am äußersten Umfang der Wabe in dem Zwischenstück vorgenommen.
Der Aufbau dieser Verbindung sollte so sein, daß der metallische Träger von außen angreifenden Kräften, wie z.B. den heißen und sehr schnellen Abgasen, Motorvibration sowie der thermischen Spannung, die durch Erwärmen und Abkühlen der Abgase auf den Wabenkörper ausgeübt werden, standhalten kann.
Um die in dem Wabenkörper entwickelte thermischen Spannung zu minimieren, ist es notwendig, die Folien so miteinander und mit der Ummantelung zu verbinden, daß die thermische Spannung reduziert werden kann und daß auch ein teilweiser Bruch aufgrund von thermischer Ermüdung, wenn überhaupt, nicht zu einem kritischen Bruch des Trägers, wie z.B. einer Wabenverschiebung, führt. Es ist bekannt, daß, je höher die Anzahl der Verbindungen, desto größer die Steifheit der Wabe, wodurch die Festigkeit höher, die thermische Spannung innerhalb des Wabenkörpers aber größer ist. Wie z.B. in Fig. 18, wo die Flach- und die Wellfolien im gesamten Bereich innerhalb des Wabenkörpers miteinander verbunden sind oder wo diese insgesamt auch mit der Ummantelung verbunden sind, gezeigt wird, wird eine extreme Temperaturänderung eine große thermische Spannung im Inneren des Wabenkörpers und zwischen der Wabe und der Ummantelung hervorrufen, durch welche die Folien, die in der Nähe des äußeren Umfangs der Wabe liegen, dann brechen und so eine Verschiebung der Wabe nach kurzem Gebrauch des Trägers verursachen. Um diese thermische Spannung zu unterdrücken sollten die Flach- und die Wellfolien untereinander ungebunden bleiben. Es ist aber auch offensichtlich, daß es ein solcher Aufbau dem Träger nicht erlaubt, haltbar gegen von außen angreifende Kräfte zu sein. Daher ist es notwendig, eine minimale Anzahl an Verbindungen zwischen den Flach- und den Wellfolien zu schaffen, mit der der Träger den von außen angreifenden Kräften standhalten kann. Bei dem Träger mit einem Verbindungsaufbau, wie in Fig. 19 gezeigt, sind in einem Bereich vom äußersten bis zum innersten Umfang in der Nähe der entgegengesetzten Endflächenteile der Wabe, die Flach- und die Wellfolien in allen Schichten miteinander verbunden. Die Wabe und die Ummantelung sind, in einem Teil, in dem die Flach- und die Wellfolien nicht miteinander verbunden sind, am äußeren Umfang dieses Teils miteinander verbunden und zwischen den Teilen W-1 und W-2 mit einem vorbestimmten Abstand von den Innenseiten 8-1 und 9-1 von den Endflächenteilen. Bei diesem Aufbau ist die Wabe nicht an beiden Endflächenteilen, wo die thermische Spannung am größten ist, an der Ummantelung befestigt sondern am äußeren Umfang eines Teils 10, wo die Flach- und die Wellfolien nicht miteinander verbunden sind und die thermische Spannung relativ gering ist. Unter dem Gesichtspunkt der Verringerung der thermischen Spannung scheint dieser Aufbau nämlich angemessen zu sein. Bei diesem Aufbau muß jedoch eine äußerste Folie zwischen W-1 und 8-1 und W-2 und 9-1 die gesamte Wabe halten, so daß dieser Aufbau nicht mechanisch haltbar ist und daher eine kurze Lebensdauer hat. In Fig. 20 ist ein verbesserter Aufbau gezeigt, bei dem die Wabe und die Ummantelung in einer Zone miteinander verbunden sind, die sich auf einen Teil der äußeren Umfänge der Endflächenteile erstreckt. Dieser verbesserte Aufbau hat eine ausreichende mechanische Festigkeit und eine beträchtlich längere Lebensdauer gegen thermische Ermüdung. Thermische Spannung tritt jedoch in der Verbindung zwischen den Endflächenteilen und dem äußeren Zylinder auf und verursacht ein Brechen der Verbindungen, was schließlich zur Verschiebung der Wabe führt. Die thermische Spannung wird durch die Ausdehnung und das Schrumpfen aufgrund der Wärme im Inneren des Trägers hervorgerufen und wird in den äußersten Umfangsteilen maximal. Wenn das Innere schrumpft, wirkt auf die äußersten Umfangsteile eine Zugspannung. Sind die Flach- und die Wellfolien bei diesem Aufbau nur in der Nähe des äußeren Umfangs des Wabenkörpers, nicht aber in dessen Innerem, miteinander verbunden, so werden in dem äußeren Umfangsteil keine großen thermischen Spannungen auftreten, selbst wenn das Innere schrumpft.
Dementsprechend schafft die vorliegende Erfindung einen Trägeraufbau, in dem die Flach- und die Wellfolien des Wabenkörpers nur in der Nähe des äußeren Umfangs der Wabe, nicht aber in deren Innerem, miteinander verbunden sind. Eine Verschiebung der Flachfolien, ein sogenanntes "scoping", aufgrund der Abgasströmung oder ein Verstreuen der teilweise gebogen oder geschnitten Folien tritt auf, wenn bei diesem Aufbau die Flach- und die Wellfolien an den Endflächenteilen nicht miteinander verbunden sind. Daher müssen die Flach- und die Wellfolien in mindestens einem der entgegengesetzten Endflächenteile in einem Bereich vom äußersten zum innersten Umfang miteinander verbunden sein, um den von außen angreifenden Kräften standzuhalten.
