WO2005056987A2 - Wabenkörper mit mindestens einem platzsparenden messfühler, sowie entsprechende lambdasonde - Google Patents

Wabenkörper mit mindestens einem platzsparenden messfühler, sowie entsprechende lambdasonde Download PDF

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Definitions

  • a carrier body for a catalytic reactor is known from DE 88 16 154 U1, the honeycomb body of which is made in one piece from metallic corrugated bands, the sensor being arranged on the carrier body in such a way that part of the sensor is inside the honeycomb body and one Part of the sensor extends outside the honeycomb body or is straight, so that the part of the sensor that lies outside the honeycomb body extends relatively far away from the honeycomb body.
  • a carrier body for a catalytic reactor is known from DE 88 16 154 U1
  • the honeycomb body of which is made in one piece from metallic corrugated bands
  • the sensor being arranged on the carrier body in such a way that part of the sensor is inside the honeycomb body and one Part of the sensor extends outside the honeycomb body or is straight, so that the part of the sensor that lies outside the honeycomb body extends relatively far away from the honeycomb body.
  • Such an arrangement requires a relatively large amount of space when installed in the exhaust system of an automobile.
  • a measuring sensor is understood to be an arrangement that allows values of at least one parameter of the fluid to be recorded when it flows through the honeycomb body.
  • the parameter can be any physical and / or chemical variable that can be determined directly and / or indirectly.
  • the sensor can work according to any physical and / or chemical measuring principle. It is also possible for more than one sensor, in particular two, three or four sensors, to be formed in the honeycomb body.
  • the measuring sensor also includes a data connection via which the recorded
  • the cavities of the honeycomb body can be channels which extend from the first to the second end face of the honeycomb body and thus carry the fluid.
  • different types of cavities can also be formed, for example channels which are interrupted by caverns.
  • openings and connections from adjacent cavities are also possible.
  • at least some of the cavities each have an opening in the first end face and in the second end face.
  • the cavities can be at least partially closed, if necessary also with an at least partially flowable material, so that flow cul-de-sacs or flow bottlenecks form.
  • Such measures can be taken to set up open or closed particle filters. These are used, in particular, to filter out the particles contained in the exhaust gas of an automobile, such as soot particles, from the exhaust gas.
  • the honeycomb body according to the invention can in particular also be used as a catalyst carrier body in the exhaust system of an automobile.
  • a coating of ceramic material for example a washcoat, can be applied, in which the catalytically active material is introduced.
  • This ceramic coating leads to a further increase in the reactive surface of the catalyst carrier body.
  • the honeycomb body according to the invention can be equipped with a corresponding coating which can be used as a storage medium for at least one component of the Allow exhaust gas. This can be, for example, a coating that adsorbs nitrogen oxides (NO ⁇ ) at low temperatures and desorbs at higher temperatures.
  • the sensor is in particular designed and introduced into the honeycomb body in such a way that several cavities of the honeycomb body are at least partially penetrated.
  • the at least one parameter in the fluid that flows or can flow through these cavities is determined.
  • the fluid flowing through these cavities is averaged.
  • the honeycomb body according to the invention advantageously allows the control and monitoring of at least one parameter of the fluid, while at the same time the space required for the installation of the honeycomb body with a sensor is small, since the angle between the first and second section of the sensor is arbitrary and thus the space required for the Available space can be adjusted.
  • the curvature of the first section can advantageously be adapted to the curvature of the honeycomb body in the region of the exit of the first section.
  • the at least one sensor is designed as a lambda probe.
  • lambda probes are an important sensor that allow the fuel / oxygen ratio to be determined. Furthermore, it is advantageous to form one lambda probe in front of the honeycomb body or in the initial area of the honeycomb body, preferably within the first 20% of the length of the honeycomb body, and another in the end area, preferably within the last 20% of the length of the honeycomb body or in the direction of flow behind To train honeycomb bodies.
