EP4551800A1 - Katalysator zur abgasnachbehandlung mit verbesserter struktur - Google Patents

Katalysator zur abgasnachbehandlung mit verbesserter struktur

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EP4551800A1
EP4551800A1 EP23737968.0A EP23737968A EP4551800A1 EP 4551800 A1 EP4551800 A1 EP 4551800A1 EP 23737968 A EP23737968 A EP 23737968A EP 4551800 A1 EP4551800 A1 EP 4551800A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
honeycomb body
axial
central axis
sections
catalyst
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP23737968.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Christian Schmidt
Peter Hirth
Sebastian DUNG
Sven Schepers
Michael Voit
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.)
Schaeffler Technologies AG and Co KG
Original Assignee
Schaeffler Technologies AG and Co KG
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Filing date
Publication date
Application filed by Schaeffler Technologies AG and Co KG filed Critical Schaeffler Technologies AG and Co KG
Publication of EP4551800A1 publication Critical patent/EP4551800A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/24—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by constructional aspects of converting apparatus
    • F01N3/28—Construction of catalytic reactors
    • F01N3/2803—Construction of catalytic reactors characterised by structure, by material or by manufacturing of catalyst support
    • F01N3/2807—Metal other than sintered metal
    • F01N3/281—Metallic honeycomb monoliths made of stacked or rolled sheets, foils or plates
    • F01N3/2821—Metallic honeycomb monoliths made of stacked or rolled sheets, foils or plates the support being provided with means to enhance the mixing process inside the converter, e.g. sheets, plates or foils with protrusions or projections to create turbulence
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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    • F01N3/2803—Construction of catalytic reactors characterised by structure, by material or by manufacturing of catalyst support
    • F01N3/2807—Metal other than sintered metal
    • F01N3/281—Metallic honeycomb monoliths made of stacked or rolled sheets, foils or plates
    • F01N3/2814—Metallic honeycomb monoliths made of stacked or rolled sheets, foils or plates all sheets, plates or foils being corrugated
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01N2240/00—Combination or association of two or more different exhaust treating devices, or of at least one such device with an auxiliary device, not covered by indexing codes F01N2230/00 or F01N2250/00, one of the devices being
    • F01N2240/16—Combination or association of two or more different exhaust treating devices, or of at least one such device with an auxiliary device, not covered by indexing codes F01N2230/00 or F01N2250/00, one of the devices being an electric heater, i.e. a resistance heater

Definitions

  • the invention relates to a catalyst for the aftertreatment of exhaust gases from an internal combustion engine with a honeycomb body wound from at least one metal foil, the honeycomb body having a central axis which extends along its axial extent from a gas inlet side of the honeycomb body to a gas outlet side of the honeycomb body, and the honeycomb body has a Has a plurality of flow channels through which flow can flow from a gas inlet side of the honeycomb body to a gas outlet side.
  • metallic catalysts are installed in the exhaust system.
  • an electrically heated heating disk can be installed upstream of the catalytic converter.
  • this heating disk is held by so-called support pins, which are integrally connected to the support catalytic converter on one side and are integrally connected to the heating disk on the other side.
  • the support pins serve, on the one hand, to mechanically fix the heating disk relative to the catalytic converter and, on the other hand, to electrically isolate the heating disk from the catalytic converter.
  • Such catalysts which are used as supporting catalysts to support heating disks, are regularly produced by stacking and winding a plurality of metal foils on top of one another, the metal foils being alternately smooth and structured.
  • the honeycomb body created by winding is inserted into a support shell, giving the catalyst its final shape.
  • the one between the smooth foils and the structured ones Flow channels formed by foils are straight and run regularly parallel to the central axis of the catalyst.
  • catalysts which do not have smooth films.
  • the films are structured in such a way that the resulting flow channels run at an angle to the central axis. This creates so-called cross corrugations or so-called herringbone structures.
  • An exemplary embodiment of the invention relates to a catalyst for the aftertreatment of exhaust gases from an internal combustion engine with a honeycomb body wound from at least one metal foil, the honeycomb body having a central axis which extends along its axial extent from a gas inlet side of the honeycomb body to a gas outlet side of the honeycomb body, and the The honeycomb body has a plurality of flow channels through which flow can flow from a gas inlet side of the honeycomb body to a gas outlet side, the honeycomb body being divided into individual axial sections along its axial extent, along which the central axis runs, the axial sections having flow channel sections which run along run at different angles to the central axis.
  • the axial sections describe areas along the axial extent of the honeycomb body.
  • the entirety of the axial sections forms the entire honeycomb body with its axial extent.
  • the individual axial sections are created by specially shaped areas in the metal foils used.
  • the honeycomb body is preferably produced from a single wound stack of layers, so that all axial sections formed in the honeycomb body are formed by the same metal foils.
  • the large number of flow channels which are formed between the metal foils, run from the gas inlet side of the honeycomb body to the gas outlet side.