Dementsprechend hat der Wabenkörper des erfindungsgemäßen metallischen Trägers einen Aufbau, bei dem die Flach- und die Wellfolien an mindestens einem der beiden Enden des Trägers in einem Bereich vom äußersten zum innersten Umfang und in einem außerhalb des obigen Bereichs liegenden Zwischenstück nur nahe dem äußeren Umfang miteinander verbunden sind, wodurch entgegengesetzte Endflächenteile und eine umfangsverstärkende Schicht gebildet werden. Dank dieses Aufbaus wird die im Inneren des Wabenkörpers entstehende thermische Spannung minimiert und der Träger ist fähig, einer auf ihn einwirkenden äußeren Kraft standzuhalten.
Werden die Folien jedoch in einem zu großen Bereich in der Nähe des äußeren Umfangs des Wabenkörpers miteinander verbunden, so wird eine große thermische Spannung in dieser Verbindung auftreten. Um diese thermische Spannung zu vermeiden, muß die Verbindung begrenzt sein. Der Bereich sollte auf von einer äußersten Wicklung bis maximal einem Viertel der Gesamtzahl der Wicklungen vom äußersten Umfang gezählt begrenzt sein. Der Verbindungsbereich muß nämlich am äußeren Umfang in einem Bereich kleiner als ein Viertel der Gesamtanzahl an Wicklungen angemessen festgesetzt sein. Wird der Verbindungsbereich über diesen Bereich hinaus vergrößert, so wird die thermische Spannung auf den äußersten Umfang der Wabe größer und beschädigt den Wabenkörper.
Auch die Ummantelung und die Wabe sind im wesentlichen so weit wie möglich dort miteinander verbunden, wo nur die Folien des Teil nahe dem äußeren Umfang der Wabe, d.h. in dem äußersten Umfangsteil der äußeren umfangsverstärkenden Schicht, und nicht im Bereich vom äußersten zum innersten Umfang des Wabenkörpers, d.h. in den Endflächenteilen. Dementsprechend kann die sich möglicherweise zwischen der Ummantelung und dem Wabenkörper bildende thermische Spannung minimiert werden und die Wabe gleichzeitig eine ausreichende Festigkeit gegen die Abgasströmung und gegen Motorvibration behalten, wodurch der Träger eine lange Lebensdauer in einem extremen Hitzezyklus-Test zeigen kann.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 stellt eine perspektivische Schnittansicht eines konventionellen metallischen Trägers dar;
Fig. 2 stellt eine vergrößerte Ansicht des Teils A aus Fig. 1 dar;
Fig. 3 stellt eine schematische Schnittansicht der Verbindungen in dem erfindungsgemäßen metallischen Träger dar, wobei die Erscheinungsform gezeigt ist, bei der die Flach- und die Wellfolien an beiden Enden der Wabe miteinander verbunden sind (wodurch die Endflächenteile gebildet werden) und die Flach- und die Wellfolien in einem Teil des Zwischenstücks der Wabe miteinander verbunden sind (wodurch die Umfangsverstärkende Schicht gebildet wird) und ferner mit der Ummantelung verbunden sind;
Fig. 4 und 5 zeigen Variationen der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform;
Fig. 6 zeigt eine andere als die in Fig. 4 gezeigte Verbindung zwischen den Seitenflächen der Wabe und der metallischen Ummantelung;
Fig. 7 stellt eine Schnittansicht einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen metallischen Trägers dar, und zeigt die Verbindung, bei der die Flach- und die Wellfolien an einem Ende der Wabe miteinander verbunden sind und die Flach- und die Wellfolien in einem Teil des Zwischenstücks der Wabe miteinander und ferner mit der Ummantelung verbunden sind;
Fig. 8, 9, 10 und 11 zeigen Variationen der in Fig. 7 gezeigten Ausführungsform;
Fig. 12 und 13 zeigen Variationen der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform;
Fig. 14 stellt eine weitere Variation der in Fig. 7 gezeigten Ausführungsform dar;
Fig. 15 stellt eine weitere Variation der in Fig. 4 gezeigten Ausführungsform dar;
Fig. 16 stellt noch eine weitere Variation der in Fig. 4 gezeigten Ausführungsform dar und zeigt eine andere Verbindung zwischen der Seitenfläche der Wabe und der metallischen Ummantelung;
Fig. 17 stellt eine weitere Variation der in Fig. 16 gezeigten Ausführungsform dar;
Fig. 18, 19, 20 bzw. 21 stellen Schnittansichten der Verbindung in dem konventionellen metallischen Träger dar und zeigen einen beispielhaften Trägeraufbau im Vergleich mit der vorliegenden Erfindung.