  • the at least one sensor comprises at least one of the following parameters of the fluid: a) temperature; b) proportion of at least one component of the fluid;
  • the exhaust gas generally has a high temperature and, moreover, the catalyzed reactions are exothermic, the temperature of the honeycomb body, or of the exhaust gas flowing through it, is an important parameter for both the operating state and the general state of the Honeycomb body, as well as for the degree of implementation that is achieved with the catalytic reaction.
  • the sensor can also advantageously detect a proportion of at least one component of the exhaust gas, such as the oxygen proportion, the nitrogen oxide proportion, the ammonia proportion and / or the hydrocarbon proportion.
  • the measured values recorded in this way can also can be used advantageously for controlling and monitoring at least the exhaust system of an automobile.
  • the formation of combined measuring sensors is also possible and according to the invention, which, for example, on the one hand perform the function of a lambda probe and on the other hand additionally also detect the temperature and / or a proportion of a component of the exhaust gas.
  • the at least one measuring sensor has means for preventing heat conduction, for example, it can at least partially surround a heat-insulating layer near the first partial area.
  • the first section of the sensor is closer to the honeycomb body than in the case of an angled version of the sensor.
  • the honeycomb body according to the invention is used in the exhaust system of an automobile, for example as a catalyst carrier body, adsorber body, particle filter, particle trap or as a combined element as a combination thereof, the honeycomb body and therefore also the sensor are high temperatures, for example up to 1000 degrees Celsius and more depending on the position of the honeycomb body in relation to the internal combustion engine, exposed to a strong thermal load on the material, especially the sensor. According to the invention, this effect is taken into account by the formation of a heat-insulating layer, in particular in the first partial area of the sensor.
  • This thermal insulation is designed in such a way that it is adapted to the high thermal transients and / or gradients that occur and that these do not lead to rapid wear of the thermal insulation material under the operating conditions, for example in the exhaust system of an automobile.
  • Casing tube of the housing or of the heat structure e.g. also by heat Radiation to hinder or even prevent temperature-sensitive sections of the sensor.
  • the angle enclosed by the first partial area and the second partial area is 60 to 120 degrees, preferably 75 to 105 degrees, particularly preferably 85 to 95 degrees.
  • angles of less than 90 degrees are advantageous.
  • an angle of 90 degrees allows the smallest possible space requirement for the installation of the honeycomb body including the sensor.
  • Angles of more than 90 degrees can also be advantageous if the angle has at least a portion in a plane encompassing the direction of flow. Such angles reduce the heating up of the first section and in particular of data connections formed in the first section and wear problems in these areas.
  • the angle enclosed by the first partial area and the second partial area is essentially 90 degrees.
  • At least a portion of the sensor is at least partially curved.
  • the angle enclosed by the first and the second partial area is determined as the angle between the tangent in the contact area between the first and second partial area and the axis or tangent of the other partial area.
  • the curvature of the curved partial area is adapted to the curvature of the honeycomb body and / or to the geometric conditions in the honeycomb body.
  • an adaptation of the curvature of the first partial area to the outer curvature of the honeycomb body, or of the tubular casing of the honeycomb body is advantageous, since this results in the greatest possible space saving. Furthermore, an adaptation of the curvature of the second partial area to the geometric conditions in the honeycomb body can allow a very specific selection of the parts of the fluid, the measured values of which are recorded by the measuring sensor.
  • An adaptation to the geometric conditions in the honeycomb body means, for example, that when the honeycomb body is formed from at least partially structured and essentially smooth metallic layers that are twisted in an involute manner, the second partial area also has an essentially involute-like shape. In particular, specific partial flows can be selected in which the measured values are recorded.
  • the honeycomb body is at least partially formed from at least one metallic layer.
  • honeycomb body from metallic layers, for example sheet metal layers and / or metallic fiber layers, preferably from high-temperature and corrosion-resistant metals, for example high-temperature-resistant steels, advantageously enables the construction of honeycomb bodies which also withstand the harsh conditions in the exhaust system of an automobile can withstand.
