WO2002023020A1 - Wabenkörper mit segmentiertem mantelrohr - Google Patents

Wabenkörper mit segmentiertem mantelrohr Download PDF

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WO2002023020A1
WO2002023020A1 PCT/EP2001/010051 EP0110051W WO0223020A1 WO 2002023020 A1 WO2002023020 A1 WO 2002023020A1 EP 0110051 W EP0110051 W EP 0110051W WO 0223020 A1 WO0223020 A1 WO 0223020A1
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honeycomb body
segments
housing
end faces
section
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PCT/EP2001/010051
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Rolf BRÜCK
Katrin Schaper
Jörg-Roman KONIECZNY
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Emitec Gesellschaft Für Emissionstechnologie Mbh
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    • F01N3/28—Construction of catalytic reactors
    • F01N3/2839—Arrangements for mounting catalyst support in housing, e.g. with means for compensating thermal expansion or vibration
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
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    • B01J35/56—Foraminous structures having flow-through passages or channels, e.g. grids or three-dimensional monoliths
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    • F01N3/2842—Arrangements for mounting catalyst support in housing, e.g. with means for compensating thermal expansion or vibration specially adapted for monolithic supports, e.g. of honeycomb type

Definitions

  • the invention relates to a honeycomb body held in a housing according to the preamble of claim 1.
  • honeycomb bodies are used in particular in an exhaust system of a ner internal combustion engine.
  • Such a honeycomb body is known from DE 39 30 680.
  • a catalytic converter for exhaust gas purification for motor vehicle engines consisting of a metallic honeycomb body and a metallic housing is described.
  • the honeycomb body is not soldered to the housing over the entire circumference, but is elastically suspended from the housing by two or more bearings.
  • the bearings are designed in such a way that they can accommodate the relative bends between the housing and the honeycomb body, which are caused by the heating and growth of the honeycomb body, in the radial direction or in the tangential direction when the circumference of the honeycomb body is enlarged.
  • the bearings consist of leaf springs distributed evenly around the circumference of a casing ring surrounding the honeycomb body.
  • the leaf springs are connected to the casing ring and the housing by joining technology.
  • the floating bearing additionally has a slide ring, the leaf springs being connected to the casing ring and the slide ring by means of joining technology, and the slide ring being supported in the housing in an axially movable manner.
  • the welding of the springs to the jacket ring and to the sliding ring or housing means that the honeycomb body is always guided centrally, since all the springs act uniformly on the honeycomb body.
  • the honeycomb body is held by the bearing at a distance of two to ten millimeters from the housing.
  • the resulting annular gap must be sealed again by further constructive measures in order to prevent exhaust gases from flowing through this annular gap.
  • honeycomb body held in a housing according to the features of claim 1.
  • Advantageous further developments and particularly preferred embodiments are described in the dependent claims.
  • the holder of the honeycomb body proposed here is used in particular for fixing a honeycomb body in a housing of an exhaust system of a ner internal combustion engine.
  • the honeycomb body has an axial length and is surrounded by segments that are spaced apart in the circumferential direction. The segments are connected to the housing in at least one partial section and to the honeycomb body in at least one partial area.
  • the honeycomb body held according to the invention is characterized in that the at least one section and the at least one section are axially spaced apart.
  • this holder allows a relatively unimpeded expansion or shrinkage of the honeycomb body in the circumferential direction.
  • the axially spaced connection of the segments to the honeycomb body or the housing enables a low-stress expansion of the honeycomb body in the radial direction.
  • the axial freedom of expansion of the honeycomb body is ensured in that the honeycomb body does not have the entire length is connected to the segments.
  • the segments themselves serve as spiral springs, which are connected on the one hand to the honeycomb body and on the other hand to the housing. A particularly simple construction of a honeycomb body in a housing is thus specified, with an almost unhindered expansion of the honeycomb body being ensured due to thermal stress.
  • the segments have a preferably circular cross-section and the outer sides of the segments are connected directly to the housing and the inner sides directly to the honeycomb body.
  • a circular cross-section ensures that the honeycomb body bears against the segments in the at least one partial area in such a way that the largest possible joining connection of the segment and the honeycomb body is ensured. This increases the lifespan of such a mounting of the honeycomb body precisely with regard to the pressure fluctuations occurring in an exhaust gas flow.
  • the honeycomb body, the segments and the housing have at least partially a similar geometry of the circumference and are also arranged coaxially to one another, the honeycomb body can in each case be connected directly to the inside of the segments and the outside of the segments to an inside surface of the housing. It is always ensured that the technical connections in the partial area or the partial section are designed so that there is a long-term fixation of the honeycomb body in the housing.
  • the technical connection is preferably made with a welding or soldering process.
  • the outer sides rest essentially on the housing and the inner sides essentially on the honeycomb body.
  • the axial extent of the segments is smaller than the axial extent of the honeycomb body. This ensures that the honeycomb body can expand or contract unhindered at least in some sections.