Bevorzugte Ausführungsformen

Die beste Art und Weise, die vorliegende Erfindung auszuführen, wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
Zunächst wird der Aufbau des metallischen Trägers mit Bezug auf Fig. 1 und 2 erläutert.
Ein metallischer Träger 1 wird, wie gezeigt, durch Wickeln eines Zylinders oder eines elliptischen Zylinders aus flachen Folien aus rostfreiem Stahl 2 und gewellten Folien aus rostfreiem Stahl 3, wobei beide eine Dicke von etwa 50um besitzen, Einführen des Zylinders oder des elliptischen Zylinders in eine hitzebeständige Ummantelung 4 aus rostfreiem Stahl und Verbinden der flachen mit den gewellten Folien bei 5 und Verbinden der Folien mit der Ummantelung bei 6 durch Löten oder dergleichen, hergestellt. Fig. 3 ist eine Schnittansicht, die die Verbindung zwischen der Wabe und der Ummantelung des erfindungsgemäßen metallischen Trägers zeigt. Wie dargestellt, sind die Flach- und die Wellfolien axial bis zu einer Tiefe von 2mm bis 30mm von jeder der entgegengesetzten Endseiten 7-1 und 7-2 der Wabe, die auch den Abgaseinlaß bzw. -auslaß darstellen (wie bei 5 angezeigt) und in allen Schichten in einem Bereich vom außersten zum innersten Umfang der Wabe (schraffiert bei 8 und 9 in Fig.3 gezeigt) miteinander verbunden.
Die Folien sind auch in einem Zwischenstück 10 zwischen den entgegengesetzten Endflächenteilen 8 und 9 der Wabe in einem Bereich von einer Wicklung bis zu einem Viertel der Gesamtanzahl der Wicklungen vom äußersten Umfang gezählt und axial bis zu einer vorbestimmten Tiefe von den Innenseiten 8-1 und 9-1 der entgegengesetzten Endflächenteile, z.B bis zu einer Tiefe von 10 bis 50% der gesamten Länge des Trägers, miteinander verbunden, wodurch die äußeren umfangsverstärkenden Schichten 11 und 12 gebildet werden. Desweiteren sind die äußersten Umfänge der äußeren umfangsverstärkenden Schichten 11 und 12 mit der Innenseite der Ummantelung 4 verbunden. In der Beispielsverbindung, die in Fig. 3 gezeigt wird, sind die Seiten der entgegengesetzten Endflächenteile 8 und 9 nicht mit der Innenseite der Ummantelung 4 verbunden, aber über die axiale Tiefe der äußeren umfangsverstärkenden Schichten 11 und 12 hinausgehend, wie bei 13-1 bzw. 13-2 gezeigt, verbunden. Es ist möglich optimale Verbindungsstrukturen für die Betriebsbedingungen des Trägers, einschließlich der Größe und Form, Abgastemperatur, Lage der Installation, Kegelform, Hauptbetriebsschema, usw. zu konstruieren, ohne den Bereich der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Die vorliegende Erfindung erlaubt nämlich das Verbinden von Flach- mit Wellfolien in einem Bereich vom äußersten zum innersten Endumfang entweder am Abgaseinlaß oder am Abgasauslaß. Normalerweise sind in diesem Fall die Flach- und die Wellfolien an beiden Enden der Wabe miteinander verbunden. Eine abrupte Temperaturverteilung entsteht aber insbesondere in der Nähe der Wabe und um die axiale thermische Spannung zu unterdrücken, wenn die Temperatur an diesen Endteilen 360ºC überschreitet, werden die Flach- und die Wellfolien wünschenswerterweise nur an einem der Wabenenden miteinander verbunden. Die Flach- und die Wellfolien können auch in den Endflächenteilen bis zu annähernd der gleichen Tiefe in einem Bereich vom innersten zum äußersten Umfang miteinander verbunden sein, aber an der Verbindung zwischen den Endflächenteilen und der äußeren umfangsverstärkenden Schicht ist die Verbindungstiefe im zentralen Teil, wo die axiale Zugspannung klein ist, kürzer und wird in Richtung des äußeren Umfangs, wo die axiale Zugspannung groß ist, kontinuierlich länger (siehe Fig. 14 und 15). Dieser Aufbau erfordert eine spezielle Herstellungsvorrichtung. Wird die Verbindung nämlich durch Löten hergestellt, so wird während des Wickelns eines Trägers eine Bindemittellösung für die Verbundwirkung eines Lotes auf eine vorbestimmte Fläche der gewellten Folie mit einer Spezialrolle aufgebracht. Für dieses Löten muß der Träger gewickelt werden während die Aufbringungsrolle so axial dazu gleitet, daß die Fläche auf der Oberfläche der gewellten Folie auf die Bindemittellösung aufgebracht wird vom inneren zum äußeren Umfang vergrößert wird. Nachdem die Flach- und die Wellfolien aufeinander gewickelt sind, wird das Lot aufgebracht und an den richtigen Stellen abgelagert. Die Folien werden dann einer Wärmebehandlung im Vakuum unterworfen um die gewünschte Verbindungsstruktur zu schaffen. Die äußeren umfangsverstärkenden Schichten, die die Flach- und die Wellfolien in einem Bereich vom äußersten Umfang zu einer Wicklungsanzahl kleiner als einem Viertel der Gesamtanzahl an Wicklungen einschließen, können sich über die gesamte Länge erstrecken oder nur über einen Teil des Zwischenstücks zwischen den Endflächenteilen. Auch in diesem Fall sollten die Verbindungen, die Anzahl der Schichten und die Verbindungslänge entsprechend der Dimensionen des herzustellenden Trägers, der verbundenen Teile der oberen und unteren Kegel, usw. gewählt werden. Der Wabenkörper und die Ummantelung werden wünschenswerterweise normalerweise an anderen als den Endflächenteilen, wo die radiale thermische Spannung groß ist, miteinander verbunden, da aber der Träger in der Nähe des Motors installiert ist und axiale Vibrationen vom Motor erfährt, muß die Verbindung mit der Ummantelung mit einer hohen Verbindungsfestigkeit ausgeführt werden. In diesem Fall ist die Wabe mit der Ummantelung in einem Bereich verbunden, der einen Teil des Endflächenteils einschließt, mit einiger Einbuße der Eigenschaft gegen thermische Ermüdung (siehe Fig. 16 und 17). Da jedoch die radiale thermische Spannung eines Trägers mit einem Durchmesser, der so groß ist, daß die Anzahl der Windungen 50 übersteigt, besonders hoch ist, ist es wünschenswert dieses Verfahren zum Verbinden zu übernehmen.
Die Verbindung, auf die hier Bezug genommen wird, wird durch Löten, Widerstandsschweißen, Laserschweißen, Elektronenstrahlscheißen, Bogenschweißen, usw. erzeugt.
Auch kann die Riffelung der gewellten Folie in der vorliegenden Erfindung die Erscheinungsform einer sinusförmigen Welle, eines Trapezoids, eines Rechtecks oder dergleichen haben. Weiterhin kann die Form des Querschnitts senkrecht zu der axialen Richtung des erfindungsgemäßen metallischen Trägers außer rund z.B. elliptisch oder "race-track" sein.
Die Fig. 4 bis 6 zeigen Variationen der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform. Fig. 4 zeigt, daß die äußere umfangverstärkende Schicht 14 entlang der gesamten Länge des Zwischenstücks in Berührung mit den Innenseiten 8-1 und 9-1 der entgegengesetzten Endflächenteile 8 bzw. 9 ausgebildet ist und daß der gesamte äußerste Umfang der äußeren umfangverstärkenden Schicht bei 15 mit der Innenseite der Ummantelung verbunden ist.
