WO2000070205A1 - Wabenkörper und verfahren zu dessen herstellung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Wabenkörper, insbesondere Katalysatorträger, mit einer Wabenstruktur aus einer Vielzahl von in Längsrichtung des Wabenkörpers verlaufenden, von einem Fluid durchströmbaren Kanälen, wobei der Wabenkörper strukturierte und übereinander angeordnete Bleche (13a) aufweist, die zu ebenen oder gebogenen Blechlagen angeordnet sind, und mindestens ein in die Wabenstruktur eingebrachtes Versteifungselement (30), das sich im Wesentlichen zumindest teilweise parallel zu den Blechen erstreckt. Um einen Wabenkörper zu schaffen, der eine ausreichende Stabilität bei hoher Temperaturwechselbeständigkeit aufweist, der eine strömungstechnisch möglichst günstige Gestaltung der Strömungskanäle ermöglicht und der einfach und kostengünstig herstellbar ist, wird vorgeschlagen, Versteifungselemente in den Wabenkörper einzuführen, deren Ausdehnung quer zu deren Längserstreckung klein ist im Vergleich zur Erstreckung der Wabenstruktur in dieser Richtung.

Description

Wabenkörper und Verfahren zu dessen Herstellung

Die Erfindung betrifft einen Wabenkörper, insbesondere Katalysator-Trägerkörper, gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung.

Aus der DE 27 33 640 ist ein gattungsgemäßer Wabenkörper bekannt, der aus abwechselnd angeordneten gewellten und glatten Blechlagen besteht. Die Strömungskanäle, die einen sinusförmigen oder dreieckigen Querschnitt aufweisen, sind bezüglich der katalytischen Funktion jedoch ungünstig, da die Zwickel der Kanäle insbesondere bei laminaren Strömungen praktisch un- wirkam sind. Des weiteren sind die Wechseltemperatureigenschaften des Wabenkörpers ungünstig, da durch die flächige Verlötung der glatten und gewellten Folien eine sehr steife Wabenstruktur entsteht. Hierdurch können jedoch örtliche und zeitliche Temperaturschwankungen nicht ausreichend ausgeglichen werden, wodurch die Geometrie der Strömungskanäle irreversiblen Änderungen unterworfen ist und Risse in den Zellwänden auftreten können, was jeweils durch Schwingungsbeanspruchungen des Wabenkörpers unterstützt wird. Die Lebensdauer derartiger Wabenkörper ist somit verbesserungsbedürftig.

Zur Erhöhung der Stabilität des Wabenkörpers ist es des weiteren aus der EP 0 245 738 bekannt, sich in dem Wabenkörper hinein erstreckende starre Tragwände vorzusehen. Die Herstel- lung derartiger Wabenkörper ist jedoch vergleichsweise aufwendig, da hierzu die Blechlagen durchtrennt werden müssen. Des weiteren ist die Befestigung der dünnen Bleche an den vergleichsweise dicken starren Tragwänden problematisch.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wabenkörper zu schaffen, der eine ausreichende Stabilität bei hoher Temperaturwechselbeständigkeit aufweist, der eine strömungstechnisch möglichst günstige Gestaltung der Strömungskanäle ermöglicht und der einfach und kostengünstig herstellbar ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen Wabenkörper mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dadurch, daß die Aus- dehnung der Versteifungselemente, die im wesentlichen parallel zu den Blechlagen verlaufen, quer zu deren LängserStreckung klein ist gegen die Erstreckung der Wabenstruktur in dieser Richtung wird der Stofftransport innerhalb der Strömungskanäle und damit auch der effektive Reaktionsquerschnitt der Kanäle praktisch nicht verringert. Ungünstige Querschnittsgeometrien aufgrund der Ausbildung von Zwickeln entstehen so praktisch nicht oder nur in kleinen Volumenbereichen. Des weiteren können die Versteifungselemente aufgrund ihrer Ausrichtung parallel zu den Blechlagen einfach bei der Herstellung der Waben- Struktur in diese eingebracht werden. Eine gewisse Versteifung wird bereits dadurch erzielt, daß bei strukturierten Blechen der minimale Abstand benachbarter Blechlagen zueinander begrenzt wird, so daß z.B. Blechstrukturierungen von den Versteifungselemente unterstützt werden. Insbesondere kann durch die Versteifungselemente eine Längung der Wabenstruktur in einer Richtung senkrecht zu den Strömungskanälen bzw. Blech- profilierungen verhindert werden, die zu einer unerwünschten Ausbildung von Freiräumen zwischen Blechlagen unterschiedlicher Längung und damit ungünstigen Schwingungsbeanspruchungen der Wabenstruktur führen würde. Des weiteren kann der erfindungsgemäße Wabenkörper aufgrund der eingeführten Versteifungselemente praktisch aus Blechen beliebiger Strukturierung bzw. Orientierung aufgebaut werden, da eine Befestigung der Blechlagen aneinander nicht mehr notwendig ist.

Die versteiften Bereiche der Wabenstruktur können eine punkt- förmige bzw. lokal isolierte Ausdehnung haben oder bei Versteifungselementen einer entsprechenden Länge Versteifungszonen bilden. In allen Fällen werden durch die erfindungs- gemäßen Versteifungselemente die Bleche örtlich zueinander stärker fixiert, wobei größere Bereiche der Wabenstruktur entstehen, die eine hohe Flexibilität aufweisen. Zur Erzielung einer ausreichenden Stabilisierung der Wabenstruktur ist es bereits ausreichend, wenn die Länge der Versteifungselemente, unabhängig von deren ErStreckungsrichtung, gleich oder größer der Quererstreckung eines Kanals in einer Richtung, z.B. der Höhe oder Breite, ist und z.B. einen Strömungskanal überbrücken, d.h. an gegenüberliegenden Wandungen eines Kanals bzw. dem Gehäuse angreifen. Die Versteifungselemente können sich quer zur Kanallängsrichtung auch nur über mehrere Kanaldurchmesser, z.B. 5-10 Kanaldurchmesser, oder über die gesamte Breite des Wabenkörpers erstrecken. Bei nichtisometrischen bzw. nichtisogonen Kanälen können sich die Versteifungselemente auch nur über einen Teil des Kanalquerschnittes erstrecken, der ein mehrfaches z.B. das doppelte oder mehr der Kanalerstreckung in der Querschnittsrichtung geringer Ausdehnung ausmacht.

Vorteilhafterweise ist die Ausdehnung der Versteifungselemente quer zu deren Längsrichtung klein im Vergleich zur Ausdehnung der Strömungskanäle in dieser Richtung, z.B. im Bereich von 1/10 bis 1/50 der Dimensionierung der Strömungskanäle in dieser Richtung oder darunter, ohne hierauf beschränkt zu sein. Die Quererstreckung der Versteifungselemente kann z. B. wenn diese quer oder schräg zu den Kanälen verlaufen, 1/100 bis 1/1000 oder weniger der Kanallänge betragen. Entsprechend kann die Breite der Versteifungselemente lediglich das 0,5 bis lOfache, vorzugsweise das 1 bis 5fache der Dicke der die Wabenstruktur aufbauenden Bleche bei gleichem Material betragen, ohne hierauf beschränkt zu sein.

Liegt z. B. ein Wabenkörper mit einer Strömungskanallänge von 100 mm und einem Strömungskanaldurchmesser von 1 mm vor, so können quer zu den Strömungskanälen angeordnete bandförmige Versteifungselemente mit einer Breite von einigen Millimetern und/oder Versteifungsdrähte mit einem Durchmesser von einigen Hundertsteln bis einigen zehntel Millimetern vorgesehen sein. Sind die Versteifungselemente in Längsrichtung der Kanäle angeordnet, so kann deren Breite im Bereich von 0,01 bis 0,5 mm, vorzugsweise 0,003 bis 0,2 mm, betragen. Es ist selbstver- ständlich, daß bei entsprechenden Wabenkörpern mit größeren Kanaldurchmessern, die für entsprechende Anwendungszwecke ohne weiteres auch im Bereich von ca. 1 cm oder darüber liegen können, die Versteifungselemente entsprechend größere Durchmesser bzw. Breiten aufweisen können.

Es können jeweils auch meherere Versteifungselemente einem Blech oder einem Paar bzw. mehreren benachbarten Blechen zugeordnet sein.

Vorzugsweise erstrecken sich die Versteifungselemente in deren Längsrichtung über die gesamte Wabenstruktur.

Vorteilhafterweise sind die Versteifungselemente senkrecht zu deren Längserstreckungsrichtung, insbesondere in Richtung der Strömungskanäle, unter Betriebsbedingungen elastisch deformierbar ausgeführt.

Die Versteifungselemente können zwischen einander benachbarten Blechlagen verlaufen, sie können auch profilierte Blechlagen durchstoßen bzw. in ebene Bleche eingeflochten sein und/oder benachbarte Bleche miteinander verbinden.

