JP2003513190A - 多層構造の外被を有するハニカム体 - Google Patents
多層構造の外被を有するハニカム体Info
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Abstract
Description
および/又は巻回ないし折り重ねて構成され、ほぼ中心長手軸線に対して平行に
延び流体により貫流される多数の通路を備えた担体母体から成るハニカム体、特
に触媒担体に関する。ハニカム体は多層構造の外被を有している。
ズムによって生じ得る。例えば、内燃機関の排気装置に配置され触媒担体として
使用されるハニカム体の場合、脈動する排気ガスあるいは別の振動によって担体
母体外被の横方向の振動が惹起されることがある。特に共振の発生時、担体母体
外被と担体母体との間の接続は損傷あるいは損壊されるおそれがある。従って上
述した振動をこうむる触媒担体においては、外被と担体母体との間の接続を、こ
の接続が例えば外被の強化によってできるだけ耐久性を有するように形成するこ
とが試みられている。しかしそのように強化されて層状に形成された担体母体外
被は、ぶつかった際にベルのように鳴り、従って振動減衰特性が悪いことのほか
にかなり大きな音を発するという欠点がある。
ので、ますます薄い鋼板の開発が進められている。例えば担体母体とケースとの
耐久性のある特に接合技術による継手を得ようとすれば、例えば電子ビームない
しレーザービームの溶接深度を極めて精確に調整しなければならない。さもなけ
れば、溶接中に担体母体の外側薄鋼板が切断してしまうか正しく結合されず、そ
のためにケースと担体母体との間の溶接継手が長い間に不安定になってしまうお
それがある。
7号明細書において、互いに重ね合わされ絡み合わされた複数の波形板金および
/又は平形板金から成るハニカム体が知られている。それらの板金は互いに重な
り合う平滑な終端部分を有し、その終端部分が担体母体の外周において外側層を
形成している。その外側層は、それを包囲する外被の壁厚より厚く、これによっ
て外被に問題なしに接合、特に溶接できるように設計されている。そのように形
成された担体母体には外被ないし外被管を簡単に耐久的に溶接できるという利点
がある一方で、上述の振動問題および騒音発生問題のほかに、担体母体およびこ
れを包囲する外被が互いに異なった大きさで特に軸方向に熱膨張することできな
いために、ハニカム体の作動中にその損壊を早めてしまう応力が生ずるという欠
点がある。
ツ特許出願公開第2856030号明細書で知られている。その担体母体は、ス
リット付きの両側開放円筒状外被で包囲されている。外被は、切断加工された平
らな板金ブランクを転造して製造される。このスリット付き両側開放円筒状外被
の中に担体母体が遊びをもって挿入され、続いて2つの工具間に置かれ、圧縮さ
れ、これによってスリットの範囲に重なりが生ずるか、外被の寸法および形状に
応じて突き合わせ部が生じ、そこで突き合わせ溶接が行われる。
囲され、その外被自体が同心的に配置された別個の外被管の中に、その外被管か
ら間隔をおいて、即ち例えば空隙で絶縁されて配置されているようなハニカム体
が知られている。
理された鋼板から成る多層構造の担体母体外被が知られている。その担体母体外
被は、一方の面に中間層を形成する第1の特殊鋼から成る基礎材料が設けられ、
他方の面に第1の特殊鋼とは異なった第2の特殊鋼から成る被覆を備えている。
被覆の層厚は、一般に板金総厚の約10%しかない。たとえめっき処理された鋼
板が特に高温ガスおよび湿気による腐食状況に適合するようにされても、鋼板は
良好な振動減衰特性および/又は消音特性を有しておらず、また各層が軸方向に
異なった大きさで膨張することはできない。
担体母体外被を備えたハニカム体を提供することにある。また担体母体と外被と
の簡単で耐久性のある結合を阻害することなしに、ハニカム体の部品が互いに異
なった大きさで特に長手軸方向に膨張できるようにするものである。更にまたハ
ニカム体が担体母体と外被との間の簡単な結合を可能にする担体母体外被を有す
るようにするものである。
ニカム体によって解決される。本発明の有利な実施態様は従属請求項に記載され
ているが、それらは個々にあるいは互いに組み合わせて採用できる。
は巻回ないし折り重ねて構成され、ほぼ中心長手軸線に対して平行に延び流体に