Fig. 5 zeigt eine Kombination der Strukturen, die in Fig. 3 und 4 gezeigt sind, in der die äußeren umfangsverstärkenden Schichten 11 und 12, die an die entgegengesetzten Endflächenteile 8 und 9 angrenzen, über eine größeren Anzahl von Wicklungen gebildet sind als bei der anderen äußeren umfangsverstärkenden Schicht 14.
Fig. 6 stellt eine andere Variation der in Fig. 4 gezeigten Ausführungsform dar, wobei der äußerste Umfang der äußeren umfangsverstärkenden Schicht 14 bei 16 mit der Innenseite der Ummantelung verbunden ist, wobei die Verbindung an einer Position W beginnt, die von den Innenseiten 8-1 und 9-1 der entgegengesetzten Endflächenteile 8 bzw. 9 getrennt ist.
Dieser Zwischenraum (d) erlaubt ein effektives Unterdrücken der thermischen Spannung, die sich möglicherweise in der Verbindung zwischen der äußeren umfangsverstärkenden Schicht 14 und den entgegengesetzten Endflächenteilen 8 bzw. 9 entwickelt. Der Zwischenraum d kann angemessen entsprechend dem Material, Aufbau und Größe des Trägers gewählt werden, wobei die radiale Schrumpfung des Wabenkörpers besonders in Betracht gezogen wird.
Fig. 7 zeigt den axialen Endflächenteil des Wabenkörpers, der nur an einer Seite 8 ausgebildet ist. Die äußere umfangsverstärkende Schicht 14 berührt nämlich an ihrem oberen Ende die Innenseite 8-1 des Endflächenteils 8 und dehnt sich an ihrem unteren Ende zu der Endfläche 7 des Wabenkörpers aus. Gemäß dieser Ausführungsform liegt die Verbindung 16 zwischen der äußeren umfangsverstärkenden Schicht 14 und der Ummantelung 4 an der dem Endflächenteil 8 gegenüberliegenden Seite, um so weit wie möglich von dem Endflächenteil 8 entfernt zu sein. Da die Wabe nur ein Endflächenteil hat, besitzt diese Ausführungsform keine Symmetrie, wie in der Ausführungsform, in der der Wabenkörper entgegengesetzte Endflächenteile hat. Die Wabe ist aber flexibel genug, um einen Wärmezyklus, in dem Erwärmung und Abkühlung zyklisch erfolgt, aufzunehmen und kann einen noch flexibleren Aufbau haben, wenn der Zwischenraum d, wie oben erwähnt, groß ist.
Fig. 8 bis 11 zeigen Variationen der in Fig. 7 gezeigten Ausführungsform. Fig. 8 zeigt einen Aufbau, in dem die an ein Endflächenteil 8 angrenzende äußere umfangsverstärkende Schicht 11 eine vorbestimmte Länge entlang der axialen Richtung des Wabenkörpers hat. Die Verbindung 17 mit der Innenseite der Ummantelung ist auf einer größeren Länge der äußeren umfangsverstärkenden Schicht 11 von der Innenseite 8-1 des Endflächenteils 8 getrennt.
Fig. 9 zeigt einen Aufbau in dem eine äußere umfangsverstärkende Schicht 18, die an die äußere umfangsverstärkende Schicht 11 in Fig. 8 angrenzt und dünner als die Schicht 11 ist, sich zu der anderen Endfläche 7-2 der Wabe ausdehnt, wobei die Verbindung mit der Innenseite der Ummantelung in den äußersten Umfängen der äußeren umfangsverstärkenden Schichten 11 und 18 gelegt ist. Fig. 10 zeigt eine äußere umfangsverstärkende Schicht 20, die sowohl von der Innenseite 8-1 des Endflächenteils 8 als auch von der Endseite 7-2 der Wabe getrennt ist. Fig. 11 zeigt eine andere äußere umfangsverstärkende Schicht 22, die in großem Abstand von der Innenseite des Endflächenteils 8 angeordnet ist und sich zu der anderen Endseite 7-2 des Wabenkörpers ausdehnt. Wie in Fig. 10 gezeigt wird, ist die Verbindung 21 mit der Innenseite der Ummantelung länger als die oberen und unteren Enden der äußeren umfangsverstärkenden Schicht 20. Wie aus Fig. 11 gesehen werden kann hat die Verbindung 23 mit der Innenseite der Ummantelung fast die gleichen Länge wie der äußerste Umfang der äußeren umfangsverstärkenden Schicht 22.
Fig. 12 zeigt eine Variation der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, in der ein anderer Endflächenteil 9 an der Endseite 7-2 des in Fig. 10 gezeigten Wabenkörpers geschaffen wurde. Fig. 13 zeigt einen Aufbau, in dem die äußere umfangsverstärkende Schicht aus Fig. 3 weggelassen wurde. In diesen beiden Ausführungsformen wird die Verbindung mit der Innenseite der Ummantelung über fast die gleiche Länge hergestellt, wie die äußersten Umfangsseiten der äußeren umfangsverstärkenden Schichten 20 und 12.
Fig. 14 zeigt eine verbesserte Verbindung zwischen dem axialen Endflächenteil 8 und der äußeren umfangsverstärkenden Schicht 14. Die Verbindung wird von der Mitte der Innenseite zum äußeren Umfang des axialen Endflächenteils 8 an nach und nach tieferen Stellen gebildet, wodurch Eckverbindungen 24 gebildet werden, die an der tiefsten Stelle den inneren Umfang der äußeren umfangsverstärkenden Schicht 14 berühren. Desweiteren zeigt Fig. 15 eine Beispielsstruktur, in der der Wabenkörper mit entgegengesetzten Endflächenteilen 8 und 9 die Eckverbindungen 24A und 24B besitzt. Der Aufbau ist im Detail ähnlich denen in Fig. 14 gezeigten.
Da die Verbindungstiefe der Eckverbindungen zwischen dem Endflächenteil und der äußeren umfangsverstärkenden Schicht von der Mitte zum äußeren Umfang der Endflächenteile kontinuierlich zunimmt, wird sich die Spannung nicht in den Eckverbindungen konzentrieren und die Festigkeit der Wabe kann auf einem hohen Niveau erhalten bleiben. Es sollte beachtet werden, daß die lineare Krümmung der Verbindungen die gleiche Auswirkung wie eine gebogene Krümmung hat.
In jeder der oben genannten Ausführungsformen sind die Außenseite der Wabe und die Innenseite der metallischen Ummantelung in einem Bereich, der nicht über die Lage der Innenseite des axialen Endflächenteils hinausgeht, miteinander verbunden. In einigen Fällen ist jedoch entsprechend den Betriebsbedingungen des erfindungsgemäßen Trägers mehr Gewicht auf den Widerstand gegen hohe Temperaturen als auf die Eigenschaft gegen thermische Ermüdung gelegt worden. In einem solchen Fall sind die metallische Ummantelung und der Wabenkörper sowohl in einem Teil des axialen Endflächenteils als auch in der äußeren umfangsverstärkenden Schicht miteinander verbunden.
Ein Beispiel des obengenannten metallischen Trägers ist in Fig. 16 gezeigt. Wie aus Fig. 16 offensichtlich ist, ist der äußerste Umfang des Wabenkörpers und die Innenseite der Ummantelung über dem gesamten äußersten Umfang der äußeren umfangsverstärkenden Schicht 1 und in einem Teil der äußersten Umfänge der beiden entgegengesetzten Endflächenteile 8 und 9 miteinander verbunden. Auch die andere äußere umfangsverstärkende Schicht, in der ein solcher Aufbau geeignetermaßen übernommen werden kann wird in den insbesondere in Fig. 4, 10 und 12 gezeigten Wabenstrukturen optimal genutzt. Eine Variation der in Fig. 16 gezeigten Ausführungsform ist in Fig. 17 gezeigt. Bei dieser in Fig. 17 gezeigten Ausführungsform ist die äußere umfangsverstärkende Schicht 20 bei 21 verbunden und auch ein Teil des äußersten Umfangs des Endflächenteils 8 und der Innenseite der Ummantelung 4 sind bei 28 miteinander verbunden.
Es ist zu beachten, daß auch in einem so kleinen Träger unter dem Gesichtspunkt der thermischen Spannung der gesamte äußerste Umfang des Endflächenteils nicht gebunden sein soll.

