DE8908738U1

DE8908738U1 - Wabenkörper mit internen Strömungsleitflächen, insbesondere Katalysatorkörper für Kraftfahrzeuge

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Publication number: DE8908738U1
Application number: DE8908738U
Authority: DE
Original assignee: Emitec Gesellschaft fuer Emissionstechnologie mbH
Current assignee: Vitesco Technologies Lohmar Verwaltungs GmbH
Priority date: 1989-07-18
Filing date: 1989-07-18
Publication date: 1989-09-07
Also published as: EP0483256B1; DE59006155D1; WO1991001178A1; EP0483256A1; JPH04502880A

Description

89 6 6 7 2 t DE Emitec Gesellschaft für Emissionstechnologie mbH D-5204 Lohmar 1

Wabenkörper mit internen Strömungsleitflächen, insbesondere Katalysatorkörper für Kraftfahrzeuge

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wabenkörper, insbesondere Katalysatorkörper für Kraftfahrzeuge, aus lagenweise angeordneten, zumindest in Teilbereichen strukturierten Blechen, die die Wände einer Vielzahl von für ein Fluid durchströmbaren Kanälen bilden. Solche metallischen Katalysstor-Trägerkörper sind in vielen Varianten bekennt und beispielsweise in der EP-A-02 2ö 468, der EP-A-02 79 159, der EP-A-02 45 757 oder der cP-A-H^ 45 736 beschriaben.

Schon lange ist bekannt, daß in den meisten Anwendungsfällen und bei den üblichen Dimension j ei v^.gi&eegr; solcher Wabenkörper die Strömung in den Kanälen im wesentlichen laminar ist, da sehr kleine Kanalquerscimitte verwendet werden. Unter diesen Bedingungen bauen sich an den Kanalwänden relativ dicke Grenzschichten auf, welche einen Kontakt der Kernströmung in chi &pgr; ^analen mit den Wänden verringern. Diffusionsprozesse zwischen Kernströmung und Grenzschichten gleichen dies rwar teilweise aus, jedoch wurde seit langem versucht, durch besondere Strukturierung des Wabenkörpers hier Verbesserungen zu schaffen.

Aus der DE-PS-Il 92 624 ist beispielsweise bekannt, den Wabenkörper aus vielen hintereinander angeordneten Scheiben herzustellen, deren Kanäle in Strömungsrichtung gegeneinander versetzt sind. Ein so zusammengesetzter Körper hat in seinem Inneren immer wieder neue Anströmkanten, an denen die Strömung geteilt wird. Dabei wurden vorzugsweise Scheiben aus spiralig gewickelten glatten und gewellten Blechen hintereinandergesetzt, wobei die Wickelrichtung jeweils geändert wurde. Diese

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2"' ^: ' ' "'89G 6 72 IDE Maßnahme ist einerseits fertigungstechnisch wegen der vielen

kleinen Scheiben sehr aufwendig und führt andererseits zu i'l unregelmäßigen Konstellationen der gegeneinander versetzten fi Kanäle, was bei der Beschichtung und beim späteren Betrieb von U 5 Nachteil sein kann.

P In der EP-A-Ol 52 560 und der EP-A-Ol 86 801 werden S Möglichkeiten zur Verwirklichung desselben Gedankens K beschrieben, die fertigungstechniscn günstiger sind, da ein &PSgr;-. 10 Wefc'/nkörper nicht aus mehreren Scheiben zusammengesetzt werden muß. Allerdings bringen es die beschriebenen Wellformen mit sich, daß erhebliche Flächenanteile der verwendeten Bleche aneinanderliegen, wodurch d.ie für katalytische Kontaktierung ausnutzbare Fläche im Verhältnis zum Materialeinsatz ungünstig wird.

