EP4409120A1 - Wabenkörper für einen katalysator zur abgasnachbehandlung und verfahren zur herstellung dieses - Google Patents

Wabenkörper für einen katalysator zur abgasnachbehandlung und verfahren zur herstellung dieses

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EP4409120A1
EP4409120A1 EP22777235.7A EP22777235A EP4409120A1 EP 4409120 A1 EP4409120 A1 EP 4409120A1 EP 22777235 A EP22777235 A EP 22777235A EP 4409120 A1 EP4409120 A1 EP 4409120A1
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EP
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honeycomb body
sections
angle
flow channels
central axis
Prior art date
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Withdrawn
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EP22777235.7A
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Francois Jayat
Rolf BRÜCK
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Vitesco Technologies GmbH
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Vitesco Technologies GmbH
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Definitions

  • the invention relates to a honeycomb body for a catalytic converter for the purpose of after-treatment of exhaust gas from an internal combustion engine, the honeycomb body being formed from a plurality of metal foils which are stacked on top of one another to form a stack of layers and are wound around at least one pivot point, with at least individual metal foils having an at least partially Have structuring, through which flow channels are formed between the individual layers, which can be flowed through along a main flow direction from a gas inlet side of the honeycomb body towards a gas outlet side.
  • the invention also relates to a method for producing a honeycomb body.
  • Different exhaust gas catalytic converters are used for the purpose of exhaust gas aftertreatment of internal combustion engines. These have a plurality of flow-through channels which have a catalytically active surface. The exhaust gas flowing over the catalytically active surface is converted by a chemical reaction from a specific temperature for the respective catalyst and converted into products that are harmless to the environment.
  • the honeycomb body is formed by a plurality of metal foils which are stacked on top of one another to form a stack of layers and are wound around at least one pivot point.
  • the honeycomb body is formed by a plurality of metal foils which are stacked on top of one another to form a stack of layers and are wound around at least one pivot point.
  • cells are formed between the individual layers, which run along the axial direction of the honeycomb body from a gas inlet side to a gas outlet side and through which the exhaust gas can flow.
  • honeycomb bodies of the catalysts can essentially only be flown through in a straight line and in particular a change in direction of the gas flow by a larger angle is not possible without using additional components for this purpose, such as pipes or bends regularly do not have catalytically active surfaces.
  • honeycomb body for use in a catalytic converter for the purpose of after-treatment of exhaust gas from an internal combustion engine, which allows a change in direction of the main flow direction for an exhaust gas flowing through the honeycomb body.
  • object of the invention to provide a method for producing the honeycomb body.
  • honeycomb body having the features of claim 1.
  • An embodiment of the invention relates to a honeycomb body for a catalytic converter for the purpose of after-treatment of exhaust gas Internal combustion engine, wherein the honeycomb body is formed from a plurality of metal foils, which are stacked on top of one another to form a stack of layers and are wound around at least one pivot point, wherein at least individual metal foils have at least partial structuring, through which flow channels are formed between the individual layers, which run along a main flow direction from a gas inlet side of the honeycomb body to a gas outlet side, the honeycomb body being formed from two sections over which the flow channels extend essentially without interruption, the sections being set at an angle of at least 10 degrees to one another.
  • the two sections preferably have an identical number of flow channels, which also have an identical cross section.
  • the sections are set at an angle of at least 10 degrees, preferably at least 45 degrees, to one another.
  • the surface of the honeycomb body over which flow occurs along the flow channels is completely provided with a catalytically active coating, so that the entire surface of the flow channels over which flow occurs is catalytically active and participates in the chemical conversion of an exhaust gas flowing through the honeycomb body.
  • honeycomb body has an arcuate design.
  • the two partial sections are produced by means of a cut through a honeycomb body with flow channels running in a straight line.
  • the two sections are preferably produced by cutting up a conventional honeycomb body. In this way, it can be ensured that the two sections are identical in terms of cell density and channel geometry, thus ensuring a seamless, preferably uninterrupted or at least essentially uninterrupted course of the flow channels. Due to the number of individual flow channels and the manufacturing tolerances, it is to be expected that at least some of the flow channels will not be completely uninterrupted become. In particular, positional tolerances during the joining contribute to this, in addition, material can be introduced into individual flow channels as a result of the connection, as a result of which these can be partially or completely blocked.