AUSFÜHRUNGSFORMEN

Ausführungsform 1:

Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 3 gezeigt, die eine schematische axiale Schnittansicht der Verbindung des metallischen Trägers 1 zusammengesetzt aus einer Ummantelung aus rostfreiem Stahl mit einem Innendurchmesser von 100mm , einer Dicke von 1,5mm und einer Länge von 100mm, und einer Wabe gebildet aus 36 Wicklungen flacher und gewellter Folien aus rostfreiem Stahl 20Cr-5Al mit einer Dicke von 50um darstellt. In den entgegengesetzten Endflächenteilen 8 und 9 der Wabe sind die Flach- und die Wellfolien bis zu einer Tiefe von 10mm von den Außenseiten 8-2 und 9-2 miteinander verlötet, aber die Seite dieses Teils, die der Ummantelung aus rostfreiem Stahl entpricht, ist nicht gelötet. In den Teilen 11 und 12 des Zwischenstücks der Wabe, die an die Endflächenteile 8 und 9 angrenzen, sind die Flach- und die Wellfolien in einem Bereich vom äußersten Umfang bis zur neunten Wicklung der Folien bis zu einer Tiefe von 10mm von den Innenseiten 8-1 und 9-1 der Endflächenteile 8 und 9 zusammengelötet, wodurch eine äußere umfangsverstärkende Schicht gebildet wird und der äußerste Umfang ist auch bei 13 und 13-1 mit dem äußeren Zylinder verlötet.
Auch bei dieser Ausführungsform ist das axiale Zwischenstück 10 der Wabe, das an die äußere umfangsverstärkende Schicht angrenzt, nur in einem Teil des äußersten Umfangs mit der Innenseite der Ummantelung 4 verlötet, während der Rest 10 überhaupt nicht gelötet ist.
Fig. 18 zeigt eine Struktur eines Vergleichsbeispiels. Dieser metallische Träger hat die gleiche Größe, wie der in Fig. 3 gezeigte. Bei diesem Träger sind die Flach- und die Wellfolien komplett im Inneren der Wabe 29 miteinander verlötet und der äußerste Umfang ist bei 30 vollständig mit der Ummantelung 4 verlötet.
Ein mit Gamma-Aluminiumoxid-Pulver geträgerter Pt-Katalysator wurde durch Glühen auf diesen beiden metallischen Trägerarten abgelagert. Diese wurden einem "bench-test" unterworfen, wobei jeder in einer Abgasanlage eines Motors von 2.000 cc Hubraum installiert wurde. In diesem "bench- test" wurde jeder der Träger in einem Wärmezyklus, in dem er erwärmt und abgekühlt wurde, 1 min bei einer Temperatur größer als 800ºC und bei einer Temperatur niedriger als 150ºC gehalten. Der Wärmezyklus (mit 15 min Gesamtdauer eines Zyklus) wurde wiederholt. Die Versuchsergebnisse zeigten folgendes. Nachdem der Wärmezyklus 80 mal wiederholt wurde, war die Wabenstruktur in jeder der ersten bis zur dritten Wicklun,g gezählt vom äußeren Umfang der Wabe, an deren gesamten Umfang gebrochen und die innere Wabenstruktur war um etwa 20mm in Richtung der Abgasströmung verschoben. Im Gegensatz dazu zeigt die Wabe im erfindungsgemäßen Träger (in Fig. 3) auch nach Vollendung von 1.000 Wärmezyklus keine Abnormalität.

Ausführungsform 2

Fig. 4 zeigt eine axiale Schnittansicht einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Dieser metallische Träger besteht aus dem gleichen Material und hat die gleichen Abmessungen, wie der in Fig. 3 gezeigte. Die Bezugszahlen 8 und 9 kennzeichnen die axialen Endflächenteile (10mm Durchmesser und 15mm Länge), in denen die Flach- und die Wellfolien bis zu einer Tiefe von 15mm von den Endseiten 7-1 und 7-2 in dem Stadium als die Folien gewickelt wurden, in allen Wabenschichten durch Widerstandsschweißen miteinander verbunden sind. Die Folien sind mit der Ummantelung 4 nicht verbunden. Die Bezugszahl 14 kennzeichnet eine äußere umfangsverstärkende Schicht in der die Flach- und die Wellfolien durch Widerstandsschweißen über der gesamten Länge des Zwischenstücks, das an die Innenseiten 8-1 und 9-1 der Endflächenteile 8 bzw. 9 angrenzt, in einem Bereich zwischen dem äußersten Umfang und der dritten Wicklung miteinander verbunden sind. Der äußerste Umfang der äußeren umfangsverstärkenden Schicht 14 ist bei 15 in der gesamten Zone bis zur Ummantelung 4 verlötet. Die Bezugszahl 10 kennzeichnet einen nicht gebundenen Wabenteil.
Der Träger gemäß dieser Ausführungsform wurde wiederholt einem Wärmezyklus-Test auf der Motorbank unter den gleichen Bedingungen wie die bei Ausführungsform 1, unterworfen. Es wurde jedoch auch nach 1.000 facher Wiederholung des Wärmezyklus keine strukturelle Abnormalität in diesem Träger festgestellt.

Ausführungsform 3

Fig. 5 ist eine axiale Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei der metallische Träger aus dem gleichen Material besteht und die gleichen Dimensionen besitzt, wie der in Fig. 3 gezeigte. Die Bezugszahlen 8 und 9 kennzeichnen die axialen Endflächenteile (100mm Durchmesser und 20mm Länge), wobei alle Schichten der Wabe in einem Stadium, als die Folien gewikkelt wurden, durch Laserscheißen miteinander verschweißt wurden. In diesen axialen Endflächenteilen ist die Wabe nicht mit der Ummantelung 4 aus rostfreiem Stahl verbunden. Die Bezugszahlen 11 und 12 kennzeichnen die äußeren umfangsverstärkenden Schichten (77 bis 100mm Durchmesser und 10mm Länge), in denen die Folien in einem Bereich vom äußersten Umfang zur neunten Wicklung durch Laserschweißen bis zu einer Tiefe von 10mm von der Innenseite der axialen Endflächenteile 8 und 9 in einem Teil des an diese Teile angrenzenden Zwischenstücks miteinander verbunden sind und die Bezugszahl 14 kennzeichnet eine äußerste umfangsverstärkende Schicht (95 bis 100mm Durchmesser und 40mm Länge), in der die Folien in einem Bereich vom äußersten Umfang zur zweiten Wicklung durch Laserschweißen entlang der gesamten Länge des Zwischenstücks kontinuierlich mit den äußeren umfangsverstärkenden Schichten 11 und 12 verbunden sind. Die äußersten Umfangsseiten der obengenannten äußeren Umfangsschichten 11, 12 und 14 und die Innenseite der Ummantelung sind bei 15 miteinander verlötet. Die Bezugszahl 10 kennzeichnet einen Wabenteil, in dem die Folien nicht miteinander verbunden sind.
Der obengenannte Träger wurde wiederholt einem Wärmezyklus- Test auf der Motorbank unter den gleichen Bedingungen wie bei Ausführungsform 1 unterworfen. Es wurden aber auch nach 1.000 facher Wiederholung des Wärmezyklus keine strukturelle Abnormalität festgestellt.