In einem zusammenfassenden Artikel von M. Nonnenmann: "Neue Metallträger für Abgaskatalysatoren mit erhöhter Aktivität und innerem Strömungsausgleich", PTZ Automobiltechnische Zeitschrift 91 (1989) 4, Seiten 185 - 192, in dem die Vorteile und Wirkungen von in Strömungsrichtung gegeneinander versetzten Strömungskanälen beschrieben werden, wird auch eine Variante vorgeschlagen, bei der statt einer glatten Blechlage ein soo. Mikru-Wellband verwendet wird, wodurch die Flächenausnutzung etwas günstiger wird. Ein solches Mikro-Wellband bildet jedoch zusammen mit glatten Anlageflächen an anderes strukturierten Blechbändern winzige Kanäle, welche sich bei einer späteren Beschichtung zusetzen und damit eine beachtliche Erhöhung des Druckverlustes und wiederum einen Verlust an aktiver Fläche und einen unnötigen Verbrauch an Beschichtungsmasse bewirken. Trotzdem zeigt der Artikel, daß aufgrund der fertigungstechnischen Möglichkeiten ein metallischer Katalysator-Trägerkörper einem extrudierten keramischen Körper überlegen ist, da durch konstruktive Maßnahmen die Strömungsverhältnisse im Inneren beeinflußt werden können. Dabei kann ein zusätzlicher Effekt auftreten, nämlich die Quervermischung von Strömungen in

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.:.·..· ₃'..· : ·..· ..· _{89G 67}2 1 DE den einzelnen Kanälen durch entsprechende Verbindungswege bzw. Öffnungen in den Kanalwänden. Eine gezielte und umfangreiche Quervermischung läßt sich mit den beschriebenen Strukturen jedoch nicht erreichen, da ein starkes Druckgefälle, was für &iacgr;

eine starke Quervermischung nötig wäre nicht existiert. Die |

Strömung wird zwar immer wieder neu aufgespalten, jedoch führt "j dies nicht zu einer gezielten Quervermischung, da sich die Strömungsfäden anschließend auch wieder vereinigen. Bei spiralförmig gewickelten Körpern ist dabei eine Quervermischung von innen nach außen überhaupt nur durch Öffnungen in den glätten Blechlagen möglich, jedoch ist de*' entstehende Effekt äußerst gering.

Im Hinblick auf de» bisher oeschriebenen Stand der Technik ist es Aufgabe der vorl iyenden Erfindung, einen Wabenkörper zu schaffen, bei welchem sich durchgehende Grenzschichten an den Kanalwänden beim Hindurchströmen einen Fluids nicht ausbilden können und bei dem eine gezielte und umfassende Quervermischung, insbesondere zwischen dem Zentralbereich und dem Außenbereich stattfindet. Dabei sollen auch fertigungstechnische Gesichtspunkte berücksichtigt werden, um den Aufwand bei der Herstellung solcher Wabenkörper gering zu halten.

Zur Lösung dieser Aufgabe eignet sich ein Wabenkörper, insbesondere Katalysatorkörper für Kraftfahrzeuge, aus Lagenweise angeordneten, zumindest in Teilbereichen strukturierten Blechen, die die Wände einer Vielzahl von für ein Fluid durchströmbaren Kanälen bilden, bei dem zumindest in einem Teil der Kanalwände Öffnungen vorhanden sind, denen Strömungsleitflächen zugeordnet sind, welche schräg zur Kanalwand verlaufen. Eine entscheidende Erkenntnis der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß einfache Öffnungen in den Kanalwänden mangels einer Druckdifferenz zwischen benachbarten Kanälen kaum zu einer Quervermischung führen. Solche Öffnungen verhindern auch nicht die Ausbildung einer Grenzschicht bei laminarer Strömung. Werden jedoch den

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89 G 6 72 IDE Öffnungen Strömungsleitflächen zugeordnet, welche im wandnahen Bereich einen Teil der Strömung abschälen und durch die Öffnung leiten, so werden damit zwei Funktionen gleichzeitig erfüllt. 7 >m einen wird die wgndnahe Grenzschicht unterbrochen, so daß 1ei,le der Kernströmung nunmehr in Kontakt mit der nachfolgenden Kanalwand kommen, zum anderen wird eine zwangsweise Querströmung durch die Strömungsleitfläche hervorgerufen, was zu einer gezielten Beeinflussung der Strömungsverteilung in den einzelnen Kanälen geeignet ist.

Fertigungstechnisch günstig ist es, wenn die Strömungsleitflächen aus den Kanalwänden unter Belassung entsprechender Öffnungen herausgedrückt werden, da auf diese Weise gleichzeitig Öffnungen und Strörnunqsleitwände entstehen.