  • the segments are arranged in such a way that they do not extend to the end face of the honeycomb body, through which, for example, a hot exhaust gas to be cleaned enters, heat cannot be dissipated through the segments, which ensures particularly rapid heating of the honeycomb body. If the honeycomb body additionally heats up a catalytically active coating, it quickly reaches its light-off temperature for the catalytic conversion of pollutants in the exhaust gas.
  • a smaller axial extension. mg of the segments compared to the length of the honeycomb body also enables the advantageous embodiment that at least two segments are arranged axially one behind the other. In this way, for example, the distances between the segments in the circumferential direction and thus also the unimpeded extensibility in this direction can be increased. It is particularly advantageous that the at least two segments are additionally offset from one another in the circumferential direction. It is thus possible to arrange the segments in such a way that partial areas for connecting the honeycomb body to the segments exist over the entire circumference of the honeycomb body. In addition to increasing the stability of the holder, this also results in a sealing function, since a bypass flow past the honeycomb body and is thus severely hampered.
  • the at least one partial section for the connection by technical connection to the housing is arranged essentially centrally to the end faces of the segments, preferably at least two partial areas being arranged close to the end faces for connection by technical connection to the honeycomb body.
  • a holder supports in particular the essentially symmetrical cooling behavior of a honeycomb body. Since the honeycomb body mostly cools down over its front sides, it also sets in this zone first and intensifies a shrinkage, while this takes place much slower in the middle area due to the lack of cooling.
  • This embodiment of the holder accommodates this, since the expansion-active zones of the honeycomb body are only very slightly impeded by the partial areas, while the connection of the segments to the housing in the partial section has a sluggish expansion or cooling behavior and thus ensures a stable fixation ,
  • the at least one partial area for the technical connection of the holder to the honeycomb body is arranged essentially centrally to the end faces, preferably at least two partial sections for the technical connection to the housing being arranged near the end faces.
  • the segments each have at least one transverse slot which extend essentially in the circumferential direction.
  • the transverse slots taper the segments in this area and thereby influence the bending stiffness of the segments.
  • the bending stiffness of the segments decreases with an increasing number of transverse slots.
  • the bending stiffness is to be set so that, on the one hand, a relatively unimpeded expansion of the honeycomb body under thermal loads is ensured, and, on the other hand, strong vibration of the honeycomb body is prevented due to pressure fluctuations occurring in the exhaust gas flow.
  • the transverse slots have two or one end region. It is particularly advantageous that the at least one end region of the transverse slot has a recess.
  • the recess is essentially round and is used for Prevention of notches, which could occur, for example, due to high dynamic stress in the end areas of the cross slots.
  • the segments are held spaced apart in the circumferential direction by means of a support structure.
  • a support structure is designed so that the expansion behavior of the honeycomb body is not significantly affected.
  • the support structure has the task of fixing the segments to one another axially and in the circumferential direction, in particular during assembly.
  • the honeycomb body has sheet metal layers which are structured in such a way that they have channels through which an exhaust gas can flow.
  • the honeycomb body should in particular have a channel density of at least 800 cpsi ("cells per square inch").
  • a relatively high channel density means that a relatively large surface area is made available in the exhaust gas. This surface is, for example, with a catalytically active coating provided, a particularly effective conversion of pollutants in an exhaust gas of the internal combustion engine is guaranteed.
  • the sheet metal layers are preferably made with sheets with a sheet thickness of less than 0.025 mm. These small sheet thicknesses also ensure a low surface-specific heat capacity of the honeycomb body, as a result of which, in particular, the heating process of the honeycomb body is accelerated.
  • the honeycomb body has, at least near one end face, a sleeve which is connected to the ends of the sheet-metal layers by joining technology.
  • a honeycomb body for example, smooth and corrugated sheets are stacked and then wound or entwined in such a way that the shape of the honeycomb body is formed.
  • the sheet metal layers are joined, in particular soldered, from at least one end face. In order to prevent the ends of the sheet metal layers from coming loose due to the thermal and dynamic loading of the honeycomb body during operation, these are advantageously of surrounded by a cuff.
  • Such a sleeve can, for example, be made of sheet metal with a sheet thickness similar to that of the sheet metal layers of the honeycomb body. This ensures that the sleeve and honeycomb body have the same thermal expansion behavior, whereby thermal stresses are avoided.
  • FIG. 1 shows an embodiment of the honeycomb body held in a housing
  • Fig. 4 shows a cross section through a honeycomb body with a sleeve according to a further embodiment
  • Fig. 5 shows another embodiment of the holder of the honeycomb body.
  • FIG. 1 schematically shows an embodiment of the honeycomb body 1 according to the invention which is held in a housing 2.
  • the honeycomb body 1 has a length 6 which is delimited by two end faces 27 of the honeycomb body 1.
  • a plurality of segments 9 are arranged in the circumferential direction 7 (not shown) of the honeycomb body 1 and are spaced 8 from one another.
  • the segments 9 are each connected to the honeycomb body 1 in two partial areas.