Ausführungsform 4:

Fig. 6 ist eine Längsschnittansicht einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen metallischen Trägers. Dieser metallische Träger ist zusammengesetzt aus einer Wabenstruktur (137mm Außendurchmesser) mit insgesamt 50 Wicklungen, die durch Wickeln von flachen und gewellten Folien aus 50um dickem, hitze- und oxidationsbeständigem ferritischem rostfreien Stahl (der 24 Gew.-% Cr, 4,5 Gew.-% Al, 0,09 Gew.-% Ce und REM und den Rest Fe beinhaltet) gebildet wurde und einer Ummantelung aus rostfreiem Stahl (SUS 430) mit einem Außendurchmesser von 140mm einer Dicke von 1,5mm und einer Länge von 100mm. Die Bezugszahlen 8 bzw. 9 kennzeichnen die axialen Endflächenteile, in denen die Flach- und die Wellfolien durch Löten bis zu einer Tiefe von 20mm von der Außenseite miteinander verbunden sind. Die Bezugszahl 14 kennzeichnet eine äußere umfangsverstärkende Schicht, in der die Folien über die gesamte Länge eines axialen Zwischenstücks in einem Bereich vom äußersten Umfang bis zur fünften Wicklung miteinander verbunden sind. Die äußerste Umfangsseite der äußeren umfangsverstärkenden Schicht 14 und der Innenseite der Ummantelung 4 sind bei 16 durch Löten auf einer Länge von 50mm miteinander verbunden. In dieser Ausführungsform sind die Folien mit einem axialen Zwischenraum von 5mm von einander in einem Bereich von den Innenseiten 8-1 und 9-1 der axialen Endflächenteile 8 bzw. 9 zu den Endseiten W-1 und W-2 der Lötung 16 miteinander verbunden. Die Bezugszahl 10 kennzeichnet einen Teil im Inneren des Trägers, in dem die Folien nicht miteinander verbunden sind.
Der obengenannte metallische Träger wurde wiedertholt einem Wärmezyklus-Test (in dem das Teststück 1 min bei einer Temperatur größer als 800ºC und 1 min bei einer Temperatur von weniger als 100ºC gehalten wurden; Erwärmen und Abkühlen wurden in einem Zyklus von insgesamt 15min durchgeführt) auf einer Motorbank unter den gleichen Bedingungen, wie bei Ausführungsform 1, unterworfen. Die Versuchsergebnisse zeigten auch nach 1.000 facher Wiederholung des Wärmezyklus keine Abnormalität des Trägers und bewiesen, daß dieser metallische Träger geeignet war der thermischen Spannung und der thermischen Ermüdung und der Motorenvibration oder dergleichen standzuhalten.
Fig. 19 zeigt einen Vergleichsbeispielträger, der die gleiche Größe wie Ausführungsform 4 (in Fig. 6) hat und in dem die äußere umfangsverstärkende Schicht 14 zwischen den axialen Endflächenteilen 8 und 9 nicht gebildet wurde.
Nach dem gleichen Wärmezyklus-Test wie bei Ausführungsform 4 wurde festgestellt, daß die flachen Folien des äußersten Umfangs der Wabe 10, in der die Folien nicht miteinander verbunden waren in der Zone zwischen den Innenseiten 8-1 und 9-1 der axialen Endflächenteile 8 bzw. 9 und den Endseiten W-1 und W-2 des Teils in dem die Folien miteinander verbunden waren gebrochen waren und daß der Wabenkörper 30mm von der Ummantelung in Richtung der Abgasströmung verschoben war.
Fig. 20 zeigt auch einen Vergleichsbeispielträger mit einem Teil 31 hat, in dem die Folien miteinander verbunden sind, und der sich je 5mm in die Richtung der Endseite der Innenseiten 8-1 und 9-1 der axialen Endflächenteile 8 bzw. 9 durch die Wahl der Verbindungslänge zwischen der Wabe und der Ummantelung mit 80mm in den metallischen Träger erstreckt und der als Vergleichsbeispielsstruktur in Fig. 19 gezeigt ist.
Dieser Träger wurde wiederholt dem gleichen Wärmezyklus- Test wie bei Ausführungsform 4 unterworfen. Nachdem der Test in 360 Zyklen wiederholt wurde, war die Lötung zwischen den flachen und den gewellten Folien am äußersten Umfang der Wabe in einem Teil, der sich bis hinter die Endseiten der Innenseiten 8-1 und 9-1 erstreckt, wo die Folien miteinander verbunden waren gebrochen und auch die gewellten Folien des äußersten Umfangs des Zwischenstücks der Wabe war gebrochen. Desweiteren war der Wabenkörper etwa 30mm in Richtung der Abgasströmung von der Ummantelung 4 verschoben.
Fig. 21 zeigt einen Vergleichsbeispielträger, der die gleiche Größe, wie die Ausführungsform 4 (in Fig. 6) hat, in dem die Folien eingeschlossen in einem Bereich vom äußersten Umfang der Wabe bis zur zwanzigsten Wicklung, was mehr als ein Viertel der Gesamtanzahl an Wicklungen einschließt verlötet sind, wodurch eine äußere umfangsverstärkende Schicht 32 gebildet wird.
Dieser Träger wurde wiederholt dem gleichen Wärmezyklus- Test wie Ausführungsform 4 unterworfen. Nachdem der Wärmezyklus 480 mal wiederholt worden war, war die Verbindung zwischen den flachen und den gewellten Folien am äußersten Umfang und die gewellten Folien am äußersten Umfang gebrochen und der Wabenkörper war auch etwa 25mm in Richtung der Abgasströmung von der Ummantelung 4 verschoben. Es wurde nämlich bewiesen, daß die Verbindung nahe dem äußeren Umfang eine größere Steifheit hatte, wenn eine Anzahl der Wicklungen, die ein Viertel der Gesamtanzahl der Wicklungen überschreitet, in der die Folien in dem Zwischenstück der Wabe miteinander verbunden sind, so daß die thermische Spannung entlang dem äußersten Umfang erhöht wurde und schließlich zum Brechen der Verbindung führte.

Ausführungsform 5:

Fig. 7 ist eine Längsschnittansicht einer weiteren Ausführungsform des metallischen Trägers gemäß der vorliegenden Erfindung. Bei dieser Ausführungsform ist das axiale Endflächenteil nur an einem Ende des Wabenkörpers gebildet. Der metallische Träger hat einen Durchmesser von 75mm und eine Länge von 110mm. Die Anzahl der Wicklungen des Wabenkörpers beträgt 29 und die äußere umfangsverstärkende Schicht ist zusammengesetzt aus zwei Wicklungen, vom äußersten Umfang gezählt, und hat eine Länge, die der Gesamtlänge des Zwischenstücks entspricht. Das untere Ende der äußeren umfangsverstärkenden Schicht 14 berührt die Endseite 7- 2 des Wabenkörpers und der äußerste Umfang der umfangsverstärkenden Schicht 14 und die Innenseite der Ummantelung 4 sind so an der entgegengesetzten Seite des Endflächenteils 8 verbunden, daß die Endseite W-2 eine Lage hat, in der sie die Endseite 7-2 der Wabe berührt. Der Zwischenraum zwischen der Innenseite 8-1 des Endflächenteils 8 und der Endseite W-1 der Verbindung 16 beträgt also 30mm.
Der so konstruierte metallische Träger wurde wiederholt dem gleichen Wärmezyklus-Test wie Ausführungsform 4 unterworfen. Selbst nachdem der Wärmezyklus 1.000 mal wiederholt wurde, wurde keine Abnormalität in diesem Träger festgestellt. Es wurde ein metallischer Träger hergestellt, der die gleiche Größe und die gleiche Struktur wie in Fig. 20 dargestellt hatte und wurde dem gleichen Wärmezyklus-Test unterworfen. Als der Test in 85 Zyklen wiederholt worden war, trat eine Wabenverschiebung auf. Bei einem metallischen Träger einer solchen Größe und der konventionellen Struktur wird, da die thermische Spannung in axialer Richtung der Wabe, insbesondere in der Nähe des äußeren Umfangs groß ist, die Wabenstruktur leicht zerbrochen. Dieser Test hat bewiesen, daß der erfindungsgemäße metallische Träger einen hohen Widerstand gegen thermische Spannung besitzt.