  • the flow channels are characterized in that they can have different orientations within the individual axial sections with respect to the central axis of the honeycomb body.
  • the flow channels within an axial section can, for example, run parallel to the central axis, be set at a positive angle to the central axis, or be set at a negative angle to the central axis.
  • the radius at the deflection points is increased and the material load caused by the corrugation process is thus reduced. This reduces the occurrence of damage to the metal foils during the manufacturing process.
  • the catalyst according to the invention has a honeycomb body which is constructed without a smooth layer, which is regularly used to separate the structured metal foils in order to prevent the metal foils from slipping into one another. This makes the construction of the honeycomb body easier and less material is required.
  • the orientation of the flow channels in the axial sections can be different, with flow channels aligned parallel to the central axis alternating with flow channels positioned at an angle to the central axis.
  • each flow channel has flow channel sections corresponding to the number of axial sections, which each extend along one of the axial sections.
  • the flow channels all run from the gas inlet side to the gas outlet side of the catalytic converter.
  • Each flow channel therefore runs through all axial sections of the catalytic converter. Since the honeycomb body is only created from a stack of layers in the axial direction, and therefore the metal foils are not interrupted, each flow channel extends through the axial sections without being interrupted by the transitions between the axial sections.
  • the aim is to enable the highest possible flow through the honeycomb body, which is why as few flow channels as possible should be blocked. For manufacturing reasons, it can happen that individual flow channels are deformed and thus blocked. However, these cases are insignificant side effects that fundamentally do not change the function and structure of the honeycomb body.
  • the flow channel sections of the axial section which begins on the gas inlet side of the honeycomb body, run parallel to the central axis of the honeycomb body and / or the flow channel sections of the axial section, which ends on the gas outlet side of the honeycomb body, run parallel to the central axis.
  • a heating disk which is fixed with straight support pins inserted into the flow channels and permanently connected to them, can be positioned particularly easily relative to the catalytic converter.
  • a preferred exemplary embodiment is characterized in that the flow direction of the respective flow channel sections is different relative to the central axis in axial sections that are directly adjacent to one another.
  • the flow channels preferably have angles to the central axis that are between 1 and 15 degrees, particularly preferably between 1 and 10 degrees.
  • a catalyst according to the invention preferably has a cell density of 600 cpsi to 1200 cpsi (cells per square inch).
  • the length of the axial sections is between 5mm and 50mm along the central axis.
  • the length of the axial sections is preferably between 5mm and 50mm.
  • Axial sections with straight flow channel sections running parallel to the central axis on the gas inlet side and/or the gas outlet side preferably have a length of 5mm to 10mm. The short length of these axial sections ensures that during the gluing and soldering process the solder also penetrates well into the subsequent axial sections and thus a cohesive connection is created between the metal foils in the subsequent soldering process.
  • Individual axial sections can additionally have a special corrugation, with the corrugation maximum or the corrugation minimum being cut and a protuberance of the metal foil in the opposite direction of the respective corrugation being provided.
  • This allows exhaust gas to flow between adjacent flow channels.
  • improved conversion on the catalyst can be achieved in this way, since the protuberance improves the gas flow, in particular making it more turbulent.
  • the protuberances are particularly advantageous in combination with a heating disk attached to the catalytic converter, as they enable a multi-point soldering connection between the support pins and the catalytic converter.
  • the protuberances can optionally be arranged in axial sections with flow channels running parallel to the central axis and/or in axial sections with flow channels set at an angle to the central axis.
  • the protuberances are particularly preferably arranged in the region of the gas inlet side and particularly preferably the axial start of the protuberance is arranged in a range of 1 mm to 10 mm, particularly preferably in a range of 1 mm to 5 mm, after the gas inlet side.
  • At least one metal foil has slits running in at least one axial section in the circumferential direction of the honeycomb body.
  • the slots are preferably made into the metal foils before the corrugation process.
  • the slots significantly reduce the material loads during the corrugation process and thus reduce the risk of damage to the metal foils.
  • the slots can be arranged in the axial direction in straight axial sections or preferably at deflection points or transition points between axial sections with unequal alignment of the flow channel sections.
  • the axial section adjacent to the gas inlet side has flow channel sections which run parallel to the central axis, with support pins being inserted into individual flow channels and permanently connected to the honeycomb body. This makes it particularly easier to connect a heating disk to the catalytic converter.
  • the honeycomb body has alternating axial sections along its axial extent with a flow direction running parallel to the central axis and axial sections with a flow direction running at an angle to the central axis. This specifically increases the radius at the deflection points or the transitions between the axial sections, which relieves the load on the metal foils and thus also relieves the load on the honeycomb body.
  • the honeycomb body is formed from a plurality of metal foils stacked on top of one another and wound around at least one pivot point. Furthermore, it is expedient if the transition between two directly adjacent axial sections each represents a deflection point for the flow direction of a flow channel. This ensures that the flow channels are not interrupted by the transitions between the axial sections.