Die Versteifungselemente sind vorteilhafterweise jeweils in Längsrichtung derselben zugaufnehmend mit den Blechlagen und/oder mit dem Gehäuse verbunden, z.B. durch geeignete Fügetechniken wie Schweißverbindungen, form-, reib- und/oder Stoffschlüssige Verbindung. Eine Verbindung der Versteifungselemente insbesondere mit den Blechlagen kann jedoch auch durch die Beschichtung mit einem keramischen Material erfolgen, welches zur Erzeugung einer katalytischen Beschichtung notwendig ist.

Zur reibschlüssigen Verbindung der Versteifungselemente mit den Blechlagen können die Versteifungselemente in die Blechlagen eingeflochten werden, insbesondere unter Verbindung zweier benachbarter Blechlagen miteinander, oder in entsprechende Blechfaltungen eingeklemmt werden. Hierzu können Teilbereiche der Bleche ausgeklinkt werden oder die Versteifungselemente in die Faltungen von an den Stirnseiten der Bleche angeordneten VerbindungsStegen eingelegt werden. Entsprechend können auch die strukturierten Bereiche wie z.B. die Blechwellungen mit in Längsrichtung der Kanäle verlaufenden Ausklinkungen oder Vorstülpungen versehen sein, die ggf. mit einem Höhenversatz hintereinander angeordnet eine Durchführung für sich parallel zu den Strömungskanälen verlaufenden Drähte oder dergleichen bilden.

Eine Erhöhung der Formstabilität des Wabenkörpers ist jedoch bereits gegeben, wenn die Versteifungselemente lose die Bleche unterstützen oder lose durch eines, z.B. durch geeignete Profilierungen, oder mehrere Bleche durchgeführt sind.

Die Versteifungselemente können auch, insbesondere wenn sie auf Höhe einer Blechlage bzw. zwischen den Blechlagen angeordnet sind, miteinander durch zusätzliche Versteifungs- bzw. Verbindungsstreben verbunden sein, die jeweils im wesentlichen parallel zu den Blechlagen und/oder senkrecht zu diesen verlaufen können. Hierdurch können ausgedehnte Verbände von Versteifungselementen aufgebaut werden, die sich zwei- oder dreidimensional über größere Bereiche oder die gesamte Ausdehnung des Wabenkörpers erstrecken können. Entsprechend können zwi- sehen die Blechlagen zur Versteifung der Wabenstruktur auch Streckmetallagen oder Drahtgitter eingelegt werden, die insbesondere in Einbuchtungen von Blechlagenprofilierungen eingelegt und hier gegebenenfalls verschiebungssicher festgelegt sein können.

Vorteilhafterweise sind die Versteifungselemente unter axialer Vorspannung mit den Blechlagen verbunden. Hierdurch kann sowohl die Steifigkeit des Wabenkörpers erhöht werden als auch eine Kalibrierung der Geometrie der Strömungskanäle bzw. der Dimension des Wabenkörpers erfolgen. Die Versteifungselemente können dabei an dem Gehäuse des Wabenkörpers als auch an vorhandenen Zwischenwänden befestigt sein, die als starre Tragwände oder als elastisch deformierbare Zwischenwände, die z. B. aus Faltungsbereichen der Blechlagen zusammengesetzt sind, ausgeführt sind. Die Faltungsbereiche können U- , V-, W- oder Z-förmig ausgebildet sein ohne hierauf beschränkt zu sein, wobei jeweils einzelne oder mehrere Faltungsschenkel mitein- ander zum Wandaufbau verbunden werden. Durch den Faltungsaufbau der Zwischenwände sind diese flexibel und zugleich unter Verbreiterung stauchbar, wodurch sich gute Temperaturwechselbeständigkeiten ergeben.

Sind die die Wabenstruktur durchsetzenden Versteifungselemente vorgespannt, so können die vorgespannten Bereiche der korrespondierenden Bleche abschnittsweise zusammengefaßt sein. Hierdurch ist es möglich, in der Wabenstruktur z. B. blockför- mige Bereiche hoher Vorspannung und damit hoher Steifigkeit vorzusehen, die durch Bereiche geringer Vorspannung und damit erhöhter Verformbarkeit getrennt sind.

Eine derartige Ausbildung von vorgespannten Bereichen innerhalb der Wabenstruktur kann dadurch erzeugt werden, daß die Befestigungsmittel an den Blechlagen zur Befestigung der Versteifungselemente nur bereichsweise vorgesehen sind. So können z. B. die Verbindungsstege bei zick-zack-förmig gefalteten Blechbändern bereichsweise in den seitlichen Randbereichen des Wabenkörpers entfernt sein, wodurch angrenzend an das Gehäuse ein Bereich erhöhter Dehnbarkeit vorgesehen ist und sich ein Wabenkörper mit besonders günstigen mechanischen Eigenschaften ergibt .

Durch Vorspannung von an den Blechlagen befestigten Verstei- fungselementen kann die Querschnittsgeometrie der Strömungskanäle eingestellt werden.

Die Versteifungselemente können nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform aus Teilabschnitten der Blechlagen ausgeformt sein.

Dies ist insbesondere der Fall, wenn der Wabenkörper durch ein zick-zack-förmig gefaltetes Blechband gebildet wird, wobei die einzelnen Blechlagen im Faltungsbereich durch stegartige Verbindungsstellen miteinander verbunden sind. Die Verbindungsstege im Faltungsbereich können dabei durch Ausstanzungen erzeugt werden, wobei die Faltungslinie der benachbarten Fal- tungsabschnitte des Blechbandes durch die Ausstanzung verläuft. Die Ausstanzung kann derart ausgeführt werden, daß ein auf der Faltungslinie verlaufender Steg verbleibt, so daß die entlang der Faltungslinie einander gegenüberliegenden Wandungsbereiche eines Strömungskanals miteinander verbunden werden. Um eine Wellung des Blechbandes zu ermöglichen, kann der sich durch den Querschnitt eines Strömungskanals erstrek- kende Steg durch eine entsprechende Verbiegung oder Faltung in dessen Längsrichtung verkürzt werden.

Zusätzlich oder alternativ zu den genannten Ausführungsformen können auch Versteifungselemente vorgesehen sein, die als in die Stirnseiten der Kanäle einführbare Einsatzstücke ausgebildet sind. Durch die Einsatzstücke, deren Außenkontur der Querschnittsgeometrie der Kanäle angepaßt sein kann, wird ein Ineinanderschieben benachbarter Blechlagen vermieden, ohne den Strömungsquerschnitt der Kanäle wesentlich zu beeinflussen. Die Einsatzstücke können derart ausgebildet sein, daß sie im eingesetzten Zustand stirnseitig aus dem Wabenkörper herausragende Bereiche aufweisen, die als Strömungslenkungseinrich- tungen wirken. Die Bereiche, die einstückig angeformt sein können, können eine seitliche Einströmung in den Einströmbereich des Wabenkörpers ermöglichen und/oder schräg zur Längsrichtung des Wabenkörpers angestellt sein.

Die Einsatzstücke können als separate Bauteile ausgeführt sein, vorteilhafterweise erstrecken sich die Einsatzstücke über die Breite, gegebenenfalls auch über die Höhe, mehrerer Kanäle, oder über die gesamte Breite und/oder Höhe der Wabenstruktur. Versteifte Bereiche der Wabenstruktur können so mit Bereichen erhöhter Dehnfähigkeit abwechseln. Durch unterschiedliche Anordnung von Einsatzstücken an beiden Stirnseiten des Wabenkörpers können z.B. tordierbare Wabenkörper erhalten werden, was für bestimmte Anwendungsgebiete vorteilhaft sein kann. Erstrecken sich die Einsatzstücke über mehrere Kanäle, so können sie sowohl parallel als auch senkrecht oder schräg zu den Blechlagen angeordnet sein.

Die Einsatzstücke können auch einstückig an den Blechlagen angeformt sein und z. B. durch geeignete Faltung von Blechabschnitten erzeugt sein. Durch Verformung der Blechenden oder durch Ausstanzungen können die Einsatzstücke entsprechend den Anforderungen ausgebildet werden.

Insbesondere wenn die Versteifungselemente als Einsatzstücke ausgebildet sind, können die Strömungsquerschnitte über die Länge der Strömungskanäle auf einfache Art und Weise variiert werden. So ist es möglich die Einsatzstücke derart zu profi- lieren, daß der Strömungskanaldurchmesser im turbulenten Einströmbereich der Kanäle einen kleineren Durchmesser aufweist als die im Inneren des Wabenkörpers liegenden Kanalbereiche mit laminarer Strömung. Vorteilhafterweise wird dabei der Einströmbereich in eine Vielzahl von Strömungskanälen unter- teilt, so daß die Summe der Strömungsquerschnitte der Kanäle im Einströmbereich in etwa dem Strömungsquerschnitt des Kanals im mittleren Wabenbereich entspricht.