  • a preferred exemplary embodiment is characterized in that the section through the honeycomb body runs at an angle of 45 degrees to the central axis of the honeycomb body.
  • the cut at an angle of 45 degrees to the central axis of the honeycomb body is particularly advantageous in order to obtain two partial sections which can advantageously be placed against one another and connected to one another. A change in the flow direction of up to 90 degrees can be achieved.
  • the two partial sections are arranged rotated relative to one another by an angle at the interface.
  • the subsections produced by the cut can be arranged rotated relative to one another by any desired angle, as a result of which the flow channels are also deflected by an angle resulting from the rotation. If the sections are rotated by 180 degrees to one another, the flow channels are deflected by 90 degrees.
  • the two sections are connected to one another in a durable and gas-tight manner.
  • the partial sections of the honeycomb body must be rejoined in a gas-tight and durable manner.
  • This can preferably be achieved by a soldering process.
  • the subsections can also be inserted into a jacket tube serving as a housing.
  • the casing tube and the sections can advantageously have positioning aids in order to ensure that the sections are securely arranged at the desired predefined angle of rotation relative to one another. It can also be ensured in this way that the flow channels of the subsections come into flush contact with one another and as few flow channels as possible are blocked by an undesired overlapping with structures of the respective other subsection.
  • the rectilinear honeycomb body forming the two subsections is designed to be rotationally symmetrical about its axially running central axis.
  • a rotationally symmetrical structure around the central axis ensures that the sections, in particular if the sections were produced by a cut at an angle of 45 degrees to the central axis, can be arranged at any angle of rotation from 0 degrees to 180 degrees to one another without areas of the Survive subsections over the other subsection.
  • One embodiment of the invention relates to a method for producing a honeycomb body, wherein a honeycomb body with rectilinear flow channels, which are arranged parallel to a central axis running in the axial direction, is divided into two sections by a cut at an angle to the central axis, the two sections then rotated by an angle of rotation around the central axis, brought together at the interface and connected to one another in a durable and gas-tight manner.
  • the two partial sections are produced by a cut at an angle of 45 degrees to the central axis of the honeycomb body.
  • a cutting angle of 45 degrees is particularly advantageous, as this allows the sub-sections to be continuously twisted in the rotation angle range from 0 degrees to 180 degrees relative to one another.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Wabenkörper für einen Katalysator zum Zwecke der Nachbehandlung von Abgas einer Verbrennungskraftmaschine, wobei der Wabenkörper aus einer Mehrzahl von Metallfolien gebildet ist, die zu einem Lagenstapel aufeinander gestapelt sind und um zumindest einen Drehpunkt aufgewickelt sind, wobei zumindest einzelne Metallfolien eine zumindest teilweise Strukturierung aufweisen, durch welche zwischen den einzelnen Lagen Strömungskanäle ausgebildet werden, die entlang einer Hauptdurchströmungsrichtung von einer Gaseintrittsseite des Wabenkörpers hin zu einer Gasaustrittseite durchströmbar sind, wobei der Wabenkörper aus zwei Teilabschnitten gebildet ist, über welche sich die Strömungskanäle im Wesentlichen unterbrechungsfrei erstrecken, wobei die Teilabschnitte in einem Winkel von zumindest 45 Grad zueinander angestellt sind. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung des Wabenkörpers.

Description

Beschreibung
Wabenkörper für einen Katalysator zur Abgasnachbehandlung und Verfahren zur Herstellung dieses
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft einen Wabenkörper für einen Katalysator zum Zwecke der Nachbehandlung von Abgas einer Verbrennungskraftmaschine, wobei der Wabenkörper aus einer Mehrzahl von Metallfolien gebildet ist, die zu einem Lagenstapel aufeinander gestapelt sind und um zumindest einen Drehpunkt aufgewickelt sind, wobei zumindest einzelne Metallfolien eine zumindest teilweise Strukturierung aufweisen, durch welche zwischen den einzelnen Lagen Strömungskanäle ausgebildet werden, die entlang einer Hauptdurchströmungsrichtung von einer Gaseintrittsseite des Wabenkörpers hin zu einer Gasaustrittseite durchströmbar sind. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Wabenkörpers.