  • the segments 9 have a sub-section 10 arranged in the center 18, in which the segments 9 are connected to the housing 2 by joining technology.
  • the two sub-regions 11 near the end faces 17 of the segments 9 and the sub-sections 10 arranged in the center 18 are arranged 30 axially 5 apart from one another.
  • approximately the segments 9 have an axial 5 extension 15 which is smaller than the axial 5 length 6 of the honeycomb body 1. This enables the honeycomb body 1 to be heated quickly near the end faces 27.
  • FIG. 2 schematically shows the structure of an exhaust system 3 with an internal combustion engine 4.
  • the exhaust gas generated in the internal combustion engine 4 is conducted into the environment through the exhaust system.
  • the exhaust system 3 contains components for cleaning the exhaust gas, such as a catalytically active coated honeycomb body 1, which is arranged in the housing 2 of the exhaust system 3.
  • the honeycomb body 1 shown has segments 9 spaced apart in the circumferential direction.
  • FIG. 3 shows schematically a detailed view of a segment 9 with. a transverse slot 19.
  • the segment 9 has a circular cross-section 12, a side surface 17 and an outer side 13 and an inner side 14.
  • the outer side 13 is used in particular for the technical connection of the segment 9 with the housing 2, while the inner side 14 for connection to the honeycomb body 1 serves.
  • the cross slot 19 shown extends into the segment 9 in the circumferential direction.
  • the transverse slot 19 accordingly has only one end region 20, which is provided with a cutout for preventing notches as a result of high dynamic stress.
  • the transverse slots 19 serve to reduce the bending stiffness of the segments 9.
  • FIG. 4 shows a cross section of a honeycomb body 1 with a sleeve 28 and a plurality of segments 9 spaced apart in the circumferential direction 7.
  • the honeycomb body 1 has sheet metal layers 23 which are structured in such a way that they have channels 24 through which an exhaust gas can flow.
  • the sheet metal layers 23 have smooth and corrugated sheets 25, which at least partially form the channels 24.
  • the sheets here preferably have a sheet thickness of less than 0.025 mm.
  • the ends 29 of the. Sheet metal layers 23 are joined with a surrounding the honeycomb body 1 Cuff 28 connected. Detachment of the ends 29 of the sheet metal layers 23 from one another is thus prevented.
  • FIG. 5 schematically shows a further exemplary embodiment of a honeycomb body 1 according to the invention which is held in a housing 2 and has a plurality of segments 9 which are arranged distributed in the circumferential direction.
  • the honeycomb body 1 has a sleeve 28 close to an end face 27 arranged.
  • Each segment has a section 10 for forming a connection with the housing 2 and a section 11 for connection with the honeycomb body 1.
  • the section 10 and the section 11 are arranged axially 5 spaced 30 apart.
  • the segments 9 shown are arranged axially 5 one behind the other such that a positive offset 16 is formed.
  • a negative offset which results in an at least partially axial 5 overlap of the segments 9, that a type of seal is formed which prevents a bypass flow of the exhaust gas radially outside the honeycomb body 1.
  • the honeycomb body which is held in a housing according to the invention, can expand almost unhindered relative to the housing, a long-term fixation of the honeycomb body in the housing, in particular in the housing of an exhaust system of an internal combustion engine, being ensured.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen in einem Gehäuse (2) gehalterten Wabenkörper (1), wobei der Wabenkörper (1) eine axiale (5) Länge (6) hat und von, in Umfangsrichtung (7) voneinander beabstandeten (8), Segmenten (9) umgeben ist, die jeweils in mindestens einem Teilabschnitt (10) mit dem Gehäuse (2) und in mindestens einem Teilbereich (11) mit dem Wabenkörper (1) fügetechnisch verbunden sind, und der mindestens eine Teilabschnitt (10) und der mindestens eine Teilbereich (11) axial (5) voneinander beabstandet (30) sind. Der erfindungsgemässe in einem Gehäuse gehalterte Wabenkörper kann sich nahezu ungehindert thermisch gegenüber dem Gehäuse ausdehnen, wobei eine langandauernde Fixierung des Wabenkörpers in dem Gehäuse, insbesondere im Gehäuse einer Abgasanlage einer Verbrennungskraftmaschine, gewährleistet ist. Die Erfindung ist insbesondere für Wabenkörper wichtig, die eine hohe Kanaldichte von 800 cpsi und die Blechdicken kleiner als 0,025 mm aufweisen.

Description

Wabenkörper mit segmentiertem Mantelrohr
Die Erfindung betrifft einen in einem Gehäuse gehalterten Wabenkorper gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Solche Wabenkorper werden insbesondere in einer Abgasanlage einer Nerbrennungskraftmaschine eingesetzt.