  • metallic layers also enables a very variable design, in particular of the cavities of the honeycomb body.
  • At least one at least partially structured layer with at least one essentially smooth layer and to twist at least one stack.
  • two stacks can be wound in an S-shape in opposite directions, or three stacks can be twisted together.
  • An essentially smooth layer is understood to mean a layer which may have microstructuring, but whose structuring amplitude is smaller, preferably substantially smaller, than the structuring amplitude of the at least partially structured metallic layer.
  • the honeycomb body is wound up from at least one at least partially structured metallic layer and optionally at least one essentially smooth metallic layer.
  • the honeycomb body consists of metallic layers, part of which is a sheet metal layer which cannot be flowed through, possibly perforated at least in parts, while another part is made of at least partially flowable material.
  • metallic fiber material in particular sintered metallic fiber material, is possible as an at least partially flowable material.
  • hole shapes As well as special orientations of the holes with respect to the flow direction of the honeycomb body are also possible and according to the invention.
  • cavernous cavities By forming holes, the dimensions of which are greater than the structural repeat length, in the or in individual layers, after winding or twisting, cavernous cavities can be formed, in which the fluid flow is swirled as it flows through the honeycomb body.
  • the catalyst support bodies can be made lighter and with less material use with the same conversion effectiveness.
  • honeycomb body from ceramic material is possible in various ways.
  • the honeycomb body can be extruded or built up in layers from ceramic powder.
  • Ceramic honeycomb bodies can be used as a catalyst carrier body, as an adsorber body or as a particle filter if the cavity walls and / or a corresponding coating are designed in the exhaust system of an automobile.
  • honeycomb bodies can include the layer-by-layer application of a solidifiable mass which is repeatedly cured by temperature or light. In this way, structures of any complexity can also be produced with undercuts. This process, which comes from rapid prototyping, is already being used in part in series production.
  • FIG. 4 schematically shows a third exemplary embodiment of a honeycomb body 1 according to the invention in cross section.
  • Both the first partial region 8 and the second partial region 9 are straight in this.
  • Both partial areas 8, 9 are connected in the contact area 12, in which they enclose the angle W, which in the third exemplary embodiment is essentially 90 degrees.
  • the angle W is spanned in the third embodiment in the second plane 19.
  • An angle W of essentially 90 degrees allows, in a particularly advantageous manner, a very space-saving construction of honeycomb body 1 and sensor 7.

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Abstract

Der erfindungsgemässe Wabenkörper (1), welcher für ein Fluid, insbesondere ein Abgas einer Verbrennungskraftmaschine, zumindest teilweise in einer Durchströmungsrichtung (15) durchströmbar ist, mit einer eine Wabenstruktur (2) bildenden Mehrzahl von zumindest teilweise durchströmbaren Hohlräumen (4), wobei die Wabenstruktur (2) in einem Mantelrohr (3) aufgenommen ist, mindestens einem Messfühler (7), welcher zumindest einen ersten Teilbereich (8) und einen zweiten Teilbereich (9) aufweist, wobei sich zumindest der zweite Teilbereich (9) des Messfühlers (7) in die Wabenstruktur (2) erstreckt und zumindest einen Teil der Hohlräume (4) zumindest teilweise durchdringt, und zumindest der erste Teilbereich (8) sich ausserhalb des Mantelrohres (3) erstreckt, zeichnet sich dadurch aus, dass der erste (8) und der zweite Teilbereich (9) im wesentlichen starr ausgebildet sind und einen von 180 Grad verschiedenen Winkel (W) in einer die Durchströmungsrichtung (15) des Wabenkörpers (1) umfassenden ersten Ebene (18) und/oder in einer zur Durchströmungsrichtung (15) des Wabenkörpers (1) senkrechten zweiten Ebene (19) einschliessen. Ein erfindungsgemässer Wabenkörper (1) erlaubt durch den gewinkelten Aufbau des Messfühlers (7) in vorteilhafter Weise einen sehr platzsparenden Einbau des Wabenkörpers (1) mit dem mindestens einen Messfühler (7).