Alternativ oder zusätzlich zu den oben beschriebenen Ausfüh- rungsformen können die Versteifungselemente als sich längs der Strömungskanäle erstreckende Stege ausgebildet sein. Die Stege weisen dabei eine dabei gegenüber sonst vorhandenen Profilierungen zur Erzeugung der Wabenstruktur ein beträchtlich geringere Breite auf, z.B. ein Viertel oder ein Achtel derselben oder weniger. Insbesondere können bei Stegen, die aus zwei Seitenwänden bestehen, die beiden Faltungsschenkel, vorteilhafterweise über nahezu die gesamte Höhe, aneinanderliegen oder nur einen solchen Abstand voneinander haben, daß die jeweils verwendete Beschichtungsmasse nicht in den Zwischen- räum zwischen die Schenkel eindringt.

Die Stege können sich über die gesamte Höhe der Kanäle erstrecken oder vorteilhafterweise nur über einen Teil dersel- ben, so daß ein Gasaustausch zwischen den Teilkanälen möglich ist. Die Stege können auch Ausklinkungen aufweisen, mit denen benachbarte Blechlagen abgestützt werden oder die der Vergrößerung der katalytisch wirksamen Fläche dienen. Die Aus- klinkungen oder die Stege selber können der Befestigung oder Unterstützung weiterer Versteifungselemente wie z.B. quer zu diesen verlaufenden Drähten dienen. Die Stege können insbesondere durch als Faltungsstege der Blechlagen ausgeführt sein, wobei zur zusätzlichen Stabilisierung die Faltungsstege an ihren Enden oder im mittleren Bereich umgebördelte Bereiche aufweisen, die einer Aufspreizung der Faltungsstege entgegenwirken. In die Faltungstege können auch zusätzlich Drähte oder dergleichen eingelegt sein. Die Faltungsstege können beispielsweise von den Blechlagen in einer Richtung schräg oder senkrecht zur Blechlagenhauptebene vorstehen oder im wesentlichen parallel zu den Belchlagen verlaufen und hierzu z.B. seitlich umgeknickt sein, so dass Blechlagendoppelungen oder Mehrfachlagen mit z.B. 3-10 oder mehr Faltungen entstehen, die auch, insbesondere bei glatten Blechlagen, von den Wabenkör- perstirnseiten beabstandet sein können.

Liegen strukturierte Blechlagen vor, bei denen sich Teilbereiche ein und derselben Blechlage punkt- oder linienförmig berühren, so kann eine Stabilisierung des Wabenkörpers dadurch erreicht werden, daß an den Berührungsbereichen punkt- oder linienförmige Verbindungen aneinander liegender Blechbereiche hergestellt werden. Hierdurch wird das Längsdehnverhalten einer einzelnen Blechlage beeinflußt, wobei die Verbindungsstellen von der Oberseite der strukturierten Blechlage unter Ausbildung von Dehnungsschenkeln beabstandet sein können. Die Blechlage insgesamt wirkt so als zug- und/oder druckkraftaufnehmendes Versteifungselement, das durch Fügen einzelner vorgebildeter Absschnitte der Blechlagen erzeugt wird und sich über einzelne oder mehrere Strömungskanäle erstreckt oder Lagendoppelungen ergeben. Entsprechend können auch einzelnen z.B. stegförmige Abschnitte der Blechlagen ausgeklinkt und miteinander oder mit den Blechlagen zugkraftaufnahmend zu Versteifungselementen gefügt werden. Die Fügestellen innerhalb einer einzelnen Blechlage können durch beliebige Fügetechniken erzeugt werden, z. B. durch Punktschweißen, insbesondere können formschlüssige Verbindungen durch ausgestanzte und abgefaltete Blechbereiche erzeugt werden, die stirnseitig in einen benachbarten Strömungskanal oder durch entsprechend dafür vorgesehene Durchtrittsöffnungen eingreifen oder kraftschlüssig mit der Wandung eines Strömungskanals sind.

Zusätzlich zu den erfindungsgemäß eingeführten Versteifungselementen können Versteifungselemente unterschiedlichster Ausführung vorgesehen sein, die sich senkrecht zu den Blechlagen erstrecken und zwei oder mehrere Blechlagen miteinander verbinden. Unter einer senkrechten Erstreckung sei allgemein eine solche verstanden, die eine senkrechte Richtungskomponente aufweist und einen schrägen Verlauf, z.B. in einem Winkel von 45° zu den Blechlagen einschließt.

Die senkrechten Versteifungselemente können als starre Trag- wände ausgebildet sein, vorzugsweise sind sie elastisch deformierbar ausgeführt, wobei eindimensionale Versteifungselemente in Form von Drähten, Bändern, miteinander verbundene Blechfaltungen oder dergleichen, oder zweidimensionale Elemente als deformierbare Außen- oder Zwischenwände, die insbesondere aus abgefalteten Abschnitten der Blechlagen bestehen, vorgesehen sein können. Die sich parallel zu den Blechlagen erstreckenden Versteifungselemente können an den sich vertikal zu den Blechlagen erstreckenden Versteifungselementen zugaufnehmend befestigt oder lose durch diese durchgeführt oder an diesen vorbeigeführt sein.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind die Versteifungselemente vor oder im Einströmbereich der Strömungskanäle, d.h. im Bereich turbulenter Strömung, angeordnet. Die Versteifungselemente, die sich insbesondere quer zu den Strömungskanälen erstrecken können, bilden so zugleich zusätzliche katalytisch wirksame Flächen. Zusätzlich oder alternativ können in dem katalytisch besonders wirksamen Einströmbereich auch durch andere Maßnahmen vorstehende Bereiche mit katalytisch wirksamen Oberflächen angeordnet sein. Insbesondere können die Versteifungselemente im Einströmbereich, die auch als Bänder oder Drähte ausgeführt sein können, einen größeren Durchmesser aufweisen als im Bereich laminarer Strömung. Der mit Versteifungselementen verstärkte Einströmbereich kann auch Blechlagenabschnitte mit freistehenen Enden aufweisen, die ein seitliches Einströmen eines Fluids über eine oder mehrere Seiten ermöglichen.

Sind die Versteifungselemente vor den Stirnseiten der Strömungskanäle angeordnet, so hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der Abstand der den Strömungskanälen abgewandten Außenkante der Versteifungselemente zu den Stirnseiten der Strömungskanäle im Bereich des 0,1 bis 3fachen Durchmessers der Kanäle liegt. Entsprechendes gilt, wenn die Bleche durch Faltungsstege miteinander verbunden sind, die auf vor den Stirnseiten der Kanäle angeordneten Faltungslinien liegen, für den Abstand der Faltungslinien von der Stirnkante der Ein- tritts- und/oder Austrittsöffnungen der Kanäle. Dies gilt unabhängig davon, ob in den Faltungsbereichen Versteifungselemente angeordnet sind oder nicht.

Zur Verbesserung des Strömungsverhaltens insbesondere bei schräger Anströmung der Kanäle können die Kanalenden schaufelartig geformt sein. Zur Vergrößerung der Einströmbereiche mit turbulenter Strömung können an den Kanalenden auch fensterartige Blechauffaltungen vorgesehen sein.

Es versteht sich, daß der erfindungsgemäße Wabenkörper nicht nur aus einem zick-zack-förmig abgelegten profilierten Blechband sondern auch aus einzelnen profilierten Blechen aufbaubar ist, zwischen denen gegebenenfalls auch unstrukturierte Bleche angeordnet sein können. Insbesondere können auch einzelne Blechlagen so übereinander angeordnet sein, daß die Strömungskanäle durch die Profilierungen gegenüberliegender Blechlagen erzeugt werden. Die Versteifungselemente können jeweils auch von den Stirnseiten des Wabenkörpers beabstandet innerhalb desselben vorgesehen sein.

Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft beschrieben und anhand der Figuren beispielhaft erläutert.

Figur 1 zeigt schematisch und im Querschnitt senkrecht zur Wabenkörper-Längsachse einen quaderförmigen Wabenkörper mit einer Wabenstruktur 11 aus nur einer Teilwabe in einem Gehäuse 10. Die Wabenstruktur besteht aus dünnem Blechband mit ein- fach-wellenförmig strukturierten Blechabschnitten 13, die eben übereinander geschichtet sind. An den beiden Längsseiten der Teilwabe sind die Abschnitte 13 mit ihren freien Enden 14 durch Abkantung unter einem Winkel von ca. 90 Grad zu Außenwandbereichen 22 aufgebaut, welche mit ihren Enden 16 mittels der Sicken 17 mit dem Gehäuse 10 fest verbunden sind.