Die getrennte Herstellung von beispielsweise geprägten Strömungsleitwänden und gestanzten öffnungen ist jedoch möglich. Im Gegensatz zu den bekannten Wabenkörpern, in denen im wesentlichen alle Kanalwände und sonstigen Flächen parallel zur Strömung ausgerichtet sind, sollen die Strömungsleitflächen bei der vorliegenden Erfindung so ausgebildet sein, daß sie einen Teil des in einem Kanal strömenden Fluids in einen benachbarten Kanal umlenken können. Günstig ist es dafür, daß die Strömungsleitflächen in Bezug auf die Mittelachse oder Mittelebene des Wabenkörpers schräg nach außen bzw. schräg nach innen weisen, d. h. eine Richtungskomponente in radialer Richtung haben. Dies ist deshalb von Bedeutung, weil eine quer zur Strömung erfolgende Vermischung zwischen Kanälen, die in gleichem Abstand vom Zentralbereich des Wabenkörpers liegen, nicht so vorteilhaft ist, wie eine Vermischung zwischen den äußeren, meist kälteren Bereichen und dem Inneren, meist wärmeren Zentralbereich.

Besonders günstig läßt sich die vorliegende Konstruktion auf Wabenkörper anwenden, die aus einem Stapel zumindest im Außenbereich etwa evolventenförmig und/oder S-förmig und/oder spiralförmig verlaufenden strukturierten Blechlagen bestehen,

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wobei die Strömungsleitflächen gerade so gerichtet sind, daß sie Teilströme von Fluid entlang den Blechlagen von innen nach außen oder umgekehrt leiten können. Ist der Wabenkörper im wesentlichen aus abwechselnden Lagen glatter und gewellter Bleche aufgebaut, so brauchen in diesem Falle die Strömungsleitflächen und Öffnungen nur im Flankenbereich der Wellen angeordnet zu sein. Da die einzelnen Lagen nach außen führen, ist es nicht unbedingt notwendig, Öffnungen in den glatten Blechen vorzusehen. Zur Verstärkung des Effektes kann dies jedoch trotzdem der Fall sein, wobei zusätzliche Öffnungen ir! den glatten Blechen am günstigsten ohne zugehörige Strömungsleitflächen auszubilden sind, da dies die Fertigung erleichtert und ein Aufeinandertreffen von Wellungen und Strömungsleitflächen mit Undefiniertem Abstand verhindern.

Um eine gute Wirksamkeit der Strömungsleitflächen zu erreichen, sollten diese 5 - 50 % des in ihrer direkten Umgebung gegebenen Kanalquerschnittes überdecken. Günstig für ein Abschälen der Grenzschicht sind Strömungsleitflächen, die etwa 10 - 20 % des Kanalquerschnittes abdecken.

Für die räumliche Anordnung der Strömungsleitflächen gibt es die Möglichkeit, diese schräg entgegen der Strömungsrichtung des Fluides auszurichten oder schräg in Strömungsrichtung. Im ersten Fall wird ein Teil des Fluids durch die Kanalwand gedrückt, im zweiten Fall gesaugt. Im allgemeinen wird es günstig sein, die Strömungsleitflächen in einem spitzen Winkel auf die Kanalwand zulaufen zu lassen, wobei die Neigung der Strömungsleitwand zur Kanalwand einen Einfluß auf eventuelle Abrißwirbel hinter der Strömungsleitfläche hat. Hier muß ein Optimum zwischen gewünschter Turbulenz und dem Druckverlust gesucht werden. Im allgemeinen wird es günstig sein, wegen der sich schnell wieder ausbildenden laminaren Strömung in den Kanälen Strömungsleitflächen und Öffnungen im Abstand von 5 - 20 mm, vorzugsweise 10 - 15 mm anzuordnen. Die Wirkung der Strömungsleitflächen ermöglicht es, die Kanalquerschnitte

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6 " " 89 G 6 72 IDE insgesamt größer zu machen, was Material einspart und die Fertigung der kleinen Strukturen erleichtert, ohne daß die Wirksamkeit der katalytischen Umsetzung beeinträchtigt wird.

Ein ganz entscheidender Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß die Strömungstechnischen Effekte der Strömungsleitflächen durch geeignete Wahl von Anzahl, Größe und Richtung dieser Flächen so aufsummiert werden können, daß sie im Mittel einen Teil eines im Zsntralbereich des Wabenkörpers strömenden Fluids noch außen leiten können. Üblicherweise bildet sich auch in einem Wabenkörper ein Strömungsprof11 aus, welches im Querschnitt etwa parabelförmig ist, so daß in den Kanälen im Zentralbereich mehr Fluid und schneller strömt als im Außenbereich. Leiten jedoch die meisten Strömungsleitflächen einen Teil des Fluids aus inneren Kanälen in weiter außen liegende Kanäle, so kann das Strömungsprofil vergleichmäßigt werden. Dies steigert die katalytisch^ Umsetzung, da der Wabenkörper gleichmäßiger ausgenutzt wird und Diffusionsprozesse begünstig werden.