Description

Wabenkorper mit mindestens einem platzsparenden Messrαhler, sowie entsprechende Lambdasonde
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Wabenkörper mit mindestens einem Messfühler, der insbesondere als Katalysatorträgerkörper zur Umsetzung zumindest von Teilen des Abgases einer Nerbrennungskraf maschine eingesetzt werden kann. Schon seit langem werden Komponenten des Abgases von Nerbrennungskraftma- schinen von Automobilen als gefahrlich für Mensch und Umwelt eingestuft. Seit geraumer Zeit werden in vielen Ländern der Welt gesetzliche Grenzwerte erlassen, die von diesen Abgaskomponenten nicht überschritten werden dürfen. Die Einhaltung dieser Grenzwerte wird im Regelfall dadurch erreicht, dass zumindest Teile des Abgases katalytisch umgesetzt werden. Hierzu ist eine möglichst große Oberfläche, an der diese Reaktion erfolgen kann, bei möglichst geringem zusätzlichem Raumbedarf für die Aufnahme des Katalysators erforderlich. Diese beiden Bedingungen werden oftmals durch Wabenkörper erfüllt, die als Katalysatorträgerkörper dienen. Von diesen Wabenkörpern sind generell zwei grundlegende Bauformen bekannt, nämlich keramische und metallische Wabenkörper. Die metallischen Wabenkörper werden oftmals aus metallischen Lagen spiralförmig gewickelt oder gestapelt und miteinander verwunden, beispielsweise S- oder evol- ventenformig. Solche aus Lagen aufgebauten metallischen Wabenkörper werden oftmals zumindest teilweise aus zumindest teilweise strukturierten metallischen Lagen und im wesentlichen glatten metallischen Lagen gebildet, wobei die Strukturen der Lagen beim Aufbau des Wabenkörpers Hohlräume, beispielsweise Kanäle bilden. Durch diese Hohlräume strömt das Abgas durch den Wabenkörper. Keramische Wabenkörper werden beispielsweise so extrudiert, dass sich Kanäle bilden, durch die das Abgas strömen kann. Auf den Hohlraumwänden wird ein katalytisch aktives aufgebracht, beispielsweise in Form von Edelmetallpartikeln wie beispielsweise Platin- oder Rhodiumpartikeln in einer Keramikbeschichtung wie beispielsweise einem Washcoat. Die stetige Verschärfung der Grenzwerte in vielen Ländern fuhrt zu erhöhten Anforderungen an den Katalysatorträgerkörper. Insbesondere verlangen gesetzliche Regelungen eine Analyse des Abgases während des Betriebs zur Überwachung der katalytischen Umsetzung und der Funktionalität des Katalysatorträgerkörpers. Eine solche „On-Board-Diagnose" (OBD) verlangt den Einsatz von Messfühlern zur Überwachung von Kenngrößen des Abgases. Solche Kenngrößen sind beispielsweise der Sauerstoffgehalt des Abgases, welcher mit einer Lambda-Sonde bestimmt wird oder auch die Temperatur und der Anteil von Komponenten des Abgases wie zum Beispiel Stickoxid (NOx) oder ähnliches. Somit gibt es unter anderem aufgrund der OBD die Tendenz, einen oder mehrere Messfühler im Wabenkörper auszubilden. Jedoch liegt gleichzeitig - gerade bei modernen Automobilen - nur ein sehr geringer Einbauraum für den Katalysatorträgerkörper vor. Aus der DE 88 16 154 Ul ist beispielsweise ein Trägerkörper für einen katalytischen Reaktor bekannt, dessen Wabenkörper einstückig aus metallischen Wellbändem aufgebaut ist. Dabei ist der Sensor derart an dem Trägerkörper angeordnet, dass sich ein Teil des Sensors in das Innere des Wabenkörpers und ein Teil des Sensors sich außerhalb des Wabenkörpers erstreckt. Der Sensor ist gerade ausgebildet, so dass sich der Teil des Sensors, welcher außerhalb des Wabenkörpers liegt, relativ weit vom Wabenkörper weg erstreckt. Eine solche Anordnung benötigt relativ viel Platz beim Einbau in das Abgassystem eines Automobils.
Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Wabenkörper und eine Lambdasonde vorzuschlagen, die eine Bestimmung mindestens einer Kenngröße des Abgases bei gleichzeitig sehr geringem Platzbedarf des Wabenkörpers und des Messfühlers bzw. der Lambda-Sonde erlauben.
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Wabenkörper mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Lambdasonde mit den Merkmalen des Anspruchs 18. Norteil- hafte Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweiligen abhängigen Ansprüche. Erfindungsgemäß wird ein Wabenkörper, welcher für ein Fluid, insbesondere ein Abgas einer Nerbrennungskraftmaschine, zumindest teilweise in einer Durchströmungsrichtung durchströmbar ist, vorgeschlagen, mit einer eine Wabenstruktur bildenden Mehrzahl von zumindest teilweise durch- strömbaren Hohlräumen, wobei die Wabenstruktur in einem Mantelrohr aufgenommen ist, mindestens einem Messfühler, welcher zumindest einen ersten Teilbereich und einen zweiten Teilbereich aufweist, wobei sich zumindest der zweite Teilbereich des Messfühlers in die Wabenstruk- tur erstreckt und zumindest einen Teil der Hohlräume zumindest teilweise durchdringt, und zumindest der erste Teilbereich sich außerhalb des Mantelrohres erstreckt, wobei der erste und der zweite Teilbereich im wesentlichen starr ausgebildet sind und einen von 180 Grad verschiedenen Winkel in einer die Durchströmungsrich- tung des Wabenkörpers umfassenden ersten Ebene und/oder in einer zur Durchströmungsrichtung des Wabenkörpers senkrechten zweiten Ebene einschließen.
Starr bedeutet in diesem Zusammenhang insbesondere, dass die Teilbereiche durch solche Kräfte, wie sie zum Einbau des Messfühlers in den Wabenkörper oder durch solche Kräfte, wie sie beim Einsatz des Wabenkörpers im Abgassystem eines Automobils, insbesondere als Katalysatorträgerkörper, auftreten können, im wesentlichen nicht verformbar und/oder elastisch sind. Die Durchströmungsrichtung ist durch die Durchströmung des Wabenkörpers von einer ersten Stirnseite zu einer zweiten Stirnseite bestimmt. Insbesondere ist es möglich und erfindungsgemäß, dass innerhalb des Wabenkörpers das Fluid, insbesondere das Abgas, lokal in einer anderen Richtung als der Durchströmungsrichtung strömt.
Ein Wabenkörper ist aus Wabenstruktur und Mantelrohr aufgebaut. Hierbei um- fasst die Wabenstruktur die Hohlräume des Wabenkörpers und ist im Mantelrohr aufgenommen und im Regelfall zumindest in Teilbereichen mit diesem fügetechnisch verbunden, bevorzugt hartgelötet oder geschweißt, gegebenenfalls auch über ein Zwischenelement wie einen Wellmantel oder ähnliches. Der Wabenkörper kann in zylindrischer Form ausgebildet sein, jedoch genauso gut beispielsweise in konischer oder Plattenform, sowie beispielsweise Wabenkörper, die einen nichtrunden, beispielsweise ovalen oder vieleckigen Querschnitt aufweisen.