より貫流される多数の通路を備えた担体母体に対するハニカム体、特に触媒担体
の単一層から成る担体母体外被は、大きな剛性を有し、ほとんど減衰されずに振
動し、ぶつかったときにベルのように鳴ることが判明している。本発明はこのよ
うな認識から出発している。互いに同心的に配置され、好適にはほぼ同じ厚さを
有する少なくとも2つ、好適には3つ以上の個々の平滑な層で作られ、そのうち
の少なくとも2つの層が互いに直接当接している本発明による担体母体外被は、
振動および音を非常に強く減衰する。そのような外被は、例えば複数の鋼板を重
ね合わせてあるいは転造することにより簡単に製造できる。
軸方向に膨張できるように相互に接続されている。これによって有利なことに、
熱応力の発生が防止され、長い寿命が保障される。
はハニカム体の流入側端面に隣接して位置する少なくとも1つの接続部分におい
て接続されていると有利である。
端を、ハニカム体の流出側端面に隣接して位置する接続部分において、補助的に
最内側層に接続することが提案される。
方向長さしか有していないとき、薄鋼板の先端は、ハニカム体の軸方向長さの全
長にわたって、担体母体外被の最内側層に接続される。これによってその製造は
有利なことに簡単化される。
接合技術により互いに接続、特に溶接、ろう付けあるいは接着される。
および/又はこの外側層は更にその外側の層に、ハニカム体の長手軸線に関して
対称に配置され、例えば円周方向に延び、好適にはハニカム体の中央範囲に位置
する接続部分において接続される。
側層は更にその外側の層に、ハニカム体の長手軸線に関して非対称に配置され、
特にスパイラル状ないしらせん状に延びる少なくとも1つの接続部分において接
続される。対称配置の接続部分、非対称配置の接続部分あるいは場合によっては
それらの一部分は、隣り合う複数の層間において交互に使用できる。ここで非対
称配置とは、ハニカム体の長手軸線に対して垂直な任意の平面において、長手軸
線に関して互いに180°ずれた位置に同じ接続部分の個所が存在せず、接続部
が非対称に配置されていることを意味する。担体母体外被の各層間を接続する接
続部分が非対称に配置されていることによって、一方では、この接続部分が特に
さもなければ最大の振動振幅が生ずる個所に存在する限りにおいて、隣接する層
間の十分な結合強度が得られる。他方では、そのようなハニカム体の担体母体外
被は、特に温度差による熱的負荷を吸収できるので、有利なことに十分に大きな
強度を有する。
配置された接続部分が、担体母体と最内側層との間の接続部分から空間的にでき
るだけ大きく隔てられて位置され、即ち互いに分離されることが提案される。
互いにかみ合い結合、好適には少なくともそれぞれ1つの溝によって接続され、
そのように接続された層が最内側層に接合技術により接続されている。
それぞれ1つの溝によって接続することもできる。
最外側層間に、好適にはセラミックス材料から成る厚さ約0.5〜0.8mmの
薄い中間層、特に膨潤マットを配置することにある。
形成された補償器が配置される。
厚さの1.25倍より小さい厚さ、好適には薄鋼板の厚さと同じ厚さを有してい
ると特に有利である。これによって、担体母体外被の層は、有利なことに、担体
母体の薄鋼板とほぼ同じ熱膨張特性を有する。
.04mm以下、好適には0.03mm以下の厚さの層が使用される。
被の最外側層をその内側層より軸方向に幾分長く形成することが提案される。
その少なくとも最外側層が両側端面にそれぞれ結合溝を有するようにすることが
提案される。これによって、円錐体の好適には接合技術による結合が有利なこと
に容易化される。
していると有利である。
食性を有する特殊鋼から成り、あるいは少なくともそのように内側が被覆ないし
めっきされ、および/又は、担体母体外被の最外側層が湿気に対する耐食性を有
する特殊鋼から成り、あるいは少なくともそのように外側が被覆ないしめっきさ
れることが提案される。また、最外側層が湿気腐食に曝されるだけでなく、石や
砂などが当たることによる機械的荷重を受けることについても考慮されている。
にされる。
り、このハニカム体は、少なくとも部分的に構造化された複数の薄鋼板4、5を
互いに重ね合わせおよび/又は巻回ないし折り重ねて構成された担体母体3に対
する担体母体外被2を有している。担体母体3は流体により貫流される多数の通