Zusätzlich bietet sich die Möglichkeit, die Strömung im Wabenkörper ganz nach Wunsch zu beeinflussen, indem die Strömungsleitflächen entsprechend zueinander angeordnet werden. So können in Teilbereichen des Wabenkörpers Teilströme von Fluid von außen nach innen und in einem anderen Teilbereich von innen nach außen geleitet werden. Dies vergleichmäßigt die Temperaturverteilung und baut den Katalysator schädigende Temperaturspitzen ab. Wie anhand der Zeichnung noch näher erläutert wird, kann ein Wabenkörper auch aus mehreren Teilbereichen oder Teilkörpern zusammengesetzt ^ein, welche im Mittel unterschiedliche Charakteristiken bezüglich der Verteilung der Fluidströme aufweisen. So kann beispielsweise der erste Teilkörper oder Teilbereich für eine gleichmäßige Verteilung der Fluidströme über den gesamten Querschnitt des Wabenkörpers ausgebildet werden, während anschließende Teilkörper oder Teilbereiche zur gleichmäßigen Vermischung der

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Fluiciströme ausgebildet sind. 896672 IDE

Eine große Variationsbreite besteht in der Ausbildung der Öffnungen und der Strömungsleitflächen, wie beispielhaft anhand der Zeichnung gezeigt wird. Mittels Stanz- oder Prägewerkzeugen können solche Strukturen hergestellt werden. Als für die Fertigungstechnik von ganz besonderer Bedeutung hat sich erwiesen, daß die meisten Schlitze oder Öffnungen in einem glatten Metallband beim anschließenden Wellen des Bandes so verformt werden, daß ihre Berandungslinien nicht der sonstigen Wellform des Bandes folgen. Es entstehen ohne weitere Zusatzmaßnahmen Strömungsleitflächen, deren Ausrichtung durch die Form und Lage der Schlitze bzw. Öffnungen vorher definiert festgelegt werden kann. Aus fertigungstechnischen Gründen ist es daher vorzuziehen, die Öffnungen und Strömungsleitflächen im wesentlichen im Flankenbereich der strukturierten Bleche anzuordnen, während die glatten Bleche ohne öffnungen oder zumindest ohne Strömungsleitflächen gestaltet werden.

Das Umfeld und Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Die hier gemachten Aussagen beziehen sich im wesentlichen auf die Anwendung solcher Wabenkörper als Katalysator-Trägerkörper, jedoch ist dies nicht einschränkend auszulegen. Auch für andere Verwendungszwecke sind erfindungsgemäße Wabenkörper geeignet.

Es zeigen

Figur 1 einen Blechstreifen mit verschiedenen Möglichkeiten zur Anbringung von Öffnungen und Strömungsleitflächen, Figur 2 ein gewelltes Blech mit Strömungsleitflächen und öffnungen im Flankenbereich,

Figur 3 einen Ausschnitt aus einem Wabenkörper, hergestellt unter Verwendung eines Bleches gemäß Figur 2, Figur 4 einen schematischen Längsaxialschnitt durch einen erfindungsgemäßen Wabenkörper mit Strömungsleitflächen, die die Strömung im Mittel nach außen umlenken,

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Figur 5 einen Wabenkörper mit zumindest im Außenbereich evolventenförmig oder spira förmig verlaufenden Blechlagen zur Veranschaulichung der möglichen Strömungsführungen, Figur 6 einen Längsaxialschnitt durch einen Wabenkörper mit Strömungsumlenkung in Teilbereichen nach außen und in Teilbereichen nach innen,

Figur 7 einen Querschnitt durch einen Wabenkorper mit etwa S-förmigen Blechlagen, bei dem die Strömungen innerhalb zweier benachbarter Lagen entgegengesetzt: umgelegt werden, Figur 8 einen Wabenkcrps? aus mehreren 7ei!körpern mit im Mittel unterschiedlichen Charakteristiken bezüglich der Verteilung der Fiuidstiöme,

Figur 9 ein anderes Ausführungsbeispiel mit Teilkörpern unterschiedlicher Strömungscharakteristik und Figur 10 ein gewelltes Blech mit einer etwa S-förmigen Öffnung und der beim Wellen entstehenden Ausbildung der Strömungsleitflächen.