Stand der Technik
Zum Zwecke der Abgasnachbehandlung von Verbrennungskraftmaschinen werden unterschiedliche Abgaskatalysatoren eingesetzt. Diese weisen eine Mehrzahl von durchström baren Kanälen auf, welche eine katalytisch aktive Oberfläche besitzen. Das über die katalytisch aktive Oberfläche strömende Abgas wird ab einer für den jeweiligen Katalysator spezifischen Temperatur durch eine chemische Reaktion umgewandelt und in für die Umwelt unschädliche Produkte umgesetzt.
Im Stand der Technik ist eine Vielzahl unterschiedlicher Abgaskatalysatoren bekannt, die jeweils unterschiedliche Bestandteile des Abgases umwandeln. Die gebräuchlichsten Ausführungen weisen entweder einen keramischen Wabenkörper auf oder einen metallischen Wabenkörper. Die überströmten Flächen sind mit auf ihren Zweck abgestimmten Beschichtungen beaufschlagt, um die jeweils gewünscht chemische Reaktion ablaufen zu lassen.
Im Falle von metallischen Wabenkörpern ist der Wabenkörper durch eine Mehrzahl von Metallfolien gebildet, die zu einem Lagenstapel aufeinander gestapelt sind und um zumindest einen Drehpunkt aufgewickelt sind. Durch die Verwendung von zumindest teilweise strukturierten Metallfolien werden zwischen den einzelnen Lagen Zellen ausgebildet, die entlang der axialen Richtung des Wabenkörpers von einer Gaseintrittsseite zu einer Gasaustrittsseite verlaufen und von dem Abgas durchströmt werden können.
Nachteilig an den Lösungen aus dem Stand der Technik ist, dass die Wabenkörper der Katalysatoren im Wesentlichen nur geradlinig durchströmt werden können und insbesondere eine Richtungsänderung der Gasströmung um einen größeren Winkel nicht möglich ist ohne hierzu zusätzliche Bauteile zu verwenden, wie beispielsweise Rohrleitungen oder Bögen, die regelmäßig nicht katalytisch aktive Oberflächen aufweisen.
Darstellung der Erfindung, Aufgabe, Lösung, Vorteile
Daher ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Wabenkörper für den Einsatz in einem Katalysator zum Zwecke der Nachbehandlung von Abgas eines Verbrennungsmotors zu schaffen, welcher einen Richtungswechsel der Hauptdurchströmungsrichtung für ein durch den Wabenkörper strömendes Abgas ermöglicht. Außerdem ist es die Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zur Herstellung des Wabenkörpers zu schaffen.
Die Aufgabe hinsichtlich des Wabenkörpers wird durch einen Wabenkörper mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft einen Wabenkörper für einen Katalysator zum Zwecke der Nachbehandlung von Abgas einer Verbrennungskraftmaschine, wobei der Wabenkörper aus einer Mehrzahl von Metallfolien gebildet ist, die zu einem Lagenstapel aufeinander gestapelt sind und um zumindest einen Drehpunkt aufgewickelt sind, wobei zumindest einzelne Metallfolien eine zumindest teilweise Strukturierung aufweisen, durch welche zwischen den einzelnen Lagen Strömungskanäle ausgebildet werden, die entlang einer Hauptdurchströmungsrichtung von einer Gaseintrittsseite des Wabenkörpers hin zu einer Gasaustrittseite durchströmbar sind, wobei der Wabenkörper aus zwei Teilabschnitten gebildet ist, über welche sich die Strömungskanäle im Wesentlichen unterbrechungsfrei erstrecken, wobei die Teilabschnitte in einem Winkel von zumindest 10 Grad zueinander angestellt sind.
Die zwei Teilabschnitte weisen bevorzugt eine identische Anzahl von Strömungskanälen auf, welche ebenfalls einen identischen Querschnitt aufweisen. Die Teilabschnitte sind in einem Winkel von mindestens 10 Grad, bevorzugt von zumindest 45 Grad zueinander angestellt. Die entlang der Strömungskanäle überströmte Oberfläche des Wabenkörpers ist vollständig mit einer katalytisch aktiven Beschichtung versehen, so dass die gesamte überströmte Oberfläche der Strömungskanäle katalytisch aktiv ist und bei der chemischen Umwandlung eines durch den Wabenkörper strömenden Abgases teilnimmt.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Wabenkörper bogenförmig gestaltet ist.
