EP3500738A1 - Wabenkörper zur abgasnachbehandlung - Google Patents

Wabenkörper zur abgasnachbehandlung

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EP3500738A1
EP3500738A1 EP17754335.2A EP17754335A EP3500738A1 EP 3500738 A1 EP3500738 A1 EP 3500738A1 EP 17754335 A EP17754335 A EP 17754335A EP 3500738 A1 EP3500738 A1 EP 3500738A1
Authority
EP
European Patent Office
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honeycomb body
radial zone
honeycomb
smooth layer
honeycomb structure
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP17754335.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Carsten Kruse
Peter Hirth
Frank Bohne
Christian Schorn
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Continental Automotive GmbH
Original Assignee
Continental Automotive GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F01N2330/60—Discontinuous, uneven properties of filter material, e.g. different material thickness along the longitudinal direction; Higher filter capacity upstream than downstream in same housing

Definitions

  • the invention relates to a honeycomb body for exhaust gas aftertreatment, and to a process for producing a honeycomb body for exhaust aftertreatment.
  • the honeycomb body can be used as a catalyst carrier body in exhaust systems of mobile internal combustion engines, or used.
  • a honeycomb body provides a large surface on which catalytically active material is positioned and brought into contact with the exhaust gas flowing through the honeycomb body.
  • the invention finds particular application in exhaust gas purification in motor vehicles.
  • honeycomb bodies for exhaust aftertreatment. Basically, a distinction is made between honeycomb bodies made of ceramic and metal. Because of the easier manufacture and the lower
  • honeycomb body can be constructed with smooth and / or structured metallic layers or sheet metal foils. These metallic layers can be layered, wound and / or wound and finally placed in a housing of the honeycomb body, so that a multiplicity of ducts through which the exhaust gas can flow are formed.
  • the channels for example, straight, wound and / or obliquely extend between the end faces of such a honeycomb body.
  • honeycomb body for example, if this is located downstream of a deflection in the exhaust line and / or downstream of a curvature of the exhaust pipe, an inhomogeneous or non-uniform flow of the honeycomb body is not or only with relatively high effort to avoid. This regularly leads to such a honeycomb body can not be flowed through evenly, so that the honeycomb body can not be used ideally.
  • a cleaning effect of the honeycomb body can be reduced, in particular because an optionally present catalytic coating is not completely and / or ideally in contact with the exhaust gas and / or possibly one or more with a separation function Channels of the honeycomb body are not sufficiently flowed through.
  • a honeycomb ⁇ body for exhaust aftertreatment, and a method for producing a honeycomb body for exhaust aftertreatment are specified, which allow in particular in unfavorable installation situations of the honeycomb body in an exhaust system as even ⁇ moderate, or more uniform flow through the Wa ⁇ ben stresses.
  • the honeycomb body should be as simple and inexpensive to produce.
  • the honeycomb body for exhaust aftertreatment has a housing and a honeycomb structure with a multiplicity of (flow-through) channels, wherein the honeycomb structure is formed with at least one, at least partially structured, in particular metallic, layer and with at least one, in particular metallic, smooth layer.
  • a (or at least one specific) cross section of the honeycomb structure has radial zones, wherein the at least one smooth layer is designed and positioned such that a first cell density in an inner radial zone in at least one axial section of the honeycomb structure in comparison to a second cell density in an outer radial zone is increased.
  • the proposed honeycomb body is used in particular for after ⁇ treatment of an exhaust gas of an internal combustion engine of a motor vehicle.
  • the proposed honeycomb body has, in particular, a radially varying / different or variable / variable flow resistance.
  • the pre ⁇ troubled honeycomb body, as well as the hereinafter still proposed method allows in an advantageous manner, in particular also in unfavorable installation situations of the honeycomb body in an exhaust gas system, a uniform or more uniform flow through the honeycomb body, in particular because the Strö ⁇ flow resistance of the honeycomb body radially in the outer Zone is reduced (targeted) due to the lower cell density.
  • the honeycomb body is advantageously comparatively simple and inexpensive to produce, in particular because the different cell densities are (exclusively) adjustable by the execution and positioning of the smooth layer.
  • an additional support structure for holding the at least one at least partially structured layer is not absolutely necessary because the smooth layer can prevent adjacent regions of the at least partially structured layer and / or adjacent, at least partially structured layers from slipping into one another.
  • existing tools for producing the honeycomb body can be used, because in particular the winding process for winding such layer packages can be technically easily adjusted.
  • the honeycomb body can basically have different shapes, in particular a round, oval, polygonal or similar cross-section.
  • such a honeycomb formed body with a tube-like housing In many cases, such a honeycomb formed body with a tube-like housing.
  • the exhaust gas regularly enters via a first end side of the honeycomb body and out again via a second end side of the honeycomb body.
  • the end faces which are preferably arranged substantially parallel to one another, regularly define the (axial) length of the honeycomb body in the direction of a center axis of the honeycomb body, wherein this center axis penetrates both end faces and is arranged perpendicularly and centrally in particular to at least one, preferably two end faces.
  • the honeycomb body has at least one at least partially structured (metallic) layer. It is possible that a (single) layer has smooth and structured sections or sections with different structuring.
  • the structure of the at least partially structured (metallic) layer is preferably formed over the entire length, ie between the first end side and the second end side.
  • the structure of at least partially structured (metal ⁇ metallic) layer is carried, formed in particular from the first end side toward the second end face extending Erhe ⁇ environments and depressions, for example. Are stamped into the location.
  • the surveys and depressions can be in
  • Cross section form a kind of sine wave, zigzag or the like.
  • the at least one at least partially structured layer and the min ⁇ least a smooth layer over the entire (axial) length of the honeycomb body extend.
  • the channels or their cross sections can be
  • a cross section of the honeycomb structure has radial zones with different cell density.
  • Several, in particular ⁇ along the center axis and / or in an axial direction spaced cross-sections of the honeycomb structure may have radial zones with different cell density.
  • The, or considered here cross-section (s) of the honeycomb structure is, or each lie in one in particular orthogonal to the center axis of the honeycomb body aligned cross-sectional plane.
  • the terms "axial” and “radial” refer here, unless explicitly stated otherwise, to the center axis of the honeycomb body.
  • the at least one smooth layer is designed and positioned such that in at least one axial section of the honeycomb structure, a first cell density in an inner radial zone is increased compared to a second cell density in an outer radial zone.
  • the at least one axial section is at least spaced from the first end side or the second end side of the honeycomb body.
  • the radial zones extend along the (total) axial length of the honeycomb structure.
  • a ratio of second cell density to first cell density is in the range of 0.1 to 0.7, particularly preferably in the range of 0.25 to 0.6.
  • the first cell density is in the range of 300 to 1000 cpsi (cells per square inch), more preferably in the range of 400 to 800 cpsi.
  • the second cell density is in the range of 100 to 600 cpsi, in particular in the range of 100 to 400 cpsi.
  • a plurality of outer radial zones in particular provided with different cell densities, wherein the cell densities in the outer radial zones are each smaller than the cell density in the inner radial zone.
  • the outer (s) radial (s) zone (s) is, or are in particular such ange ⁇ arranged that they at least partially, preferably completely surround the inner radial zone.
  • the inner radial zone is preferably arranged in the region of or around the center axis of the honeycomb body. More preferably, the outer radial zone in the region of the housing, or arranged on the housing.
  • the inner radial zone can have different shapes, in particular a round, oval, polygonal or similar cross-section.
  • the inner radial zone has a size of at least 50 cm 2 [square centimeters].
  • the inner radial zone has a size in the range of 70 to 85 cm 2 .
  • the outer radial zone may have a size of at least 70 cm 2 .
  • the outer radial zone has a size in the range of 90 to 120 cm 2 .
  • at least the inner radial zone or the outer radial zone is arranged coaxially with the center axis of the honeycomb body.
  • the inner radial zone is preferably arranged centrally with respect to the cross section of the honeycomb structure.
  • At least the inner radial zone or the outer radial zone is arranged at least as a function of a mounting situation of the honeycomb body in an exhaust system or as a function of an inflow profile of an exhaust gas flow flowing against the honeycomb body.
  • the inner radial zone may be positioned eccentrically to the center axis of the honeycomb body.
  • honeycomb body in the exhaust systems, or in the exhaust pipe, for example, such that the honeycomb body (immediately) downstream of a deflection in the exhaust system and / or downstream of a curvature of the exhaust pipe is arranged, so the honeycomb body with a flow profile the flow of exhaust gas is impinged, which has an eccentric to the center axis of the honeycomb body arranged flow profile maximum.
  • the (on) flow profile describes the distribution of the flow velocity over the (on) flow cross section.
  • the (on) flow profile maximum is present in particular in the region of the maximum flow velocity.
  • the inner radial zone is central with respect to the flow of the honeycomb body, in particular centrally with respect to a (maximum) flow profile maximum of the honeycomb body. arranged body flowing on the exhaust gas flow.
  • the inner radial zone is arranged such that a central region of the inner radial zone spans or overlaps a (inlet) flow profile maximum of the exhaust gas flow flowing in against the honeycomb body.