Figur 1 zeigt einige Beispiele aus der Vielzahl der möglichen Konstellationen von öffnungen und Strötnungsleitflächen. Die hier gezeigte Auswahl soll keineswegs einschränkend sein, jedoch die große Variationsbreite veranschaulichen. Ein Stahlblech, insbesondere aus hochtemperatur-korrosionsfestem Stahl, mit einer Dicke von beispielsweise 0,03 - 0,06 mm, wird auf seiner Länge mit einer Vielzahl von öffnungen 15, 16 und Strömungsleitflächen versehen. Hierzu ist zu bemerken, daß in Figur 1 die Öffnungen und Strömungsleitflächen in ihren Maßen um ein Vielfaches zu groß gezeichnet sind, um ihre Form zu veranschaulichen. Tatsächlich sind die Maße jeweils Bruchteile von Millimetern, und die Folie ist relativ dicht mit diesen Öffnungen übersät. Um gezielt öffnungen in den Flankenbereich von Wellungen einbringen zu können, muß gegebenenfalls eine Schlitz- oder Stanzvorrichtung mit einer anschließenden Wellvorrichtung synchronisiert werden, was jedoch fertigungstechnisch möglich ist. Man kann zumindest zwei Arten von öffnungen unterscheiden, nämlich reine Schlitze 16, bei

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denen kein Material weggenommen ist, und Ausstanzungen 15, bei welchen eine bestimmte Form ausgestanzt wird. Letztere sind besonders günstig, da beim späteren Beschichten kein Zuschmieren zu befürchten ist. In Figur 1 ist zunächst eine sogenannte Hutze 3 als Strömungsleitfläche dargestellt, welche ungefähr die Form eines herausgedrückten Kegelmantelsegmentes hat mit einer offenen Grundfläche in Form eines Kreissegmentes, Ein langgestrecktes Dreieck 4 ist ebenfalls eine gut geeignete Strömungsleitfläche, die je nach ihrer Orientierung zur Strömung zusätzliche Abrißwirbel erzeuger? kann. Auch trapezförmige 5 oder viereckige 6 Strömungsleitflächen eignen sich, sofern ihre Abmessungen die Sehwingungseigenschaften berücksichtigen als StroRiungsüeitflächen. Auch die aus einem T-fc-risigen Schlitz 16 htxausk' ippbaren Dreiecke 7a, 7b h".bsn günstige Eigenschaften. Bei e. rrer sichelförmigen Ausstanzung 15, welche quer oder schräg zur Strömu^gsrichtung angeordnet ist, läßt sich ein innerer Lappen 3s su einer Seite verbiegen, während <-in äußerer Lappen 8b zur anderen Seite ausgebeult werden kann, f.uch so entsteht eine hutzenähnliche Struktur.

Auch bei den anderer- Ausführungsbeispielen mit Ausstanzungen lassen sich Lappen 9a, 9b; 10a, 10b; 11a, 11b, lic; 12a, 12b, Hc₁ 12d; 13a, 13b; 14a, 14b in den Randbereichen zu den beiden Seiten des Bleches herausbiegen, wie gestrichelt und üuLch Pfeile angedeutet ist. Dabei entstehen jeweils Konfigurationen, die ein Abschälen einer Grenzschient von einer Strömung ermöglichen.

Figur 2 <:eigt, wie bei einem gewellten Blech zwei Hutzen 21 mit ihren entsprechenden Öffnungen 22 im Flankenbereich der Wellung angeordnet werden können. Sind die Öffnungen 22 entgegen einer Strömung gerichtet, so wird ein Teil der Strömung durch die Hutzen 21 gedrückt. Sind die Hutzen in Strömungsrichtung offen, so wirken sie wie Saughütchen, so daß ein Teil des Fluids aus einem Nachbarkanal in den Kanal mit den Hutzen gesaugt wird.

Figur 3 veranschaulicht die Verhältnisse in einem aus glatten Blechen 1 und gewellten Blechen 2 gewickelten oder

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111 · 9 "' " &igr;&oacgr;¹ ' '" "' 89G 672 IDE !•&iacgr; 1 geschichteten Körper. Die Hutzen 31 und Öffnungen 32 im

f. Flankenbereich der gewellten Bleche 2 beeinträchtigen ein &bgr; Stapeln oder Wickeln der Bleche nicht, da weiterhin definierte

if Anlagelinien zwischen den glatten 1 und gewellten Blechen |i 5 bestehen.