Ausführungsform 6:

Fig. 11 zeigt die Verbindung einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bei dieser Ausführungsform ist das obere Ende der äußeren umfangsverstärkenden Schicht 14 in der Ausführungsform 5 beträchtlich von der Innenseite 8- 1 des axialen Endflächenteils 8 getrennt. Dieser Träger hat die gleiche Größe wie der gemäß Ausführungsform 4, wobei das obere Ende der äußeren umfangsverstärkenden Schicht 22 60mm von der Innenseite 8-1 des Endflächenteils getrennt gebildet ist. Die äußere umfangsverstärkende Schicht ist daher 20mm lang und die Länge der Verbindung mit der Ummantelung 4 beträgt also 20mm.
Der obengenannte Träger wurde unter Verwendung eines Gasbrenners auf 800ºC erwärmt und an Luft auf 100ºC abgekühlt. Selbst nach 500 facher Wiederholung dieses Wärmezyklus wurde weder Wabenbruch, Ablösung noch Wabenverwindung festgestellt. Ein metallischer Träger der gleichen Größe wurde hergestellt, der einen in Fig. 18 gezeigten Aufbau hat, und einem ähnlichen Wärmezyklus-Test unterworfen. Als der Test 300 mal wiederholt wurde wurde eine Vielzahl von Knicken und Spalten in der Wabe und Wabenbruch festgestellt.

Ausführungsform 7:

Fig. 15 zeigt eine weiter Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In dieser Ausführungsform sind der axiale Endflächenteil und die äußere umfangsverstärkende Schicht in Form von gebogenen Eckverbindungstellen verbunden. Der Träger hat die gleiche Größe, wie der gemäß Ausführungsform 4, aber die axiale Verbindungstiefe der Folien in den Endflächenteilen 8 bzw. 9 beträgt 10mm. Die Eckverbindungen 24A und 24B sind so konstruiert, daß die Verbindungstiefe von der Mitte des Endflächenteils nach und nach vom äußersten Umfang zur sechsten Wicklung vergrößert wurde und daß die Verbindungstiefe bei der sechsten Wicklung 30mm beträgt. Die Folien in einem Bereich vom äußersten Umfang bis zur fünften Wicklung sind über der Gesamtlänge miteinander verbunden, wodurch eine äußere umfangsverstärkende Schicht 14 gebildet wird. Die äußere umfangsverstärkende Schicht 14 und die Ummantelung 4 sind auf eine Länge von 40mm verbunden. Die Endflächenteile sind an deren lateralen Seiten nicht mit der Ummantelung verbunden.
Der obengenannte Träger wurde wiederholt dem gleichen Wärmezyklus-Test wie bei der Ausführungsform 4 unterworfen. Selbst nachdem der Test in 1.500 Zyklen wiederholt wurde wurde keine Abnormalität in dem Träger festgestellt. Diese erhöhte Lebensdauer des Trägers beruht auf der reduzierten Konzentration von Spannung an der Verbindungsstelle zwischen den Endflächenteilen und der äußeren umfangsverstärkenden Schicht.

Ausführungsform 8

Fig. 16 zeigt eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der metallische Träger gemäß dieser Ausführungsform hat einen Durchmesser von 63mm , eine Länge von 100mm und eine Gesamtanzahl an Wicklungen von 24. Die Länge der Verbindung zwischen dem äußersten Umfang der Wabe und der Innenseite der Ummantelung beträgt 80mm. Die Verbindungslänge der äußersten Schichten in den Endflächenteilen 8 und 9 beträgt 20mm. Die äußere umfangsverstärkende Schicht wird durch eine Wicklung geschaffen, die sich über die Gesamtlänge des Zwischenstücks erstreckt.
Der so konstruierte Träger wurde in einen Abgaskrümmer eingebaut und dem selben Wärmezyklus-Test wie bei Ausführungsform 4 unterworfen. Selbst nachdem der Test in 1.000 Zyklen wiederholt wurde wurde keine Abnormalität festgestellt.
Wenn der Träger im Inneren des Abgaskrümmers eingebaut wird ist die Temperaturverteilung gering, so daß die radiale thermische Spannung relativ gering ist. Aus diesem Grund ist es erforderlich, daß der Träger fähig ist einer von außen angreifenden Kraft, wie z.B. der Motorenvibration und dem Abgasdruck standhalten zu können. In dem oben genannten Träger ist die Verbindungsfläche zwischen der Wabe und der Ummantelung vergrößert, um zu vermeiden, daß die Verbindungen bei solchen äußern Kräften brechen.

Industrielle Nutzbarkeit

Der metallische Träger für einen Katalysator zur katalytischen Umwandlung gemäß der vorleigenden Erfindung, der den oben angegebenen Aufbau hat, hat auch wenn er wiederholt einem extremen Wärmezyklus für eine lange Zeit unterworfen wird, beim Einbau in einer Abgasanlage eines Automotors, eine ausreichende Wärme- und Ermüdungsbeständigkeitseigenschaft und Festigkeit. Der metallische Träger ist leicht herzustellen und benötigt nur eine geringe Menge von Lot. Er kann nämlich mit geringen Kosten hergestellt werden.