  • the at least one, or each, smooth position is provided only in the inner radial zone.
  • the at least one smooth layer extends over the entire (axial) length of the honeycomb body.
  • a smooth-running length of the at least one smooth layer in the outer radial zone is shorter than in the inner radial zone.
  • the smooth length describes the extent of the smooth layer in the axial direction, or longitudinal direction of the honeycomb body.
  • the smooth length length preferably decreases radially outwards.
  • the smooth layer length (radially) decreases steadily toward the outside, in particular linearly.
  • the Glattla ⁇ gene length to a maximum in the region of the inner radial zone and a minimum in the region of the outer radial zone.
  • the smooth layer is formed in the shape of a rhombus, wherein in particular two opposite peaks of the rhombus (radially) facing outward and have two more opposite peaks of the rhombus toward the end faces of the honeycomb body.
  • the tips of the rhombus pointing toward the end faces of the honeycomb body lie in each case in a (radially) central region of the inner radial zone.
  • the at least one smooth layer (only) in the region of a central axial region of the honeycomb body extends completely through the inner radial zone and the outer radial zone.
  • the at least one smooth layer in the outer radial zone has at least one recess, wherein a recess length of the (the same) recess radially outwards increases.
  • the recess length describes the extension of the recess in the axial direction, or longitudinal direction of the honeycomb body.
  • the recess length (radial) preferably increases steadily toward the outside, in particular linearly.
  • the smooth layer is formed in the shape of a double triangle, have, in particular two opposite Three ⁇ ecksbasistress of the double-triangle towards the end faces of the honeycomb body and the legs and / or tips of the two triangles of the double-triangle run together in a central region of the length of the honeycomb body, or are connected ver ⁇ .
  • the at least one smooth layer extends (only) in the region of a first end side of the Wa ⁇ benMechs and / or in the region of a second end face of the honeycomb body completely through the inner radial zone and the outer radial zone.
  • the at least one smooth layer in the outer radial zone has a plurality of holes, wherein at least one hole size or a hole density of the holes increases radially outward.
  • a porosity of the at least one smooth layer may increase radially outward.
  • holes may be provided in the inner radial zone, these holes in particular having a smaller hole size and / or hole density than the holes in the outer radial zone.
  • a hole diameter of the holes (radially) increases toward the outside. More preferably, a distance between adjacent holes (radially) decreases toward the outside.
  • a hole size, or a hole diameter, of the holes is in the range of 2 mm to 20 mm [millimeter], in particular in the range of 5 mm to 15 mm.
  • the at least one smooth layer extends (only) in the region of a first
  • the at least one smooth layer extends (only) in at least one, between the axial portion arranged completely through the inner radial zone and the outer radial zone.
  • At least one first edge or one second edge of the at least one smooth layer has a (wave) profile with a maximum in the region of the inner radial zone and a minimum in the region of the outer radial zone.
  • the smooth layer is preferably arranged such that the first edge points towards the first end side of the honeycomb body and the second edge toward the second end side of the honeycomb body.
  • the profile of the first edge and / or the second edge may form a kind of sine wave, zigzag or the like.
  • the (wave) profile of the first edge and / or second edge is in particular formed such that the maximum and the minimum of the profile extend in, or opposite, the axial direction of the honeycomb body.
  • the smooth position is smooth even in the region of the profiled first edge and / or second edge.
  • only the first edge or the second edge has the (wave) profile.
  • the channels extend from a first (inlet) front side of the honeycomb body to a second (outlet) end side of the honeycomb body, wherein the channels extend obliquely to a center axis of the honeycomb body.
  • the arrangement of the structure of the at least partially structured layer, or the elevations and depressions of the at least partially structured layer in the honeycomb body is such that they extend obliquely to the center axis.
  • channels are formed which do not run parallel to the center axis, but at an angle to it.
  • An embodiment of the structure is particularly preferred in such a way that the elevations and depressions are inclined differently in adjacent regions (viewed in the radial direction) or in adjacent layers, or differing from one another
  • this orientation or orientation in the radial direction always looks different.
  • the elevations and depressions at least partially, and preferably at no point of the honeycomb body lie on one another in a line, but cross each other and thus essentially form only punctiform support points with each other.
  • This may result in a structure in which partial exhaust gas flows are permanently deflected and can flow into adjacent elevations or depressions, in particular in the manner of a zigzag.
  • an angle between the elevations or depressions, as well as the center axis is a maximum of 20 ° [angle degree].
  • the angle is in a range of 1 ° to 10 ° and most preferably in the range of 2 ° to 6 °.
  • Channels that run obliquely to the center axis of the honeycomb body are particularly advantageous if the at least one
  • the intersecting protrusions and depressions may advantageously prevent slippage of the, at least partially, structured layer (s) in the outer radial zone.
  • the honeycomb body is formed cone-shaped.
  • at least the housing of the honeycomb body or the honeycomb structure is formed in the manner of a cone.
  • the channels can also expand conically or narrow.
  • an angle between a housing wall and the center axis of the honeycomb body is in the range of 0.5 ° to 5 °
  • a cone-shaped honeycomb body, or a cone-shaped housing of the honeycomb body is particularly advantageous if the smooth layer length has a minimum in the region of the outer radial zone and / or if (only) the first edge or the second edge of the at least one smooth layer a (wave) Profile with a minimum in the area of the outer radial zone.
  • an optionally occurring Vorbondsredulement within the honeycomb structure in the (axial) range of the minimum are knitted by the conical shape of the honeycomb body, be ⁇ relationship example of the case in an advantageous manner contrary ⁇ .
  • the at least one smooth layer is preferably formed symmetrically with respect to a center line of the smooth layer aligned in particular parallel to an axial direction of the honeycomb body.
  • the at least one smooth layer preferably extends at least partially to two, in particular substantially opposite, regions of the housing. More preferably, contact two opposite edges of the at least one flat layer (partial) and / or two opposite edges of the min ⁇ least one at least partially structured layer has a housing inner sides.
  • the honeycomb structure includes at least one, at least partially, structured (metallic) layer, and the min ⁇ least a (metallic) smooth layer, the wound, wound and / or may be stacked.
  • the honeycomb structure is produced with a stack, comprising the at least one, at least partially, structured (metallic) layer, and the at least one (metallic) smooth layer, which is wound in an S-shape. If multiple stacks are used, these can be arranged as a U-shaped and / or V-shaped bent arrangement next to each other and wound together wound into a housing. Common to both embodiments is that all ends of the stacks and / or plies are directed outwards (that is, against a housing) while the bends (s, v, u) are positioned inside. In the stack are preferably alternately at least partially structured (metallic) layer, and the min ⁇ least a (metallic) smooth layer, the wound, wound and / or may be stacked.
  • the honeycomb structure is produced with a stack, comprising
  • each delimiting channels of the honeycomb body The walls of the channels can be smooth (flat in the direction of the channels and / or free of internals) and / or have projections, blades, holes and / or deflection surfaces for the exhaust gas.
  • an exhaust gas flow which passes through the disc-shaped honeycomb body, comparatively and / or are mixed (eg with respect to the flow rate, the partial flow direction, the temperature and / or the like).
  • a method for producing a honeycomb body is proposed aftertreatment system, wherein the honeycomb body comprises at least a casing and a honeycomb structure having a plurality of, in particular flow-through channels, wherein a cross section of the honeycomb structure (different ⁇ Liche) radial zones and wherein the method includes at least the following steps:
  • the method for producing a honeycomb body presented here is used.
  • the indicated sequence of the method steps results in a regular procedure of the method. Individual or all method steps can be performed simultaneously, sequentially and / or at least partially in parallel.
  • the at least one smooth layer in step b) is preferably provided in such a form or shaped and / or processed that the smooth layer, in particular if it is arranged or aligned in step c) ( according to mood) with respect to the at least one at least partially structured , provided in an inner radial zone a first cell density which is higher than a second cell density in an outer radial zone.
  • the bonding in step e) by means of a thermal joining method, in particular by means of a welding method or a (hard) Lötverfah ⁇ rens carried out.
  • a thermal joining method in particular by means of a welding method or a (hard) Lötverfah ⁇ rens carried out.
  • a use of a honeycomb body presented here for exhaust gas aftertreatment, preferably for after-treatment of an exhaust gas of an internal combustion engine of a motor vehicle, is proposed in particular.
  • the details, features and advantageous embodiments discussed above in connection with the honeycomb body and / or the method may accordingly also occur in the case of the use presented here and vice versa.
  • a motor vehicle comprising an internal combustion engine with an exhaust system
  • the exhaust system has at least one catalyst carrier or a particle separator, which is designed with a honeycomb body described here.
  • the catalyst support and / or the P have a catalytically active coating, which may optionally be carried out differently in axial sections of the honeycomb body.
  • FIG. 1 shows a front view of a honeycomb body with radial
  • FIG. 2 a front view of a stack
  • FIG. 3 a detail view of the stack from FIG. 2
  • FIG. 7 shows a plan view of another smooth layer
  • FIG. 8 shows a sectional view of a conical honeycomb body.
