WO2003087549A1

WO2003087549A1 - Kalibrierter katalysator-trägerkörper mit wellmantel und verfahren zu dessen herstellung

Info

Publication number: WO2003087549A1
Application number: PCT/EP2003/004047
Authority: WO
Inventors: Ferdi Kurth; Udo Schmidt
Original assignee: Emitec Gesellschaft Für Emissionstechnologie Mbh
Priority date: 2002-04-18
Filing date: 2003-04-17
Publication date: 2003-10-23
Also published as: CN1653249A; CN100356043C; KR100913877B1; RU2004133757A; EP1495215B1; JP4776883B2; AU2003224093A1; KR20040111535A; JP2005522625A; EP1495215A1; RU2308602C2; DE50302816D1

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Katalysator-Trägerkörpers (1) umfassend einen Wabenkörper (2), der eine Vielzahl, zumindest teilweise strukturierter Lagen (3, 4) hat, welche für ein Fluid durchströmbare Kanäle (5) bilden, ein Gehäuse (6), welches den Wabenkörper (2) zumindest teilweise umgibt, sowie mindestens einen Wellmantel (7), der zwischen dem Wabenkörper (2) und dem Gehäuse (6) angeordnet ist und den Wabenkörper (2) mit dem Gehäuse (6) verbindet, welches folgende Schritte umfasst: - Herstellen des Wabenkörpers (2), wobei dieser eine äußere Ausdehnung (8) hat, die zumindest teilweise durch Enden (9) der Lagen (3, 4) gebildet ist; Herstellen des mindestens einen Wellmantels (7) mit einem Profil (10); - Herstellen eines Gehäuses (6) mit einer Innenkontur (11); - Einfügen des Wabenkörpers (2) in den mindestens einen Wellmantel (7); - Einfügen des mindestens einen Wellmantels (7) mit dem Wabenkörper (2) in das Gehäuse (6); Kalibrieren des Gehäuses (6), wobei zumindest die Innenkontur (11) und bevorzugt auch das Profil (10) des mindestens einen Wellmantels (7) reduziert wird und die Enden (9) in die Struktur des Wellmantels (7) 'einschnappen' und nahezu vollständig an den Wellmantel (7) anliegen. Der so hergestellte Katalysator-Trägerkörper ist mit mindestens 905 der Enden (9) mit dem mindestens einen Wellmantel (7) fügetechnisch verbunden.

Description

Kalibrierter Katalysator-Trägerkörper mit Wellmantel und Verfahren zu dessen Herstellung

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Katalysator-Trägerkörper gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 18 sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung. Derartige Katalysator-Trägerkörper werden insbesondere zur Reduzierung des Schadstoffanteils von Abgasen mobiler Nerbrennungskraftmaschinen eingesetzt.

Katalysator-Trägerkörper werden in Abgassystemen mobiler Nerbrennungskraftmaschinen (z.B. Diesel- oder Otto-Motoren) eingesetzt. Hierzu werden die Katalysator-Trägerkörper üblicherweise mit einer Trägerschicht (insbesondere Wash-Coat) versehen, welche sich durch eine sehr große Oberfläche auszeichnet und üblicherweise mit mindestens einem katalytisch aktiven Material (z.B. Platin, Rodium oder dergleichen) imprägniert ist. Beim Kontakt des Abgases mit diesen katalytisch aktiven Materialien erfolgt eine Reduzierung der im Abgas enthaltenen Schadstoffe, wie beispielsweise Kohlenmonoxid, ungesättigte Kohlenwasserstoffe, Stickstoffmonoxid. Um bereits eine relativ große Oberfläche für die Trägerschicht bereitstellen zu können, werden die Katalysator-Trägerkörper übli- cherweise als Wabenkörper ausgeführt, welche eine Nielzahl für ein Fluid durchströmbare Kanäle aufweisen. Hierbei sind keramische, extrudierte und metallische Wabenkörper bekannt. Die Wabenkörper werden im Allgemeinen in ein Gehäuse eingebracht, welches wiederum direkt in die Abgasleitung integriert wird. In einer solchen mobilen Abgasanlage ist der Katalysator-Trägerkörper hohen thermischen und dynamischen Belastungen ausgesetzt.

Die thermischen Belastungen resultieren beispielsweise einerseits aus der Temperatur des Abgases selbst, wobei diese zunimmt, wenn der Katalysator- Trägerkörper näher an die Nerbrennungskraftmaschine angeordnet wird. Anderer- seits führen auch die chemische, katalytische Umsetzung zu einer Temperaturerhöhung des Katalysator-Trägerkörpers, da diese im Allgemeinen exotherm abläuft, so dass unter Umständen Temperaturen erreicht werden, die deutlich höher als die Abgastemperatur selbst ist. Die wesentlichen Faktoren im Hinblick auf die dynamischen Belastungen resultieren aus dem Nerbrennungsprozess sowie externen Schwingungsanregungen. Da der Nerbrennungsprozess in der Nerbrennungs- kraftmaschinen intermittierend erfolgt, setzen sich die hieraus resultierenden Druckstöße periodisch durch das Abgassystem fort. Externe Schwingungsanregung erfolgt beispielsweise aufgrund von Fahrbahn-Unebenheiten, über welche sich das Automobil bewegt. Aufgrund dieser hohen thermischen und dynamischen Belastung ist eine dauerhafte Nerbindung des Wabenkörpers mit dem Gehäuse von besonderem Interesse. Diese Nerbindung muss einerseits geeignet sein, unter- schiedliches thermisches Ausdehnungsverhalten des Wabenkörpers gegenüber dem Gehäuse zu kompensieren, andererseits muss ein Ablösen des Wabenkörpers vom Gehäuse langfristig vermieden werden.

Gerade im Hinblick auf die Verwendung metallischer Wabenkörper und einer dauerhaften Anbindung an ein metallisches Gehäuse ist es bekannt, die Verbindung des Wabenkörpers mit dem Gehäuse über eine Zwischenlage auszuführen, die auf ihrer Innenseite mit dem Wabenkörper und auf ihrer Außenseite mit dem Gehäuse verbunden ist. Eine solche Zwischenlage geht beispielsweise aus der japanischen Veröffentlichung JP 04-222636 A hervor. Die Zwischenlage ist dort als Wellblech ausgeführt und einerseits mit dem Wabenkörper sowie andererseits mit dem Gehäuse verbunden. Dabei wird ausgeführt, dass sich dieses Wellblech bei einer radialen Expansion des Wabenkörpers deformieren kann. Zur Gewährleistung einer solchen Deformation wird dort vorgeschlagen, dass eine Verbindung des Wellbleches hin zum Wabenkörper nicht in demselben Querschnitt an- zuordnen ist, wie eine Verbindung hin zum Gehäuse. Unter diesen Umständen sei auch eine Expansion bzw. Kontraktion in axialer Richtung des Wabenkörpers gewährleistet. Der dort beschriebene Wabenkörper besteht aus einem glatten und einem gewellten Blech, welche spiralig zu einem zylindrischen Wabenkörper zusammen gerollt sind. Dabei stellt die äußere Begrenzung des Wabenkörpers ein glattes Blech dar. Unter dieser Voraussetzung ist eine Anbindung des zur Anbindung am Gehäuse dienenden Wellblech relativ unproblematisch, da eine nahezu glatte Oberfläche des Wabenkörpers bereitgestellt wird. Ein solcher spiralförmiger Aufbau des Wabenkörpers hat jedoch im Hinblick auf die Fertigung bzw. das Langzeitverhalten einige Nachteile. Beim Herstellungsverfahren gestaltet es sich schwierig, die einzelnen Lagen mit einer gleichmäßigen Vorspannung zu versehen, so dass ein inniger Kontakt der benachbarten Blechlagen zueinander nicht sicher gestellt werden kann. Dies führt beispielsweise dazu, dass derartige Wabenkörper bei einer lang andauernden thermischen und dynamischen Belastung zum so genannten „Teleskopieren" neigen. Damit ist gemeint, dass sich die Lagen zueinander nach einer gewissen Einsatzdauer verschieben. Dies führt zu einem inhomogenen Aufbau, der letztendlich auch das Versagen des Bauteiles zur Folge haben kann.