Eine solcher Wabenkörper ist aus der DE 39 30 680 bekannt. Dort ist ein Katalysator zur Abgasreinigung für Kraftfahrzeugmotoren bestehend aus einem metalli- sehen Wabenkorper und einem metallischen Gehäuse beschrieben. Der Wabenkörper ist dabei nicht über den gesamten Umfang mit dem Gehäuse verlötet, sondern von zwei oder mehr Lagern elastisch am Gehäuse aufgehängt. Die Lager sind so ausgebildet, daß sie die Rclativbcwcgungen zwischen Gehäuüe und Wabenkörper, die durch das Erwärmen und das Wachstum des Wabenkörpers entstehen, in radialer Richtung beziehungsweise bei der dadurch entstehenden Vergrößerung des Umfangs des Wabenkörpers, in tangentialer Richtung aufnehmen können. Die Lager bestehen aus gleichmäßig auf dem Umfang eines den Wabenkörper umgebenden Mantelringes verteilten Blattfedern. Bei dem Festlager sind die Blattfedern mit dem Mantelring und dem Gehäuse fügetechnisch verbunden. Das Losla- ger weist zusätzlich einen Gleitring auf, wobei die Blattfedern mit dem Mantelring und dem Gleitring fügetechnisch verbunden sind und der Gleitring axial beweglich im Gehäuse abgestützt ist. Die Nerschweißung der Federn am Mantelring und am Gleitring beziehungsweise Gehäuse bewirkt, daß der Wabenkörper stets zentrisch geführt wird, da alle Federn gleichmäßig auf den Wabenkörper einwir- ken. Der Wabenkörper wird durch die Lagerung in einem Abstand von zwei bis zehn Millimetern vom Gehäuse gehalten. Der dabei entstehende Ringspalt muß hierbei durch weitere konstruktive Maßnahmen wieder abgedichtet werden, um ein Durchströmen dieses Ringspalts durch Abgase zu unterbinden. Weiterhin ist vorgeschlagen, den Mantelring durch vier kreisausschnittsfδrmige Segmente zu ersetzen, wodurch die Dehnbarkeit des Wäbenkörpers in Umfangsrichtung verbessert wird. Diese Halterung mit mehreren Mantelringen beziehungsweise Seg- enten, einer Vielzahl von Blattfedern, mindestens einem Gleitring und Abdichtungen für den Ringspalt erfordern einen hohen Fertigungs- und Montageauf- wand, damit diese Halterung den thermischen und dynamischen Belastungen in einem Abgassystem standhält.
Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, einen in einem Gehäuse befindlichen Wabenkörper mit einer einfach aufgebauten Halterung anzugeben, wobei eine langandauernde Fixierung des Wabenkörpers in dem Gehäuse trotz unterschiedlichen thermischen Ausdehnungsverhalten der einzelnen Komponenten gewährleistet ist.
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen in einem Gehäuse gehalterten Wabenkörper gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen und besonders bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Die hier vorgeschlagene Halterung des Wabenkörpers wird insbesondere zur Fixierung eines Wabenkörpers in einem Gehäuse einer Abgasanlage einer Nerbrennungskraftmaschine eingesetzt. Der Wabenkörper weist dabei eine axiale Länge auf und ist von Segmenten umgeben, die in Umfangsrichtung voneinander beabstandet sind. Die Segmente sind jeweils in mindestens einem Teil- abschnitt mit dem Gehäuse und in mindestens einem Teilbereich mit dem Wabenkörper fügetechnisch verbunden. Der erfϊndungsgemäß gehalterte Wabenkorper zeichnet sich dadurch aus, daß der mindestens eine Teilabschnitt und der mindestens eine Teilbereich axial voneinander beabstandet sind.
Da die Segmente auf dem Umfang des Wabenkörpers mit einem vorgebbaren Abstand zueinander verteilt angeordnet sind, erlaubt diese Halterung eine relativ unbehinderte Dehnung beziehungsweise Schrumpfung des Wabenkörpers in Umfangsrichtung. Die axial voneinander beäbstandete Verbindung der Segmente mit dem Wabenkörper beziehungsweise dem Gehäuse ermöglicht eine spannungsar- me Expansion des Wabenkörpers in radialer Richtung. Die axiale Dehnfreiheit des Wabenkörpers ist dadurch gewährleistet, daß der Wabenkorper nicht über die gesamte Länge mit den Segmenten verbunden ist. Die Segmente selbst dienen dabei als Biegefedern, die einerseits mit dem Wabenkörper und andererseits mit dem Gehäuse verbunden sind. Somit ist eine besonders einfach aufgebaute Halterung eines Wabenkörpers in einem Gehäuse angegeben, wobei eine nahezu unbe- hinderte Ausdehnung des Wabenkörpers aufgrund thermischer Beanspruchung sichergestellt ist.