Zwischen jeder zweiten Blechlage sind Drähte 30 zur Stabilisierung der Wabenstruktur eingelegt und mit ihren Enden 30a in die beiden seitlichen Außenwandbereiche der Teilwabe fest ein- gebunden. Ferner sind zur Stabilisierung der Wabenstruktur diagonal verlaufende Drähte 33 in die Wabenstruktur eingeflochten.

Figur 2a zeigt einen Ausschnitt eines Wabenkörpers im Quer- schnitt aus ebenen übereinander geschichteten trapezförmig strukturierten dünnen Blechlagen 13a, b,c, die an ihren Faltungsenden durch Stege 34 miteinander verbunden sind. Durch gegenüberliegende Blechlagen werden hexagonale Strömungskanäle ausgebildet. Die Wabenstruktur wird durch parallel zu den Blechlagen 13a,b,c verlaufende Drähte stabilisiert. Der in der Faltungslinie angeordnete Draht 30 ist in den Faltungsstegen 34 eingeklemmt, der Draht 31 in einer Zwischenhöhe der Blechlage durch die Lochungen 35a lose durch das Blech geführt und der Draht 32 an dem oberen Rand der Blechlage a mit Hilfe der Lochungen 35b mit einem einem Höhenversatz bei jeder Wellung in das Blech eingeflochten und reibschlüssig an diesem festgelegt. Die einzelnen Drähte 30, 31, 32 können alternativ oder gleichzeitig in der Wabenstruktur vorgesehen sein, die Drähte 31, 32 können auch schräg zu den Wellungen verlaufen.

Figur 2b zeigt einen entsprechenden Ausschnitt aus einer Wabenstruktur aus ebenen übereinander geschichteten einfach- wellenförmig bzw. sinus-för ig strukturierten dünnen Blechlagen, wobei die Stabilisierung durch die Drähte 30, 31, 32 wie in Fig. 2a beschrieben erfolgt.

Figur 3 zeigt einen Ausschnitt aus einem Wabenkörper bestehend aus einem zick-zack-förmig abgelegten Blechband 12a mit gewellten Blechlagen 13a, 13b und 13c. Das Versteifungselement ist als einstückig an die Blechlagen angeformter Faltungssteg

37 ausgeführt, der von den Stirnseiten der Strömungskanäle 38 nach außen vorsteht und parallel zur Mittelebene der Strö- mungskanäle 38 verläuft. Der durch einen Einschnitt oder eine Ausstanzung von der gewellten Wandung 39 des Strömungskanals getrennte Faltungssteg 37 weist auf Höhe jedes Strömungskanals

38 eine Faltungsstelle 36 auf, so daß der Faltungssteg auf den Durchmesser des Strömungskanals 38 verkürzt ist. Die Ausbil- düng der Faltungsstelle 36 kann zusammen mit der Wellung der Blechlagen 13a, 13b und 13c erfolgen oder ausgehend von einem gekrümmten Faltungssteg. In den Faltungssteg 37, der sich durchgehend über den gesamten oder einen Teil des Wabenkörpers erstreckt, sind zusätzliche Stabilisierungsdrähte 30 einge- klemmt.

Figur 4 zeigt einen Ausschnitt aus der Wabenstruktur nach Fig. 3 im nur teilweise zusammengefalteten Zustand, wobei die Blecheinstülpung zur Ausbildung der Faltungsstelle 36 erkenn- bar ist.

Figur 5 zeigt einen Ausschnitt aus einem ursprünglich glatten dünnen Blechband zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Wabenkörpers. Zur Vorformung des dünnen Blechbandes 12a, sind in das Band in Längsrichtung desselben verlaufende Rillen 41 warm mittels Prägerollen oder Laserstrahlen eingeprägt. Senkrecht dazu verlaufen Faltungslinien 40, um eine zick-zack-förmige Faltung des Blechbandes zu einem Stapel zu ermöglichen. Auf Höhe der Faltungslinien 40 sind schmale Stege 42 einer Breite b durch Ausstanzungen 43 mit einer Erstreckung a in Längsrichtung des Bandes ausgebildet. Durch die Erstreckung a werden die Eintrittsöffnungen der einzelnen Kanäle der fertigen Wabenstruktur hinsichtlich deren Höhe oder die maximale Breite von Versteifungselementen bestimmt, die zwischen die Stege eingelegt werden. Angrenzend an die Blechabschnitte 12a können in den Ausstanzungen auch Bereiche verbleiben, mittels derer senkrecht oder parallel zu den Blechen verlaufende Verstei- fungselemente formschlüssig befestigbar sind.

Figur 6 zeigt einen vertikalen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Wabenkörper. Durch je zwei übereinander gelegte Rinnen des Blechbandes 12a werden Strömungskanäle aufgebaut, die von einem Abgas in Strömungsrichtung S durchströmbar sind. Auf der Eintritts- E und auf der Austrittsseite A der Wabenstruktur sind in die Faltungslinien 40 schmale dünne Bänder 34a eingeigt, die von den Stegen 42 gehalten werden. Die Stege 42 sind vor den Eintrittsöffnungen E angeordnet und durch die eingeleten Bänder im Querschnitt verbreitert, wodurch eine katalytisch wirksame Anordnung gegeben ist.

Wie in Figur 7, links, gezeigt kann der die Blechlagen 13a, 13b verbindende Faltungssteg 42 eine gewisse Höhe h aufweisen, so daß die Blechlagen 13a, 13b voneinander beabstandet sind. Um ein Einknicken des Steges 42 zu verhindern, kann zwischen die Blechlagen 13a, 13b ein entsprechend dimensioniertes Band oder Profilstück eingelegt werden, es können an den Blechlagen auch Ausklinkungen vorgesehen sein, die sich auf der gegen- überliegenden Blechlage abstützen.

Gemäß Figur 7, rechts, kann die Struktur nach Figur 7, links, durch rechteckige Ausstanzungen 43b und Ausbildung von Faltungslinien bzw. Deformationszonen sowie nachfolgende Faltung und Stauchung der Blechlagen erzeugt werden.

Gemäß Figur 8 kann durch entsprechende Profilierung eines Blechbandes 12a ein Wabenkörper mit im wesentlichen recht- eckigen Strömungskanälen 38 aufgebaut werden. Zur Erzeugung der die Strömungskanäle 38 seitlich begrenzenden Wandungen 45 in Form von Doppelfaltungen werden Faltungslinien 41 in das Blechband eingebracht. Die die Blechlagen 13a, 13b und 13c verbindenden, durch rechteckige Durchbrüche 43 in dem Blechband 12a erzeugte Stege 42 werden beidseitig an den Faltungslinien eingeschnitten, so daß einseitig mit den Stegen 42 verbundene Blechabschnitte 44 resultieren, die zur Stabilisierung des Einströmbereiches in dem Strömungskanal eingeklappt werden. Gleichzeitig können die Blechabschnitte 44 der Befestigung von parallel oder senkrecht zu den Blechlagen 13a, 13b und 13c geführten Drähten dienen. Parallel zu den Durchbrüchen 43 werden in einem Abstand von diesen Faltungslinien 46a, 46b, 46c, 46d und Einschnitte 47 in die Blechlagen einge- bracht. Die Blechabschnitte 48a werden zur Verkürzung der Faltungsstege 45 unter Erzeugung der Faltungsstellen 48b umgefaltet, so daß Blechabschnitte 49 abgewinkelt werden und sich die Einschnitte 47 zu dreieckigen Spalten vergrößern (siehe Fig. 8, Mitte) .

Wie in Figur 8, oben, dargestellt, werden die Blechlagen 13a, 13b, 13c mit übereinander angeordneten, parallel zueinander ausgerichteten Stegen 45 aufeinander abgelegt. Die abgewinkelten Blechabschnitte 49 umgreifen dann den Steg 45 der darunter angeordneten Blechlage, so daß benachbarte Blechlagen durch Versteifungsdrähte 31 miteinander formschlüssig verbunden sind, wobei die Drähte 31 oberhalb der Blechabschnitte 49 angeordnet durch die Einschnitte 47 und den oberen Bereich des angrenzenden Steges 49 geführt werden.

Zusätzlich sind die Stege 45 an deren Oberseite unter Ausbildung von Laschen 45b eingeschnitten, welche in die Faltung des darüber angeordneten Steges 45 eingeführt und in diesem kraftschlüssig festgelegt sind. Hierdurch entstehen Zwischen- wände 45a innerhalb der Wabenstruktur, die als Versteifungszonen die Wabenstruktur zusätzlich stabilisieren.

Des weiteren ist die Basis der Strömungskanäle 38 mit Aus- klinkungen 45c versehen, die dem Gasaustausch zwischen benachbarten Strömungskanälen und/oder der Abstützung an der Basis des darunterliegenden Strömungskanals dienen.