Auch ist es vorteilhaft, wenn die zwei Teilabschnitte mittels eines Schnittes durch einen Wabenkörper mit geradlinig verlaufenden Strömungskanälen erzeugt sind.
Die zwei Teilabschnitte sind bevorzugt durch das Zerschneiden eines konventionellen Wabenkörpers erzeugt. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass die beiden Teilabschnitte hinsichtlich der Zelldichte und der Kanalgeometrie identisch sind und so ein nahtloser bevorzugt unterbrechungsfreier oder zumindest im Wesentlichen unterbrechungsfreier Verlauf der Strömungskanäle sichergestellt ist. Aufgrund der Menge der einzelnen Strömungskanäle und der Fertigungstoleranzen ist es zu erwarten, dass zumindest einige der Strömungskanäle nicht vollständig unterbrechungsfrei ausgebildet werden. Hierzu tragen insbesondere Lagetoleranzen bei der Fügung bei, außerdem, kann durch das Verbinden ein Eintrag von Material in einzelne Strömungskanäle stattfinden, wodurch diese teilweise oder vollständig verblockt werden können.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass der Schnitt durch den Wabenkörper in einem Winkel von 45 Grad zur Mittelachse des Wabenkörpers verläuft. Der Schnitt in einem Winkel von 45 Grad zur Mittelachse des Wabenkörpers ist besonders vorteilhaft, um zwei Teilabschnitte zu erhalten, welche vorteilhaft aneinander angelegt werden und miteinander verbunden werden können. Wobei hierbei eine Abänderung der Strömungsrichtung von bis zu 90 Grad erreicht werden kann.
Auch ist es zu bevorzugen, wenn die zwei Teilabschnitte um einen Winkel an der Schnittstelle zueinander verdreht angeordnet sind. Insbesondere bei einem kreisrunden Wabenkörper können die durch den Schnitt erzeugten Teilabschnitte um einen beliebigen Winkel zueinander verdreht angeordnet werden, wodurch die Strömungskanäle auch jeweils um einen aus der Verdrehung resultierenden Winkel umgelenkt werden. Bei einer Verdrehung der Teilabschnitte von 180 Grad zueinander entsteht eine Umlenkung der Strömungskanäle um 90 Grad.
Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn die zwei Teilabschnitte dauerhaltbar und gasdicht miteinander verbunden sind. Nach dem Schnitt, dem Verdrehen und dem Anlegen aneinander müssen die Teilabschnitte des Wabenkörper wieder gasdicht und dauerhaltbar zusammengefügt werden. Dies ist bevorzugt durch ein Lötverfahren zu erreichen. Auch können die Teilabschnitte in ein als Gehäuse dienendes Mantelrohr eingesetzt werden. Das Mantelrohr und die Teilabschnitte können hierzu vorteilhafterweise Positionierungshilfen aufweisen, um sicherzustellen, dass die Teilabschnitte sicher in dem gewünschten vordefinierten Verdrehwinkel zueinander angeordnet werden. Auch kann hierdurch sichergestellt werden, dass die Strömungskanäle der Teilabschnitte bündig miteinander in Anlage kommen und möglichst wenige Strömungskanäle durch eine unerwünschte Überdeckung mit Strukturen des jeweils anderen Teilabschnitts blockiert werden. Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn der die zwei Teilabschnitte bildende geradlinige Wabenkörper rotationssymmetrisch um seine axial verlaufende Mittelachse ausgebildet ist. Durch einen rotationssymmetrischen Aufbau um die Mittelachse ist sichergestellt, dass die Teilabschnitte, insbesondere, wenn die Teilabschnitte durch einen Schnitt im Winkel von 45 Grad zur Mittelachse erzeugt wurden, in jedem Verdrehwinkel von 0 Grad bis 180 Grad zueinander angeordnet werden können, ohne dass Bereiche der Teilabschnitte über den jeweils anderen Teilabschnitt überstehen.