Liste der Referenzsymbole

1 metallischer Träger
2 Flachfolie aus rostfreiem Stahl
3 Wellfolie aus rostfreiem Stahl
4 Ummantelung
5, 6 Lötung
7-1, 7-2 entgegengesetzte Endseiten der Wabe
8, 9 entgegengesetzte Endflächenteile der Wabe
10 Zwischenstück der Wabe
11, 12 äußere umfangsverstärkende Schicht
13-1, 13-2 Verbindung
14 äußere umfangsverstärkende Schicht
15, 16, 17 Verbindung
18 äußere umfangsverstärkende Schicht
19, 21 Verbindung
20, 22 äußere umfangsverstärkende Schicht
23, 25, 26, 27, 28 Verbindung

Claims

1. Ein metallischer Träger für einen Katalysator zur katalytischen Umwandlung, der umfaßt:

einen metallischen Wabenkörper, gebildet durch Zusammenwikkeln von flachen Metallfolien (2) und gewellten Metallfolien (3) und eine metallische Ummantelung (4), die den Wabenkörper umschließt, wobei die Flach- und die Wellfolien (2,3) an mindestens einem der axialen Enden des Wabenkörpers vom äußersten zum innersten Umfang miteinander verbunden sind, wodurch ein Endflächenteil (8,9) gebildet wird, und wobei der Wabenkörper mit der metallischen Ummantelung (4) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Flach- und die Wellfolien (2,3) zumindest in einem Teil des an das Endflächenteil (8,9) des Wabenkörpers angrenzenden axialen Zwischenstücks (10) in einem Bereich von einer Wicklung bis zu einer Anzahl von Wicklungen vom äußersten Umfang, die weniger als ein Viertel der Gesamtanzahl von Wicklungen beträgt, miteinander verbunden sind, wodurch eine äußere umfangsverstärkende Schicht (11, 12, 14, 18, 20, 22) gebildet wird, der Wabenkörper und die metallische Ummantelung (4) so miteinander verbunden sind, daß der Hauptteil der Verbindung (13-1, 13-2, 15-17, 19, 21, 23, 25-28) zwischen dem Wabenkörper und der metallischen Ummantelung (4) zwischen mindestens einem Teil der äußeren umfangsverstärkenden Schicht (11, 12, 14, 18, 20, 22) und der Ummantelung (4) ist.

2. Metallischer Träger gemäß Anspruch 1, worin der Wabenkörper und die metallische Ummantelung in einem Bereich miteinander verbunden sind, der nicht über die Position der axialen Innenseite des Endflächenteils hinausgeht.

3. Metallischer Träger gemäß Anspruch 1, worin der Wabenkörper und die Innenseite der metallischen Ummantelung auf zumindest einem Teil des äußersten Umfangs der äußeren umfangsverstärkenden Schicht und auf einem Teil des äußersten Umfang des verbundenen axialen Endflächenteils miteinander verbunden sind.

4. Metallischer Träger gemäß Anspruch 2 oder 3, worin an den entgegengesetzten axialen Enden des Wabenkörpers Endflächenteile gebildet sind und eine äußere umfangsverstärkende Schicht in dem Zwischenstück des Wabenkörpers angrenzend an die Innenseite der entgegengesetzten axialen Endflächenteile gebildet ist.

5. Metallischer Träger gemäß Anspruch 4, worin an einer der entgegengesetzten axialen Enden des Wabenkörpers ein Endflächenteil gebildet ist und die äußere umfangsverstärkende Schicht im Zwischenstück des Wabenkörpers über die Gesamtlänge des Zwischenstücks gebildet ist.

6. Metallischer Träger gemäß Anspruch 5, worin die äußere umfangsverstärkende Schicht des Wabenkörpers zusammengesetzt ist aus einer an die entgegengesetzten axialen Endflächenteilen angrenzenden äußeren umfangsverstärkenden Schicht und einer zwischen den äußeren umfangsverstärkenden Schichten angrenzenden äußeren umfangsverstärkenden Schicht, die eine geringere Anzahl an Windungen besitzt, als die äußeren umfangsverstärkenden Schichten.

7. Metallischer Träger gemäß Anspruch 2 oder 3, worin die äußere umfangsverstärkende Schicht in dem Zwischenstück des Wabenkörpers getrennt von den Innenseiten der entgegengesetzten axialen Endflächenteilen in den entgegengesetzten Endflächenteilen der axialen Endflächenteile gebildet ist.

8. Metallischer Träger gemäß Anspruch 2 oder 3, worin die äußere umfangsverstärkende Schicht im Zwischenstück getrennt von der Innenseite eines der axialen Endflächenteile und angrenzend an die Innenseite des anderen Endflächenteils in den entgegengesetzten Endflächenteilen der axialen Endflächenteile gebildet ist.

9. Metallischer Träger gemäß Anspruch 4 oder 5, worin eine Verbindung zwischen den entgegengesetzten axialen Endflächenteilen und der äußeren umfangsverstärkenden Schicht aus der Form einer Eckverbindung zusammengesetzt ist, die in Kontakt mit dem innersten Umfang der äußeren umfangsverstärkenden Schicht an der tiefsten Stelle der Verbindungstiefe ist und von der Mitte der Innenseiten der entgegengesetzten Endflächenteile zum äußeren Umfang nach und nach vergrößert wird.

10. Metallischer Träger gemäß Anspruch 2 oder 3, worin an einem der axialen Enden des Wabenkörpers ein Endflächenteil und angrenzend an die Innenseite des axialen Endflächenteils die äußere umfangsverstärkende Schicht im Zwischenstück des Wabenkörpers gebildet ist.

11. Metallischer Träger gemäß Anspruch 10, worin die äußere umfangsverstärkende Schicht im Zwischenstück des Wabenkörpers angrenzend an die Innenseite des axialen Endflächenteils und über die Gesamtlänge des Zwischenstücks gebildet ist.

12. Metallischer Träger gemäß Anspruch 10 oder 11, worin die äußere umfangsverstärkende Schicht des Wabenkörpers aus einer angrenzend an eines der entgegengesetzten axialen Endflächenteile gebildeten, äußeren umfangsverstärkenden Schicht und einer angrenzend zwischen den äußeren umfangsverstärkenden Schichten gebildeten, äußeren umfangsverstärkenden Schicht zusammengesetzt ist und eine geringere Anzahl an Wicklungen als die äußere umfangsverstärkende Schicht besitzt.

13. Metallischer Träger gemäß Anspruch 2 oder 3, worin an einem der axialen Enden ein Endflächenteil gebildet ist und die äußere umfangsverstärkende Schicht des Wabenkörpers getrennt von der Innenseite des axialen Endflächenteils gebildet ist.

14. Metallischer Träger gemäß Anspruch 13, worin die äußere umfangsverstärkende Schicht des Wabenkörpers getrennt von der Innenseite des axialen Endflächenteils und angrenzend an die andere Endfläche gebildet ist.

15. Metallischer Träger gemäß Anspruch 10 oder 11, worin eine Verbindung zwischen den entgegengesetzten axialen Endflächenteilen und der äußeren umfangsverstärkenden Schicht in der Form einer Eckverbindung zusammengesetzt ist, die in Kontakt mit dem innersten Umfang der äußeren umfangsverstärkenden Schicht an der tiefsten Stelle der Verbindungtiefe ist und von der Mitte der Innenseite der entgegengesetzten Endflächenteile zum äußeren Umfang nach und nach vergrößert wird.