Dabei ist es besonders vorteilhaft, daß die Segmente ein vorzugsweise kreisaus- schnittsförmigen Querschnitt aufweisen und die Außenseiten der Segmente direkt mit dem Gehäuse und die Innenseiten direkt mit dem Wabenkörper fügetechnisch verbunden sind. Ein kreisausschnittsförmiger Querschnitt gewährleistet, daß der Wabenkörper in dem mindestens einen Teilbereich derart an den Segmenten anliegt, daß eine möglichst großflächige fügctcchnischc Verbindung von Segment und Wabenkörper gewährleistet ist. Dies erhöht die Lebensdauer einer solchen Halterung des Wäbenkörpers gerade in Hinblick auf die in einem Abgasstrom auftretenden Druckschwankungen. Weisen der Wabenkörper, die Segmente und das Gehäuse zumindest teilweise eine ähnliche Geometrie des Umfangs auf und sind zudem koaxial zueinander angeordnet, können jeweils der Wabenkörper mit der Innenseite der Segmente und der Außenseite der Segmente mit einer Innenflä- ehe des Gehäuses direkt verbunden werden. Dabei ist stets gewährleistet, daß die fügetechnischen Verbindungen in dem Teilbereich beziehungsweise dem Teilabschnitt so ausgeführt sind, daß eine langdauernde Fixierung des Wabenkörpers im Gehäuse gegeben ist. Die fügetechnische Verbindung wird vorzugsweise mit einem Schweiß- oder Lötvorgang hergestellt.
Weiterhin wird vorgeschlagen, daß die Außenseiten im wesentlichen an dem Gehäuse und die Innenseiten im wesentlichen an dem Wabenkörper anliegen. Das bedeutet einerseits, daß die Außenseiten der Segmente in dem Bereich mit den fügetechnischen Verbindungen anliegen, um eine großflächige Verbindung zu gewährleisten, andererseits ist damit auch sichergestellt, daß während des Betriebes der Abgasanlage ein Bypassstrom des Abgases verhindert wird. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist die axiale Erstreckung der Segmente kleiner als die axiale Erstreckung des Wabenkörpers. Dies gewährleistet, daß sich der Wabenkörper zumindest in einigen Abschnitten ungehindert ausdehnen bezie- hungsweise zusammenziehen kann. Sind die Segmente dabei so angeordnet, daß sie sich nicht bis zu der Stirnseite des Wabenkörpers hin erstrecken, durch die beispielsweise ein heißes und zu reinigendes Abgas eintritt, ist eine Wärmeabfuhr durch die Segmente nicht möglich, wodurch ein besonders schnelles Aufheizen des Wabenkδrpers sichergestellt ist. Heizt der Wabenkörper zusätzlich eine kata- lytisch aktive Beschichtung auf, so erreicht dieser sehr schnell seine Anspringtemperatur zur katalytischen Umsetzung von im Abgas befindlichen Schadstoffen.
Eine kleinere axiale Erstreck. mg der Segmente gegenüber der Länge des Wabenkörpers ermöglicht auch die vorteilhafte Ausgestaltung, daß mindestens zwei Segmente axial hintereinander angeordnet sind. Auf diese Weise können beispielsweise die Abstände der Segmente in Umfangsrichtung und somit auch die unbehinderte Dehnbarkeit in diese Richtung vergrößert werden. Dabei ist es besonders vorteilhaft, daß die mindestens zwei Segmente zusätzlich in Umfangsrichtung zueinander versetzt angeordnet sind. Somit ist es möglich, die Segmente so anzuordnen, daß über den gesamten Umfang des Wabenkörpers Teilbereiche zur Verbindung des Wabenkörpers mit den Segmenten bestehen. Dies hat neben der Erhöhung der Stabilität der Halterung auch eine dichtende Funktion zur Folge, da ein Bypassstrom am Wabenkörper vorbei und dadurch stark behindert wird.