Der erste und der zweite Teilbereich schließen einen Winkel in einer die Durchströmungsrichtung des Wabenkörpers umfassenden ersten Ebene und/oder in einer zur Durchströmungsrichtung des Wabenkörpers senkrechten zweiten Ebene ein. Der Winkel wird somit durch die beiden Teilbereiche des Messfühlers defi- niert bzw. durch die Lager dieser Teilbereiche zueinander. Hierbei wird die zweite Ebene dadurch definiert, dass sie senkrecht zur Durchströmungsrichtung des Wabenkörpers liegt, dass also der Vektor der Durchströmungsrichtung normal zur zweiten Ebene ist. Die erste Ebene liegt senkrecht zur zweiten Ebene und umfasst den Durchströmungsvektor. Vorzugsweise umfasst die zweite Ebene zumindest die Achse des zweiten Teilbereichs oder die Tangente des zweiten Teilbereichs in einem Kontaktbereich, in dem der erste und der zweite Teilbereich miteinander verbunden sind.
Unter einem Messfühler wird eine Anordnung verstanden, die es erlaubt, Werte zumindest einer Kenngröße des Fluids aufzunehmen, wenn dieses den Wabenkörper durchströmt. Hierbei kann die Kenngröße eine beliebige physikalische und/oder chemische Größe sein, die direkt und/oder indirekt bestimmbar ist. Weiterhin kann der Messfühler nach einem beliebigen physikalischen und/oder chemischen Messprinzip arbeiten. Weiterhin ist es möglich, dass mehr als ein Mess- fuhler, insbesondere zwei, drei oder vier Messfühler, im Wabenkörper ausgebildet sind.
Der Messfühler umfasst weiterhin einen Datenanschluss, über den die erfassten
Werte der mindestens einen Kenngröße abgreifbar sind. Dieser Datenanschluss kann beispielsweise in Form eines Kabels oder auch einer Steckerverbindung vor- liegen, welche den Anschluss eines Kabels erlaubt. Insbesondere kann der Datenanschluss Teil des ersten Teilbereichs sein.
Insbesondere können die Hohlräume des Wabenkörpers Kanäle sein, welche sich von der ersten zur zweiten Stirnseite des Wabenkörpers erstrecken und so das Fluid führen. Jedoch können auch verschiedene Arten von Hohlräumen ausgebildet sein, beispielsweise Kanäle, die von Kavernen unterbrochen sind. Insbesondere sind auch Durchbrechungen und Verbindungen von benachbarten Hohlräumen möglich. Es ist ferner möglich, dass zumindest ein Teil der Hohlräume jeweils eine Öffnung in der ersten Stirnseite und in der zweiten Stirnseite aufweist. So können die Hohlräume zumindest teilweise verschlossen sein, gegebenenfalls auch mit einem zumindest teilweise durchströmbaren Material, so dass sich Strömungssackgassen oder Strömungsengpässe ausbilden. Solche Maßnahmen können zum Aufbau von offenen oder geschlossenen Partikelfiltern ergriffen werden. Diese dienen insbesondere dazu, die im Abgas eines Automobils enthaltenen Partikel, wie zum Beispiel Russpartikel, aus dem Abgas auszufilte n. Hierbei unterscheidet man offene und geschlossene Partikelfilter. Beim geschlossenen Partikelfilter muss das gesamte Abgas geschlossene Kanäle passieren, während bei einem offenen Partikelfilter die Kanäle im wesentlichen frei durchströmbar sind. Hier sind Vorkehrungen getroffen, die dazu führen, dass der Abgasstrom vielfach umgelenkt und durch teilweise durchströmbare Wände gelenkt wird, in denen sich die Partikel ansammeln.