  • FIG. 1 shows a sectional view through a catalytic converter with a honeycomb body according to the invention
  • FIG. 2 shows a detailed view of a special shape of a corrugated film, the corrugation having an area in the corrugation maximum that is turned out in the opposite direction,
  • FIG. 3 shows a sectional view through a catalytic converter, showing a supporting catalytic converter to which a heating disk is connected to the gas inlet side by means of supporting pins,
  • FIG. 4 shows a sectional view through a supporting catalytic converter and a heating disk, with an alternative configuration of the successive axial areas
  • Fig. 5 shows a sectional view through a catalytic converter, the honeycomb body having circumferentially extending slots within individual of the axial sections
  • Fig. 6 is a sectional view through a catalytic converter, the honeycomb body having circumferentially extending slots at the transitions between mutually adjacent axial sections.
  • Figure 1 shows a catalytic converter 1, with the honeycomb body 2 being accommodated in a casing tube 3.
  • the honeycomb body has several axial sections 4, 5 through which exhaust gas can flow from the gas inlet side 6 to the gas outlet side 7.
  • alternating axial sections 5 with flow channel sections set at an angle to the central axis and axial sections 6 with flow channel sections running parallel to the central axis are shown.
  • the axial sections 5 alternately have a positive angle of attack to the central axis and a negative angle of attack to the central axis, which creates an up and down movement of the flow channels along the axial extent of the honeycomb body 2 in the sectional view of Figure 1.
  • Figure 2 shows a perspective view of a corrugated metal foil 8, the upwardly projecting wave maxima having protuberances 9, which are protruded from the corrugation in the opposite direction.
  • the protruded areas 9 in turn have a smaller corrugation compared to the main corrugation.
  • FIG. 3 shows an alternative embodiment of a honeycomb body 2.
  • the honeycomb body On the gas inlet side, the honeycomb body is preceded by a heating slide 12, which is connected to the honeycomb body via support pins 11.
  • the honeycomb body 5 has an axial section 4 with flow channel sections running parallel to the central axis on its gas inlet side and the gas outlet side.
  • the remaining honeycomb body 2 is formed by axial sections 5, each of which has flow channel sections set at an angle.
  • the axial sections 4 on the gas inlet side and the gas outlet side each have a significantly shorter axial extent than the middle axial sections 5.
  • Figure 4 shows a honeycomb body 2 with an upstream heating disk 12.
  • the axial sections 4 and 5 are arranged here alternately, so that starting with an axial section 4, an axial section 5 follows and so on until an axial section 4 follows again on the gas outlet side .
  • the flow channels created in this way follow an up and down movement along the axial extent of the honeycomb body.
  • Figure 5 shows a further alternative honeycomb body 2, with axial sections 5 and axial sections 4 being arranged alternately.
  • the axial sections 4 now have additional slots 13 which run in the circumferential direction of the honeycomb body 2.
  • the slots 13 are arranged centrally in the axial sections 4.
  • Figure 6 shows a honeycomb body 2 as in Figure 5.
  • the slots 13 are now arranged directly in the transitions between the axial areas 4 and 5.
  • FIGS. 1 to 6 in particular do not have a restrictive character and serve to illustrate the idea of the invention.
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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Katalysator (1) zur Nachbehandlung von Abgasen einer Verbrennungskraftmaschine mit einem aus zumindest einer Metallfolie aufgewickelten Wabenkörper (2), wobei der Wabenkörper (2) eine Mittelachse aufweist, die sich entlang seiner axialen Erstreckung von einer Gaseintrittsseite (6) des Wabenkörpers (2) hin zu einer Gasaustrittsseite (7) des Wabenkörper (2) erstreckt, und der Wabenkörper (2) eine Mehrzahl von Strömungskanälen aufweist, die von einer Gaseintrittsseite (6) des Wabenkörpers (2) hin zu einer Gasaustrittsseite (7) durchströmbar sind, wobei der Wabenkörper (2) entlang seiner axialen Erstreckung, entlang welcher die Mittelachse verläuft, in einzelne axiale Abschnitte (4, 5) unterteilt ist, wobei die axialen Abschnitte (4, 5) Strömungskanalabschnitte aufweisen, die entlang unterschiedlicher Winkel zur Mittelachse verlaufen.

Description

Beschreibung
Katalysator zur Abgasnachbehandlung mit verbesserter Struktur
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft einen Katalysator zur Nachbehandlung von Abgasen einer Verbrennungskraftmaschine mit einem aus zumindest einer Metallfolie aufgewickelten Wabenkörper, wobei der Wabenkörper eine Mittelachse aufweist, die sich entlang seiner axialen Erstreckung von einer Gaseintrittsseite des Wabenkörpers hin zu einer Gasaustrittsseite des Wabenkörper erstreckt, und der Wabenkörper eine Mehrzahl von Strömungskanälen aufweist, die von einer Gaseintrittsseite des Wabenkörpers hin zu einer Gasaustrittsseite durchströmbar sind.