Aus diesem Grund wurden bereits frühzeitig andere Anordnungsformen der Blechfolien gewählt. Diese umfassen insbesondere Wabenkörper, welche aus ei- ner Vielzahl von glatten und gewellten Metallfolien gebildet werden, die S-förmig und/oder U-förmig gebogen sind. Zur näheren Beschreibung derartiger metallischer Wabenkörper sei insbesondere auf die EP 0 245 737, WO 90/03220 sowie DE 3743723 verwiesen, deren Offenbarungsinhalt hiermit vollständig integriert ist. Bei derartigen Ausgestaltungen des Wabenkörpers wird dieser aber nicht von einer glatten Lage begrenzt, vielmehr sind am Umfang des Wabenkörpers eine Vielzahl freier Enden der glatten und gewellten Blechlagen angeordnet.

Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines Katalysator-Trägerkörpers anzugeben, wobei eine dauerhafte fugetechnische Verbindung des Wabenkörpers mit einem zwischen dem Gehäuse und dem Wabenkörper angeordneten Wellmantel gewährleistet ist. Dabei steht insbesondere eine dauerhafte Anbindung der freien Enden der einzelnen Lagen des Wabenkörpers mit dem Wellmantel im Vordergrund. Zusätzlich soll das Verfahren eine einfache Durchführbarkeit im Rahmen einer Serienfertigung sicherstellen. Außerdem soll ein Katalysator-Trägerkörper angegeben werden, der eine stabile Anbindung des Wabenkörpers an dem Wellmantel auch unter hohen thermischen und dynamischen Belastungen gewährleistet. Diese Aufgaben werden gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines Katalysator-Trägerkörpers mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie einem Katalysator-Trägerkörper mit den Merkmalen des Anspruchs 18. Weitere vorteilhafte 5 Ausgestaltungen des Verfahrens bzw. des Katalysator-Trägerkörpers sind in den jeweils abhängigen Patentansprüchen beschrieben. Die Merkmale der einzelnen Unteransprüche sind dabei beliebig miteinander kombinierbar.

Das Verfahren dient somit zur Herstellung eines Katalysator-Trägerkörpers, der 10 einen Wabenkörper umfasst, welcher zumindest teilweise strukturierte Lagen hat, welche für ein Fluid durchströmbare Kanäle bilden. Weiter umfasst der Katalysator-Trägerkörper ein Gehäuse, welches den Wabenkörper zumindest teilweise umgibt, sowie mindestens einen Wellmantel, der zwischen dem Wabenkörper und dem Gehäuse angeordnet ist und den Wabenkörper mit dem Gehäuse verbindet. 15. Das Verfahren weist folgende Schritte auf:

Herstellen des Wabenkörpers, wobei dieser eine äußere Ausdehnung hat, die zumindest teilweise durch Enden der Lagen gebildet ist; Herstellen des mindestens einen Wellmantels mit einem Profil; Herstellen eines Gehäuses mit einer Innenkontur; 0 - Einfügen des Wabenkörpers in den mindestens einen Wellmantel;

Einfügen des mindestens einen Wellmantels mit dem Wabenkorper in das Gehäuse;

Kalibrieren des Gehäuses, wobei zumindest die Innenkontur und bevorzugt auch das Profil des mindestens einen Wellmantels reduziert wird. 5

Die Herstellung des Wabenkörpers erfolgt bevorzugt in einer Art und Weise, wie sie beispielsweise in der EP 0 245 737, der WO 90/03220 oder der DE 3743723 beschrieben ist. Insofern weist der Wabenkörper eine Mehrzahl freier Enden auf, welche die äußere Ausdehnung bilden. Bevorzugt weist der Wabenkörper mehr 0 als vier freie Enden nahe seiner äußeren Ausdehnung auf. Der Begriff der „äußeren Ausdehnung" soll hierbei im Wesentlichen den Abstand voneinander gegenüberliegender Oberflächen des Wabenkörpers beschreiben. Die äußere Ausdehnung entspricht somit beispielsweise dem Durchmesser des Wabenkörpers, falls dieser einen im Wesentlichen zylindrischen Aufbau hat. Aufgrund der Tatsache, dass derartige Wabenkörper grundsätzlich aber auch mit einem ovalen oder polygonalen Querschnitt bzw. konisch hergestellt werden können, soll der Begriff der „Ausdehnung" einen auch diese Querschnittsformen beschreibenden Parameter bilden.

Weiter wird mindestens ein Wellmantel mit einem Profil hergestellt. Dies erfolgt üblicherweise in der Form, dass ein glattes Blech z.B. mittels zwei kämmender Walzzahnräder mit einer Struktur versehen wird, mit den gewünschten Maßen zurecht geschnitten und anschließend die Enden miteinander verbunden werden. Mit dem Begriff „Profil" ist hier wiederum der Abstand gegenüberliegender Seiten des Wellmantels im zusammengefügten Zustand zu verstehen, so dass wiederum nicht allein auf den Durchmesser bei einer zylindrischen Anordnung des Wellmantels Bezug genommen wird. In Anbetracht der Tatsache, dass der Wellmantel eine Struktur aufweist, existieren „Wellenberge" sowie „Wellentäler", wobei bevorzugt mit „Profil" der Abstand eines Wellenberges mit dem gegenüberliegenden Wellental gemeint ist.

Die Herstellung des Gehäuses mit einer Innenkontur umfasst beispielsweise auch die Herstellung eines zylindrischen Gehäuses. Die „Innenkontur" beschreibt dabei wiederum den Abstand der gegenüberliegenden Gehäuseinnenflächen, da diese maßgeblich zur Anbindung des Wabenkörpers bzw. des Wellmantels sind.

Ein wesentlicher Gesichtspunkt des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in der Kalibrierung des Gehäuses nach dem Einfügen des Wabenkörpers und des mindestens einen Wellmantels zu sehen. Bei einer solchen Kalibrierung wird zumindest die Innenkontur, also der Abstand der gegenüberliegenden Innenflächen, des Gehäuses reduziert. Dies wird bevorzugt mittels von außen auf das Gehäuse einwir- kenden Kräften bewirkt. Hierzu bieten sich beispielsweise plastische Verformungen des Gehäuses, insbesondere mittels einer Druckwalze oder ähnlichen Werkzeugen an. Das Kalibrieren des Gehäuses bewirkt in der Regel eine Deformierung bzw. Verlagerung des Wellmantels, wodurch ein inniger Kontakt der freien Enden des Wabenkörpers mit dem Wellmantel sowie des Wellmantels mit dem Gehäuse sicher gestellt wird. Im Rahmen eines solchen Kalibrier- Vorgangs wird bevorzugt auch das Profil des mindestens einen Wellmantels reduziert. In der Regel erfolgt dabei eine Veränderung der Struktur des Wellmantels, wobei die freien Enden der den Wabenkörper bildenden Lagen in diese Struktur „einschnappen" und nahezu vollständig an den Wellmantel anliegen. Somit werden frei flatternde Enden vermieden, welche einerseits gegebenenfalls nicht mit dem Wellmantel fügetechnisch verbunden werden können und andererseits infolge der hohen dynamischen Belas- tung später im Abgassystem leicht zum Abreißen neigen. Dank dieses Kalibrierungsvorgangs bzw. der gemeinsamen Deformation vom Gehäuse und dem mindestens einen Wellmantel (gegebenenfalls auch noch des Wabenkörpers) ist somit ein inniger Kontakt gegeben, der Voraussetzung für eine vollständige Anbindung der Lagen des Wabenkörpers an den mindestens einen Wellmantel sowie des Wellmantels an dem Gehäuse ist.