Die Aufgabe hinsichtlich des Verfahrens wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 8 gelöst.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Wabenkörpers, wobei ein Wabenkörper mit geradlinigen Strömungskanälen, welcher parallel zu einer zentralen in axialer Richtung verlaufenden Mittelachse angeordnet sind, durch einen Schnitt in einem Winkel zur Mittelachse in zwei Teilabschnitte durchtrennt wird, wobei die zwei Teilabschnitte anschließend um einen Drehwinkel um die Mittelachse verdreht zueinander an der Schnittstelle zusammengeführt werden und dauerhaltbar und gasdicht miteinander verbunden werden.
Die Herstellung der beiden Teilabschnitte aus einem einzigen Wabenkörper ist vorteilhaft, da so sichergestellt ist, dass beide Teilabschnitte miteinander hinsichtlich ihrer Zelldichte und Kanalgeometrie identisch sind.
Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn die zwei Teilabschnitte durch einen Schnitt im Winkel von 45 Grad zur Mittelachse des Wabenkörpers erzeugt werden. Ein Schnittwinkel von 45 Grad ist besonders vorteilhaft, da dies eine stufenlose Verdrehbarkeit im Drehwinkelbereich von 0 Grad bis 180 der Teilabschnitte zueinander ermöglicht. Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den
Unteransprüchen beschrieben.

Claims

7 Patentansprüche
1. Wabenkörper für einen Katalysator zum Zwecke der Nachbehandlung von Abgas einer Verbrennungskraftmaschine, wobei der Wabenkörper aus einer Mehrzahl von Metallfolien gebildet ist, die zu einem Lagenstapel aufeinander gestapelt sind und um zumindest einen Drehpunkt aufgewickelt sind, wobei zumindest einzelne Metallfolien eine zumindest teilweise Strukturierung aufweisen, durch welche zwischen den einzelnen Lagen Strömungskanäle ausgebildet werden, die entlang einer Hauptdurchströmungsrichtung von einer Gaseintrittsseite des Wabenkörpers hin zu einer Gasaustrittseite durchströmbar sind, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Wabenkörper aus zwei Teilabschnitten gebildet ist, über welche sich die Strömungskanäle im Wesentlichen unterbrechungsfrei erstrecken, wobei die Teilabschnitte in einem Winkel von zumindest 45 Grad zueinander angestellt sind.
2. Wabenkörper nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Wabenkörper bogenförmig gestaltet ist.
3. Wabenkörper nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die zwei Teilabschnitte mittels eines Schnittes durch einen Wabenkörper mit geradlinig verlaufenden Strömungskanälen erzeugt sind.
4. Wabenkörper nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Schnitt durch den Wabenkörper in einem Winkel von 45 Grad zur Mittelachse des Wabenkörpers verläuft.
5. Wabenkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche 3 oder 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die zwei Teilabschnitte um einen Winkel an der Schnittstelle zueinander verdreht angeordnet sind. 8 Wabenkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche 3 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die zwei Teilabschnitte dauerhaltbar und gasdicht miteinander verbunden sind. Wabenkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche 3 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der die zwei Teilabschnitte bildende geradlinige Wabenkörper rotationssymmetrisch um seine axiale verlaufende Mittelachse ausgebildet ist. Verfahren zur Herstellung eines Wabenkörpers nach einem der vorhergehenden Ansprüche 3 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass ein Wabenkörper mit geradlinigen Strömungskanälen, welcher parallel zu einer zentralen in axialer Richtung verlaufenden Mittelachse angeordnet sind, durch einen Schnitt in einem Winkel zur Mittelachse in zwei Teilabschnitte durchtrennt wird, wobei die zwei Teilabschnitte anschließend um einen Drehwinkel um die Mittelachse verdreht zueinander an der Schnittstelle zusammengeführt werden und dauerhaltbar und gasdicht miteinander verbunden werden. Verfahren zur Herstellung eines Wabenkörpers nach Anspruch 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die zwei Teilabschnitte durch einen Schnitt im Winkel von 45 Grad zur Mittelachse des Wabenkörpers erzeugt werden.
EP22777235.7A 2021-09-27 2022-09-19 Wabenkörper für einen katalysator zur abgasnachbehandlung und verfahren zur herstellung dieses Withdrawn EP4409120A1 (de)

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