  • Fig. 1 shows schematically a front view of a honeycomb body 1 with radial zones 8, 9 of different cell density.
  • the honeycomb body 1 has a housing 2 and a honeycomb structure 3 with a plurality of channels 4.
  • a cross section 7 of the honeycomb structure 3 has radial zones with different
  • Fig. 2 shows schematically a front view of a stack 25, comprising three, at least partially, structured metallic layers 5, and four metallic smooth layers 6.
  • the stack 25, for example, s-shaped to a honeycomb structure (not shown here) for a honeycomb body (not here shown), or wound.
  • FIG. 2 illustrates that the smooth layer 6 is embodied and poised in this way. is positioned that in at least one axial section (not shown here) of the honeycomb structure (not shown here), a first cell density 11 in an inner radial zone 8 is increased compared to a second cell density 12 in an outer radial zone 9.
  • the smooth layers 6 are provided by way of example only in the inner radial zone 8.
  • a first cell density 11 is achieved in the inner radial zone 8, which is twice as large as the second cell density 12 in the outer radial zone 9. Since the radial zones 8, 9 only set when the stack 25 is wound to the honeycomb structure, or wound, the subsequent assignment of areas of the stack 25 to the radial zones 8, 9 in Fig. 2 only indicated.
  • FIG. 3 shows a detailed view of the stack 25 from FIG. 2.
  • the detail view according to FIG. 3 relates to the arrangement of the at least partially structured layers 6 relative to one another.
  • the channels 4 extend from a first end face 22 of the honeycomb body (not shown here) towards a second end face 23 of the honeycomb body, wherein the channels 4 extend obliquely to a center axis 24 of the honeycomb body, which in FIG 3 is entered for guidance only.
  • Er are elevations 26 and depressions 27 at least partially structured layers 6 arranged so that they extend obliquely to ⁇ each other and to the center axis 24th
  • ⁇ lichung an angle between the elevations 26 and the recesses 27 is entered in Fig. 3.
  • the intersecting elevations 26 and depressions 27 offer the advantage here that the at least partially structured layers 6 do not slip into each other in the outer radial zone 9, in the example shown in FIG. 2 and FIG. 3 no smooth position between the at least partially structured layers 6 is provided.
  • FIG. 4 shows a plan view of a smooth layer 6, which is designed and positionable in such a way that in an axial deflection 10 of the honeycomb structure (not shown here) a first cell density (not shown here) in an inner radial zone 8 in comparison to a second cell density (not shown here) is increased in an outer radial zone 9.
  • a smooth layer length 13 of the smooth layer 6 in the outer radial zone 9 is shorter than in the inner radial zone 8.
  • FIG. 4 illustrates that the smooth layer length 13 decreases radially outward, here even linearly.
  • the smooth layer 6 is formed here in the manner of a rhombus. 4, both in the inner radial zone 8 and in the outer radial zone 9, offers the advantage that slippage of the at least partially structured layers in both zones can be prevented ,
  • FIG. 5 shows a plan view of another smooth layer 6, which is designed and positionable such that in an axial section 10 of the honeycomb structure (not shown here) a first cell density (not shown here) in an inner radial zone 8 in comparison to a second cell density (not shown here) is increased in an outer radial zone 9.
  • the smooth layer 6 in the outer radial zone 9 by way of example a recess 14, wherein a recess length 15 of the recess 14 increases radially outwardly steadily.
  • the smooth layer 6 is formed here in the manner of a double triangle. That the smooth layer 6 as shown in FIG.
  • Fig. 6 shows a plan view of a further smooth layer 6, which is designed and positioned so that in three axial Ab ⁇ sections 10 of the honeycomb structure (not shown here) a first cell density (not shown here) is increased in an inner radial zone 8 in comparison to a second cell density (not shown here) in an outer radial zone 9.
  • the smooth layer 6 in the outer radial zone 9 a plurality of holes 16, wherein a hole size 28 and a hole density 29 of the holes 16 increases radially outward. That the smooth layer 6 as shown in FIG. 6 in several axial regions of the honeycomb body (not shown) extends completely through the inner radial zone 8 and the outer radial zone 9, offers the advantage that a bias and good solderability in (Almost) the entire honeycomb structure (not shown here) can be maintained.
  • FIG. 7 shows a plan view of a further smooth layer 6, which is designed and positionable such that in an axial section 10 of the honeycomb structure (not shown here) a first cell density (not shown here) in an inner radial zone 8 in comparison to a second cell density (not shown here) is increased in an outer radial zone 9.
  • a first edge 17 of the smooth layer 6 has a (Wel ⁇ len) profile 19 with a maximum 20 in the region of the inner radial zone 8 and a minimum 21 in the region of the outer radial zone 9.
  • a second edge 28 of the smooth layer 6 is rectilinear, so that the smooth layer in the region of a second end face 23 of the honeycomb body extends completely through the inner radial zone 8 and the outer radial zone 9.
  • the shape shown in Fig. 7 of the smooth layer 6 has the advantage that the shape shown in Fig
  • Smooth layer 6 (almost) without waste can be made from a tape.
  • FIG. 8 schematically shows a sectional view of a conical honeycomb body 1.
  • the honeycomb body 1 has a center axis 24.
  • FIG. 8 it can be seen that the housing 2 of the honeycomb body 1 and that in the housing 2 arranged and held honeycomb structure 3 of the honeycomb body 1 from the first end face 22 of the honeycomb body 1 toward the second end face 23 of the honeycomb body 1 to expand conically.
  • Such a cone-shaped honeycomb body 1 is advantageous, for example, when the at least one smooth layer (not shown here) is formed as shown in FIG. 7. Then, during the winding of the at least one smooth layer resulting, axially variable bias of the honeycomb structure 3 by a slight tapering of the housing 2 of the honeycomb body 1 (almost) be compensated.
  • honeycomb body for exhaust gas aftertreatment as well as a method for producing a honeycomb body for exhaust aftertreatment, are disclosed, which at least partially solve the problems described with reference to the prior art.
  • the honeycomb body, as well as the method allow the most uniform, or more uniform, flow through the honeycomb body.
  • the honeycomb body can be easily and inexpensively manufactured.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Wabenkörper zur Abgasnachbehandlung, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Wabenkörpers zur Abgasnachbehandlung. Der Wabenkörper (1) weist ein Gehäuse (2) und eine Wabenstruktur (3) mit einer Vielzahl von Kanälen (4) auf, wobei die Wabenstruktur (3) mit mindestens einer, zumindest teilweise, strukturierten Lage (5) und mit mindestens einer Glattlage (6) gebildet ist, wobei ein Querschnitt (7) der Wabenstruktur (3) radiale Zonen (8, 9) aufweist, wobei die mindestens eine Glattlage (6) so ausgeführt und positioniert ist, dass in mindestens einem axialen Abschnitt (10) der Wabenstruktur (3) eine erste Zelldichte (11) in einer inneren radialen Zone (8) im Vergleich zu einer zweiten Zelldichte (12) in einer äußeren radialen Zone (9) erhöht ist.

Description

Beschreibung
Wabenkörper zur Abgasnachbehandlung Die Erfindung betrifft einen Wabenkörper zur Abgasnachbehandlung, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Wabenkörpers zur Abgasnachbehandlung. Der Wabenkörper kann als Katalysator-Trägerkörper in Abgasanlagen mobiler Verbrennungskraftmaschinen eingesetzt, beziehungsweise verwendet werden. Ein solcher Wabenkörper stellt insbesondere eine große Oberfläche zur Verfügung, auf der katalytisch aktives Material positioniert und mit dem, den Wabenkörper durchströmenden, Abgas in Kontakt gebracht wird. Die Erfindung findet insbesondere Anwendung bei der Abgasreinigung in Kraftfahrzeugen.
Es ist bereits eine Vielzahl unterschiedlicher Ausgestaltungen von Wabenkörpern zur Abgasnachbehandlung bekannt. Grundsätzlich wird zwischen Wabenkörpern aus Keramik und Metall unterschieden. Aufgrund der einfacheren Herstellung und der geringeren
Wanddicken und damit der Möglichkeit der Bereitstellung einer größeren Oberfläche pro Volumeneinheit, haben sich insbesondere metallische Wabenkörper für den eingangs genannten Zweck angeboten. Ein solcher Wabenkörper kann mit glatten und/oder strukturierten metallischen Lagen bzw. Blechfolien aufgebaut sein. Diese metallischen Lagen können geschichtet, gewickelt und/oder gewunden und schließlich in einem Gehäuse des Wabenkörpers platziert werden, so dass eine Vielzahl von, für das Abgas durchströmbare, Kanälen gebildet sind. Dabei können sich die Kanäle beispielsweise geradlinig, gewunden und/oder schräg zwischen den Stirnseiten eines solchen Wabenkörpers erstrecken.