Gemäß noch einer weiteren Ausgestaltung ist der mindestens eine Teilabschnitt zur fügetechnischen Verbindung mit dem Gehäuse im wesentlichen mittig zu den Stirnflächen der Segmente angeordnet, wobei vorzugsweise mindestens zwei Teilbereiche zur fügetechnischen Verbindung mit dem Wabenkorper nahe den Stirnflächen angeordnet sind. Eine derartige Halterung unterstützt insbesondere das im wesentlichen symmetrische Abkühlverhalten eines Wabenkörpers. Da der Wabenkorper zumeist über seine Stirnseiten abkühlt, setzt in dieser Zone auch zuerst und verstärkt eine Schrumpfung ein, während dies im mittleren Bereich aufgrund der fehlenden Kühlung deutlich langsamer vonstatten geht. Diese Ausführungsform der Halterung kommt dem entgegen, da die dehnungsaktiven Zonen des Wäbenkörpers durch die Teilbereiche nur sehr gering behindert werden, wäh- rend die Anbindung der Segmente an das Gehäuse in dem Teilabschnitt ein trägeres Ausdehnungs- beziehungsweise Abkühlungsverhalten auf eist und somit eine stabile Fixierung gewährleistet.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist der mindestens eine Teilbe- reich zur fügetechnischen Verbindung der Halterung mit dem Wabenkörper im wesentlichen mittig zu den Stirnflächen angeordnet, wobei vorzugsweise mindestens zwei Teilabschnitte zur fügetechnischen Verbindung mit dem Gehäuse nahe den Stirnflächen angeordnet sind. Dies hat den Vorteil, daß die fügetechnischen Verbindungen in den mindestens zwei Teilbereichen nahe den Stirnflächen der Segmente einen Bypassstrom verhindern. Zudem wird durch die mittige Anbindung des Wabenkörpers an die Segmente wiederum eine nahezu ungehinderte Dehnfreiheit des Wabenkörpers in den dehnungsaktiven Zonen gewährleistet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform haben die Segmente jeweils wenigstens einen Querschlitz, welche sich im wesentlichen in Umfangsrichtung erstrecken. Die Querschlitze verjüngen in diesem Bereich die Segmente und beeinflussen dadurch die Biegesteifigkeit der Segemente. Mit steigender Anzahl der Querschlitze sinkt die Biegesteifigkeit der Segmente. Die Biegesteifigkeit ist dabei so einzustellen, daß einerseits eine relativ unbehinderte Dehnung des Wabenkörpers bei thermischen Belastungen gewährleistet ist, andererseits eine starke Schwingung des Wabenkörpers aufgrund im Abgasstrom auftretenden Druckschwankungen verhindert ist. Je nachdem, ob sich die Querschlitze lediglich zwischen Seitenflächen der Segmente erstrecken oder von einer Seitenfläche ausgehen, weisen die Querschlitze zwei oder einen Endbereich auf. Dabei ist es besonders vorteil- haft, daß der mindestens eine Endbereich des Querschlitzes eine Aussparung aufweist. Die Aussparung ist hierbei im wesentlichen rund auszuführen und dient zur Verhinderung von Kerben, welche beispielsweise aufgrund hoher dynamischer Beanspruchung in den Endbereichen der Querschlitze auftreten könnten.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die Segmente mittels einer Stütz- Struktur in Umfangsrichtung beabstandet gehaltert. Eine derartige Stützstruktur ist so ausgeführt, daß das Dehnverhalten des Wabenkörpers nicht wesentlich beeinträchtigt ist. Die Stützstruktur hat die Aufgabe die Segmente zueinander insbesondere während der Montage axial und in Umfangsrichtung zu fixieren.
Gemäß noch einer weiteren Ausgestaltung weist der Wabenkörper Blechlagen auf, die so strukturiert sind, daß diese für ein Abgas durchströmbare Kanäle aufweisen. Der Wabenkörper soll dabei insbesondere eine Kanaldichte von wenigstens 800 cpsi („cells per square inch") aufweisen, i s relativ hohe Kanaldichte hat zur Folge, daß im Abgas eine relativ große Oberfläche zur Verfügung gestellt wird. Ist diese Oberfläche beispielsweise mit einer katalytisch aktiven Beschichtung versehen, ist eine besonders effektive Umsetzung von Schadstoffen in einem Abgas der Verbrennungskraftmaschine gewährleistet. Dazu sind die Blechlagen vorzugsweise mit Blechen einer Blechdicke kleiner 0,025 mm ausgeführt. Diese geringen Blechdicken gewährleisten eine ebenfalls geringe oberflächenspezifische Wärmekapazität des Wabenkörpers, wodurch insbesondere der Erw-trmungspro- zeß des Wabenkörpers beschleunigt wird.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist der Wabenkorper zumindest nahe einer Stirnseite eine Manschette auf, welche mit den Enden der Blechlagen fügetechnisch verbunden ist. Zur Herstellung eines derartigen Wabenkörpers werden beispielsweise glatte und gewellte Bleche gestapelt und anschließend derart gewunden oder verschlungen, daß die Form des Wabenkörpers gebildet ist. Zur Erhaltung dieser Form werden die Blechlagen zumindest von einer Stirnseite her fügetechnisch verbunden, insbesondere verlötet. Um zu verhindern, daß sich die Enden der Blechlagen aufgrund der thermischen und dynamischen Belastung des Wabenkörpers während des Betriebes lösen, sind diese vorteilhafterweise von einer Manschette umgeben. Eine derartige Manschette kann beispielsweise aus einem Blech mit einer ähnlichen Blechdicke wie die Bleche der Blechlagen des Wabenkörpers ausgeführt sein. Somit ist gewährleistet, daß Manschette und Wabenkörper das gleiche thermische Ausdehnungsverhalten aufweisen, wodurch thermische Spannungen vermieden werden.
Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Ausführungsbeispiele sind in der folgenden Zeichnung näher beschrieben. Dabei zeigen:
Fig. 1 Eine Ausführungsform des erfindungs gemäßen in einem Gehäuse gehalterten Wabenkörpers,
Fig. 2 schematisch den Autbau einer Ab asanlage,
Fig. 3 schematisch eine Detailansicht eines erfmdungsgemäßen Segmentes,
Fig. 4 einen Querschnitt durch einen Wabenkörper mit Manschette gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel und
Fig. 5 eine weitere Ausführungsform der Halterung des Wabenkörpers.