Figur 9 zeigt eine weitere Variante der Stabilisierung der Wabenstruktur mit Drähten 50, die gleichzeitig benachbarte Blechlagen 51a, 51b miteinander verbinden. Hierzu werden einige der Wellungen 52 der Blechlagen in Abständen eingeschnitten, so daß nach Stauchung dieser Wellungen abwechselnd nach oben vorstehende Bereiche 55 und nach unten eingeknickte Bereiche 56 resultieren. Nach Faltung des Blechbandes sind die Bereiche 55 benachbarter Blechlagen, die in die Bereiche 56 eingreifen, wie in Figur 9a gezeigt fluchtend zueinander angeordnet, so daß ein Kanal 57 entsteht, durch den der Draht 50 benachbarte Blechlagen formschlüssig miteinander verbindend eingezogen werden kann. Der Draht 50 ist, wie auch das Blechband, zick-zack-förmig gefaltet, er kann sich jedoch gegebenenfalls auch nur über eine Blechlage erstrecken.

Zusätzlich zu den Drähten 50 sind senkrecht zu diesen verlaufende Drähte 59 vorgesehen, die auf Höhe der die Bereiche 57, 58 begrenzenden Einschnitte angeordnet und durch diese seitlich begrenzt sind. Die Drähte 59 sind des weiteren mit den die Blechlagen 51a, 51b seitlich begrenzenden Faltungs- schenkein 53 verbunden, welche fügetechnisch ebenfalls miteinander verbunden sind, so daß eine geschlossene Seitenwand resultiert. Des weiteren sind die Drähte 59 zur Erhöhung der Steifigkeit des Wabenkörpers vorgespannt, wodurch zugleich unter bereichsweiser elektrischer Erwärmung des Wabenkörpers über die Elektroden 60 eine Kalibrierung des Wabenkörpers durch Einstellung einer entsprechenden Vorspannung der Drähte 59 erfolgen kann. Weiterhin sind senkrecht zu den Blechlagen verlaufende Drähte 54 vorgesehen, die die gestauchten Wellungen durchstoßen und mit den Drähten 59 verbunden sind.

In Figur 10 ist dargestellt, wie durch vorgespannte Drähte 61, die in eine profilierte Blechlage 62 eingezogen sind, der Querschnitt der Strömungskanäle kalibriert oder verändert werden kann. Der Draht 61 ist in dem gezeigten Ausführungsbei- spiel auf halber Höhe durch die gewellte Blechlage 62 gezogen und an dem Ende der Blechlage an dieser festgelegt. Durch Zugausübung auf den Draht 61 bzw. Zusammenschieben der Blech- läge 62 in Längsrichtung des Drahtes kann die durch die durchgezogene Linie dargestellte wellenförmige Form der Blechlage 62 in die gestrichelt dargestellte bzw. daneben abgebildete Form 63 überführt werden, wobei der Draht 61 vorgespannt wird. Entsprechend können auch Versteifungselemente vorgesehen sein, die die Blechlagen quer zu deren Wellung auf mehreren verschiedenen Höhen durchziehen, z. B. auf 1/4, 1/2 und 3/4 der Höhe derselben, wodurch unterschiedliche Kanalquerschnitte erzeugbar sind.

Gemäß Figur 11 können bei entsprechend den Figuren 2a, b, 10 und 11 profilierten Blechlagen zwischen die Stege 64 Drähte 65 eingeklemmt werden, wobei die Enden der Drähte 65 in die durch Abfaltungen der Endbereiche 66 der Blechlagen aufgebaute Seitenwände zugaufnehmend eingebunden sind. Die Endbereiche der Blechlagen 66 sind mit Ausklinkungen 68 versehen, die der Befestigung des Wabenkörpers an dem Gehäuse 67 dienen. Anstelle der Drähte 65 in die Faltungsstege 64 auch Bänder eingeklemmt werden, die an dem Gehäuse 67 festgelegt sein können.

Gemäß Figur 12a können die Blechlagen 70 in einem mittlerem Teilbereich einen Höhenversatz aufweisen, wobei die Versatzlinien 71 benachbarter Blechlagen auf einer Ebene 72 angeordnet sein können, die vorzugsweise parallel zur Strömungsrichtung verläuft. Beträgt der Höhenversatz, wie in der Figur darge- stellt, die Höhe a einer Blechlage, so verlaufen die Drähte 73 über die halbe Breite einer Blechlage auf Höhe der Stege 74, in welchen sie zugaufnehmend eingeklemmt sind, über die andere Hälfte der Blechlage lose zwischen benachbarten Blechlagen 70a, 70b. Die Enden der Drähte 73 sind hierbei in die durch die Blechenden aufgebauten Seitenwände eingebunden. Durch Zugausübung auf die Drähte 73 kann die Breite des Wabenkörpers kalibriert oder verändert werden. Dabei kann durch Ausübung von Zugkräften auf nur jeden zweiten der Drähte 73 gezielt nur die rechte oder nur die linke Hälfte der Blechlage kalibriert bzw. deformiert werden.

Wie in Figur 12b dargestellt ist, kann der Höhenversatz der Blechlagen auch die zweifache Blechlagenhöhe b aufweisen, wodurch die Länge der DehnungsSchenkel 76 erhöht wird. Hierdurch können die durch die Dehnungsschenkel getrennten Bereiche des Wabenkörpers kräftemäßig entkoppelt werden.

Fig. 13 (links) zeigt Versteifungselemente in Form von Einsatzstücken 80, die jeweils einstückig an den beiden Enden der Blechlagen 81a angeformt sind und in den durch die Blechlagen 81b, 81c gebildeten Strömungskanal einführbar und reibschlüssig festlegbar sind. Fig. 13 (rechts) zeigt eine Frontansicht einer derartigen Blechlage. Die seitlichen Endbereiche der Blechlage 81a sind mit Abfaltungen 82 versehen, die mit korrespondierenden Abfaltungen darüber bzw. darunter befindlicher Blechlagen verbindbar sind und an Sicken des entsprechenden Gehäuses festlegbar sind.

Figur 14 zeigt eine Ausführungsform, bei welcher der Wabenkörper aus identischen Blechabschnitten 90a, b,c aufgebaut wird, welche jeweils zwei über einen Abknickbereich 91 miteinander verbundene gewellte Abschnitte 92, 93 aufweisen, an deren freien Enden über die Verbindungsstege 94 die Einsatzstücke 95 einstückig angeformt sind. Im zusammengefalteten Zustand sind die beiden Einsatzstücke 95 an derselben Seite des Blechabschnittes 90 angeordnet, so daß bei jeweils um 180° zueinander verdrehter Anordnung der Blechabschnitte 90 die Einsatzstücke der benachbarten Blechlagen in die durch den Blechabschnitt 90 gebildeten Strömungskanal 96 stirnseitig eingreifen können.

Figur 15 zeigt eine Ausführungsform mit einem separaten Einsatzstück 100, welches sich der Höhe nach über mehrere Strö- mungskanäle eines zickzackförmig abgelegten Blechbandes 101 erstreckt und stirnseitig in diese eingreifen kann. Ein entsprechendes Einsatzstück kann auch an dem gegenüberliegenden stirnseitigen Ende des abgelegten Blechbandes eingesteckt werden. Die Kontur der Einsatzstüche entspricht in den gezeigten Ausführungsbeispielen derjenigen der Strömungskanäle, was jedoch nicht notwendig ist.

Figur 16 zeigt eine Ausführungsform, bei welcher neben zwischen den einzelnen Blechlagen 110 vorgesehenen Versteifungsdrähten 111 zusätzliche Versteifungsstege 112 in Form von Blechdoppelungen vorgesehen sind, die gleichzeitig als Um- strömungsrippen dienen, wobei die Höhe der Stege in etwa die halbe Höhe der gestrichelt angedeuteten Strömungskanäle 113 aufweisen. Die rechteckige Strömungskanäle ausbildenden Blechlagen sind kongruent zueinander angeordnet, wobei durch die Drähte 111 ein Hineinrutschen der Tröge einer Blechlage in die Senken der darunter befindliche Blechlage verhindert wird. Die Blechlagen können auch gegensinnig zueinander abgelegt werden, so daß die Versteifungsstege einer ersten Blechlage denen der zweiten Blechlage gegenüberliegen und Strömungskanäle der doppelten Höhe entstehen.