&uacgr; Figur 4 zeigt schematisch eine mögliche Verteilung von ,&KHgr;= Strömungsleitflächen Al und Öffritten 42 in einem Wabenkörper, '&xgr;> der von einem Mantelrohr 40 umgeben ist. Angeströmt wird der V; 10 Kabenkörper im aligemeinen von einer Strömung mit einem

parabelförmigen Profil 43, so daß nicht alle Kanäle 44 gleiche Volumenströme erhalten. Die im Längsaxialschnitt sciriematisch angedeutete Verteilung der Strömungsleitflächen 41 bewirkt eine Vergleichmäßigung des Strömungsprofils, indem aus den inneren Kanälen mit hohem Volumenstrom immer wieder Teilströme in weiter außen liegende, benachbarte Kanäle mit niedrigerem Volumenstrom gelenkt werden. Gemäß Figur 5 läßt sich eine solche Teilung der Strömungsleitflächen besonders günstig bei Wabenkörpern erreichen, welche zumindest im Außenbereich aus etwa evolventenförmig verlaufenden Schichten aus glatten 1 und gewellten 2 Blechen bestehen. Wie durch Pfeile angedeutet ist, kann die Strömung durch Öffnungen und Strömungsleitflächen imm<*r wieder teilweise in benachbarte und weiter außen liegende Kanäle 54 abgezweigt werden, wodtrch ein Ausgleich der ! 25 Volumenströme von innen nach außen stattfindet.

Figur 6 veranschaulicht schematisch im Längsaxialschnitt die Anordnung von Öffnungen 62 und Strömungsleitflächen 61a, 61b in einem Wabenkörper, der nicht nur auf einen Ausgleich des Strömungsprnfils, sondern auch für eine Vermischung der Strömungen ausgelegt ist. Der ganze Wabenkörper ist in einem Mantelrohr 60 angeordnet, wird von einem stwa parabelförmigen Strömungsprofil 63 angeströmt und weist eine Vielzahl von Kanälen 64 auf. In Teilbereichen des Wabenkörpers sind die Strömungsleitflächen 61a so gerichtet, daß sie Teilströme der , Volumenströme von innen nach außen ablenken, während in

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anderen Teilbereichen Volumenströme von außen nach innen umgelenkt werden.

Figur 7 zeigt anhand eines Querschnittes durch eine Wabenkörper mit etwa S-förmigen Blechlagen, wie ein die Vermischung unterstützender Körper mit Strömungsleitflächen 71 und öffnungen 72 versehen sein kann. Der Wabenkörper in Figur 7 besteht aus glatten 1 und gewellten 2 Blechen, welche in einem Stapel angeordnet sind, dessen Enden gegensinnig verschlungen sind. Die Strömungsleitflächen 71 und öffnungen 72 sind in den einzelnen Lagen gewellter Bleche an unterschiedlichen Flanken angeordnet oder unterschiedlich ausgerichtet, so daß beispielsweise in zwpi benachbarten Lagen von Kanälen 74a bzw. 7/4b unterschiedlj .h gerichtete Teilströme abgezweigt werden.

Bei einem reinen , .sohkörper ist diese Konfiguration besonders günstig. Soll zusätzlich eine Vergleicrtinäßigung des Strömungsprofils stattfinden, so können auch mehr Öffnungen für eine Strömungsabzweigung nach außen vorgesehen werden als nach innen.

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Die Figuren 8 und 9 zeigen unterschiedliche Möglichkeiten, wie ein Wabenkörper aus Teilkörpern zusammengesetzt werden kann, die unterschiedliche Charakteristiken bezüglich der Strömungsverteilung aufweisen. In Figur 8 erweitert sich eine Rohrleitung 81 in einem Difusor 82 und strömt einen ersten Teilkörper 83 an, welcher als Verteiler Teilströme der Strömung nach außen leitet und so das Strömungsprofil vergleichmäßigt, wie durch Pfeile angedeutet wird. Diesem Teilkörper schließt sich ein reiner Mischkörper 84 an, der beispielsweise gemäß Figur 7 ausgebildet sein kann. Falls nötig kann in dem gleichen Mantelrohr 80 noch ein weiterer Teilkörper 85 als Flächereserve vorhanden sein, welcher keine speziellen Eigenschaften bezüglich der Strömungsführung aufweisen muß. Anschließend geht das Mantelrohr 80 wieder in eine Auslaßleitung 86 über.