Stand der Technik
Zur Konvertierung von Schadstoffen aus dem von Verbrennungsmotoren emittierten Abgas werden metallische Katalysatoren in der Abgasanlage verbaut. Zur Verlkürzung der Aufheizzeit von den verbauten Katalysatoren kann eine elektrisch beheizbare Heizscheibe dem Katalysator vorgeschaltet werden. Diese Heizscheibe wird bei Katalysatoren mit metallischen Wabenkörper durch sogenannte Stützstifte gehalten, welche auf der einen Seite stoffschlüssig mit dem Stützkat verbunden sind und auf der anderen Seite stoffschlüssig mit der Heizscheibe verbunden sind. Die Stützstifte dienen einerseits zur mechanischen Fixierung der Heizscheibe relativ zum Katalysator und andererseits zur elektrischen Isolation der Heizscheibe vom Katalysator.
Solche Katalysatoren, die als Stützkatalysatoren zur Abstützung von Heizscheiben eingesetzt werden, werden regelmäßig durch das Aufeinanderstapeln und Aufwickeln einer Mehrzahl von Metallfolien erzeugt, wobei die Metallfolien abwechselnd glatt und strukturiert ausgeführt sind. Der durch das Aufwickeln erzeugte Wabenkörper wird in einen Trägermantel eingesetzt, wodurch der Katalysator seine endgültige Form bekommt. Die zwischen den glatten Folien und den strukturierten Folien ausgebildeten Strömungskanäle sind gerade und verlaufen regelmäßig parallel zur Mittelachse des Katalysators.
Alternativ sind Katalysatoren bekannt, welche keine glatten Folien aufweisen. Um dennoch Strömungskanäle im Wabenkörper auszubilden, die von einer Gaseintrittsseite hin zu einer Gasaustrittsseite durchströmt werden können, sind die Folien derart strukturiert, dass die sich ergebenden Strömungskanäle in einem Winkel angestellt zur Mittelachse verlaufen. Dadurch werden sogenannte Kreuzwellungen oder sogenannten Heringbone Strukturen erzeugt.
Durch das Aufeinanderstapeln von strukturierten Folien mit jeweils entgegengesetzter Ausrichtung der Wellung wird das Ineinanderrutschen der strukturierten Folien vermieden.
Nachteilig an den Vorrichtungen im Stand der Technik ist insbesondere, dass die vorgenannten Katalysatoren, welche ohne Glattlage aufgebaut sind sowohl an der Gaseintrittsseite des Katalysators als auch an der Gasaustrittsseite schräggestellte Strömungskanäle aufweisen, die nicht parallel zur Mittelachse des Katalysators verlaufen. In solchen schräg gestellten Kanälen können die vorbeschriebenen Stützstifte nicht verwendet werden. Zudem ist es nachteilig, dass die Matrix des den Katalysator bildenden Wabenkörpers die Metallfolien bedingt durch die regelmäßig genutzten kleinen Biegeradien leicht beschädigt werden können.
Die Verwendung eines Stützkatalysators mit einer glatten Metallfolie zwischen den strukturierten Metallfolien ist nachteilig, da die Wärmekapazität des Wabenkörpers dadurch erhöht wird. Dadurch wird wiederum die Aufheizzeit bis zum Erreichen der optimalen Betriebstemperatur erhöht. Außerdem ist ein Wabenkörper mit glatten Metallfolien kostenintensiver in der Herstellung, da er einen höheren Materialbedarf aufweist. Darstellung der Erfindung, Aufgabe, Lösung, Vorteile
Daher ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Katalysator zur Abgasnachbehandlung zu schaffen, der ein hinsichtlich der verwendeten Metallfolien optimiertes Design aufweist, und insbesondere ohne den Einsatz von glatten Metallfolien zwischen den strukturierten Metallfolien auskommt und eine höhere Flexibilität des Wabenkörpers in axialer und/oder tangentialer Richtung aufweist.
Die Aufgabe hinsichtlich des Katalysators wird durch einen Katalysator mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft einen Katalysator zur Nachbehandlung von Abgasen einer Verbrennungskraftmaschine mit einem aus zumindest einer Metallfolie aufgewickelten Wabenkörper, wobei der Wabenkörper eine Mittelachse aufweist, die sich entlang seiner axialen Erstreckung von einer Gaseintrittsseite des Wabenkörpers hin zu einer Gasaustrittsseite des Wabenkörper erstreckt, und der Wabenkörper eine Mehrzahl von Strömungskanälen aufweist, die von einer Gaseintrittsseite des Wabenkörpers hin zu einer Gasaustrittsseite durchströmbar sind, wobei der Wabenkörper entlang seiner axialen Erstreckung, entlang welcher die Mittelachse verläuft, in einzelne axiale Abschnitte unterteilt ist, wobei die axialen Abschnitte Strömungskanalabschnitte aufweisen, die entlang unterschiedlicher Winkel zur Mittelachse verlaufen.