Figur 1 zeigt schematisch eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen in einem Gehäuse 2 gehalterten Wabenkörpers 1. Der Wabenkörper 1 hat eine Länge 6, die durch zwei Stirnseiten 27 des Wabenkörpers 1 begrenzt ist. In Umfangsrichtung 7 (nicht dargestellt) des Wabenkörpers 1 sind mehrere Segmente 9 angeordnet, die voneinander beäbstandet 8 sind. Die Segmente 9 sind jeweils in zwei Teilbereichen mit dem Wabenkorper 1 verbunden. Dabei weisen die Segmente 9 einen mittig 18 angeordneten Teilabschnitt 10 auf, in dem die Segmente 9 mit dem Gehäuse 2 fügetechnisch verbunden sind. Die zwei Teilbereiche 11 nahe den Stirn- flächen 17 der Segmente 9 und der mittig 18 angeordnete Teilabschnitte 10 sind axial 5 voneinander beabstandet 30 angeordnet. Bei der dargestellten Ausfüh- rungsform haben die Segmente 9 eine axiale 5 Erstreckung 15, die kleiner als die axiale 5 Länge 6 des Wabenkörpers 1 ist. Dies ermöglicht ein schnelles Aufheizen des Wabenkörpers 1 nahe den Stirnseiten 27.
Figur 2 zeigt schematisch den Aufbau einer Abgasanlage 3 mit einer Verbren- nungskraftmaschine 4. Das in der Verbrennungskraf maschine 4 erzeugte Abgas wird durch die Abgasanlage in die Umgebung geleitet. Die Abgasanlage 3 enthält dabei Komponenten zur Reinigung des Abgases, wie beispielsweise einen kataly- tisch aktiv beschichteten Wabenkörper 1, der in dem Gehäuse 2 der Abgasanlage 3 angeordnet ist. Der dargestellte Wabenkörper 1 weist in Umfangsrichtung beab- standete Segmente 9 auf.
Figur 3 zeigt, schematisch eine Detailansicht eines Segmentes 9 mit. einem Querschlitz 19. Das Segment 9 hat einen kreisausschnittsförmigen Querschnitt 12, eine Seitenfläche 17 sowie eine Außenseite 13 und eine Innenseite 14. Die Außenseite 13 dient insbesondere zur fügetechnischen Verbindung des Segmentes 9 mit dem Gehäuse 2, während die Innenseite 14 zur Anbindung an den Wabenkorper 1 dient. Der dargestellte Querschlitz 19 erstreckt sich in Umfangsrichtung in das Segment 9 hinein. Der Querschlitz 19 weist demnach lediglich einen Endbereich 20 auf, der mit einer Aussparung zur Verhinderung von Kerben infolge hoher dynamischer Beanspruchung versehen ist. Die Querschlitze 19 dienen der Verringerung der Biegesteifigkeit der Segmente 9.
Figur 4 zeigt einen Querschnitt eines Wabenkörpers 1 mit einer Manschette 28 und mehreren in Umfangsrichtung 7 beabstandeten Segmente 9. Der Wabenkorper 1 weist Blechlagen 23 auf, die so strukturiert sind, daß diese für ein Abgas durchströmbare Kanäle 24 aufweisen. Die Blechlagen 23 weisen dazu glatte und gewellte Bleche 25 auf, die zumindest teilweise die Kanäle 24 bilden. Die Bleche haben hierbei vorzugsweise eine Blechdicke kleiner 0,025 mm. Die Enden 29 der . Blechlagen 23 sind fügetechnisch mit einer den Wabenkörper 1 umgebenden Manschette 28 verbunden. Ein Ablösen der Enden 29 der Blechlagen 23 voneinander wird somit unterbunden.
Figur 5 zeigt schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsge- mäßen in einem Gehäuse 2 gehalterten Wabenkörpers 1 mit mehreren, in Umfangsrichtung verteilt angeordneten Segmenten 9. Der Wabenkorper 1 hat nahe einer Stirnseite 27 eine ihn umgebende Manschette 28. Die Segmente 9 sind hier axial 5 hintereinander angeordnet. Jedes Segment weist einen Teilabschnitt 10 zur Ausbildung einer Verbindung mit dem Gehäuse 2 sowie einen Teilbereich 11 zur Verbindung mit dem Wabenkorper 1 auf. Der Teilabschnitt 10 und der Teilbereich 11 sind axial 5 voneinander beabstandet 30 angeordnet. Die dargestellten Segmente 9 sind axial 5 derart hintereinander angeordnet, daß ein positiver Versatz 16 gebildet ist. Ein negativer Versatz, der eine zumindest teilweise axiale 5 Überlappung der Segmente 9 zur Folge hat, daß eine Art Dichtung gebildet ist, die einen Bypassstrom des Abgases radial außerhalb des Wabenkörpers 1 verhindert.