Alternativ oder kumulativ zur mechanischen Kalibrierung ist es unter Umständen auch möglich, das Gehäuse mittels eines thermischen Schrumpfvorganges zu kalibrieren. In der Regel lassen sich die Kalibrierungsvorgänge stets aufgrund be- stimmter Oberflächenstrukturen des Gehäuses und/oder Gefügeänderungen des Materials selbst erkennen, selbst wenn diese Komponenten nachfolgend noch einer thermischen Behandlung, insbesondere zur Ausbildung von fügetechnischen Verbindungen, unterzogen werden.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens ist das Profil des mindestens einen Wellmantels und/oder die Innenkontur des Gehäuses größer als die Ausdehnung des Wabenkörpers. Besonders bevorzugt ist das Profil und/oder die Innenkontur zwischen 0,2 mm und 2 mm größer als die äußere Ausdehnung des Wabenkörpers, insbesondere zwischen 0,3 mm und 1 ,2 mm. Auf diese Weise kann verhindert werden, dass bereits beim Einfügen des Wabenkörpers in den Wellmantel bzw. bei einem anschließenden Einfügen des Wellmantels mit dem Wabenkörper in das Gehäuse die freien Enden des Wabenkörpers so „eingeklemmt" bzw. fixiert werden, dass eine Anpassung an die Struktur des Wellmantels bei dem nachfolgenden Kalibrierverfahren nicht oder nicht in dem gewünschten Umfang erfolgt.

Im Rahmen von technischen Vorversuchen hat sich herausgestellt, dass es besonders vorteilhaft ist, die unterschiedlichen Abmaße der Komponenten auf die verwendete Struktur des mindestens einen Wellmantels abzustimmen. Insofern wird weiter vorgeschlagen, dass der mindestens eine Wellmantel eine Struktur mit einer Strukturlänge und einer Strukturhöhe aufweist, und das Profil des mindestens einen Wellmantels und/oder die Innenkontur des Gehäuses um etwa den Betrag der Strukturhöhe größer als die äußere Ausdehnung des Wabenkörpers ist. Die Struktur des Wellmantels kann dabei unterschiedlich ausgeführt sein. Üblicherweise hat diese Struktur eine wellenartige, sinusförmige, rechteckige, trapezförmige Gestalt oder eine ähnliche Form. Mit Strukturlänge ist dabei der Abstand eines „Wellenberges" von einem in Umfangsrichtung des Wellmantels benachbart angeordneten „Wellentales" gemeint. Die Strukturhöhe beschreibt dabei den zur Umfangsrichtung senkrechten Abstand benachbarter Wellenberge und Wellentäler. In diesem Zusammenhang sei angemerkt, dass insbesondere bei der Verwendung mehrerer Wellmäntel, welche gegebenenfalls axial zueinander beabstandet sein können, auch voneinander verschiedene Strukturen mit unterschiedlichen Strukturlängen und/oder Strukturhöhen eingesetzt werden können, wobei diese Strukturen dann in der Regel an die entsprechenden thermischen und dynamischen Belastungen des Wabenkörpers angepasst sind. Auch bei einer Ausgestaltung des Katalysator-Trägerkörpers mit mehreren Wellmänteln, welche in radialer Richtung sich überlagern bzw. ineinander eingreifen, können ebenfalls unterschiedliche Strukturen zum Einsatz gelangen.

Gemäß noch einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens erfolgt das Herstellen des Wabenkörpers derart, dass die Lagen abwechselnd jeweils aus einer Glattlage und einer Welllage oder aus unterschiedlichen Welllagen aufgebaut, dann gestapelt und anschließend S-förmig und/oder U-formig gebogen und/oder gewickelt werden, so dass die Enden der Lagen zumindest teilweise die äußere Ausdehnung des Wabenkörpers begrenzen. Die abwechselnde Anordnung einer Glattlage und einer Welllage hat eine erhöhte Stabilität des Wabenkörpers selbst zur Folge. Auch kann hierbei eine nahezu vollständige Verbindung benachbarter Lagen miteinander gewährleistet werden, da die Glattlage stets eine gleichmäßig ebene bzw. leicht gebogene Anlagefläche für die Wellenberge bzw. Wellentäler bereitstellt, um somit ausreichend Kontaktbereiche für eine spätere fügetechnische Verbindung der Lagen miteinander zu gewährleisten. Die Welllage weist im Allgemeinen ebenfalls eine Struktur der oben genannten Art auf, wobei durch das abwechselnde Stapeln von Glattlagen und Welllagen die Kanäle gebildet werden, die spä- ter mit einer katalytisch aktiven Trägerschicht versehen werden. Die Struktur der Welllage läuft dabei bevorzugt senkrecht zu einer Achse des Wabenkörpers, so dass die Kanäle im Wesentlichen parallel zu dieser Achse ausgeführt sind. Üblicherweise weist ein so hergestellter Wabenkorper eine Kanaldichte von 400 cpsi („cells per Square inch") bis 1600 cpsi auf.

Entsprechend einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens gelangen die Enden der Lagen infolge der Kalibrierung mit einer Struktur des mindestens einen Wellmantels in Eingriff, wobei diese insbesondere an den mindestens einen Wellmantel zum Anliegen kommen. Hierbei ist es insbesondere vorteilhaft, dass mindestens 90% der freien Enden der Lagen den mindestens einen Wellmantel kontaktieren, wobei dies bevorzugt über die gesamte axiale Länge des Wabenkörpers bzw. der Lagen erfolgt.

Im Hinblick auf die Ausgestaltung der fugetechnischen Verbindungen zwischen dem mindestens einen Wellmantel und dem Gehäuse wird vorgeschlagen, dass der mindestens eine Wellmantel vor dem Einfügen in das Gehäuse mit mindestens einem Lotstreifen versehen wird, der bevorzugt zur nachfolgenden Anbindung des mindestens einen Wellmantels mit dem Gehäuse dient. Derartige Lotstreifen bzw. -bänder sind besonders gut geeignet, um eine definiert begrenzte Verbindung des Wellmantels mit dem Gehäuse sicher zu stellen. Vorzugsweise erfolgt dabei eine Verbindung des Wellmantels mit dem Gehäuse in einem Bereich, in dem ein verhältnismäßig geringes unterschiedliches thermisches Ausdehnungsverhalten von Wabenkörper und Gehäuse zu erwarten ist. Ein solcher Bereich ist insbesondere in einiger Entfernung von den Stirnseiten des Wabenkörpers (insbesondere von der Stirnseite, von der das heiße Abgas in den Katalysator-Trägerkörper eintritt) anzutreffen, da gerade beim Aufheiz- bzw. Abkühlverhalten des Wabenkörpers dieser zu einer tonnenformigen Verformung neigt, bei der gerade die Stirnseiten ein signifikant höheres Expansions- bzw. Kontraktionsverhalten gegenüber innen liegenden Bereichen zeigen.

Es ist weiterhin vorteilhaft, die Breite des Lotstreifens in Abhängigkeit zumindest von einem der folgenden Parametern zu bestimmen:

(A) äußere Ausdehnung des Wabenkörpers;

(B) Länge des Wabenkörpers;

(C) Zelldichte des Wabenkörpers;

(D) Lagendicke der Lagen, wobei die Breite des Lotstreifens monoton steigend von einem der Parameter (A), (B), (C) oder (D) abhängt, wenn die jeweiligen anderen drei Parameter (A), (B), (C), (D) konstant gehalten werden.

Somit steigt beispielsweise bei Katalysator-Trägerkörpern mit gleicher Zelldichte, Lagendicke und gleichem Durchmesser im Falle zylindrischer Bauteile mit steigender Länge des Wabenkörpers die Breite des Lotstreifens monoton. Monoton steigen heißt in diesem Zusammenhang, dass es zwar Wabenkörper zweier Längen geben kann, die bei gleicher Zelldichte, Lagendicke und gleichem Durchmesser einen gleich breiten Lotstreifen aufweisen, dass jedoch ein Wabenkörper mit größerer Länge als ein anderer Wabenkörper keinen schmaleren Lotstreifen aufweisen kann.

Speziell bei einem zylindrischen Katalysator-Trägerkörper mit einer Länge von 74,5 mm, einem Durchmesser von 65 mm, einer Zelldichte von 600 cpsi („cells per Square inch") und einer Lagendicke von 0,025 mm (25 μm) beträgt die Breite des Lotstreifens vorteilhafter Weise 4 mm. Die Breite des Lotstreifens hängt bei konstanter Zelldichte, konstantem Durchmesser und konstanter Matrixlänge im wesentlichen linear von der Lagendicke ab, wobei der Proportionalitätsfaktor bei 0,7 bis 1,3, bevorzugt bei 1 liegt. Bei konstanter Zelldichte, konstanter Lagendicke und konstanter Länge des Wabenkörpers hängt die Breite des Lotstreifens im wesentlichen linear vom Durchmesser des zylindrischen Wabenkörpers ab, wobei auch hier der Proportionalitätsfaktor bei 0,7 bis 1 ,3 liegt.