Die Axialen Abschnitte beschreiben Bereiche entlang der axialen Erstreckung des Wabenkörpers. Die Gesamtheit der axialen Abschnitte bildet den gesamten Wabenköper mit seiner axialen Erstreckung aus. Die einzelnen axialen Abschnitte sind durch speziell ausgeformte Bereiche in den verwendeten Metallfolien erzeugt. Bevorzugt ist der Wabenkörper aus einem einzigen aufgewickelten Lagenstapelt erzeugt, so dass alle im Wabenkörper ausgebildeten axialen Abschnitte durch dieselben Metallfolien gebildet sind.
Die Vielzahl an Strömungskanälen, welche zwischen den Metallfolien ausgebildet sind, verlaufen von der Gaseintrittsseite des Wabenkörper hin zur Gasaustrittsseite. Erfindungsgemäß sind die Strömungskanäle dadurch gekennzeichnet, dass diese innerhalb der einzelnen axialen Abschnitte unterschiedliche Ausrichtungen in Bezug auf die Mittelachse des Wabenkörpers aufweisen können. Die Strömungskanäle innerhalb eines axialen Abschnitts können beispielsweise parallel zur Mittelachse verlaufen, in einem positiven Winkel zur Mittelachse angestellt sein, oder in einem negativen Winkel zur Mittelachse angestellt sein.
An den Übergängen zwischen den einzelnen axialen Abschnitten finden somit Umlenkungen der jeweiligen Durchströmungsrichtung in den einzelnen Strömungskanälen statt.
Durch den Wechsel von geraden axialen Abschnitten mit parallel zur Mittelachse verlaufenden Strömungskanälen und axialen Abschnitten mit schräg angestellten Strömungskanälen wird der Radius an den Umlenkpunkten vergrößert und somit die Matenalbelastung durch den Wellprozess reduziert. Hierdurch wird das Auftreten von Beschädigungen der Metallfolien im Herstellungsprozess verringert.
Der erfindungsgemäße Katalysator weist einen Wabenköper auf, der ohne eine Glattlage aufgebaut ist, welche regelmäßig zur Trennung der strukturierten Metallfolien verwendet wird, um das Ineinanderrutschen der Metallfolien zu unterbinden. Dadurch wird der Aufbau des Wabenkörpers einfacher und es wird weniger Material benötigt.
Je nach Ausgestaltung kann die Ausrichtung der Strömungskanäle in den axialen Abschnitten jeweils unterschiedlich sein, wobei sich parallel zur Mittelachse ausgerichtete Strömungskanäle und mit einem Winkel zur Mittelachse angestellte Strömungskanäle abwechseln.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn jeder Strömungskanal entsprechend der Anzahl der axialen Abschnitte Strömungskanalabschnitte aufweist, welche sich jeweils entlang eines der axialen Abschnitte erstrecken. Die Strömungskanäle verlaufen alle von der Gaseintrittsseite hin zur Gasaustrittsseite des Katalysators. Somit verläuft auch jeder Strömungskanal durch alle axialen Abschnitte des Katalysators. Da der Wabenkörper in axialer Richtung nur aus einem Lagenstapel erzeugt wird, und somit die Metallfolien nicht unterbrochen sind, erststreckt sich jeder Strömungskanal durch die axialen Abschnitte, ohne durch die Übergänge zwischen den axialen Abschnitten unterbrochen zu werden. Ziel ist es eine möglichst hohe Durchströmung des Wabenkörpers zu ermöglichen, weswegen so wenig Strömungskanäle wie möglich blockiert werden sollten. Aus fertigungstechnischen Gründen kann es vorkommen, dass einzelne Strömungskanäle deformiert werden und somit blockiert werden. Diese Fälle sind aber unwesentliche Nebeneffekte, die die Funktion und den Aufbau des Wabenkörpers grundsätzlich nicht verändern.
Auch ist es vorteilhaft, wenn die Strömungskanalabschnitte des axialen Abschnitts, welcher an der Gaseintrittsseite des Wabenkörpers beginnt, parallel zur Mittelachse des Wabenkörpers verlaufen und/oder die Strömungskanalabschnitte des axialen Abschnitts, welcher an der Gasaustrittsseite des Wabenkörpers endet, parallel zur Mittelachse verlaufen.
Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn ein vorgelagertes oder nachgelagertes Element gegenüber dem Katalysator fixiert werden soll. Insbesondere eine Heizscheibe, welche mit geraden in die Strömungskanäle eingesteckten und mit diesen dauerhaltbar verbundenen Stützstiften fixiert wird, kann so besonders einfach gegenüber dem Katalysator positioniert werden.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass die Durchströmungsrichtung der jeweiligen Strömungskanalabschnitte relativ zur Mittelachse in direkt zueinander benachbarten axialen Abschnitten unterschiedlich ist.