路7を備えている。図1の実施例において、担体母体外被2は、互いに同心的に
配置され互いに直接当接しているほぼ同じ厚さをした平滑な別個の少なくとも2
つの層8、10から構成されている。図1のハニカム体1の詳細、特に薄鋼板4
、5の好適なS状配置が図2に示されている。
0からも構成でき、また、3層よりも多くの層から構成することもできる。担体
母体外被2の層8、9、10は、それらが異なった大きさで特に軸方向に膨張で
きるように、相互に接続されている。そのためにはまず、図4に示されているよ
うに、薄鋼板4、5の先端11、12を、担体母体外被2の専ら最内側層8に、
ハニカム体1の流入側端面13に隣接して位置する少なくとも1つの接続部分1
5において接続する必要がある。
るために、薄鋼板4、5の先端11、12は、ハニカム体1の流出側端面14に
隣接して位置する接続部分16において、補助的に最内側層8に接続される。
と非常に短いときには、薄鋼板4、5の先端11、12は、軸方向長さLの全長
にわたって担体母体外被2の最内側層8に接続することができる(図示せず)。
担体母体外被2の個々の層8、9、10は、主に接合技術により互いに接続、特
に溶接、ろう付けあるいは接着されると良い。
側層10に、ハニカム体1の長手軸線6に関して対称に配置され好適にはハニカ
ム体1の中央範囲に位置する接続部分17において、接続されていることも示さ
れている。この接続技術は3層構造あるいはそれ以上の多層構造の担体母体外被
2に対しても勿論利用できる。
担体母体外被2の最内側層8が隣接する外側の層10に、長手軸線6に関して非
対称に配置された1つあるいは複数の接続部分18において接続されている。接
続部分18はハニカム体1の軸方向長さ(L)にわたってらせん状に延びている
。そのような結合は、図示の例と異なって、部位的にしか特に部分角度範囲にわ
たってしか行わないようにすることもできる。
18が、担体母体2と最内側層8との接続部分15、16から、空間的にできる
だけ大きく隔てられていることが示されている。これは、担体母体と外被との永
続的な結合を阻害することなしに、ハニカム体1の部品が互いに異なった大きさ
で特に軸方向に膨張することを有利なことに可能にする。対称配置の接続部分お
よび非対称配置の接続部分は層ごとに異ならせることもできる。即ち最内側層が
その外側の層に対称配置の接続部分によって接続され、残りのすべての層が非対
称配置の接続部分あるいは場合によっては部分的な結合(図示せず)だけによっ
て接続されているような担体母体外被は、一様に良好な振動減衰特性および消音
特性並びに熱膨張特性を有している。
側層8を除く層9、10が、互いにかみ合い結合、好適には互いにかみ合う溝1
9によって、例えば図示されているように外側膨出溝19によって接続され、そ
のように接続された層9、10が最内側層8に、溝19の両側に隣接して配置さ
れた対称的な接続部分17によって、接合技術により接続されている。その好適
な製造順序は、まず担体母体3と最内側層8が慎重に接続され、続いて好適には
中間単一部品として予め製造された層9、10の中に置かれ、接合技術により接
続される。
互いにかみ合い結合、好適には互いにかみ合う少なくとも1つの溝19によって
接続することもできる。担体母体3は、好適には両側端面13、14に隣接して
位置する接続部分15、16を介して、多層構造の担体母体外被2の最内側層8
に、接合技術により接続されている。
負荷に応じて、互いに異なった大きさで特に長手軸方向に膨張できることを有利
なことに可能にしている。
ミックス材料から成る厚さ約0.5〜0.8mmの薄い中間層20、特に膨潤可
能なマットが配置されているハニカム体1が示されている。中間層20は、特に
共振を有利なことに吸収し、特に或る圧力ばめに対するかみ合い結合において有
利に使用される。
状に形成された補償器21が配置されているハニカム体が示されている。その補
償器21も同様に特に共振を吸収する。特に多層構造の担体母体外被の場合、補
償器および膨潤マットを併せて利用することもできる。
5の厚さの1.5倍より小さい厚さ、特に薄鋼板4、5の厚さの1.25倍より
小さい厚さ、好適には薄鋼板4、5の厚さと同じ厚さを有している。即ち、今日
使用されている薄鋼板から出発して、担体母体外被2の層8、9、10は、0.