Weiter wird vorgeschlagen, dass der Katalysator-Trägerkörper über mindestens eine Stirnseite mit einem Lotmittel versehen wird, welches sich in Kontaktbereichen der Lagen miteinander und/oder mit dem mindestens einen Wellmantel anla- gert. Das bedeutet, dass der Katalysator-Trägerkörper im zusammengefügten Zustand stirnseitig insbesondere mit einem pulverformigen Lotmittel in Kontakt gebracht wird. Hierzu ist es unter Umständen vorteilhaft, die zu belotenden Kontaktbereiche zunächst mit einem Haftmittel zu versehen, an dem das stirnseitig zugeführte Lotpulver haften bleibt. Das Haftmittel wird dabei bevorzugt auchüber die Stirnseite des zusammengefügten Katalysator-Trägerkörpers eingegeben, wobei sich das (flüssige) Haftmittel infolge eines Kapilar-Effektes gerade und insbesondere ausschließlich in diesen Kontaktbereichen anordnet. Das hat unter anderem auch den vorteilhaften Effekt, dass über die Menge des zugeführten Haftmit- tels auch die haftenbleibende Anzahl von Lotkörnern definiert eingestellt werden kann.

Insbesondere für den Fall, dass eine fügetechnische Verbindung der Komponenten miteinander bzw. betreffend den Wabenkörper der Lagen untereinander exakt begrenzt (also nicht über die gesamte axiale Länge des Wabenkörpers) ausgeführt werden soll, wird vorgeschlagen, vor dem Beloten Passivierungsmittel vorzusehen, welche mindestens einen Lotbereich begrenzen. Derartige Passivierungsmittel können einerseits strukturelle Maßnahmen an den Komponenten selbst umfassen, wie beispielsweise die Vorsehung von MikroStrukturen oder Veränderungen der Oberflächentopographie (Auftauen etc.). Es ist aber beispielsweise auch mög- lieh, derartige Passivierungsmittel in Form einer zusätzKchen Beschichtung (Metall-Oxide, keramische Beschichtungen und dergleichen) aufzutragen bzw. zu generieren, welche ebenfalls einen Fluss des Lotmittels über die Passivierungsmittel hinaus verhindern.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens sind die Passivierungs- mittel zumindest teilweise als ein Luftspalt ausgebildet. Der Luftspalt unterbricht in vorteilhafter Weise die Kapillarkraft, so dass ein weiteres Verlaufen des Lotmittels und/oder gegebenenfalls eines Haftmittels über die Passivierungsmittel hinaus verhindert wird. In diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, den Luftspalt durch eine Aussparung im Gehäuse und oder eine Stufe im Wellmantel und gege- benenfalls Abstandsmittel zwischen Gehäuse und Wellmantel auszubilden. Das Ausbilden von Abstandsmitteln kann nötig sein, um zu verhindern, dass der Luftspalt vor einer thermischen Behandlung allein durch die Spannung des Wabenkörpers geschlossen wird.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens ist als Abstandsmittel eine keramische Schicht und/oder eine Metalloxidhaltige Schicht auf der Außenoberfläche des Wellmantels und/oder der Innenoberfläche des Gehäuses mit einer Dicke, die im wesentlichen der Höhe des Luftspalts entspricht, ausgebildet ist. So dienen die Abstandsmittel in vorteilhafter Weise der Ausbildung eines möglichst gleichmäßigen Luftspalts.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Luftspalthöhe bei 5 mm oder weniger, bevorzugt bei weniger als 2 mm liegt.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens sind die Passivierungsmittel zumindest teilweise in Form mindestens einer metallischen Folie ausgebildet sind.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Ver- fahrens ist die mindestens eine metallische Folie mit dem Wellmantel oder dem

Gehäuse verklebt und überlappt zumindest teilweise mit dem Lotstreifen. Dies fuhrt nach einer thermischen Behandlung dazu, dass die metallische Folie zum einen mit dem Gehäuse oder dem Wellmantel verbunden ist, aber andererseits gewährleistet, dass die Verbindung des Gehäuses mit dem Wellmantel räumlich begrenzt ist. Insbesondere kann die metallische Folie aus dem Material ausgebildet sein, aus dem auch die Lagen, aus denen der Wabenkörper aufgebaut ist, her- gestellt sind. Vorteilhaft ist es in diesem Zusammenhang, dass die mindestens eine metallische Folie dünner als 70 μm, bevorzugt dünner als 50 μm, besonders bevorzugt dünner als 30 μm ausgebildet ist.

Weiter wird vorgeschlagen, dass der Katalysator-Trägerkörper eine thermische Behandlung erfahrt, welche fügetechnische Verbindungen der Lagen untereinander, der Lagen mit dem mindestens einen Wellmantel und/oder dem mindestens einen Wellmantel mit dem Gehäuse zur Folge hat. Dies umfasst einerseits eine Lotverbindung der einzelnen Komponenten miteinander bzw. untereinander. Alternativ hierzu können jedoch im Rahmen der thermischen Behandlung alternativ oder kumulativ Schweißverbindungen oder Diffusionsanbindungen generiert werden.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Katalysator-Trägerkörper vorgeschlagen, welcher einen Wabenkörper umfasst, der zumindest teilweise strukturierte Lagen mit Enden hat, wobei die Lagen für ein Fluid durchströmbare Kanäle bilden. Der Katalysator-Trägerkörper umfasst zudem ein Gehäuse, welches den Wabenkörper zumindest teilweise umgibt, sowie mindestens einen Wellmantel, der zwischen dem Wabenkörper und dem Gehäuse angeordnet ist und den Wabenkörper mit dem Gehäuse verbindet. Der Katalysator-Trägerkörper zeichnet sich dadurch aus, dass mindestens 90%, bevorzugt mindestens 95%, insbesondere mehr als 98% der Enden mit dem mindestens einen Wellmantel fügetechnisch verbunden sind. Vorzugsweise sind alle freien Enden des Wabenkörpers mit dem Wellmantel verbunden, wobei ein solcher Katalysator-Trägerkörper bevorzugt nach einer Ausgestaltung des oben beschriebenen Verfahrens hergestellt wird. Wie bereits erläutert, hat der innige Kontakt der freien Enden des Wabenkörpers mit dem mindestens einen Wellmantel eine deutlich erhöhte Anzahl von fügetechnischen Verbindungen zur Folge, die einen langzeitigen Einsatz derarti- ger Katalysator-Trägerkörper gerade in mobilen Abgasanlagen sicherstellt. Ganz besonders bevorzugt sind dabei die Enden über den gesamten Überdeckungsbereich von Wabenkörper und Wellmantel miteinander in Kontakt bzw. verbunden.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst der Katalysator-Trägerkörper metallische Glattlagen und Welllagen, welche bevorzugt abwechselnd zueinander angeordnet und S-förmig und/oder U-förmig gebogen sind, so dass alle Enden zumindest teilweise eine äußere Ausdehnung des Wabenkörpers bilden. Besonders bevorzugt ist dabei die Ausgestaltung der Lagen mit einer Lagendicke kleiner als 0,1 mm, insbesondere kleiner als 0,05 mm und bevorzugt kleiner als 0,02 mm. Die Glattlagen und Welllagen bestehen dabei aus einem ferritischen Metall bzw. einer entsprechenden Metalllegierung, welche Aluminium und Chrom umfassen, um eine Korrosionsfestigkeit der Lagen auch bei sehr hohen Temperaturen (Betriebstemperaturen des Katalysator-Trägerkörpers bis 1300°C) standhalten. Die vorgeschlagene Lagendicke bewirkt, dass der Wabenkörper bzw. der Katalysator- Trägerkörper eine relativ geringe oberflächenspezifische Wärmekapazität aufweist. Dies hat zur Folge, dass der Katalysator-Trägerkörper den schnell wechselnden Umgebungsbedingungen infolge unterschiedlicher Lastwechsel der Verbrennungskraftmaschine rasch folgen kann, wobei insbesondere beim Kaltstart der Verbrennungskraftmaschine ein schnelles Anspringen der katalytisch motivierten Reaktionen gewährleistet ist.