Bevorzugt weisen die Strömungskanäle Winkel zur Mittelachse auf, die zwischen 1 und 15 Grad, besonders bevorzugt zwischen 1 und 10 Grad betragen. Ein erfindungsgemäßer Katalysator hat bevorzugt eines Zelldichte von 600 cpsi bis 1200 cpsi (cells per square inch).
Auch ist es zu bevorzugen, wenn die Länge der axialen Abschnitte zwischen 5mm und 50mm entlang der Mittelachse betragen. Die Länge der axialen Abschnitte ist bevorzugt zwischen 5mm und 50mm. Axiale Abschnitte mit geraden, parallel zur Mittelachse verlaufenden Strömungskanalabschnitten an der Gaseintrittsseite und/oder der Gasaustrittsseite weisen bevorzugt eine Länge von 5mm bis 10mm auf. Durch die kurze Länge dieser axialen Abschnitte wird sichergestellt, dass beim Beleimungsprozess und Belotungsprozess das Lot auch in die nachfolgenden axialen Abschnitte gut eindringt und somit im nachfolgenden Lötvorgang eine stoffschlüssige Verbindung zwischen den Metallfolien entsteht.
Einzelne axiale Abschnitte können zusätzlich eine spezielle Wellung aufweisen, wobei das Wellmaximum oder das Wellminimum angeschnitten sind und eine Ausstülpung der Metallfolie in die entgegengerichtete Richtung der jeweiligen Wellung vorgesehen ist. Dies ermöglicht das Überströmen von Abgas zwischen zueinander benachbarten Strömungskanälen. Darüber hinaus kann hierdurch eine verbesserte Umsetzung am Katalysator erreicht werden, da die Ausstülpung die Gasströmung verbessert, insbesondere turbulenter macht. Insbesondere in Kombination mit einer am Katalysator angebrachten Heizscheibe sind die Ausstülpungen vorteilhaft, da diese eine Mehrpunkt-Lötanbindung zwischen den Stützstiften und dem Katalysator ermöglichen.
Die Ausstülpungen können wahlweise in axialen Abschnitten mit parallel zur Mittelachse verlaufenden Strömungskanälen angeordnet sein und/oder an axialen Abschnitten mit in einem Winkel zur Mittelachse angestellten Strömungskanälen. Besonders bevorzugt sind die Ausstülpungen im Bereich der Gaseintrittsseite angeordnet und besonders bevorzugt ist der axiale Beginn der Ausstülpung in einem Bereich von 1 mm bis 10mm, besonders bevorzugt in einem Bereich von 1mm bis 5mm, nach der Gaseintrittsseite angeordnet.
Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn zumindest eine Metallfolie in zumindest einem axialen Abschnitt in Umfangsrichtung des Wabenkörpers verlaufende Schlitzungen aufweist. Die Schlitze werden bevorzugt bereits vor dem Wellvorgang in die Metallfolien eingebracht. Die Schlitze reduzieren insbesondere die Matenalbelastungen während des Wellvorgangs deutlich und reduzieren somit das Risiko von Beschädigungen an den Metallfolien.
Ein weiterer positiver Nebeneffekt der Schlitze, welche im aufgewickelten Wabenkörper in Umfangsrichtung verlaufen ist, dass der Katalysator eine erhöhte Flexibilität sowohl in axialer als auch in tangentialer Richtung aufweist, wodurch Zelldeformationen, welche bei einem durchgehenden schlitzfreien Wabenkörper regelmäßig durch Thermoschocks auftreten, vermieden werden. Die Schlitze können in axialer Richtung in geraden axialen Abschnitten oder bevorzugt an Umlenkpunkten beziehungsweise Übergangspunkten zwischen axialen Abschnitten mit ungleicher Ausrichtung der Strömungskanalabschnitte angeordnet sein.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn der an die Gaseintrittsseite angrenzende axiale Abschnitt Strömungskanalabschnitte aufweist, die parallel zur Mittelachse verlaufen, wobei in einzelne der Strömungskanäle Stützstifte eingesteckt und mit dem Wabenkörper dauerhaltbar verbunden sind. Dies erleichtert insbesondere die Anbindung einer Heizscheibe an den Katalysator.
Auch ist es zweckmäßig, wenn der Wabenkörper entlang seiner axialen Erstreckung abwechselnd axiale Abschnitte mit einer parallel zur Mittelachse verlaufenden Durchströmungsrichtung aufweist und axiale Abschnitte mit einer in einem Winkeln zur Mittelachse verlaufenden Durchströmungsrichtung aufweist. Hierdurch wird gezielt der Radius an den Umlenkpunkten, beziehungsweise den Übergängen zwischen den axialen Abschnitten, vergrößert, wodurch es zu einer Entlastung der Metallfolien und somit ebenfalls zu einer Entlastung des Wabenkörpers kommt.
Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn der Wabenkörper aus einer Mehrzahl von aufeinander gestapelten Metallfolien gebildet ist, die um zumindest einen Drehpunkt aufgewickelt sind. Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn der Übergang zwischen zwei direkt zueinander benachbarten axialen Abschnitten jeweils einen Umlenkpunkt für die Durchströmungsrichtung eines Strömungskanals darstellt. Dadurch ist sichergestellt, dass die Strömungskanäle nicht durch die Übergänge zwischen den axialen Abschnitten unterbrochen werden.
Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen und in der nachfolgenden Figurenbeschreibung beschrieben.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen detailliert erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 eine Schnittansicht durch einen Katalysator mit einem erfindungsgemäßen Wabenkörper,
Fig. 2 eine Detailansicht einer speziellen Formgebung einer gewellten Folie, wobei die Wellung einen in die Gegenrichtung ausgestülpten Bereich im Wellmaximum aufweist,
Fig. 3 eine Schnittansicht durch einen Katalysator, wobei ein Stützkatalysator gezeigt ist, an welchen mittels Stützstiften eine Heizscheibe an der Gaseinlassseite angebunden ist,
Fig. 4 eine Schnittansicht durch einen Stützkatalysator und eine Heizscheibe, mit einer alternativen Ausgestaltung der aufeinanderfolgenden axialen Bereiche,
Fig. 5 eine Schnittansicht durch einen Katalysator, wobei der Wabenkörper in Umfangsrichtung verlaufende Schlitze innerhalb einzelner der axialen Abschnitte aufweist, und Fig. 6 eine Schnittansicht durch einen Katalysator, wobei der Wabenkörper in Umfangsrichtung verlaufende Schlitze an den Übergängen zwischen zueinander benachbarten axialen Abschnitten aufweist.
Bevorzugte Ausführung der Erfindung
Die Figur 1 zeigt einen Katalysator 1 , wobei der Wabenkörper 2 in einem Mantelrohr 3 aufgenommen ist. Der Wabenkörper weist mehrere axiale Abschnitte 4, 5 auf die von der Gaseintrittsseite 6 hin zur Gasaustrittsseite 7 mit Abgas durchströmt werden können.
Im Ausführungsbeispiel der Figur 1 sind abwechselnd axiale Abschnitte 5 mit in einem Winkel zur Mittelachse angestellten Strömungskanalabschnitten und axiale Abschnitte 6 mit parallel zur Mittelachse verlaufenden Strömungskanalabschnitten gezeigt. Die axialen Abschnitte 5 haben abwechselnd einen positiven Anstellwinkel zur Mittelachse und einen negativen Anstellwinkel zur Mittelachse, wodurch im Schnittbild der Figur 1 entlang der axialen Erstreckung des Wabenkörpers 2 eine Auf- und Abbewegung der Strömungskanäle entsteht.
Figur 2 zeigt eine perspektivische Ansicht einer gewellten Metallfolie 8, wobei die nach oben ragenden Wellenmaxima Ausstülpungen 9 aufweisen, welche in die entgegengesetzte Richtung aus der Wellung ausgestülpt sind. Im Ausführungsbeispiel der Figur 2 weisen die ausgestülpten Bereiche 9 ihrerseits eine im Vergleich zur Hauptwellung geringere Wellung auf.
Figur 3 zeigt eine alternative Ausgestaltung eines Wabenkörpers 2. An der Gaseinlassseite ist dem Wabenkörper eine Heizschiebe 12 vorgelagert, welche über Stützstifte 11 mit dem Wabenkörper verbunden ist. Der Wabenkörper 5 weist an seiner Gaseinlassseite und der Gasauslassseite jeweils einen axialen Abschnitt 4 mit parallel zur Mittelachse verlaufenden Strömungskanalabschnitten auf. Der restliche Wabenkörper 2 ist durch axiale Abschnitte 5 gebildet, die jeweils in einem Winkel angestellte Strömungskanalabschnitte aufweisen.
Es ist zu erkennen, dass die axialen Abschnitte 4 an der Gaseinlassseite und der Gasauslassseite jeweils eine deutlich kürzere axiale Erstreckung aufweisen, als die mittleren axialen Abschnitte 5.
Figur 4 zeigt einen Wabenkörper 2 mit einer vorgelagerten Heizscheibe 12. Die axialen Abschnitte 4 und 5 sind hier abwechselnd angeordnet, so dass beginnend mit einem axialen Abschnitt 4 ein axialer Abschnitt 5 folgt und so weiter, bis an der Gasauslassseite wieder ein axialer Abschnitt 4 folgt. Die so erzeugten Strömungskanäle folgen somit einer Auf- und Abbewegung entlang der axialen Erstreckung des Wabenkörpers.