Figur 17 zeigt ein zick-zack-förmig abgelegtes Blechband 115 mit herzförmigen Strömungskanälen 116, die durch die aus Lagendoppelungen erzeugten Versteifungsstege 117 unterteilt werden. Wie durch die gestrichelten Kreise angedeutet wird, sind hierdurch jeweils drei Strömungskanäle 114 unter Ermögli- chung eines Gasaustausches zu einem größeren Strömungskanal zusammengefaßt. Benachbarte Blechlagen 118, 119 sind dabei durch die Verbindungsstege 120 miteinander verbunden. Zur zusätzlichen Versteifung sind die Eckbereiche 121 der Versteifungsstege 117 umgebördelt sowie im Bereich der Lagendop- pelung der aneinander anliegenden Seitenwände benachbarter Strömungskanäle durch Einbringung von Einschnitten umgebördelter Bereiche 122 vorgesehen. Die Versteifungsstege 117 weisen zudem in den Strömungskanal hineinreichende Ausklinkungen 123 auf, durch welche die katalytisch wirksame Fläche in den Strö- mungskanälen erhöht wird. Durch die Umbördelungen der Versteifungsstege 117 sowie der Bereiche 122 werden isolierte Versteifungselemente ausgebildet, welche eine Längung der Wabenstruktur in einer Richtung quer zu den Strömungskanälen und parallel zu den Blechlagen verhindern. Die Umbördelungen können dabei sowohl an den Stirnseiten der Strömungskanäle als auch in deren Innerem vorgesehen sein.

Figur 18 zeigt ein zickzackförmig abgelegtes Blechband 130, bei welchem die Höhe h der nahezu rechteckigen Wellungen 131 ein Vielfaches der Breite b derselben beträgt (ca. 4:1). Die Wellungen sind jeweils um einen Teilbetrag der Breite derselben zueinander seitlich versetzt und in Richtung auf die ge- genüberliegende Blechlage hin geöffnet. Die einzelnen zur Blechlagenebene hin geneigten Wellungen sind durch die Verbindungsstege 132 miteinander verbunden (siehe Ausschnittsvergrößerung gemäß Figur 18, rechts). Figur 18 (unten) zeigt das Blechband vor dessen Faltung. Durch die asymmetrische Form- gebung der Ausstanzungen 133 zu der Längsrichtung des Blechbandes 131, die zu dem Versatz x der Parallelogrammecken führt, wird ein Versatz des oberen bzw. unteren Scheitels 134, 135 der Blechwellungen erreicht, so daß der untere Scheitel einer Blechwellung oberhalb der offenen Seite des Strömungs- kanals der darunterliegenden Blechlage angeordnet ist. Durch den Versatz y wird die stirnseitige Neigung bzw. der axiale Versatz des oberen Scheitels zur unteren Stirnkante der Blechwellungen definiert. Insgesamt liegt somit eine Ausführungsform vor, bei der zwischen einander gegenüberliegenden Wel- lungen sich über die gesamte Breite des Wabenkörpers erstrek- kende Spalte ausgebildet sind, so daß auch durch die nebeneinander angeordneten Spalte ein Medienaustausch über die gesamte Breite des Wabenkörpers gegeben ist. Da die Ausstanzungen entlang einer Faltungslinie allgemein auch unterschiedlich ausge- bildet sein können, ist die Breite des Wabenkörpers, über die ein Medienaustausch in Querrichtung möglich ist, einstellbar. Zwischen den Blechlagen sind nicht dargestellte Versteifungsdrähte eingezogen.

Figur 19 zeigt ein mäanderförmig abgelegtes Blechband 140 mit nahezu rechteckigen Wellungen, bei welchem die unteren Scheitel 141 einer Blechlage oberhalb der offenen Seiten 142 der darunterliegenden Blechlage angeordnet sind. In gewissen Ab- ständen weisen die Blechlagen unter Ausbildung von Schenkeln einen Höhenversatz 143 auf, der sich über ein ganzzahliges Vielfaches der Höhe h der Wellungen erstreckt, wobei die Schenkel zu Zwischenwänden verbindbar sind. Die senkrecht zu den Wellungen angeordneten Versteifungsdrähte 144 liegen auf abgeplatteten Bereichen 145 auf, die durch in die Blechlagen schneidend eingebrachte Schlitze oder eingedrückte Rillen erzeugt werden, so daß der untere Scheitel 141 einer Blechlage unterhalb des oberen Scheitels 146 der darunterliegenden Blechlage angeordnet ist. Die Verbindungsdrähte 144 werden durch Blechdoppelungen 147 geführt, die durch ausgeklinkte Blechabschnitte an den Stirnseiten oder innerhalb der Strömungskanäle vorgesehen sind. Des weiteren sind stegartige, in Längsrichtung der Strömungskanäle verlaufende Ausklinkungen 148 vorgesehen, die sich an der gegenüberliegenden Seitenwand des Strömungskanals abstützen und gleichzeitig durch die Durchbrüche 149 einen Gasaustausch ermöglichen.

Figur 20 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Wabenkörpers im Ausschnitt, der bezüglich der Ebene der Blechlagen 150 einen asymmetrischen Querschnitt der Strömungskanäle 151 aufweist. Hierzu wird das Blechband 152 im Bereich der Faltungslinien 154 mit rechteckigen Ausstanzungen 155 versehen, entlang deren Diagonale die Faltungslinie verläuft. Zur zusätzli- chen Versteifung sind in Längsrichtung der Strömungskanäle verlaufende Faltungsstege 156 vorgesehen, die mit ihren Ausklinkungen 157 auf den Versteifungsdrähten 158 abgestützt sind, anstelle derer auch Lagen von Streckmetall oder Drahtgitter vorgesehen sein können. Des weiteren sind Versteifungs- drahte 159 in den Verbindungsstegen der Blechlagen eingeklemmt. Bei geeigneter Höhe der Faltungsstege können sich diese auch unmittelbar auf den Drähten abstützen.

Figur 21 zeigt einen Ausschnitt aus einem Wabenkörper mit einem mäanderförmig abgelegten Blechband 251 und sich quer dazu erstreckenden Streckmetallagen 258, die mit ihren über die einzelnen Blechlagen 257 hinausragenden Enden um die jeweiligen Blechlagenenden umgefaltet sind und in den benachbar- ten Strömungskanal eingreifen. Die Endbereiche 262 der Streck- metallagen 258 stehen dann senkrecht zu den jeweils gegenüberliegenden Blechlagen 257 und sind auf diesen abgestützt bzw. unterstützen diese. Zur Stabilisierung weist jede der Blechlagen des Blechbandes zwei quer zu der durch die Pfeile angezeigten Strömungsrichtung verlaufende Versteifungsrippen 253, 254 auf, wobei die Länge der Faltungsstege 255 groß ist verglichen mit dem Blechlagenabstand. Zur Ausbildung der nach oben bzw. nach unten weisenden Rippen 253, 254 sind die im Faltungsbereich liegenden Blechabschnitte 256 seitlich nach außen ausgeklinkt und dienen gleichzeitig der Befestigung des Wabenkörpers an einem nicht gezeigten Gehäuse.

Die Streckmetallagen 258 weisen sich in Strömungskanalläng- srichtung erstreckende, auf den Blechlagen stirnseitig abgelegte Abschnitte 259 auf, die senkrecht auf den Blechlagen stehen und die darüberliegenden Blechlage abstützen. Die Abschnitte 259 sind mit seitlichen Ausbauchungen 260 zur Erhöhung der Steifigkeit bei senkrecht auf die Blechlagen ausgeüb- ten Druckkräften versehen sowie in senkrechten Spalten spielfrei durch die Rippen 253 geführt. Die Blechabschnitte 259 können auch Bereiche mit geringerer Höhe aufweisen, die zwischen den Ausbauchungen 260 angeordnet sein können und einen Fluidaustausch ermöglichen. Die Blechabschnitte 259 sind durch sich kreuzende und an den Kreuzungsstellen einstückig aneinander angeformte Verbindungsstege 261 miteinander verbunden, die durch Einbringung von Einschnitten in die Blechlagen erzeugt werden können und die auch einen Fluidaustausch in Querrichtung ermöglichen. Anstelle einzelner Streckmetallagen können diese wie die Blechlagen 257 zu einem unendlichen mäan- derförmig abgelegten Streckmetallagenband verbunden sein. Die Streckmetallagen dienen gleichzeitig der Vergrößerung der aktiven Katalysatorfläche.

Gemäß Figur 22 können zwischen den einzelnen Blechlagen 277 mit wellenförmiger Profilierung Streckmetallagen 287 eingelegt werden, wodurch zugleich der Abstand der Blechlagen wunschgemäß einstellbar ist. Die einstückigen Streckmetallagen wei- sen hierbei langgestreckte Abschnitte 289 in Form von schmalen Bändern auf, die senkrecht zu den Hauptebenen der Blechlagen angeordnet sind sowie einander über Kreuzungspunkte verbundene Verbindungsstege 291. Die Kreuzungspunkte sind in Einbuchtun- gen 290 der Blechlagen verschiebungssicher eingelegt und können hier zusätzlich befestigt werden, z.B. durch Lotverbindungen oder durch sich vertikal zu den Blechlagen erstreckende Versteifungsdrähte. Die Streckmetallagen können an seitlichen Faltungsstegen der Blechlagen festgelegt sein. Entsprechend zu dem Blechband können auch die Streckmetallagen als mäanderför- mig abgelegtes Band ausgeführt sein. Die umströmbaren Profile 289 verbessern gleichzeitig die Schadstoffkonversion in den Kanälen.