Weiter wird vorgeschlagen, dass der Wabenkörper, der mindestens eine Wellmantel und das Gehäuse eine zylindrische Form aufweisen. Die zylindrische Form hat den Vorteil, dass eine relativ unkomplizierte und einfache Integration des Katalysator-Trägerkörpers in das Abgassystem selbst realisiert werden kann, ohne zusätzliche Positionierungshilfen.

Gemäß noch einer weiteren Ausgestaltung des Katalysator-Trägerkörpers ist ein Verbindungsbereich des mindestens einen Wellmantels mit dem Gehäuse flächenmäßig kleiner als ein Anbindungsbereich des mindestens einen Wellmantels mit dem Wabenkörper, wobei sich vorzugsweise der Verbindungsbereich und der Anbindungsbereich zumindest teilweise überlagern. Ganz besonders ist die Ausgestaltung eines Katalysator-Trägerkörpers bevorzugt, bei dem sich der Anbindungsbereich über die gesamte axiale Länge des Wabenkörpers erstreckt, wobei der Verbindungsbereich zwischen Wellmantel und dem Gehäuse als schmaler (Breite kleiner 10 mm, bevorzugt kleiner als 6 mm, besonders bevorzugt kleiner oder gleich 4 mm) umlaufender Streifen in der Mitte des Katalysator- Trägerkörpers ausgeführt ist. Unter Umständen kann es jedoch auch vorteilhaft sein, dass die Anbindung des Wellmantels an den Wabenkörper lediglich auf schmale Bereiche nahe den Stirnseiten des Wabenkörpers ausgeführt ist. Bei der letztgenannten Ausgestaltung ist allerdings bevorzugt an der mittigen Anordnung des Verbindungsbereiches betreffend die Anbindung des Wellmantels an das Gehäuse festzuhalten.

Es ist weiterhin vorteilhaft, den Katalysator-Trägerkörpers so auszulegen, dass die Breite des Verbindungsbereichs zumindest von einem der folgenden Parameter abhängt:

(A) äußere Ausdehnimg des Wabenkörpers;

(B) Länge des Wabenkörpers;

(C) Zelldichte des Wabenkörpers; (D) Lagendicke der Lagen, wobei die Breite des Verbindungsbereichs monoton steigend von einem der Parameter (A), (B), (C) oder (D) abhängt, wenn die jeweiligen anderen drei Parameter (A), (B), (C), (D) konstant gehalten werden.

Es ist vorteilhaft, die Breite des Verbindungsbereichs variabel zu gestalten, da Katalysator-Trägerkörper mit unterschiedlichen äußeren Ausdehnungen, Längen, Zelldichten oder Lagendicken unterschiedliche Anforderungen an die Anbindung zwischen Gehäuse und Wellmantel stellen. Insbesondere beeinflussen diese Parameter die mögliche tonnenförmige Verformung des Wabenkörpers, was unter- schiedliche Breiten des Verbindungsbereichs vorteilhaft macht. Die oben zur Breite des Lotstreifens gemachten Aussagen gelten in gleicher Weise für die Breite des Verbindungsbereichs und umgekehrt. Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung des Katalysator-Trägerkörpers ist der Verbindungsbereich axial durch einen Luftspalt begrenzt. Besonders vorteilhaft ist es in diesem Zusammenhang, den Luftspalt durch eine Aussparung im Gehäuse und/oder eine Stufe im Wellmantel und gegebenenfalls Abstandsmittel zwischen Gehäuse und Wellmantel auszubilden.

Betreffend die Dimensionierung des Katalysator-Trägerkörpers wird vorgeschlagne, dass die Manteldicke des mindestens einen Wellmantels betragsmäßig zwi- sehen der Lagendicke der Lagen und der Gehäusedicke des Gehäuses liegt, insbesondere in einem Bereich von 0,08 mm bis 0,25 mm. Dies hat zur Folge, dass der Wellmantel eine oberflächenspezifische Wärmekapazität aufweist, die zwischen der oberflächenspezifischen Wärmekapazität der Lagen und der des Gehäuses liegt. Insofern ist ein so ausgeführter Wellmantel besonders gut geeignet, die un- terschiedlichen thermischen Ausdehnungsverhalten der Lagen und des Gehäuses zu kompensieren. Der mindestens eine Wellmantel und bevorzugt auch das Gehäuse sind dabei aus dem gleichen bzw. einem ähnlichen Material wie die Lagen des Wabenkörpers hergestellt.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Katalysator-Trägerkörpers hat der Wabenkörper eine Länge in Richtung einer Achse, die einer Erstreckung des Wellmantels in Richtung der Achse entspricht. Während generell die Länge des Wabenkörpers, die Erstreckung des Wellmantels sowie das Abmaß des Gehäuses in Richtung der Achse frei variierbar sind, schließt bei der hier vorgeschlagenen Ausgestaltung der Wellmantel bündig mit den Stirnseiten des Wabenkörpers ab. Dies ist gerade im Hinblick auf die Fertigung und insbesondere die Positionierung des mindestens einen Wellmantels bezüglich des Wabenkörpers vorteilhaft.

Entsprechend einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des mindestens einen Wellmantels wird vorgeschlagen, dass dieser eine Strukturlänge und eine Strukturhöhe hat, wobei die Strukturlänge im Bereich von 1,5 mm bis 3,5 mm liegt, und die Strukturhöhe vorzugsweise 0,3 mm bis 1 mm beträgt. Ein so ausgeführter Wellmantel gewährleistet einerseits eine ausreichende axiale, radiale oder in Umfangsrichtung gerichtete Expansion bzw. Kontraktion des Wabenkörpers, andererseits wird dadurch auch sicher gestellt, dass die freien Enden der Lagen „einschnappen" und ein Vorbeiströmen von unbehandeltem Abgas beim späteren Ein- satz des Katalysator-Trägerkörpers im Abgassystem mobiler Verbrennungskraft- maschinen verhindert wird.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand einiger Zeichnungen näher erläutert. Dabei wird hier ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die Erfindung auf die darge- stellten Ausführungsbeispiele nicht begrenzt ist, sondern diese im Wesentlichen zur näheren Illustrierung der Vorteile der Erfindung ausgewählt wurden.

Es zeigen:

Figur 1 : eine Ausgestaltung des Katalysator-Trägerkörpers in einer Explosionsdarstellung;

Figur 2: eine Detailansicht einer Ausgestaltung des Katalysator-Trägerkörpers im Schnitt;

Figur 3: schematisch den Ablauf einer Ausgestaltung des Herstellungsverfahrens eines Katalysator-Trägerkörpers;

Figur 4: eine perspektivische Detaildarstellung einer Ausgestaltung des Kataly- sator-Trägerkörpers im Randbereich;

Figur 5: schematisch einen Ausschnitt eines Verbindungsbereichs zwischen Gehäuse und Wellmantel eines Ausführungsbeispiels;

Figur 6: schematisch einen Ausschnitt eines Verbindungsbereichs zwischen Gehäuse und Wellmantel eines weiteren Ausführungsbeispiels; und Figur 7: schematisch einen Ausschnitt eines Verbindungsbereichs zwischen Gehäuse und Wellmantel eines noch weiteren Ausführungsbeispiels.