Figur 5 zeigt einen weiteren alternativen Wabenkörper 2, wobei wiederrum axiale Abschnitte 5 und axiale Abschnitte 4 abwechselnd angeordnet sind. Im Unterschied zu den vorausgegangenen Figuren weisen die axialen Abschnitte 4 nun zusätzliche Schlitze 13 auf, welche im Umfangsrichtung des Wabenkörpers 2 verlaufen. Die Schlitze 13 sind mittig in den axialen Abschnitten 4 angeordnet.
Figur 6 zeigt einen Wabenkörper 2 wie in Figur 5. Im Unterschied zu Figur 5 sind die Schlitze 13 nun direkt in den Übergängen zwischen den axialen Bereichen 4 und 5 angeordnet.
Die unterschiedlichen Merkmale der einzelnen Ausführungsbeispiele können auch untereinander kombiniert werden.
Die Ausführungsbeispiele der Figuren 1 bis 6 weisen insbesondere keinen beschränkenden Charakter auf und dienen der Verdeutlichung des Erfindungsgedankens. Bezugszeichenliste
1 . Katalysator
2. Wabenkörper 3. Mantelrohr
4. axialen Abschnitt
5. axialer Abschnitt
6. Gaseinlassseite
7. Gasauslassseite 8. Metallfolie
9. Ausstülpung
11 . Stützstifte
12. Heizscheibe
13. Schlitze

Claims

Patentansprüche
1. Katalysator (1 ) zur Nachbehandlung von Abgasen einer Verbrennungskraftmaschine mit einem aus zumindest einer Metallfolie aufgewickelten Wabenkörper (2), wobei der Wabenkörper (2) eine Mittelachse aufweist, die sich entlang seiner axialen Erstreckung von einer Gaseintrittsseite (6) des Wabenkörpers (2) hin zu einer Gasaustrittsseite (7) des Wabenkörper (2) erstreckt, und der Wabenkörper (2) eine Mehrzahl von Strömungskanälen aufweist, die von einer Gaseintrittsseite (6) des Wabenkörpers (2) hin zu einer Gasaustrittsseite (7) 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 (2) entlang seiner axialen Erstreckung, entlang welcher die Mittelachse verläuft, in einzelne axiale Abschnitte (4, 5) unterteilt ist, wobei die axialen Abschnitte (4, 5) Strömungskanalabschnitte aufweisen, die entlang unterschiedlicher Winkel zur Mittelachse verlaufen.
2. Katalysator (1) 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 jeder Strömungskanal entsprechend der Anzahl der axialen Abschnitte (4, 5) Strömungskanalabschnitte aufweist, welche sich jeweils entlang eines der axialen Abschnitte (4, 5) erstrecken.
3. Katalysator (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Strömungskanalabschnitte des axialen Abschnitts (4), welcher an der Gaseintrittsseite (6) des Wabenkörpers (2) beginnt, parallel zur Mittelachse des Wabenkörpers (2) verlaufen und/oder die Strömungskanalabschnitte des axialen Abschnitts (4), welcher an der Gasaustrittsseite (7) des Wabenkörpers (2) endet, parallel zur Mittelachse verlaufen.
4. Katalysator (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Durchströmungsrichtung der jeweiligen Strömungskanalabschnitte relativ zur Mittelachse in direkt zueinander benachbarten axialen Abschnitten (4, 5) unterschiedlich ist. 5. Katalysator (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Länge der axialen Abschnitte (4,
5) zwischen 5mm und 50mm entlang der Mittelachse betragen.
6. Katalysator (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass zumindest eine Metallfolie in zumindest einem axialen Abschnitt (4, 5) in Umfangsrichtung des Wabenkörpers (2) verlaufende Schlitzungen (13) aufweist.
7. Katalysator (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der an die Gaseintrittsseite (6) angrenzende axiale Abschnitt (4) Strömungskanalabschnitte aufweist, die parallel zur Mittelachse verlaufen, wobei in einzelne der Strömungskanäle Stützstifte (11) eingesteckt und mit dem Wabenkörper (2) dauerhaltbar verbunden sind.
8. Katalysator (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Wabenkörper (2) entlang seiner axialen Erstreckung abwechselnd axiale Abschnitte (4) mit einer parallel zur Mittelachse verlaufenden Durchströmungsrichtung aufweist und axiale Abschnitte (5) mit einer in einem Winkeln zur Mittelachse verlaufenden Durchströmungsrichtung aufweist.
9. Katalysator (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Wabenkörper (2) aus einer Mehrzahl von aufeinander gestapelten Metallfolien gebildet ist, die um zumindest einen Drehpunkt aufgewickelt sind.
10. Katalysator (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Übergang zwischen zwei direkt zueinander benachbarten axialen Abschnitten (4, 5) jeweils einen Umlenkpunkt für die Durchströmungsrichtung eines Strömungskanals darstellt.
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