Mit dem Ziel eines möglichst innigen Kontakts des Abgases mit den Wandungen des Wabenkörpers, bzw. der dort platzierten kata- lytischen Beschichtung, wurden bereits Maßnahmen vorgeschlagen, die eine laminare Strömung des Abgases durch den Wabenkörper hindurch reduzieren. So können bspw. Öffnungen in den Kanalwänden vorgesehen sein, so dass miteinander kommunizierende Kanäle gebildet werden. Ebenso ist bekannt, in den Kanälen Umlenkstrukturen, Leitflügel etc. vorzusehen, um eine gezielte Strömungsumlenkung in den Kanälen, Druckunterschiede zwischen den Kanälen, oder ähnliches zu erreichen. Dabei ist jedoch zu berücksichtigen, dass ggf. mit einer verstärkten Umlenkung der Abgasströmung innerhalb des Wabenkörpers auch ein Druckverlust über den Wabenkörper erhöht wird. Dies kann zu Leistungseinbußen der Verbrennungskraftmaschine führen, weil der dadurch gebildete Staudruck den Ausschub von Abgas aus der Verbrennungskraft¬ maschine behindern kann.
Gerade im Automobilbau werden weitere Anforderungen an einen solchen Wabenkörper bzw. dessen Herstellung gestellt. So steht insbesondere im Fokus, die Herstellung möglichst kostengünstig und einfach zu gestalten. Darüber hinaus ist auch zu berücksichtigen, dass ein solcher Wabenkörper in einem mobilen Abgassystem erheblichen thermischen und/oder dynamischen Wechselbeanspruchungen unterliegt, so dass hier auch besonders hohe Anforderungen an die Dauerhaltbarkeit eines solches Wabenkörpers unter diesen Bedingungen gestellt werden.
Zudem ist insbesondere in bestimmten Anwendungsbereichen eines Wabenkörper, beispielsweise wenn dieser stromab einer Umlenkung im Abgasstrang und/oder stromab einer Krümmung der Abgasleitung angeordnet ist, eine inhomogene beziehungsweise ungleichmäßige Anströmung des Wabenkörpers nicht oder nur mit vergleichsweise hohem Aufwand zu vermeiden. Dies führt regelmäßig dazu, dass ein solcher Wabenkörper nicht gleichmäßig durchströmt werden kann, so dass der Wabenkörper nicht ideal genutzt werden kann.
Beispielsweise kann im Falle einer derartigen, inhomogenen Anströmung eine Reinigungswirkung des Wabenkörpers reduziert sein, insbesondere weil eine gegebenenfalls vorhandene kata- lytische Beschichtung nicht vollständig und/oder nicht ideal mit dem Abgas in Kontakt bringbar ist und/oder gegebenenfalls einzelne oder mehrere mit einer Abscheidefunktion ausgeführte Kanäle des Wabenkörpers nicht ausreichend durchströmt werden. Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die mit Bezug auf den Stand der Technik geschilderten Probleme zumindest teilweise zu lösen. Insbesondere sollen ein Waben¬ körper zur Abgasnachbehandlung, sowie ein Verfahren zur Her- Stellung eines Wabenkörpers zur Abgasnachbehandlung angegeben werden, die insbesondere auch in ungünstigen Einbausituationen des Wabenkörpers in einer Abgasanlage eine möglichst gleich¬ mäßige, beziehungsweise gleichmäßigere Durchströmung des Wa¬ benkörpers erlauben. Zudem soll der Wabenkörper möglichst einfach und kostengünstig herstellbar sein.
Hierzu tragen die Vorrichtung bzw. das Verfahren bei, die durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche charakterisiert sind. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den ab- hängigen Patentansprüchen angegeben. Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den abhängigen Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale in beliebiger, technologisch sinnvoller, Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung definieren. Darüber hinaus werden die in den Patentansprüchen angegebenen Merkmale in der Beschreibung näher präzisiert und erläutert, wobei weitere bevorzugte Ausge¬ staltungen der Erfindung dargestellt werden.
Der Wabenkörper zur Abgasnachbehandlung weist ein Gehäuse und eine Wabenstruktur mit einer Vielzahl von (durchströmbaren) Kanälen auf, wobei die Wabenstruktur mit mindestens einer, zumindest teilweise strukturierten, insbesondere metallischen, Lage und mit mindestens einer, insbesondere metallischen, Glattlage gebildet ist. Ein (bzw. mindestens ein spezifischer) Querschnitt der Wabenstruktur weist radiale Zonen auf, wobei die mindestens eine Glattlage so ausgeführt und positioniert ist, dass in mindestens einem axialen Abschnitt der Wabenstruktur eine erste Zelldichte in einer inneren radialen Zone im Vergleich zu einer zweiten Zelldichte in einer äußeren radialen Zone erhöht ist. Dies bedeutet mit anderen Worten insbesondere, dass ein Querschnitt der Wabenstruktur in mindestens einem axialen Abschnitt der Wabenstruktur (unterschiedlich ausgeprägte) radiale Zonen aufweist, wobei die mindestens eine Glattlage so ausgeführt und positioniert ist, dass (in dem mindestens einen axialen Abschnitt) in einer inneren radialen Zone eine erste Zelldichte bereitgestellt ist, die höher ist, als eine zweite Zelldichte in einer äußeren radialen Zone.
Der vorgeschlagene Wabenkörper dient insbesondere zur Nach¬ behandlung eines Abgases einer Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs. Der vorgeschlagene Wabenkörper weist insbe- sondere einen radial variierenden/verschiedenen beziehungsweise variablen/veränderbaren Strömungswiderstand auf. Der vorge¬ schlagene Wabenkörper, sowie das nachfolgend noch vorgeschlagene Verfahren erlauben in vorteilhafter Weise, insbesondere auch in ungünstigen Einbausituationen des Wabenkörpers in einer Ab- gasanlage, eine gleichmäßige beziehungsweise gleichmäßigere Durchströmung des Wabenkörpers, insbesondere weil der Strö¬ mungswiderstand des Wabenkörpers in der äußeren radialen Zone aufgrund der geringeren Zelldichte (gezielt) reduziert ist. Trotz der Ausgestaltung der Wabenstruktur mit radialen Zonen unterschiedlicher Zelldichte, ist der Wabenkörper in vorteilhafter Weise vergleichsweise einfach und kostengünstig herstellbar, insbesondere weil die unterschiedlichen Zelldichten (ausschließlich) durch die Ausführung und Positionierung der Glattlage einstellbar sind. Zudem ist eine zusätzliche Stützstruktur zum Halten der mindestens einen zumindest teilweise strukturierten Lage nicht zwingend erforderlich, weil die Glattlage verhindern kann, dass benachbarte Bereiche der zumindest teilweise strukturierten Lage und/oder benachbarte, zumindest teilweise strukturierte Lagen ineinander rutschen. Weiterhin können bereits vorhandene Werkzeuge zur Herstellung des Wabenkörpers verwendet werden, weil dort insbesondere der Wickelvorgang zum Winden derartiger Lagenpakete technisch einfach angepasst werden kann. Der Wabenkörper kann grundsätzlich verschiedene Gestalten aufweisen, so insbesondere einen runden, ovalen, vieleckigen oder ähnlichen Querschnitt. Vielfach wird ein solcher Waben- körper mit einem rohrähnlichen Gehäuse ausgebildet. Das Abgas tritt dabei im Betrieb regelmäßig über eine erste Stirnseite des Wabenkörpers ein und über eine zweite Stirnseite des Wabenkörpers wieder aus. Die, bevorzugt im Wesentlichen parallel zueinander angeordneten, Stirnseiten definieren regelmäßig die (axiale) Länge des Wabenkörpers in Richtung einer Zentrumsachse des Wabenkörpers, wobei diese Zentrumsachse beide Stirnseiten durchdringt und insbesondere zu zumindest einer, bevorzugt beiden Stirnseiten senkrecht und mittig angeordnet ist.
Der Wabenkörper weist mindestens eine zumindest teilweise strukturierte (metallische) Lage auf. Dabei ist möglich, dass eine (einzelne) Lage glatte und strukturierte Abschnitte bzw. Abschnitte mit unterschiedlicher Strukturierung aufweist. Die Struktur der zumindest teilweise strukturierten (metallischen) Lage ist dabei bevorzugt über die gesamte Länge, also zwischen der ersten Stirnseite und der zweiten Stirnseite, ausgebildet. Die Struktur der zumindest teilweise strukturierten (metal¬ lischen) Lage ist durch, sich insbesondere von der ersten Stirnseite hin zu der zweiten Stirnseite erstreckende, Erhe¬ bungen und Vertiefungen gebildet, die bspw. in die Lage eingeprägt sind. Die Erhebungen und Vertiefungen können im
Querschnitt eine Art Sinus-Wellung, Zickzack-Form oder dergleichen ausbilden. Bevorzugt erstrecken sich die mindestens eine zumindest teilweise strukturierte Lage, sowie die min¬ destens eine Glattlage über die gesamte (axiale) Länge des Wabenkörpers. Die Kanäle bzw. deren Querschnitte können
(ausschließlich) durch einen Bereich einer strukturierten Lage und einer glatten Lage begrenzt sein.