Figur 1 zeigt perspektivisch und in einer Explosionsdarstellung eine Ausgestal- tung des erfindungsgemäßen Katalysator-Trägerkörpers 1 umfassend einen Wabenkörper 2 sowie ein zum Wabenkörper 2 bzw. einer Achse 27 konzentrisch angeordneten Wellmantel 7 und ein ebenfalls konzentrisch angeordnetes Gehäuse 6. Der Wabenkörper 2 ist hier zylindrisch ausgeführt, wobei dieser einer Mehrzahl von Welllagen 3 und Glattlagen 4 umfasst, die so angeordnet bzw. gestapelt und/oder gewickelt sind, dass deren Enden 9 den Umfang des zylindrisch ausgeführten Wabenkörpers 2 zumindest teilweise bilden. Infolge der abwechselnden Anordnung von Welllagen 3 und Glattlagen 4 sind Kanäle 5 gebildet, welche für ein Abgas durchströmbar sind. Bei der dargestellten Ausführungsform des Wabenkörpers 2 erstrecken sich die Kanäle 7 von einer Stirnseite 16 bis zur gegenü- berliegenden Stirnseite 16 über die gesamte Länge 26 des Wabenkörpers 2, wobei diese im Wesentlichen parallel zur Achse 27 ausgebildet sind.

Der dargestellte Katalysator-Trägerkörper 1 umfasst einen Wellmantel 7, dessen Erstreckung 28 im Wesentlichen der Länge 26 des Wabenkörpers 2 entspricht. Dabei wird der Wellmantel 7 so über den Wabenkörper 2 gestülpt, dass die Kanten des Wellmantels 7 im Wesentlichen bündig zu den Stirnseiten 16 des Wabenkörpers 2 angeordnet sind. Auch das dargestellte Gehäuse 6 weist ein Abmaß 29 in Richtung der Achse 27 auf, welche im Wesentlichen der Erstreckung 28 des Wellmantels 7 sowie der Länge 26 des Wabenkörpers 2 entspricht. Das hat zur Folge, dass der Katalysator-Trägerköφer 1 im zusammengefügten Zustand eine nahezu bündige Anordnung von Wabenköφer 2, Wellmantel 7 und Gehäuse 6 darstellt.

Figur 2 zeigt die Hälfte eines Querschnittes einer Ausgestaltung des Katalysator- Trägerköφers 1. Hierbei lässt sich erkennen, dass der Wabenköφer 2 von einem

Wellmantel 7 umgeben wird, der wiederum von dem Gehäuse 6 umgeben ist. Im oberen Bereich dieser Darstellung sind Welllagen 3 und Glattlagen 4 angedeutet, welche für das Abgas durchströmbare Kanäle 5 bilden. Die Welllagen 3 und Glattlagen 4 weisen dabei jeweils eine Lagendicke 21 auf, die bevorzugt im Bereich von 0,05 mm und 0,015 mm liegt. Aus dieser Darstellung lässt sich erkennen, dass die äußere Ausdehnung 8 des Wabenköφers 2 zumindest teilweise durch die Enden 9 der Welllagen 3 bzw. Glattlagen 4 gebildet ist.

Die dargestellte Ausfuhrungsform betrifft einen Katalysator-Trägerköφer 1, dessen Gehäuse 6 bereits kalibriert wurde. Dies lässt sich dadurch erkennen, dass mindestens 90% der Enden 9 der Lagen 3,4 mit dem Wellmantel 7 in Kontakt stehen bzw. mit diesem fügetechnisch verbunden sind. Dies konnte dadurch bewirkt werden, dass die Innenkontur 11 des Gehäuse 6 sowie das Profil 10 des Wellmantels 7 infolge dieses Kalibriervorgangs reduziert wurde, und dabei eine Deformierung bzw. Verlagerung der Struktur 12 des Wellmantels 7 erfolgte. Die Enden 9 der Lagen 3,4 passen sich derart an, dass diese nun an der Innenseite des Wellmantels 7 anliegen, wodurch eine dauerhafte fügetechnische Verbindung des Wabenköφers 2 mit dem Wellmantel 7 sicher gestellt ist. Der Wellmantel 7 weist hier eine Manteldicke 24 auf, die zwischen der Lagendicke 21 der Welllagen 3 und Glattlagen 4 einerseits und der Gehäusedicke 25 des Gehäuses 6 andererseits liegt.

Figur 3 zeigt schematisch einen Ablauf einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Der erste Schritt umfasst dabei die Herstellung eines Wabenkörpers 2, eines Wellmantels 7 sowie eines Gehäuses 6, welche anschließend ineinander gefügt werden. Der Wabenköφer 2 umfasst S-förmig gebogene Lagen, welche in einem Anbindungsbereich 23, der hier praktisch die gesamte Außenfläche des Wabenköφers 2 umfasst, mit dem Wellmantel 7 verbunden werden soll. Der Wellmantel 7 weist auf seiner Außenseite bereits einen umlaufenden Lotstreifen 15 auf, der bei einer nachfolgenden thermischen Behandlung des Katalysator- Trägerköφers 1 eine Verbindung mit dem Gehäuse 6 bewirken soll. Der Verbin- dungsbereich 22 weist eine Breite 41 auf und ist dabei deutlich kleiner ausgeführt als der Anbindungsbereich 23 zwischen Wabenköφer 2 und Wellmantel 7. Die beiden Lotbereiche 20 weisen jeweils eine definierte Begrenzung auf. Während der Anbindungsbereich 23 durch die Stirnseiten 16 des Wabenköφers 2 begrenzt wird, weist der Wellmantel 7 Passivierungsmittel 19 auf, welche den Verbindungsbereich 22 definieren. Dadurch wird verhindert, dass das Lot des Lotstreifens 15 bei einer Erwärmung über die Grenzen des Verbindungsbereiches 22 hin- wegfließt. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Passivierungsmittel 19 als Schicht ausgeführt, die beispielsweise aus keramischem und/oder Metalloxidhal- tigem Material besteht. Weiterhin können die Passivierungsmittel 19 auch durch MikroStrukturen oder auch durch Auftauen der Oberfläche des Wellmantels 7 und/oder der entsprechenden Bereiche der Innenoberfläche des Gehäuses 6 ausge- bildet werden.

Die Breite 41 des Verbindungsbereichs 22 wird in Abhängigkeit von folgenden Parametern bestimmt:

(A) äußere Ausdehnung des Wabenköφers (6); (B) Länge des Wabenköφers (6);

(C) Zelldichte des Wabenköφers (6);

(D) Lagendicke (21 ) der Lagen (3, 4).

Als besonders vorteilhaft hat es sich in diesem Zusammenhang erwiesen, dass die Breite 41 des Verbindungsbereichs 22 oder auch des Lotstreifens 15 mit einem der Parameter (A), (B), (C), (D) monoton steigt, wenn die jeweiligen anderen drei Parameter konstant bleiben. So können die unterschiedlichen thermischen Verformungen und Ausdehnungen der Wabenköφer in Abhängigkeit von den Parametern (A), (B), (C), (D) bei der Auslegung der Breite 41 des Lotstreifens 15 oder des Verbindungsbereichs 22 berücksichtigt werden.

Im zweiten Schritt erfolgt das gemeinsame Kalibrieren der Komponenten des Ka- talysator-Trägerköφers 1. In der dargestellten Abbildung erfolgt eine plastische Verformung des Gehäuses 6 mittels eines Werkzeuges 30, das hier als Walzrolle dargestellt ist. Die Kalibrierung erfolgt insbesondere nur in dem Bereich, in dem auch ein Wellmantel 7 angeordnet ist. Der Kalibriervorgang selbst hat eine Reduzierung der Innenkontur 11 und bevorzugt auch des Profils 10 des mindestens einen Wellmantels 7 zur Folge, wodurch mindestens 90% der Enden 9 der Lagen an der Struktur des Wellmantels 7 anliegen.

Im dritten Schritt erfolgt die Kontaktierung des Katalysator-Trägerköφers 1 mit einem Verteiler 31, wobei Haftmittel 32 in innere Bereiche des Wabenköφers 2 bzw. des Katalysator-Trägerköφers 1 eingeleitet werden. Das Haftmittel 32 lagert sich dabei bevorzugt in den Kontaktbereichen der Lagen miteinander bzw. der Lagen mit dem Wellmantel an, da hier überwiegend Kapillar-Kräfte eine gleichmäßige Verteilung des Haftmittels 32 bewirken.