Der erfmdungsgemäß in einem Gehäuse gehalterte Wabenkörper kann sich nahezu ungehindert gegenüber dem Gehäuse ausdehnen, wobei eine langandauernde Fixierung des Wabenkörpers in dem Gehäuse, insbesondere im Gehäuse einer Abgasanlage einer Verbrennungskraftmaschine, gewährleistet ist.
Bezugszeichenliste
Wabenkörper
Gehäuse
Abgasanlage
Nerbrennungskraftmaschine
Achse
Länge
Umfangsri chtung
Abstand
Segment
Teilabschnitt
Teilbereich
Querschnitt
Außenseite
Innenseite
Erstreckung
Versatz
Stirnfläche
Mitte
Querschlitz
Endbereich
Aussparung
Stützstruktur
Blechlage
Kanal
Blech
Blechdicke
Stirnseite Manschette
Ende
Distanz

Claims

Patentansprüche
1. In einem Gehäuse (2) gehalterter Wabenkörper (1), insbesondere einer Abgasanlage (3) einer Nerbrennungskraftmaschine (4), wobei der Wabenkörper (1) eine axiale (5) Länge (6) hat und von, in Umfangsrichtung (7) voneinander beabstandeten (8), Segmenten (9) umgeben ist, die jeweils in mindestens einem Teilabschnitt (10) mit dem Gehäuse (2) und in mindestens einem Teilbe- reich (11) mit dem Wabenkorper (1) fügetechnisch verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Teilabschnitt (10) und der mindestens eine Teilbereich (11) axial (5) voneinander beabstandet (30) sind.
2. Wabenkörper (1) nach Anspruch 1, wobei die Segmente (9) einen, vorzugs- weise kreisausschnittsfδrmigen, Querschnitt (12) sowie eine Außenseite (13) und eine Innenseite (14) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenseiten (13) der Segmente (9) direkt mit dem Gehäuse (2) und die Innenseiten (14) direkt mit dem Wabenkorper (1) fügetechnisch verbunden sind.
3. Wabenkörper (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenseite (13) im wesentlichen an dem Gehäuse (2) und die Innenseite (14) im wesentlichen an dem Wabenkörper (1) anliegt.
4. Wabenkörper (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Segmente (9) jeweils eine axiale (5) Erstreckung (15) haben, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale (5) Erstreckung (15) der Segmente (9) kleiner als die axiale (5) Länge (6) des Wäbenkörpers (1) ist.
5. Wabenkörper (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Segmente (9) axial (5) hintereinander angeordnet sind.
6. Wabenkörper (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens zwei Segmente (9) in Umfangsrichtung (7) zueinander versetzt (16) angeordnet sind.
7. Wabenkörper (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Segmente (9) jeweils zwei Stirnflächen (17) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Teilabschnitt (10) zur fügetechnischen Verbindung mit dem Gehäuse (2) im wesentlichen mittig (18) zu den Stirnflächen (17) angeordnet ist, wobei vorzugsweise mindestens zwei Teilbereiche (11) zur fügetechni- sehen Verbindung mit dem Wabenkörper (1) nahe den Stirnflächen (17) angeordnet sind.
8. Wabenkörper (1) nach einem der Ansprüche I bis 6, wobei die Segmente (9) jeweils zwei Stirnflächen (17) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Teilbereich (11) zur fügetechnischen Verbindung mit dem
Wabenkörper (1) im wesentlichen mittig (18) zu den Stirnflächen (17) angeordnet ist, wobei vorzugsweise mindestens zwei Teilabschnitte (10) zur füge- technischen Verbindung mit dem Gehäuse (2) nahe den Stirnflächen (17) angeordnet sind.
9. Wabenkörper (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Segmente (9) jeweils wenigstens einen Querschlitz (19) haben, welcher sich im wesentlichen in Umfangsrichtung (7) erstreckt.
10. Halterung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der wenigstens eine Querschlitz (19) mindestens einen Endbereich (20) hat, der eine Aussparung (21) aufweist.
11. Wabenkörper (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeich- net, daß die Segmente (9) mittels einer Stützstruktur (22) in Umfangsrichtung
(7) beabstandet (8) gehaltert sind.
12. Wabenkörper (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Wabenkörper (1) Blechlagen (23) aufweist, die so strukturiert sind, daß diese für ein Abgas durchströmbare Kanäle (24) aufweisen, wobei dieser insbesondere eine Kanaldichte von wenigstens 800 cpsi aufweist und die Blechlagen (23) mit Blechen (25) mit einer Blechdicke (26) vorzugsweise kleiner 0,03 mm, insbesondere kleiner 0,025mm, ausgeführt sind.
13. Wabenkörper (1) nach Anspruch 12, wobei der Wabenkörper (1) zwei Stirn- Seiten (27) hat,, dadurch gekennzeichnet, daß der Wabenkörper (1) zumindest nahe einer Stirnseite (27) eine Manschette (28) aufweist, welche mit Enden (29) der Blechlagen (23) fügetechnisch verbunden ist.
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