Ein Querschnitt der Wabenstruktur weist radiale Zonen mit unterschiedlicher Zelldichte auf. Es können mehrere, insbe¬ sondere entlang der Zentrumsachse und/oder in einer axialen Richtung zueinander beabstandete Querschnitte der Wabenstruktur radiale Zonen mit unterschiedlicher Zelldichte aufweisen. Der, beziehungsweise die hier betrachtete (n) Querschnitt (e) der Wabenstruktur liegt, beziehungsweise liegen jeweils in einer insbesondere orthogonal zu der Zentrumsachse des Wabenkörpers ausgerichteten Querschnittsebene. Die Begriffe „axial" und „radial" beziehen sich hier, soweit nicht explizit anders erwähnt, auf die Zentrumsachse des Wabenkörpers.
Die mindestens eine Glattlage ist so ausgeführt und positioniert, dass in mindestens einem axialen Abschnitt der Wabenstruktur eine erste Zelldichte in einer inneren radialen Zone im Vergleich zu einer zweiten Zelldichte in einer äußeren radialen Zone erhöht ist. Bevorzugt sind mehrere, insbesondere entlang der Zent¬ rumsachse und/oder in einer axialen Richtung zueinander beabstandete axiale Abschnitte mit radialen Zonen unter¬ schiedlicher Zelldichte in der Wabenstruktur vorgesehen. Weiter bevorzugt ist der mindestens eine axiale Abschnitt zumindest zu der ersten Stirnseite oder der zweiten Stirnseite des Wabenkörpers beabstandet. Vorzugsweise erstrecken sich die radialen Zonen entlang der (gesamten) axialen Länge der Wabenstruktur.
Bevorzugt liegt ein Verhältnis von zweiter Zelldichte zu erster Zelldichte im Bereich von 0,1 bis 0,7, besonders bevorzugt im Bereich von 0 , 25 bis 0,6. Vorzugsweise liegt die erste Zelldichte im Bereich von 300 bis 1000 cpsi (Zellen pro Quadratinch) , insbesondere im Bereich von 400 bis 800 cpsi. Weiter bevorzugt liegt die zweite Zelldichte im Bereich von 100 bis 600 cpsi, insbesondere im Bereich von 100 bis 400 cpsi.
Bevorzugt sind mehrere äußere radiale Zonen, insbesondere mit unterschiedlichen Zelldichten vorgesehen, wobei die Zelldichten in den äußeren radialen Zonen jeweils kleiner sind, als die Zelldichte in der inneren radialen Zone. Die äußere (n) radiale (n) Zone (n) ist, beziehungsweise sind insbesondere derart ange¬ ordnet, dass sie die innere radiale Zone zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig umgeben. Bevorzugt ist die innere radiale Zone im Bereich der beziehungsweise um die Zentrumsachse des Wabenkörpers angeordnet. Weiter bevorzugt ist die äußere radiale Zone im Bereich des Gehäuses, beziehungsweise an dem Gehäuse angeordnet. ^
Die innere radiale Zone kann verschiedene Gestalten aufweisen, so insbesondere einen runden, ovalen, vieleckigen oder ähnlichen Querschnitt. Vorzugsweise weist die innere radiale Zone eine Größe von mindestens 50 cm2 [Quadratzentimeter] auf. Bevorzugt weist die innere radiale Zone eine Größe im Bereich von 70 bis 85 cm2 auf. Die äußere radiale Zone kann eine Größe von mindestens 70 cm2 aufweisen. Bevorzugt weist die äußere radiale Zone eine Größe im Bereich von 90 bis 120 cm2 auf. Weiter bevorzugt liegt ein Verhältnis von einer ( Innen- ) Querschnittsfläche der inneren radialen Zone zu einer (Gesamt- ) Querschnittsfläche der inneren und äußeren radialen Zone im Bereich von 0, 3 bis 0, 6, insbesondere im Bereich von 0,4 bis 0,5. Bevorzugt ist zumindest die innere radiale Zone oder die äußere radiale Zone koaxial zu der Zentrumsachse des Wabenkörpers angeordnet. Mit anderen Worten ausgedrückt, ist die innere radiale Zone bevorzugt zentral bezüglich des Querschnitts der Wabenstruktur angeordnet.
Bevorzugt ist zumindest die innere radiale Zone oder die äußere radiale Zone zumindest in Abhängigkeit einer Einbausituation des Wabenkörpers in einer Abgasanlage oder in Abhängigkeit eines Anströmungsprofils einer den Wabenkörper anströmenden Abgasströmung angeordnet. In diesem Fall, kann die innere radiale Zone exzentrisch zu der Zentrumsachse des Wabenkörpers positioniert sein. Ist die Einbausituation des Wabenkörpers in der Abgas- anläge, beziehungsweise in der Abgasleitung beispielsweise derart, dass der Wabenkörper (unmittelbar) stromab einer Um- lenkung in der Abgasanlage und/oder stromab einer Krümmung der Abgasleitung angeordnet ist, so kann der Wabenkörper mit einem Strömungsprofil der Abgasströmung angeströmt werden, das ein exzentrisch zu der Zentrumsachse des Wabenkörpers angeordnetes Strömungsprofil-Maximum aufweist. Das (An- ) Strömungsprofil beschreibt die Verteilung der Strömungsgeschwindigkeit über den (An- ) Strömungsquerschnitt . Das (An- ) Strömungsprofil-Maximum liegt insbesondere im Bereich der maximalen Anströmungsge- schwindigkeit vor. Bevorzugt ist die innere radiale Zone zentral bezüglich der Anströmung des Wabenkörpers, insbesondere zentral bezüglich eines (An- ) Strömungsprofil-Maximums der den Waben- körper anströmenden Abgasströmung angeordnet. Besonders bevorzugt ist die innere radiale Zone derart angeordnet, dass ein zentraler Bereich der inneren radialen Zone ein (An- ) Strömungsprofil-Maximum der, den Wabenkörper anströmenden, Abgasströmung überspannt beziehungsweise überlappt.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass die mindestens eine, beziehungsweise jede, Glattlage nur in der inneren radialen Zone vorgesehen ist. Bevorzugt erstreckt sich die mindestens eine Glattlage über die gesamte (axiale) Länge des Wabenkörpers .
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass eine Glattlagenlänge der mindestens einen Glattlage in der äußeren radialen Zone kürzer ist, als in der inneren radialen Zone. Die Glattlagenlänge beschreibt die Erstreckung der Glattlage in der axialen Richtung, beziehungsweise Längsrichtung des Wabenkörpers. Bevorzugt nimmt die Glattlagenlänge radial nach außen hin ab. Besonders bevorzugt nimmt die Glattlagenlänge (radial) nach außen hin stetig, insbesondere linear, ab. Weiter bevorzugt weist die Glattla¬ genlänge ein Maximum im Bereich der inneren radialen Zone und ein Minimum im Bereich der äußeren radialen Zone auf. Vorzugsweise ist die Glattlage in der Form einer Raute gebildet, wobei insbesondere zwei gegenüberliegende Spitzen der Raute (radial) nach außen hin weisen und zwei weitere gegenüberliegende Spitzen der Raute hin zu den Stirnseiten des Wabenkörpers weisen. Besonders bevorzugt liegen die hin zu den Stirnseiten des Wabenkörpers weisenden Spitzen der Raute jeweils in einem (radial) zentralen Bereich der inneren radialen Zone. Bevorzugt erstreckt sich die mindestens eine Glattlage (nur) im Bereich eines mittleren axialen Bereichs des Wabenkörpers vollständig durch die innere radiale Zone und die äußere radiale Zone. Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird vorge- schlagen, dass die mindestens eine Glattlage in der äußeren radialen Zone mindestens eine Ausnehmung aufweist, wobei eine Ausnehmungslänge der (derselben) Ausnehmung radial nach außen hin zunimmt. Die Ausnehmungslänge beschreibt die Erstreckung der Ausnehmung in der axialen Richtung, beziehungsweise Längsrichtung des Wabenkörpers. Bevorzugt nimmt die Ausnehmungslänge (radial) nach außen hin stetig, insbesondere linear, zu.