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Noch günstiger in Bezug auf die Strömungseigenschaften kann

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•^:··-· 'a' ' ·-·· ··' 89G672 IDE eine Anordnung gemäß Figur ? sein. Ein Abgasrohr 91 geht über einen Difusor 92 in einen ersten Teilkörper 93 über, welcher pine Vorverteilung und VergleichmäOigung der Strömung bewirkt, ,'.ieran schließt sich ein zweiter Difusor 94 an, dem ein zweiter reilkörper 95 mit im wesentlichen nach außen gerichteter Strömungsleitcharakteristik folgt. Diese Anordnung hat einen sehr geringen Druckverlust, der in den Körpern 93 und 95 sogar negativ sein kann. Es können noch in einem gemeinsamen Mantelrohr 90 angeorndete weitere Teilkörper 96 bzw. 97 zum Vermischen bzw. als Flächenreserve folgen. Günstig kann es sein, wenn die aufeinanderfolgenden Teilkörper unterschiedliche Zellenzahlen pro Flächeneinheit aufweisen. So könnte der erste Wabenkörper 93 bespielsweise eine Zellenzahl von 50 oder 100 Cpi (Cells per square inch), der zweite Teilkörper 95 100 oder 200 Cpi, der dritte Teilkörper 96 z. B. 200 Cpi und der als Flächenreserve dienende Teilkörper 97 400 Cpi aufweisen. Figur 9 dient nur zur Veranschaulichung der Vielzahl von Möglichkeiten, die die erfindungsgemäße Ausbildung von Wabenkörpern in systemtechnischer Hinsicht bietet.

Figur 10 zeigt zur Veranschaulichung der fertigungstechnischen Besonderheiten ein gewelltes Blech 2 mit einem etwa S-förmigen Schlitz 102, welcher schräg zur Strömungsrichtung angeordnet ist. Dieser vor dem Wellen des Bleches 2 angebrachte Schütz 102 begrenzt zwei Lappen 101a, 101b, welche beim Wellen, z. B. mit Wellwalzen mit Evolventenverzahnung, nicht genau in der gewellten Fläche zu Liegen kommen, sondern aufgrund der Elastizität des Materials leicht in verschiedene Richtungen aus der Ebene des gewellten Bleches 2 herausgebogen sind. Dadurch entstehen Strömungsleitflächen lOia, 101b, welche zu einer Querströmung zwischen den benachbarte Kanälen 104 führen.

Die erfindungsgemäßen Wabenkörper wurden zwar hauptsächlich anhand ihrer Vorteile bei der Verwendung als Katalysator-Trägerkörper erläutert, jedoch ist ihre Anwendung nicht hierauf beschränkt. Es sei erwähnt, daß erfindungsgemäße Wabenkörper

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1 auch für direkt elektrisch beheizbare Katalysatoren in Betracht kommen, da der Widerstand der Bleche durch die öffnungen zunimmt, was erwünscht ist. Auch andere Anwendungen zur Verglei::hmäÖigung von Strömungen und dergleichen sind denkbar.

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Claims

14 Schutzansprüche 83G 672 1 DE

1. Wabenkörper, insbesondere Katalysatorkörper für Kraftfahrzeuge, aus lagenweise angeordneten, zumindest in Teilbereichen strukturierten Blechen (1, 2), die die Wände einer Vielzahl von für ein Fluid durchströmbaren Kanälen (44; 54; 64; 74a, 74b) bilden, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest in einem Teil der Kanalwände Öffnungen (22; 32; 42; 52; 62; 72) vorhanden sind, denen Strömungsleitflächen (21; 31; 41; 51; 61a, 61b; 71) zugeordnet sind, welche schräg zur Kanalwand verlaufen.

2. Wabenkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsleitflächen (21; 31; 41; 51; 61a, 61b; 71) aus den Kanalwänden herausgedrückt sind unter Belassung entsprechender Öffnungen (22; 32; 42; 52; 62; 72).

3. Wabenkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch

gekennzeichnet, daß die Strömungsleitflächen (21; 31; 41; 51; 61a, 61b; 71) so ausgebildet sind, daß sie von einem in einem betreffenden Kanal (44; 54; 64; 74a, 74b) strömenden Fluid einen Teil in einen benachbarten Kanal umlenken können.