5mm以下、特に0.4mm以下、好適には0.3mm以下の厚さを有している
。図1〜図11に概略的に示されている層厚は原寸どうりではなく、理解し易い
ように示されている。担体母体3およびその外被2に対してほぼ平らなそのよう
な薄鋼板を利用する場合の大きな利点は、簡単に接合および/又はかみ合い結合
できるこれらの部品2、3が同じ膨張特性を有し、即ち接続部分15、16、1
7、18が全く熱応力を受けないように同じように膨張することにある。
接当接している同じ厚さをした平滑な4つの別個の層を有している。その最外側
層10は、円錐体23との結合を容易にするために、担体母体外彼2の内側層8
、9より軸方向に幾分長く形成されている。
同じ長さに形成され、少なくとも最外側層10が、円錐体23に容易に結合でき
るように、端面側にそれぞれ結合溝22を有している。溝22は、担体母体3が
同時に接合技術結合の代わりにあるいはそれに加えてかみ合い結合で保持される
ように形成することもできる(図示せず)。
れるような壁厚を有している。
成り、あるいは少なくともそのように内側が被覆ないしめっきされ、および/又
は、担体母体外被2の最外側層10が湿気に対する耐食性を有する特殊鋼から成
り、あるいは少なくともそのように外側が被覆ないしめっきされていると、ハニ
カム体1の製品寿命を更にに増大することができる。
た特長のほかに、担体母体外被2の有利な多層構造により、特に振動減衰特性お
よび消音特性の点で優れている。
略正面図。
体の側面図。
ム体の側面図。
。
Claims (20)
- 【請求項1】 少なくとも部分的に構造化された複数の薄鋼板(4、5)を
互いに重ね合わせおよび/又は巻回ないし折り重ねて構成され、ほぼ中心長手軸
線(6)に対して平行に延び流体により貫流される多数の通路(7)を備えた担
体母体(3)に対する担体母体外被(2)を有するハニカム体(1)、特に触媒
担体において、担体母体外被(2)が、互いに同心的に配置された平滑な少なく
とも2つの個別層(8、9、10)から構成され、その際少なくとも2つの層(
8、9)が互いに直接当接していることを特徴とするハニカム体。 - 【請求項2】 担体母体(2)の各層(8、9、10)が、互いに異なった
大きさで長手軸方向に膨張できるように相互に接続されていることを特徴とする
請求項1記載のハニカム体。 - 【請求項3】 薄鋼板(4、5)が、その先端(11、12)を介して担体
母体外被(2)の専ら最内側層(8)に、好適にはハニカム体(1)の流入側端
面(13)に隣接して位置する少なくとも1つの接続部分(15)において接続
されていることを特徴とする請求項1又は2記載のハニカム体。 - 【請求項4】 特に担体母体(3)の入り子式の動きを防止するために、薄
鋼板(4、5)の先端(11、12)が、好適にはハニカム体(1)の流出側端
面(14)に隣接して位置するもう1つの接続部分(16)において補助的に最
内側層(8)に接続されていることを特徴とする請求項3記載のハニカム体。 - 【請求項5】 軸方向長さ(L)が短い、特に60mm以下のハニカム体(
1)において特に、薄鋼板(4、5)の先端(11、12)がハニカム体の軸方
向長さ(L)の全長にわたって担体母体外被(2)の最内側層(8)に接続され
ていることを特徴とする請求項3又は4記載のハニカム体。 - 【請求項6】 担体母体外被(2)の個別層(8、9、10)が、少なくと
も部分範囲において接合技術により互いに接続、特に溶接、ろう付けあるいは接
着されていることを特徴とする請求項1ないし5のいずれか1つに記載のハニカ
ム体。 - 【請求項7】 担体母体外被(2)の最内側層(8)がその外側の層(9)
に、および/又はこの外側層(9)が更にその外側の層(10)に、ハニカム体
の長手軸線(6)に関して対称に配置され好適には中央範囲に位置する接続部分