Vorzugsweise ist die Glattlage in der Form eines Doppeldreiecks gebildet, wobei insbesondere zwei gegenüberliegende Drei¬ ecksbasisseiten des Doppeldreiecks hin zu den Stirnseiten des Wabenkörpers weisen und wobei die Schenkel und/oder Spitzen der beiden Dreiecke des Doppeldreiecks in einem mittleren Bereich der Länge des Wabenkörpers zusammenlaufen, beziehungsweise ver¬ bunden sind. Bevorzugt erstreckt sich die mindestens eine Glattlage (nur) im Bereich einer ersten Stirnseite des Wa¬ benkörpers und/oder im Bereich einer zweiten Stirnseite des Wabenkörpers vollständig durch die innere radiale Zone und die äußere radiale Zone.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass die mindestens eine Glattlage in der äußeren radialen Zone eine Vielzahl von Löchern aufweist, wobei zumindest eine Lochgröße oder eine Lochdichte der Löcher radial nach außen hin zunimmt. Alternativ oder kumulativ kann eine Porosität der mindestens einen Glattlage radial nach außen hin zunehmen. Es können auch Löcher in der inneren radialen Zone vorgesehen sein, wobei diese Löcher insbesondere eine kleinere Lochgröße und/oder Lochdichte aufweisen, als die Löcher in der äußeren radialen Zone. Bevorzugt nimmt ein Lochdurchmesser der Löcher (radial) nach außen hin zu. Weiter bevorzugt nimmt ein Abstand zwischen benachbarten Löchern (radial) nach außen hin ab. Vorzugsweise liegt eine Lochgröße, beziehungsweise ein Lochdurchmesser, der Löcher im Bereich von 2 mm bis 20 mm [Millimeter] , insbesondere im Bereich von 5 mm bis 15 mm. Bevorzugt erstreckt sich die mindestens eine Glattlage (nur) im Bereich einer ersten
Stirnseite des Wabenkörpers und/oder im Bereich einer zweiten Stirnseite des Wabenkörpers vollständig durch die innere radiale Zone und die äußere radiale Zone. Weiter bevorzugt erstreckt sich die mindestens eine Glattlage (nur) in mindestens einem, zwischen den Löchern angeordneten, axialen Bereich vollständig durch die innere radiale Zone und die äußere radiale Zone.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass zumindest eine erste Kante oder eine zweite Kante der mindestens einen Glattlage ein (Wellen-) Profil mit einem Maximum im Bereich der inneren radialen Zone und einem Minimum im Bereich der äußeren radialen Zone aufweist. Die Glattlage ist vorzugsweise derart angeordnet, dass die erste Kante hin zu der ersten Stirnseite des Wabenkörpers und die zweite Kante hin zu der zweiten Stirnseite des Wabenkörpers weist. Das Profil der ersten Kante und/oder der zweiten Kante kann eine Art Sinus-Wellung, Zickzack-Form oder dergleichen ausbilden. Das (Wellen- ) Profil der ersten Kante und/oder zweiten Kante ist insbesondere derart gebildet, dass sich das Maximum und das Minimum des Profils in, beziehungsweise entgegen, der axialen Richtung des Wabenkörpers erstrecken. Somit ist die Glattlage auch im Bereich der profilierten ersten Kante und/oder zweiten Kante glatt gebildet. Bevorzugt weist nur die erste Kante oder die zweite Kante das (Wellen- ) Profil auf.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass sich die Kanäle von einer ersten (Eintritt- ) Stirnseite des Wabenkörpers hin zu einer zweiten (Austritt- ) Stirnseite des Wabenkörpers erstrecken, wobei die Kanäle schräg zu einer Zentrumsachse des Wabenkörpers verlaufen. Bevorzugt erfolgt die Anordnung der Struktur der zumindest teilweise strukturierten Lage, beziehungsweise der Erhebungen und Vertiefungen der zumindest teilweise strukturierten Lage im Wabenkörper so, dass diese schräg zur Zentrumsachse verlaufen. Damit werden ins- besondere Kanäle gebildet, die nicht parallel zur Zentrumsachse verlaufen, sondern schräg dazu. Besonders bevorzugt ist eine Ausprägung der Struktur derart, dass die Erhebungen und Vertiefungen in benachbarten Bereichen (betrachtet in radialer Richtung) , beziehungsweise in benachbarten Lagen verschieden geneigt sind, beziehungsweise eine voneinander abweichende
Orientierung aufweisen. Ganz besonders bevorzugt ist, dass diese Ausrichtung beziehungsweise Orientierung in radialer Richtung betrachtet stets abwechselt. Dies führt insbesondere dazu, dass die Erhebungen und Vertiefungen wenigstens teilweise, und bevorzugt an keiner Stelle des Wabenkörpers linienförmig aufeinanderliegen, sondern einander kreuzen und damit im We- sentlichen nur punktförmige Auflagepunkte miteinander bilden. Damit kann sich ein Aufbau ergeben, bei dem Teilabgasströme permanent umgelenkt werden und in benachbarte Erhebungen, beziehungsweise Vertiefungen einströmen können, insbesondere nach Art eines Zickzacks. Vorzugsweise beträgt ein Winkel zwischen den Erhebungen oder Vertiefungen, sowie der Zentrumsachse maximal 20 ° [Winkelgrad]. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der Winkel in einem Bereich von 1° bis 10° und ganz besonders bevorzugt im Bereich von 2° bis 6° liegt. Kanäle, die schräg zu der Zentrumsachse des Wabenkörpers verlaufen sind insbesondere dann vorteilhaft, wenn die mindestens eine
Glattlage nur in der inneren radialen Zone vorgesehen ist. In diesem Fall können die sich kreuzenden Erhebungen und Vertiefungen in vorteilhafter Weise ein ineinander Rutschen der, zumindest teilweise, strukturierten Lage (n) in der äußeren radialen Zone verhindern.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass der Wabenkörper konusförmig gebildet ist. Vorzugsweise ist zumindest das Gehäuse des Wabenkörpers oder die Wabenstruktur nach Art eines Konus gebildet. Dabei können sich die Kanäle ebenfalls konusförmig erweitern, beziehungsweise verengen. Bevorzugt liegt ein Winkel zwischen einer Gehäusewand und der Zentrumsachse des Wabenkörpers im Bereich von 0,5° bis 5°
[Winkelgrad], insbesondere im Bereich von 1° bis 2°. Ein konusförmiger Wabenkörper, beziehungsweise ein konusförmiges Gehäuse des Wabenkörpers ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Glattlagenlänge ein Minimum im Bereich der äußeren radialen Zone aufweist und/oder wenn (nur) die erste Kante oder die zweite Kante der mindestens einen Glattlage ein (Wellen- ) Profil mit einem Minimum im Bereich der äußeren radialen Zone aufweist. In diesem Fall kann einer gegebenenfalls auftretenden Vorspannungsreduktion innerhalb der Wabenstruktur im (axialen) Bereich des Minimums durch die konische Form des Wabenkörpers, be¬ ziehungsweise des Gehäuses in vorteilhafter Weise entgegen¬ gewirkt werden. Vorzugsweise ist die mindestens eine Glattlage symmetrisch zu einer insbesondere parallel zu einer axialen Richtung des Wabenkörpers ausgerichteten Mittellinie der Glattlage gebildet. Bevorzugt erstreckt sich die mindestens eine Glattlage zumindest teilweise zu zwei, insbesondere im Wesentlichen gegenüber- liegenden Bereichen des Gehäuses. Weiter bevorzugt kontaktieren zwei gegenüberliegende Kanten der mindestens einen Glattlage (teilweise) und/oder zwei gegenüberliegende Kanten der min¬ destens einen zumindest teilweise strukturierten Lage eine Gehäuseinnenseiten .
Die Wabenstruktur umfasst die mindestens eine, zumindest teilweise, strukturierte (metallische) Lage, sowie die min¬ destens eine (metallische) Glattlage, die gewickelt, gewunden und/oder gestapelt sein können. Vorzugsweise ist die Waben- struktur mit einem Stapel, umfassend die mindestens eine, zumindest teilweise, strukturierte (metallische) Lage, sowie die mindestens eine (metallische) Glattlage hergestellt, welcher s-förmig gewunden ist. Falls mehrere Stapel verwendet werden, können diese als u-förmig und/oder v-förmig gebogene Anordnung nebeneinander angeordnet und miteinander gewunden in ein Gehäuse eingebracht sein. Beiden Ausgestaltungen ist üblicherweise gemein, dass alle Enden der Stapel und/oder Lagen nach außen hin gerichtet sind (also an einem Gehäuse anliegen) , während die Biegungen (s, v, u) innen positioniert sind. In dem Stapel liegen vorzugsweise abwechselnd zumindest teilweise strukturierte
Lagen sowie Glattlagen vor, die jeweils Kanäle des Wabenkörpers begrenzen. Die Wände der Kanäle können glatt ( in Verlaufsrichtung der Kanäle eben und/oder frei von Einbauten) sein und/oder Vorsprünge, Schaufeln, Löcher und/oder Umlenkflächen für das Abgas aufweisen. So kann eine Abgasströmung, welche die scheibenförmigen Wabenkörper passiert, vergleichsmäßig und/oder vermischt werden (z. B. bezüglich der Strömungsgeschwindigkeit, der Teilströmungsrichtung, der Temperatur und/oder ähnlichem) .
Nach einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zur Herstellung eines Wabenkörpers zur Abgasnachbehandlung vorgeschlagen, wobei der Wabenkörper zumindest ein Gehäuse und eine Wabenstruktur mit einer Vielzahl von insbesondere durchströmbaren Kanälen aufweist, wobei ein Querschnitt der Wabenstruktur (unterschied¬ liche) radiale Zonen aufweist und wobei das Verfahren zumindest folgende Schritte umfasst:
a) Bereitstellen mindestens einer, zumindest teilweise,
strukturierten Lage,
b) Bereitstellen mindestens einer Glattlage,
c) Anordnen und Winden der Lagen zu der Wabenstruktur, d) Einfügen der Wabenstruktur in das Gehäuse,
e) Verbinden der Wabenstruktur mit dem Gehäuse,
wobei die mindestens eine Glattlage so ausgeführt und posi¬ tioniert wird, dass in mindestens einem axialen Abschnitt der Wabenstruktur eine erste Zelldichte in einer inneren radialen Zone im Vergleich zu einer zweiten Zelldichte in einer äußeren radialen Zone erhöht ist.