Im vierten Schritt ist die stirnseitige Belotung des Katalysator-Trägerköφers 1 dargestellt, wobei das Lotpulver 17 mittels eines Wirbelbettes 33, also mit Unterstützung beispielsweise eines Gebläses, in die inneren Bereiche des Katalysator- Trägerköφers 1 gelangt. Das pulverfÖrmige Lotmittel 17 bleibt dabei an den mit Haftmittel benetzten Kontaktbereichen haften.

Im fünften Schritt ist eine thermische Behandlung des Katalysator-Trägerköφers dargestellt, wobei dieser bevorzugt in einem Hochtemperatur- Vakuum-Ofen 34 erwärmt wird. Bei der Erwärmung des Katalysator-Trägerköφers verflüssigt sich das Lotmittel 17 bzw. der Lotstreifen 15, wobei nach Abkühlung des Katalysator- Trägerköφers fügetechnischen Verbindungen der Komponenten untereinander generiert sind. Ein so hergestellter Katalysator-Trägerköφer 1 wird in der Regel anschließend mit einer Trägerschicht versehen, mit katalytisch aktivem Material imprägniert und in den Abgasanlagen unterschiedlichster mobiler Verbrennungs- kraftmaschinen von Pkw's, Lkw's Motorrädern, Rasenmähern, Kettensägen oder dergleichen eingesetzt.

Figur 4 zeigt schematisch und perspektivisch eine Detailansicht eines Katalysator- Trägerköφers 1 in dessen Randbereich. Es ist ein Teil des Gehäuses 6 dargestellt, das mit einem Wellmantel 7 in Kontakt steht. Der Wellmantel 7 weist eine Struktur 12 auf, welche durch eine Strukturhöhe 14 sowie eine Strukturlänge 13 charakterisiert ist. Zudem weist der Wellmantel 7 als Passivierungsmittel 19 eine MikroStruktur auf, die verhindert, dass beispielsweise Lot aus dem Lotbereich 20 über das Passivierungsmittel hinaus fließt, da an dieser Stelle der Kapillar-Effekt unterbrochen wird. Somit werden Verbindungen außerhalb des Verbindungsbereiches 22 (nicht dargestellt) zwischen Wellmantel 7 und Gehäuse 6 einfach und effektiv vermieden.

In dem dargestellten Detail wird der Wabenköφer 2 nicht durch freie Enden 9 (nicht dargestellt) begrenzt, vielmehr liegen hier die Welllagen 3 und Glattlagen 4 im Wesentlichen parallel zum Wellmantel 7. Eine solche Anordnung ergibt sich beispielsweise bei S-förmig gebogenen Lagen 3,4, wo in Umfangsrichtung die äußere Ausdehnung des Wabenköφers abwechselnd durch Enden der Lagen und mittleren Bereichen der Lagen begrenzt wird. Die Lagen 3,4 liegen aneinander an und bilden Kontaktbereiche 18, die anschließend zur Ausbildung von fügetechnischen Verbindungen herangezogen werden. Nach dem Belotungsvorgang ist in diesen Kontaktbereichen 18 das pulverformige Lotmittel 17 angeordnet, wobei dieses bevorzugt an einem dort angelagerten Haftmittel klebt.

Weitere Beispiele zur Ausbildung der Passivierungsmittel 19 sind in den Figuren 5 bis 7 gezeigt. Figur 5 zeigt schematisch einen Ausschnitt des Gehäuses 6 und des Wellmantels 7 in einem axialen Schnitt. Wellmantel 7 und Gehäuse 6 sind durch einen Verbindungsbereich 22, der durch einen Lotstreifen 15 gebildet ist, verbunden. Als Passivierungsmittel ist in diesem Ausführungsbeispiel ein Luftspalt 35 ausgebildet. Dieser Luftspalt 35 wird durch eine Stufe 36 im Wellmantel 7 gebildet. Um zu verhindern, dass der Wellmantel 7 ungleichmäßig mit dem Ge- häuse 6 verbunden wird, ist weiterhin ein Abstandsmittel 37 ausgebildet, dass eine schräge Anlage des Wellmantels 7 an das Gehäuse 6 verhindert. Das Abstandsmittel 37 kann beispielsweise als eine keramische Schicht oder eine Metalloxid- haltige Schicht ausgeführt sein. Vorteilhaft ist es, wenn die Abstandsmittel 37 im wesentlichen die Höhe 38 des Luftspalts 35 ausgleichen. Beim Durchführen der thermischen Behandlung zum Ausbilden von Verbindungen führt der Luftspalt wirkungsvoll zu einer Unterbrechung der Kapillarkraft, so dass wirkungsvoll verhindert wird, dass das Lot weiter verläuft. Figur 6 zeigt eine weitere Möglichkeit der Ausbildung eines Luftspalts 35 zwischen Gehäuse 6 und Wellmantel 7 als Passivierungsmittel 19. Hierbei wird der Luftspalt 35 durch eine Aussparung 39 des Gehäuses gebildet.

In Figur 7 sind die Passivierungsmittel 19 durch eine metallische Folie 40 gebildet. Figur 7 zeigt die Größenverhältnisse nur schematisch, normalerweise kommt es spätestens nach dem Kalibrierungsschritt zur Anlage der metallischen Folie 40 sowohl am Wellmantel 7, als auch am Gehäuse 6. Die metallische Folie 40 über- läppt den Lotstreifen 15 teilweise, so dass es zur Ausbildung einer fügetechnischen Verbindung zwischen der metallischen Folie 40 und dem Wellmantel 7 kommt. Jedoch erfolgt keine fügetechnische Verbindung zwischen der metallischen Folie 40 und dem Gehäuse 6, so dass die metallische Folie 40 wirkungsvoll den Verbindungsbereich 22 begrenzt und eine weitere Anbindung des Wellman- tels 7 an das Gehäuse 6 verhindert. Um die Ausbildung einer gegebenenfalls ungewollten Stufe zu verhindern, ist es vorteilhaft, die metallische Folie 40 möglichst dünn auszuführen, bevorzugt mit einer Dicke von weniger als 50 μm, besonders bevorzugt von weniger als 30 μm.

Das hier beschriebene Verfahren zur Herstellung eines Katalysator-Trägerköφers ist relativ einfach und kann mit einer hohen Prozesssicherheit gerade in den Fertigungsablauf einer Serienfertigung von Katalysator-Trägerköφern integriert werden. Der hieraus resultierende Katalysator-Trägerköφer zeichnet sich insbesondere durch seine langlebige strukturelle Integrität aus, so dass dieser robuste bzw. stabile Katalysator-Trägerköφer gerade für extreme Belastungsverhältnisse besonders gut geeignet ist. Bezugszeichenliste

Katalysator-Trägerköφer

Wabenköφer

Welllage

Glattlage

Kanal

Gehäuse

Wellmantel

Ausdehnung

Ende

Profil

Innenkontur

Struktur

Strukturlänge

Strukturhöhe

Lotstreifen

Stirnseite

Lotmittel

Kontaktbereich

Passivierungsmittel

Lotbereich

Lagendicke

Verbindungsbereich

Anbindungsbereich

Manteldicke

Gehäusedicke

Länge

Achse

Erstreckung

Abmaß Werkzeug

Verteiler

Haftmittel

Wirbelbett

Ofen

Luftspalt

Stufe

Abstandsmittel

Höhe des Luftspalts

Aussparung metallische Folie

Breite des Verbindungsbereichs

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung eines Katalysator-Trägerköφers (1) umfassend einen Wabenköφer (2), der zumindest teilweise strukturierte Lagen (3, 4) hat, welche für ein Fluid durchströmbare Kanäle (5) bilden, ein Gehäuse (6), welches den Wabenköφer (2) zumindest teilweise umgibt, sowie mindestens einen Wellmantel (7), der zwischen dem Wabenköφer (2) und dem Gehäuse (6) angeordnet ist und den Wabenköφer (2) mit dem Gehäuse (6) verbindet, wel- ches folgende Schritte umfasst:

- Herstellen des Wabenköφers (2), wobei dieser eine äußere Ausdehnung (8) hat, die zumindest teilweise durch Enden (9) der Lagen (3, 4) gebildet ist;

- Herstellen des mindestens einen Wellmantels (7) mit einem Profil (10); - Herstellen eines Gehäuses (6) mit einer Innenkontur (11);