Figur 23 zeigt einen Wabenkörper 160, der in einem Gehäuse 161 mit Gaseinlaß 162 und Gasauslaß 163 versehen ist. Die Strömungskanäle 164 des Wabenkörpers werden hierbei schräg angeströmt. Die einzelnen Blechlagen des Wabenkörpers werden (siehe Detailansicht) an Ein- und Ausströmbereich durch je ein separates Einsatzstück 165 miteinander verbunden, die zugleich an ihren freien Enden durch die Anordnung von abgeschrägten Bereichen 166 derart geformt sind, daß die Eintrittsöffnung in die Strömungskanäle in Strömungsrichtung größer ist als der Querschnitt der Strömungskanäle in einer Ebene senkrecht zu deren Längsrichtung. Hierdurch kann die katalytische Wirksamkeit des Wabenkörpers im Eintrittsbereich des zu reinigenden Gases in die Strömungskanäle erhöht werden bzw. im Austrittsbereich Druckverluste aufgrund von Verwirbelungen vermindert werden. Durch die Einsatzstücke werden zugleich die Ein- und Ausströmbereiche des Wabenkörper z.B. durch eine Erhöhung der Wanddicke stabilisiert, wohingegen im mittleren Bereich des Wabenkörpers die Kanäle unverändert mit einem größeren Querschnitt verbleiben, z.B. mit sich über die gesamte Breite erstreckenden Spalten, die zwar weniger stabil sind aber einen Fluidaustauch quer zum Wabenkörper ungehindert zulassen.

Die Figuren 24 und 25 veranschaulichen, daß durch geeignete Formgebung der Ausstanzungen 170 bzw. Einschnitte 171, die in dem gezeigten Ausführungsbeispiel rautenförmig bzw. V-förmig ausgeführt sind, die Endbereiche 169 der einzelnen Strömungskanäle derart strukturierbar sind, daß sie stirnseitig einen anderen Querschnitt bzw. Kontur aufweisen als die von den Enden des Wabenkörpers beabstandeten Bereiche der Strömungskanäle bzw. die Einhüllende des Stirnbereichs des gesamten Wabenkörpers, was z.B. der Fall ist, wenn die Stirnflächen der Strömungskanäle nicht senkrecht zur Strömungskanallängsrichtung verlaufen. Die Strömungsverhältnisse vor den Einström- bereichen in die Strömungskanäle, die durch die vorstehenden Blechabschnitte 172, 173 definiert werden, sowie deren Lage ist hierdurch bestimmbar, so daß die Einströmbereiche des Wabenkörpers den jeweiligen Anforderungen anpassbar sind.

Allgemein gesagt sind somit, wie auch in Figur 25 (unten) dargestellt, Mittel 175 vor bzw. nach dem Ein- und/oder Ausströmbereich eines Strukturkörpers vorgesehen (vgl. auch Fig. 3, 26), die axial von den Wabenkörper- bzw. Strukturkörperstirnseiten 176 vorstehen (wie in Figur 25 unten gezeigt) und eine Strömungsumlenkung des Mediums bezüglich der Hauptströmungsrichtung innerhalb des Strukturkörpers bzw. dessen Längsrichtung bewirken. Die Strömungsumlenkung kann z.B. in Art einer makroskopischen Strömungsrichtungsänderung erfolgen (siehe z.B. Fig. 22, 26) oder auch z.B. in Art einer Verwirbe- lung, wie an den Vorder- bzw- Ablenkkanten 175 der Einschnitte in Figur 25, unten. Die Mittel können jedem Strömungskanal oder Strömungspfad separat zugeordnet sein. Die Erstreckung der Mittel in Strömungsrichtung kann klein sein gegen die Strukturkörperlänge, z.B. im Bereich einiger (z.B. 10) oder weniger als eines Kanal- bzw. Strömungspfaddurchmessers. Es erfolgt somit eine kontinuierliche oder schrittweise Änderung der Strömungsverhältnisse durch Strukturelemente im Einströmbereich des Strukturkörpers über eine Tiefe ausgehend von der stirnseitigen Einhüllenden 177 der vorstehenden Strömungs- umlenkmittel über eine gewisse Tiefe, die z.B. 0,5 bis 10 (ohne hierauf beschränkt zu sein) der Strömungskanalweiten bzw. der Abstände der Kernströmungen, d.h. der Strömungspfade höchster Strömungsgeschwindugkeiten, entsprechen kann. Die Mittel können einstückig an den Blechlagen angeformt sein, z.B. durch die oben beschriebenen Einschnitte oder durch axiale Verlängerung strukturierter oder ebener Blechlagen erzeugt werden, oder als separate Bauelemente ausgeführt sein, z.B. in Form sich axial erstreckender Drähte. Die Mittel können zentrisch zu Strömungskanälen bzw. Strömungspfaden mit höchster Strömungsgeschwindigkeit angeordnet oder auch jeweils zwischen diesen. Das axiale Vorstehen der Strömungsumlenkmittel bezieht sich auf die Stirnseite bzw. stirnseitige Einhüllende 178 des Wabenkörpers, die den Beginn der einzelnen Strömungskanäle bzw. Strömungspfade, die sich aus einer Aufeilung der auf den Strukturkörper treffenden Gesamtströmung in Teilströme ergeben, im Einströmbereich des Strukturkörpers definiert. Die vorstehenden Mittel können somit entsprechend auch bei Waben- körpern mit konisch geformter Stirnseite vorgesehen sein, die z.B. durch Teleskopieren eines gewickelten Bandes erzeugbar sind. Die Mittel können insbesondere ggf. auch bei Strukturkörpern ohne erfindungsgemäße Versteifungselemente verwirklicht sein, ggf. auch bei Strukturkörpern mit teilweise oder ganz ungehindertem Fluidaustausch in einer oder zwei Querrichtungen. Die freien Enden der vorstehenden Bereiche können mit dem mittig zwischen diesen liegenden Stirnseitenbereich einen Winkel zwischen 150-20°, vorzugsweise 90-30° einschließen.

Gemäß Figur 26 können die Eintrittsbereiche 180 in den Wabenkörper, in denen eine turbulente Gasströmung vorherrscht, schaufelartig unter Vergrößerung des inneren Umlenkradius der Strömungsfäden ausgebildet werden, und um die Einströmöffnung der Strömungskanäle zu vergrößern und annähernd senkrecht zu der durch die Pfeile 181 verdeutlichten Strömungsrichtung auszurichten sowie axial versetzt zu staffeln. Hierzu sind an dem in Strömungsrichtung abgewandten Ende der Strömungskanalenden abgeflachte Bereiche 183, welche eine Umlenkradiusver- größerung bewirken, vorgesehen, wobei in die gegenüberliegenden Bereiche Schlitze 184 eingebracht werden und die freien Enden 185, 186 nach außen gebogen werden, bis daß sie annähernd mit den abgeflachten Bereichen des gegenüberliegenden Strömungskanals zur Anlage kommen. Des weiteren sind die durch eingelegte Bänder verstärkte und verdickte Faltungsstege 187 in Richtung auf die Einströmrichtung abgewinkelt und wirken hierdurch als vorgesetzte Leitschaufeln. Eine entsprechend entgegengesetzte Formgebung kann im Ausströmbereich des Wabenkörpers vorgesehen werden.

Figur 27 zeigt eine Anordnung von Blechlagen 263 mit sich entlang der Strömungsrichtung ersteckenden Faltungsstegen 267 zur Versteifung der Wabenstruktur und zur Konversionserhöhung. Die Blechlagenabschnitte 264a, 265a der Endbereiche 264, 265 des Wabenkörpers sind gegenüber dem mittleren Bereich 266 abgewinkelt, wozu Einschnitte in die Faltungsstege 267 eingebracht sind. Hierdurch werden Druckverluste im Einströmbereich des Wabenkörpers bei schräger Anströmung zu den Blechlagen 263 vermindert. Die Blechlagen sind auf Höhe der Einschnitte sowie in den Einströmbereichen durch in den Stege 267 eingelegte, sich quer zur Strömungsrichtung erstreckende Versteifungsdrähte 269 abgestützt. Des weiteren sind senkrecht zu den Blechlagen 263 verlaufenden Versteifungsdrähtedrähten 268 vorgesehen die mit den Drähten 269 teilweise verbunden sind.