Bevorzugt wird das Verfahren zur Herstellung eines hier vorgestellten Wabenkörpers verwendet. Die angedeutete Reihenfolge der Verfahrensschritte ergibt sich bei einem regulären Ablauf des Verfahrens. Einzelne oder alle Verfahrensschritte können zeitgleich, nacheinander und/oder zumindest teilweise parallel durchgeführt werden. Bevorzugt wird die mindestens eine Glattlage in Schritt b) derart geformt bereitgestellt oder derart geformt und/oder bearbeitet, dass die Glattlage, insbesondere wenn sie in Schritt c) (be¬ stimmungsgemäß) in Bezug auf die mindestens eine zumindest teilweise strukturierte angeordnet beziehungsweise ausgerichtet wird, in einer inneren radialen Zone eine erste Zelldichte bereitgestellt, die höher ist als eine zweite Zelldichte in einer äußeren radialen Zone. Vorzugsweise wird das Verbinden in Schritt e) mittels eines thermischen Fügeverfahrens, insbesondere mittels eines Schweißverfahrens oder eines (Hart- ) Lötverfah¬ rens, durchgeführt. Die im Zusammenhang mit dem Wabenkörper erörterten Details, Merkmale und vorteilhaften Ausgestaltungen können entsprechend auch bei dem hier vorgestellten Verfahren auftreten und umgekehrt. Insoweit wird auf die dortigen Ausführungen zur näheren Charakterisierung der Merkmale vollumfänglich Bezug genommen.
Nach einem weiteren Aspekt wird insbesondere eine Verwendung eines hier vorgestellten Wabenkörpers zur Abgasnachbehandlung, vorzugsweise zur Nachbehandlung eines Abgases einer Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs vorgeschlagen. Die vorstehend im Zusammenhang mit dem Wabenkörper und/oder dem Verfahren erörterten Details, Merkmale und vorteilhaften Ausgestaltungen können entsprechend auch bei der hier vorgestellten Verwendung auftreten und umgekehrt. Insoweit wird auf die dortigen Ausführungen zur näheren Charakterisierung der Merkmale vollumfänglich Bezug genommen.
Nach einem weiteren Aspekt wird insbesondere ein Kraftfahrzeug, aufweisend eine Verbrennungskraftmaschine mit einer Abgasanlage vorgeschlagen, wobei die Abgasanlage wenigstens einen Kata- lysatorträger oder einen Partikelabscheider aufweist, der mit einem hier beschriebenen Wabenkörper ausgeführt ist. Dabei kann der Katalysatorträger und/oder der Partikelabscheider eine katalytisch aktive Beschichtung aufweisen, die gegebenenfalls auch in axialen Teilabschnitten des Wabenkörpers verschieden ausgeführt sein kann.
Die Erfindung, sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Erfindung durch die gezeigten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt werden soll. Insbesondere ist es, soweit nicht explizit anders dargestellt, auch möglich, Teilaspekte der in den Figuren erläuterten Sachverhalte zu extrahieren und mit anderen Bestandteilen und/oder Erkenntnissen aus anderen Figuren und/oder der vorliegenden Beschreibung zu kombinieren. Es zeigen schematisch : Fig. 1: eine Vorderansicht eines Wabenkörpers mit radialen
Zonen unterschiedlicher Zelldichte,
Fig. 2: eine Vorderansicht eines Stapels, Fig. 3: eine Detailansicht des Stapels aus Fig. 2,
Fig. 4: eine Draufsicht auf eine Glattlage,
Fig. 5: eine Draufsicht auf eine weitere Glattlage,
Fig. 6: eine Draufsicht auf eine weitere Glattlage,
Fig. 7: eine Draufsicht auf eine weitere Glattlage, Fig. 8. eine Schnittdarstellung eines konischen Wabenkörpers .
Fig. 1 zeigt schematisch eine Vorderansicht eines Wabenkörpers 1 mit radialen Zonen 8, 9 unterschiedlicher Zelldichte. Der Wabenkörper 1 weist ein Gehäuse 2 und eine Wabenstruktur 3 mit einer Vielzahl von Kanälen 4 auf. Ein Querschnitt 7 der Wabenstruktur 3 weist radiale Zonen mit unterschiedlicher
Zelldichte auf, wobei eine erste Zelldichte 11 in einer inneren radialen Zone 8 im Vergleich zu einer zweiten Zelldichte 12 in einer äußeren radialen Zone 9 erhöht ist.
Fig. 2 zeigt schematisch eine Vorderansicht eines Stapels 25, umfassend drei, zumindest teilweise, strukturierte metallische Lagen 5, sowie vier metallische Glattlagen 6. Der Stapel 25 kann beispielsweise s-förmig zu einer Wabenstruktur (hier nicht dargestellt) für einen Wabenkörper (hier nicht dargestellt) gewickelt, beziehungsweise gewunden werden. In Fig. 2 ist veranschaulicht, dass die Glattlage 6 so ausgeführt und po- sitioniert ist, dass in mindestens einem axialen Abschnitt (hier nicht dargestellt) der Wabenstruktur (hier nicht dargestellt) eine erste Zelldichte 11 in einer inneren radialen Zone 8 im Vergleich zu einer zweiten Zelldichte 12 in einer äußeren radialen Zone 9 erhöht ist. Hierzu sind die Glattlagen 6 beispielhaft nur in der inneren radialen Zone 8 vorgesehen. Durch die Ausführung und Anordnung der Glattlage gemäß Fig. 2 wird in der inneren radialen Zone 8 eine erste Zelldichte 11 erreicht, die doppelt so groß ist, wie die zweite Zelldichte 12 in der äußeren radialer Zone 9. Da sich die radialen Zonen 8, 9 erst dann einstellen, wenn der Stapel 25 zu der Wabenstruktur gewickelt, beziehungsweise gewunden ist, ist die spätere Zuordnung von Bereichen des Stapels 25 zu den radialen Zonen 8, 9 in Fig. 2 nur angedeutet .
In Fig. 3 ist eine Detailansicht des Stapels 25 aus Fig. 2 gezeigt. Die Detailansicht gemäß Fig. 3 bezieht sich auf die Anordnung der zumindest teilweise strukturierten Lagen 6 zueinander. Gemäß der Darstellung nach Fig. 3 erstrecken sich die Kanäle 4 von einer ersten Stirnseite 22 des Wabenkörpers (hier nicht dargestellt) hin, zu einer zweiten Stirnseite 23 des Wabenkörpers, wobei die Kanäle 4 schräg zu einer Zentrumsachse 24 des Wabenkörpers verlaufen, die in Fig. 3 lediglich zur Orientierung eingetragen ist. Um die schräg verlaufenden Kanäle 4 zu bilden, sind Er- hebungen 26 und Vertiefungen 27 der zumindest teilweise strukturierten Lagen 6 so angeordnet, dass diese schräg zu¬ einander und zur Zentrumsachse 24 verlaufen. Zur Veranschau¬ lichung ist in Fig. 3 ein Winkel zwischen den Erhebungen 26 und den Vertiefungen 27 eingetragen. Die sich kreuzenden Erhebungen 26 und Vertiefungen 27 bieten hier den Vorteil, dass die zumindest teilweise strukturierten Lagen 6 auch in der äußeren radialen Zone 9 nicht ineinander rutschen, in der gemäß dem in Fig. 2 und Fig. 3 gezeigten Beispiel keine Glattlage zwischen den zumindest teilweise strukturierten Lagen 6 vorgesehen ist.
Fig. 4 zeigt eine Draufsicht auf eine Glattlage 6, die so ausgeführt und positionierbar ist, dass in einem axialen Ab- schnitt 10 der Wabenstruktur (hier nicht dargestellt) eine erste Zelldichte (hier nicht dargestellt) in einer inneren radialen Zone 8 im Vergleich zu einer zweiten Zelldichte (hier nicht dargestellt) in einer äußeren radialen Zone 9 erhöht ist. Hierzu ist beispielhaft eine Glattlagenlänge 13 der Glattlage 6 in der äußeren radialen Zone 9 kürzer, als in der inneren radialen Zone 8. Zudem ist in Fig. 4 veranschaulicht, dass die Glattlagenlänge 13 radial nach außen hin stetig, hier sogar linear, abnimmt. Die Glattlage 6 ist hier in der Art einer Raute gebildet. Dass die Glattlage 6 gemäß der Darstellung nach Fig. 4, sowohl in der inneren radiale Zone 8, als auch in der äußeren radialen Zone 9 vorgesehen ist, bietet den Vorteil, dass ein ineinander Rutschen der zumindest teilweise strukturierten Lagen in beiden Zonen verhindert werden kann.