4. Wabenkörper nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsleitflächen (21; 31; 41; 51; 61a, 61b; 71) in bezug auf die Mittelachse oder Mittelebene des Wabenkörpers schräg nach außen bzw. schräg nach innen weisen, d. h. eine Richtungskomponente in radialer Richtung haben.

5. Wabenkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daö der Wabenkörper aus einem Stapel zumindest im Außenbereich etwa evolventenförmig und/oder S-förmig und/oder spiralförmig

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·-' &Iacgr;$" ^: '·· ■·' 89G672 1DE verlaufenden strukturierten Blechlagen (1, 2) besteht, wobei die Strömungsleitflächen (2]; 31; 41; 51; 61a, 61b; 71) so gerichtet sind, daß sie Teilströme von Fluid entlang den Blechlagen (1, 2) von innen nach außen oder umgekehrt leiten können.

6. Wabenkörper nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Wabenkörper im wesentlichen aus abwechselnden Lagen glatter (1) und gewellter

(2) Bleche aufgebaut ist, wobei die Strömungsleitflächen (21; 31; 71) und Öffnungen (22; 32; 72) im Flankenbereich der Weliungen angeordnet sir.d.

7. Wabenkörper nach Anspruch 6, dadurch

gekennzeichnet, daß zusätzliche Öffnungen in den glatten Blechen (1) vorhanden sind.

8. Wabenkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsleitflächen (21; 31; 41; 51; 61a, 61b; 71) etwa 5 bis 50 % des in ihrer direkten Umgebung gegebenen Kanalquerschnittes überdecken.

9. Wabenkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsleitflächen (21; 31; 41; 51; 61a, 61b; 71) schräg entgegen der Strömungsrichtung des Fluids gerichtet sind.

10. Wabenkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 8,

dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsleitflächen (21; 31; 41; 51; 61a, 61b; 71) schräg in Strömungsrichtung des Fluids gerichtet sind.

11. Wabenkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsleitflächen (41) in Anzahl, Größe und Richtung so

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■^:""" &Iacgr;'6 ^: '"' "·' 89G 672 IDE angeordnet sind, daß sie im Mittel einen Teil eines im Zentralbereich des Wabenkörpers strömenden Fluids nach außen leiten.

12. Wabenkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 10,

dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Strömungsleitflächen (61a bzw. 61b| 71) in mindestens einem Teilbereich des bfabenkörpers Teilströme vor? Fluid nach außen und in mindestens einem anderen Teilbereich Teilströme nach j IQ innen leiter; kann,

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13. Wabenkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet* daß der Kabcokörper aus mehreren, axi&x hintersinanderiiegenden 15 Teilkörpern oder Teilbereichen (83, 84. 35; 93, 95, 96, 97) aufgebaut ist, die im Mittel unterschiedliche Charakteristiken bezüglich der Verteilung der Fluidstiüme aufweisen.

14. Wabenkörper nach Anspruch 13, dadurch

j 20 gekennzeichnet, daß zumindest der erste

Teilkörper oder Teilbereich (83; 93) im Mittel Fluidströme vom Zentxailbereich nach außen leitet.

15. Wabenkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsleitflächen die Form von Hutzen (3; 21; 31; 71) haben.

16. Wabenkörper noch einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsleitflächen (4; 7a, 7b; 11a, 11b, lic; 12a, 12b, 12c, 12d) bzw. (5; 6) Dreiecke bzw. Vierecke sind, die bis auf eine Kante aus den Blechen herausgeknickt oder herausgebogen sind.

17. Wabenkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 14,

dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsleitflächen unregelmäßig berandete Flächen mit

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abgerundeten Konturen sind, welche um Schlitze oder Aussparungen herum aus der Blechebene nach einer oder beiden Seiten herausstehen.

18. Nabenkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (15; 16) ihre längste Dimension annähernd in StrÜmungsrichtung oder in einem spiLzen Winkel dazu haben, wobei die Strömungsleitflächen (4) vorzugsweise eine Delta-IC Flügel-ähnliche Konfiguration bilden, die eine Verwirbelung der Strömung bei geringem Druckverlust erzeugt.

19. Wabenkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsleitflächen (4; 5; 6; 7a, 7b; 8a, 8b; 9a, 9b; 10a, 10b; 11a, 11b, lic; 12a, 12b, 12c, 12d; 13a, 13b; 14a, 14b) durch Wellen eines mit entsprechenden Schlitzen bzw. Öffnungen (16 bzw. 15) versehenen Bleches (2) hergestellt sind.

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