(17)において接続されていることを特徴とする請求項6記載のハニカム体。 - 【請求項8】 担体母体外被(2)の最内側層(8)がその外側の層(9)
に、および/又はこの外側層(9)が更にその外側の層(10)に、ハニカム体
の長手軸線(6)に関して非対称に配置された少なくとも1つの接続部分(18
)において接続されていることを特徴とする請求項6又は7記載のハニカム体。 - 【請求項9】 担体母体外被(2)の各層(8、9、10)の間に配置され
た接続部分(17、18)が、担体母体(3)と最内側層(8)との接続部分(
15、16)から空間的にできるだけ大きく隔てられていることを特徴とする請
求項3ないし8のいずれか1つに記載のハニカム体。 - 【請求項10】 担体母体外被(2)の最内側層(8)を除く層(9、10
)が、互いにかみ合い結合、好適には少なくともそれぞれ1つの溝(19)によ
って接続され、そのように接続された層(9、10)が最内側層(8)に接合技
術により接続されていることを特徴とする請求項1ないし9のいずれか1つに記
載のハニカム体。 - 【請求項11】 担体母体外被(2)のすべての層(8、9、10)が、互
いにかみ合い結合、好適には少なくともそれぞれ1つの溝(19)によって接続
されていることを特徴とする請求項1ないし5のいずれか1つに記載のハニカム
体。 - 【請求項12】 特に担体母体外被(2)の2つの最外側層(9、10)の
間に、好適にはセラミックス材料から成る厚さ約0.5〜0.8mmの薄い中間
層(20)、特に膨潤マットが配置されていることを特徴とする請求項11記載
のハニカム体。 - 【請求項13】 特に担体母体外被(2)の2つの最外側層(9、10)の
間に、軸断面がループ状に形成された補償器(21)が配置されていることを特
徴とする請求項11又は12記載のハニカム体。 - 【請求項14】 担体母体外被(2)の層(8、9、10)の少なくとも最
内側層が、薄鋼板(4、5)の厚さの1.5倍より小さい厚さ、特に薄鋼板(4
、5)の厚さの1.25倍より小さい厚さ、好適には薄鋼板(4、5)の厚さと
同じ厚さを有していることを特徴とする請求項1ないし13のいずれか1つに記
載のハニカム体。 - 【請求項15】 担体母体外被(2)の層(8、9、10)が、0.05m
m以下、特に0.04mm以下、好適には0.03mm以下の厚さを有している
ことを特徴とする請求項1ないし14のいずれか1つに記載のハニカム体。 - 【請求項16】 担体母体外被(2)の最外側層(10)が、その内側層(
8、9)より軸方向に幾分長く形成されていることを特徴とする請求項1ないし
15のいずれか1つに記載のハニカム体。 - 【請求項17】 担体母体外被(2)の最内側層(8)およびその外側層(
9、10)が同じ長さに形成され、少なくとも最外側層(10)が端面側にそれ
ぞれ1つの結合溝(22)を有していることを特徴とする請求項1ないし15の
いずれか1つに記載のハニカム体。 - 【請求項18】 最外側層(10)の両側端面(13、14)に、それぞれ
円錐体(23)が特に接合技術により配置されていることを特徴とする請求項1
6又は17記載のハニカム体。 - 【請求項19】 円錐体(23)が、多層(8、9、10)で構成された担
体母体外被(2)の端面側が覆われるような壁厚を有していることを特徴とする
請求項18記載のハニカム体。 - 【請求項20】 担体母体外被(2)の最内側層(8)が、高温ガスに対す
る耐食性を有する特殊鋼から成り、あるいは少なくともそのように内側が被覆な
いしめっきされ、および/又は、担体母体外被(2)の最外側層(10)が湿気
に対する耐食性を有する特殊鋼から成り、あるいは少なくともそのように外側が
被覆ないしめっきされていることを特徴とする請求項1ないし19のいずれか1
つに記載のハニカム体。
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