Figur 28 zeigt einen quaderförmigen Wabenkörper aus einzelnen Blechen 277 mit dreieckigen Rinnen 279 und sich über die ge- samte Breite der Blechlagen erstreckenden Strömungskanälen, die auch isometrisch ausgeführt sein können. Für eine wirbelarme Anströmung des Wabenkörpers schräg zu der Hauptebene der Blechlagen ist jede der Rinnen 279 an ihren Enden mit einer zum freien Ende des Wabenkörpers hinweisenden Abschrägung 280 versehen, die zur Anströmrichtung hin abgewinkelt ist. Die stirnseitigen Endbereiche 281 der Blechlagen 277 sind mit versteifenden Umbördelungen 282 versehen, in die zusätzliche Versteifungsdrähte 283 eingeklemmt sind. Des weiteren sind quer zu den Blechlagen 277 verlaufende Bänder 284 vorgesehen, die auf den Oberkanten der Rinnen 279 abgelegt sind und die darüber angeordnete Blechlage unterstützen.

Im mittleren Bereich des Wabenkörpers ist die rinnenförmige Profilierung der Blechlagen 277 durch einen abgeflachten, sich über die gesamte Breite der Blechlage erstreckenden, auf Höhe der Oberkante der Rinne 279 verlaufenden Bereich 86 unterbrochen, in den Versteifungsdrähte 287 eingeflochten sind. Durch diese Faltung werden die Strömungsrinnen 279 mit einem seitlichen sowie einem Höhenversatz fortgeführt (siehe Pfeil 287), so daß das in einem Kanalbereich geführte Fluid zwangsweise mit in benachbarten Kanalbereichen geführtem Fluid vermischt wird.

Figur 29 zeigt einen aus drei Teilwaben 190a, b,c bestehenden Wabenkörper, der über die Sicken 191 in dem Gehäuse 192 befestigt ist. Die Teilwaben werden jeweils durch ein zickzack- förmig abgelegtes Blechband erzeugt, wobei zwischen den ein- zelnen Blechlagen Versteifungsdrähte 193 oder Bleche eingelegt sind. Figur 29 (Mitte) zeigt eine vergrößerte Stirnansicht der Wabenstruktur. Hiernach sind in dem in Figur 29 (oben) schraffiert dargestellten Bereich die die einzelnen Blechlagen verbindenden Stegen 194 eingeklemmt, wodurch eine vergleichsweise biegesteife Struktur entsteht. In den an das Gehäuse angrenzenden Bereichen 195 sind die VerbindungsStege entfernt, so daß die Blechlagen über die in diesem Bereich aus der Stirnebene zurückversetzten Versteifungsdrähte oder Bleche bogenförmig ausgebildet werden können, indem sich die Wellungs- scheitel lagenweise gegeneinander verschieben können, ohne ineinanderzurutschen. Hierdurch entstehen Dehnungsbereiche mit einer vergleichsweise flexiblen Wabenstruktur und die Wabenkörper können an nichtrechtwinklige Gehäuseformen einfach angepaßt werden. Bogenförmige oder durch Lagenrelativverschie- bung biegbare Bereiche können auch innerhalb einer Teilwabe vorgesehen sein, indem an den Stirnseiten dieser Bereiche die Stege 194 entfernt werden.

Figur 30 a,b,c zeigt Versteifungselemente 25, 26, 27 und 28 in Form von Mehrfachfaltungen von einfachen Blechlagen 21a, 21b, die eben oder profiliert, z.B. gewellt sein können. Die durch Faltungslinien getrennten bebachbarten Faltungsbereiche sind vorteilhafterweise verdichtet, so daß die benachbarte Fal- tungsabschnitte flächig aneinander anliegen. Durch die Mehrfachfaltungen sind sich senkrecht zu den Blechlagen verlaufende zusätzliche Versteifungselemente in Form von Drähten 29a oder Spiralen 29b vorgesehen.

Es sei angemerkt, daß die mit erfindungsgemäßen Versteifungselementen versehenen Wabenkörper auch Stapel stark gekrümmter Blechlagen aufweisen können, die z.B. dann entstehen, wenn ganze Stapel von Blechlagen um eine zentrale Knicklinie gefal- tet bzw. verschlungen werden. Die Versteifungselemente können dabei der Biegung der Blechlagen folgen und mit diesen gegebenenfalls zugaufnaehmend verbunden sein.

Unabhängig von der Ausführung des Wabenkörpers können die erfindungsgemäßen Versteifungselemente im wesentlichen starr, insbesondere aber auch elastisch ausgeführt sein, wobei die Elastizität kleiner oder bei entsprechender Anordnung auch größer als die der Blechlagen sein kann. Die elastischen Eigenschaften können sich auf den Wabenkörper unter Betriebsbe- dingungen beziehen, vorteilhafterweise sind sie im gesamten Bereich zwischen Betriebs- und Raumtemperatur gegeben.

Claims

Wabenkörper und Verfahren zu dessen HerstellungPatentansprüche

1. Wabenkörper, insbesondere Katalysatorträger, mit einer Wabenstruktur aus einer Vielzahl von in Längsrichtung des Wabenkörpers verlaufenden, von einem Fluid durchströmbaren Kanälen, wobei der Wabenkörper aus übereinander angeordneten Blechlagen aufgebaut ist, und mindestens einem zusätzlich zu dem Blechlagenaufbau in die Wabenstruktur eingebrachten Versteifungselement, d a d u r c h g e - k e n n z e i c h n e t, daß das Versteifungselement (30- 33,37,61,73,95,100,117,144) sich zumindest abschnittsweise im wesentlichen parallel zu den einfachen Blechlagen erstreckt und die Ausdehnung des Versteifungselementes (30-33,37,61, 73,95,100,117,144) quer zu dessen Längser- Streckung klein ist im Vergleich zur Erstreckung der Wabenstruktur in dieser Richtung.

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 die Ausdehnung der Versteifungsele- mente (30-33,37,61,73,95,100,117,144) quer zu deren Längsrichtung klein ist im Vergleich zu der Dimensionierung der Strömungskanäle (38) in dieser Richtung.

3. Wabenkörper nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e - k e n n z e i c h n e t, daß die Versteifungselemente (SO- SS, 37, 144) als separate im wesentlichen eindimensionale Bauelemente ausgeführt sind.

4. Wabenkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Versteifungselemente (95,117) als an den Blechen (13a, 13b) angeformte Bereiche ausgeführt sind.

Wabenkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Versteifungselemente (31,32) zugaufnehmend mit den Blechlagen (13a, 13b) verbunden sind.

Wabenkörper nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Versteifungselemente (31,32) unter axialer Vorspannung mit den Blechlagen (13a, 13b) verbunden sind.

7. Wabenkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 6 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Versteifungselemente als Fügestellen (122) von einander gegenüberliegenden Bereichen derselben Blechlage (118) ausge- bildet sind.

8. Wabenkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 7 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Wabenkörper durch ein zick-zack-förmig gefaltetes Band (12a) ge- bildet wird, und daß die einzelnen Faltungsbereiche durch Verbindungsstege (34,42,74) miteinander verbunden sind.

9. Wabenkörper 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 Versteifungselemente (37,30) im Bereich der Verbindungsstege (34,42,74) zwischen den Blechlagen (12a) angeordnet sind.

10. Wabenkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Verstei- fungselemente als in die Stirnseiten der Kanäle (96) eingreifenden Einsatzstücke (80,94,95,100) ausgebildet sind.

11. Wabenkörper nach Anspruch 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Einsatzstücke (94,95) einstückig an den Blechlagen angeformt sind.

12. Wabenkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Verstei- fungselemente als sich längs der Strömungskanäle erstrek- kende Stege (112,117) ausgebildet sind.

13. Wabenkörper nach Anspruch 12, d a d u r c h g e - k e n n z e i c h n e t, daß die Stege als Faltungsstege der Blechlagen (118,119) ausgeführt sind.

14. Wabenkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Verstei- fungselemente (31, 45, 50, 59, 259, 289) miteinander unter Ausbildung von sich zweidimensional erstreckenden Verbänden (287) von Versteifungselemeneten verbunden sind.

15. Wabenkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 14, d a - d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Versteifungselemente (30,34a) vor oder im Einströmbereich der Strömungskanäle angeordnet sind.

16. Wabenkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 15, d a - d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß zusätzliche sich senkrecht zu den Blechlagen erstreckende und diese miteinander verbindende Versteifungselemente (33,54) vorgesehen sind.

17. Wabenkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 16, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß Strömungsumlenkmittel (172, 173, 175, 280) vorgesehen sind, die unmittelbar vor den Einströmbereichen einzelner Strömungskanäle angeordnet sind.

18. Wabenkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 17, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die sich senkrecht oder parallel zu den Blechen erstreckenden Versteifungselemente (30-33,37,61,73,95,100,117,144) an dem Gehäuse (10) und/oder an Zwischen- (45a) und/oder Außenwandbereichen (22) der Wabenstruktur befestigt sind.