Fig. 5 zeigt eine Draufsicht auf eine weitere Glattlage 6, die so ausgeführt und positionierbar ist, dass in einem axialen Abschnitt 10 der Wabenstruktur (hier nicht dargestellt) eine erste Zelldichte (hier nicht dargestellt) in einer inneren radialen Zone 8 im Vergleich zu einer zweiten Zelldichte (hier nicht dargestellt) in einer äußeren radialen Zone 9 erhöht ist. Hierzu weist die Glattlage 6 in der äußeren radialen Zone 9 beispielhaft eine Ausnehmung 14 auf, wobei eine Ausnehmungslänge 15 der Ausnehmung 14 radial nach außen hin stetig zunimmt. Die Glattlage 6 ist hier in der Art eines Doppeldreiecks gebildet. Dass sich die Glattlage 6 gemäß der Darstellung nach Fig. 5 im Bereich einer ersten Stirnseite 22 des Wabenkörpers (hier nicht dargestellt) und im Bereich einer zweiten Stirnseite 23 des Wabenkörpers vollständig durch die innere radiale Zone 8 und die äußere radiale Zone 9 erstreckt, bietet den Vorteil, dass an der ersten Stirnseite 22 und an der zweiten Stirnseite 23 eine Vorspannung und eine gute Lötbarkeit der Wabenstruktur (hier nicht dargestellt) erhalten bleiben kann. Fig. 6 zeigt eine Draufsicht auf eine weiter Glattlage 6, die so ausgeführt und positionierbar ist, dass in drei axialen Ab¬ schnitten 10 der Wabenstruktur (hier nicht dargestellt) eine erste Zelldichte (hier nicht dargestellt) in einer inneren radialen Zone 8 im Vergleich zu einer zweiten Zelldichte (hier nicht dargestellt) in einer äußeren radialen Zone 9 erhöht ist. Hierzu weist die Glattlage 6 in der äußeren radialen Zone 9 eine Vielzahl von Löchern 16 auf, wobei eine Lochgröße 28 und eine Lochdichte 29 der Löcher 16 radial nach außen hin zunimmt. Dass sich die Glattlage 6 gemäß der Darstellung nach Fig. 6 in mehreren axialen Bereichen des Wabenkörpers (hier nicht dargestellt) vollständig durch die innere radiale Zone 8 und die äußere radiale Zone 9 erstreckt, bietet den Vorteil, dass eine Vorspannung und eine gute Lötbarkeit in (nahezu) der gesamten Wabenstruktur (hier nicht dargestellt) erhalten bleiben kann.
Fig. 7 zeigt eine Draufsicht auf eine weiter Glattlage 6, die so ausgeführt und positionierbar ist, dass in einem axialen Abschnitten 10 der Wabenstruktur (hier nicht dargestellt) eine erste Zelldichte (hier nicht dargestellt) in einer inneren radialen Zone 8 im Vergleich zu einer zweiten Zelldichte (hier nicht dargestellt) in einer äußeren radialen Zone 9 erhöht ist. Hierzu weist eine erste Kante 17 der Glattlage 6 ein (Wel¬ len-) Profil 19 mit einem Maximum 20 im Bereich der inneren radialen Zone 8 und einem Minimum 21 im Bereich der äußeren radialen Zone 9 auf. Eine zweite Kante 28 der Glattlage 6 ist geradlinig ausgeführt, so dass sich die Glattlage im Bereich einer zweiten Stirnseite 23 des Wabenkörpers vollständig durch die innere radiale Zone 8 und die äußere radiale Zone 9 erstreckt. Dies bietet den Vorteil, dass an der zweiten Stirnseite 23 eine Vorspannung und eine gute Lötbarkeit der Wabenstruktur (hier nicht dargestellt) erhalten bleiben kann. Zudem bietet die in Fig. 7 gezeigte Form der Glattlage 6 den Vorteil, dass die
Glattlage 6 (nahezu) ohne Verschnitt, beispielsweise aus einem Band hergestellt werden kann.
Fig. 8 zeigt schematisch eine Schnittdarstellung eines konischen Wabenkörpers 1. Der Wabenkörper 1 weist eine Zentrumsachse 24 auf. Gemäß der Darstellung nach Fig. 8 ist erkennbar, dass sich das Gehäuse 2 des Wabenkörpers 1 und die in dem Gehäuse 2 angeordnete und gehaltene Wabenstruktur 3 des Wabenkörpers 1 von der ersten Stirnseite 22 des Wabenkörpers 1 hin zu der zweiten Stirnseite 23 des Wabenkörpers 1 konisch erweitern. Ein solcher, konusförmiger Wabenkörper 1 ist beispielsweise dann vorteilhaft, wenn die mindestens eine Glattlage (hier nicht dargestellt) gemäß der Darstellung nach Fig. 7 gebildet ist. Dann kann die, während des Windens der mindestens einen Glattlage entstehende, axial variable Vorspannung der Wabenstruktur 3 durch ein leichtes Verjüngen des Gehäuses 2 des Wabenkörpers 1 (nahezu) ausgeglichen werden.
Es werden hier ein Wabenkörper zur Abgasnachbehandlung, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Wabenkörpers zur Abgasnachbehandlung angegeben, die die mit Bezug auf den Stand der Technik geschilderten Probleme zumindest teilweise lösen. Insbesondere ermöglichen der Wabenkörper, sowie das Verfahren eine möglichst gleichmäßige, beziehungsweise gleichmäßigere, Durchströmung des Wabenkörpers. Zudem kann der Wabenkörper einfach und kostengünstig hergestellt werden.

Claims

Wabenkörper (1) zur Abgasnachbehandlung, aufweisend ein Gehäuse (2) und eine Wabenstruktur (3) mit einer Vielzahl von Kanälen (4) , wobei die Wabenstruktur (3) mit mindestens einer, zumindest teilweise, strukturierten Lage (5) und mit mindestens einer Glattlage (6) gebildet ist, wobei ein Querschnitt (7) der Wabenstruktur (3) radiale Zonen (8, 9) aufweist, wobei die mindestens eine Glattlage (6) so ausgeführt und positioniert ist, dass in mindestens einem axialen Abschnitt (10) der Wabenstruktur (3) eine erste Zelldichte (11) in einer inneren radialen Zone (8) im Vergleich zu einer zweiten Zelldichte (12) in einer äußeren radialen Zone (9) erhöht ist.
Wabenkörper nach Anspruch 1, wobei die mindestens eine Glattlage (6) nur in der inneren radialen Zone (8) vorgesehen ist.
Wabenkörper nach Anspruch 1, wobei eine Glattlagenlänge (13) der mindestens einen Glattlage (6) in der äußeren radialen Zone (9) kürzer ist, als in der inneren radialen Zone (8) .
Wabenkörper nach Anspruch 3, wobei die Glattlagenlänge (13) radial nach außen hin abnimmt.
Wabenkörper nach Anspruch 1, wobei die mindestens eine Glattlage (6) in der äußeren radialen Zone (9) mindestens eine Ausnehmung (14) aufweist und wobei eine Ausneh- mungslänge (15) der Ausnehmung (14) radial nach außen hin zunimmt .
Wabenkörper nach Anspruch 1, wobei die mindestens eine Glattlage (6) in der äußeren radialen Zone (9) eine Vielzahl von Löchern (16) aufweist und wobei zumindest eine Lochgröße (28) oder eine Lochdichte (29) der Löcher (16) radial nach außen hin zunimmt.
Wabenkörper nach Anspruch 1, wobei zumindest eine erste Kante (17) oder eine zweite Kante (18) der mindestens einen Glattlage (6) ein Profil (19) mit einem Maximum (20) im Bereich der inneren radialen Zone (8) und einem Minimum (21) im Bereich der äußeren radialen Zone (9) aufweist.
Wabenkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich die Kanäle (4) von einer ersten Stirnseite (22) des Wabenkörpers (1) hin zu einer zweiten Stirnseite (23) des Wabenkörpers (1) erstrecken und wobei die Kanäle (4) schräg zu einer Zentrumsachse (24) des Wabenkörpers (1) verlaufen.
Wabenkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Wabenkörper (1) konusförmig gebildet ist.
Verfahren zur Herstellung eines Wabenkörpers (1) zur Abgasnachbehandlung, wobei der Wabenkörper (1) zumindest ein Gehäuse (2) und eine Wabenstruktur (3) mit einer Vielzahl von Kanälen (4) aufweist, wobei ein Querschnitt (7) der Wabenstruktur (3) radiale Zonen (8, 9) aufweist und wobei das Verfahren zumindest folgende Schritte umfasst: a) Bereitstellen mindestens einer, zumindest teilweise, strukturierten Lage (5) ,
b) Bereitstellen mindestens einer Glattlage (6), c) Anordnen und Winden der Lagen (5, 6) zu der Wabenstruktur (3) ,
d) Einfügen der Wabenstruktur (3) in das Gehäuse (2), e) Verbinden der Wabenstruktur (3) mit dem Gehäuse (2), wobei die mindestens eine Glattlage (6) so ausgeführt und positioniert wird, dass in mindestens einem axialen Ab¬ schnitt (10) der Wabenstruktur (3) eine erste Zelldichte (11) in einer inneren radialen Zone (8) im Vergleich zu einer zweiten Zelldichte (12) in einer äußeren radialen Zone (9) erhöht ist.
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