- Einfügen des Wabenköφers (2) in den mindestens einen Wellmantel (7);

- Einfügen des mindestens einen Wellmantels (7) mit dem Wabenköφer (2) in das Gehäuse (6);

- Kalibrieren des Gehäuses (6), wobei zumindest die Innenkontur (11) und bevorzugt auch das Profil (10) des mindestens einen Wellmantels (7) reduziert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Profil (10) des mindestens einen Wellmantels (7) und oder die Innenkontur (11) des Gehäuses (6) größer als die äußere Ausdehnung (8) des Wabenköφers (2) ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem das Profil (10) des mindestens einen Wellmantels (7) und/oder die Innenkontur (11) des Gehäuses (6) zwischen 0,2 mm und 2 mm größer als die äußere Ausdehnung (8) des Wabenkör- pers (2) ist, insbesondere zwischen 0,3 mm und 1 ,2 mm.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, bei dem der mindestens eine Wellmantel (7) eine Struktur (12) mit einer Strukturlänge (13) und einer Strukturhöhe (14) ausweist, und das Profil (10) des mindestens einen Wellmantels (7) und/oder die Innenkontur (11) des Gehäuses (6) um etwa den Betrag der Strukturhöhe (13) größer als die äußere Ausdehnung (8) des Wabenköφers (2) ist.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Herstellen des Wabenköφers (2) derart erfolgt, dass die Lagen (3, 4) abwechselnd aus jeweils einer Glattlage (4) und einer Welllage (3) oder aus unterschiedlichen

Welllagen (3) aufgebaut, dann gestapelt und anschließend S-förmig und/oder U-förmig gebogen und/oder gewickelt werden, so dass die Enden (9) der Lagen (3, 4) zumindest teilweise die äußere Ausdehnung (8) des Wabenkörpers (2) begrenzen.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Enden (9) der Lagen (3, 4) infolge der Kalibrierung mit einer Struktur (12) des mindestens einen Wellmantels (7) in Eingriff gelangen, insbesondere an dem mindestens einen Wellmantel (7) zum Anliegen kommen.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der mindestens eine Wellmantel (7) vor dem Einfügen in das Gehäuse (6) mit mindestens einem Lotstreifen (15) versehen wird, der bevorzugt zur nachfolgenden Anbindung des mindestens einen Wellmantels (7) mit dem Gehäuse (6) dient.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Katalysator-Trägerköφer (1) über zumindest eine Stirnseite (16) mit einem Lotmittel (17) versehen wird, welches sich in Kontaktbereichen (18) der Lagen (3, 4) miteinander und/oder mit dem mindestens einen Wellmantel (7) anlagert.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, bei dem vor dem Beloten Passivierungsmittel (19) vorgesehen werden, welche mindestens einen Lotbereich (20) begrenzen.

10. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem die Passivierungsmittel (19) zumindest teilweise als ein Luftspalt (35) ausgebildet sind.

11. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem der Luftspalt (35) durch eine Aussparung (39) im Gehäuse (6) und/oder eine Stufe (36) im Wellmantel (7) und ge- gebenenfalls Abstandsmittel (37) zwischen Gehäuse (6) und Wellmantel (7) gebildet wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem als Abstandsmittel (37) eine keramische Schicht und/oder eine Metalloxidhaltige Schicht auf der Außenoberfläche des Wellmantels (7) und/oder der Innenoberfläche des Gehäuses (6) mit einer

Dicke, die im wesentlichen der Höhe des Luftspalts (35) entspricht, ausgebildet ist.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, bei dem die Höhe (38) des Luftspalts (35) bei 5 mm oder weniger, bevorzugt bei weniger als 2 mm liegt.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, bei dem die Passivierungsmittel (19) zumindest teilweise in Form mindestens einer metallischen Folie (40) ausgebildet sind.

15. Verfahren nach Anspruch 14, bei dem die mindestens eine metallische Folie (40) mit dem Wellmantel (7) oder dem Gehäuse (6) verklebt ist und teilweise mit dem Lotstreifen (15) überlappt.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 oder 15, bei dem die mindestens eine metallische Folie (40) dünner als 70 μm, bevorzugt dünner als 50 μm, besonders bevorzugt dünner als 30 μm ausgebildet ist.

17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Katalysator-Trägerköφer (1) eine thermische Behandlung erfährt, welche fügetechnische Verbindungen der Lagen (3, 4) untereinander, der Lagen (3, 4) mit dem mindestens einen Wellmantel (7) und/oder dem mindestens einen Wellmantel (7) mit dem Gehäuse (6) zur Folge hat.

18. Katalysator-Trägerköφer (1) umfassend einen Wabenköφer (2), der zumindest teilweise strukturierte Lagen (3, 4) mit Enden (9) hat, welche für ein Flu- id durchströmbare Kanäle (5) bilden, ein Gehäuse (6), welches den Wabenköφer (2) zumindest teilweise umgibt, sowie mindestens einen Wellmantel (7), der zwischen dem Wabenköφer (2) und dem Gehäuse (6) angeordnet ist und den Wabenköφer (2) mit dem Gehäuse (6) verbindet, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens 90%, bevorzugt mindestens 95%, insbesondere mehr als 98% der Enden (9) mit dem mindestens einen Wellmantel (7) -fügetechnisch verbunden sind.

19. Katalysator-Trägerköφer (1) nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagen (3, 4) metallische Glattlagen (4) und Welllagen (3) umfassen, wel- ehe bevorzugt abwechselnd zueinander angeordnet und S-formig und oderU- förmig gebogen sind, so dass alle Enden (9) zumindest teilweise eine äußere Ausdehnung (8) des Wabenköφers (2) bilden.

20. Katalysator-Trägerköφer (1) nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Lagen (3, 4) eine Lagendicke (21) kleiner 0,1 mm, insbesondere kleiner 0,05 mm und bevorzugt kleiner 0,02 mm aufweisen.

21. Katalysator-Trägerköφer (1) nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Wabenköφer (2), der mindestens eine Wellman- tel (7) und das Gehäuse (6) eine zylindrische Form aufweisen.

22. Katalysator-Trägerköφer (1) nach einem der Ansprüche 18 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verbindungsbereich (22) des mindestens einen Wellmantels (7) mit dem Gehäuse (6) flächenmäßig kleiner als ein Anbindungsbereich (23) des mindestens einen Wellmantels (7) mit dem Wabenkör- per (2) ist, wobei sich vorzugsweise der Verbindungsbereich (22) und der Anbindungsbereich (23) zumindest teilweise überlagern.

23. Katalysator-Trägerköφer nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsbereich (22) axial durch einen Luftspalt (35) begrenzt ist.

24. Katalysator-Trägerköφer nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftspalt (35) durch eine Aussparung (39) im Gehäuse (6) und/oder eine Stufe (36) im Wellmantel (7) und gegebenenfalls Abstandsmittel (37) zwischen Gehäuse (6) und Wellmantel (7) gebildet wird.

25. Katalysator-Trägerköφer (1) nach einem der Ansprüche 18 bis 24, wobei die Lagen (3, 4) eine Lagendicke (21), der mindestens eine Wellmantel (7) eine Manteldicke (24) und das Gehäuse (6) eine Gehäusedicke (25) haben, dadurch gekennzeichnet, dass die Manteldicke (24) betragsmäßig zwischen der Lagen- dicke (21) und der Gehäusedicke (25) liegt, insbesondere in einem Bereich von 0,08 mm bis 0,25 mm.

26. Katalysator-Trägerköφer (1) nach einem der Ansprüche 18 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass der Wabenköφer (2) eine Länge (26) in Richtung einer Achse (27) hat, die einer Erstreckung (28) des Wellmantels (7) in Richtung der Achse (27) entspricht.

27. Katalysator-Trägerköφer (1) nach einem der Ansprüche 18 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Wellmantel (7) eine Strukturlän- ge (13) und eine Strukturhöhe (14) hat, wobei die Strukturlänge (13) im Bereich von 1,5 mm bis 3,5 mm liegt, und die Strukturhöhe (14) vorzugsweise 0,3 mm bis 1,0 mm beträgt.