Weiterhin kann der erfindungsgemäße Wabenkörper insbesondere auch als Kata- lysatorträgerkörper im Abgassystem eines Automobils zum Einsatz kommen. Hierzu kann eine Beschichtung aus keramischem Material, beispielsweise ein Washcoat, aufgetragen werden, in welche das katalytisch aktive Material eingebracht ist. Diese keramische Beschichtung führt zu einer weiteren Vergrößerung der reaktiven Oberfläche des Katalysatorträgerkörpers. Weiterhin kann der erfin- dungsgemäße Wabenkörper mit einer entsprechenden Beschichtung ausgestattet werden, die den Einsatz als Speichermedium für zumindest eine Komponente des Abgases erlauben. Dies kann beispielsweise eine Beschichtung sein, die Stickoxide (NOχ) bei niedrigen Temperaturen adsorbiert und bei höheren Temperaturen desorbiert. Der Messfühler ist insbesondere so ausgebildet und in den Wabenkörper eingebracht, dass mehrere Hohlräume des Wabenkörpers zumindest teilweise durchdrungen werden. Dies f hrt dazu, dass die mindestens eine Kenngröße in dem Fluid, welches durch diese Hohlräume strömt bzw. strömen kann, bestimmt wird. Gleichzeitig erfolgt im Regelfall eine Mittelung über das durch diese Hohlräume strömende Fluid. Je nach Anwendungsfall ist es dabei möglich und erfindungsgemäß, den Hohlraum, welchen der Wabenkörper zur Aufnahme des Messfühlers aufweist, möglichst klein zu bemessen, so dass also zwischen Messfühler und den Hohlraumbegrenzungen ein möglichst geringer Abstand ausgebildet ist. Beim Einsatz als Katalysatorträgerkörper führt dies zu einem möglichst geringen Ver- lust an katalytisch aktiver Oberfläche. In anderen Anwendungsfällen kann es jedoch vorteilhaft sein, ein gewisses freies Volumen um den Messfühler herum vorzusehen, um so eine verbesserte Vermischung des Fluids, beispielsweise des Abgases eines Automobils, zu ermöglichen und so Messwerte zu erhalten, die über einen größeren Anteil des Fluids gemittelt sind.
Der erfindungsgemäße Wabenkörper gestattet in vorteilhafter Weise die Kontrolle und Überwachung zumindest einer Kenngröße des Fluids, wobei gleichzeitig der Platzbedarf für den Einbau des Wabenkörpers mit Messfühler gering ist, da der Winkel zwischen erstem und zweitem Teilstück des Messfühlers beliebig gewählt und somit der Platzbedarf an die zur Verfügung stehenden Raumverhältnisse an- gepasst werden kann. Hierbei kann es vorteilhaft sein, zumindest eines der beiden Teilstücke gerade auszubilden oder auch gekrümmt. Somit ist es erfindungsgemäß möglich, beispielsweise dass zweite Teilstück gerade auszubilden, während das erste Teilstück gekrümmt ist. Hierbei kann vorteilhafter Weise die Krümmung des ersten Teilstücks an die Krümmung des Wabenkörpers im Bereich des Austritts des ersten Teilstücks angepasst werden. In einem solchen Fall bestimmt sich der Winkel als der Winkel zwischen der Tangente im Kontaktbereich zwischen erstem und zweitem Teilbereich und der Achse oder Tangente des anderen Teilbereichs im Kontaktbereich zwischen den beiden Teilbereichen. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Wabenkörpers ist der mindestens eine Messfiihler als Lambdasonde ausgebildet.
Gerade bei der OBD in der Abgasanlage eines Automobils bilden Lambdasonden einen wichtigen Messfühler, welche die Bestimmung des Kraftstoff- /Sauerstoffverhältnisses gestatten. Weiterhin ist es vorteilhaft, jeweils eine Lambdasonde vor dem Wabenkörper beziehungsweise im Anfangsbereich des Wabenkörpers, bevorzugt innerhalb der ersten 20% der Länge des Wabenkörpers, auszubilden und eine weitere im Endbereich, bevorzugt innerhalb der letzten 20% der Länge des Wabenkörpers oder in Durchströmungsrichtung hinter dem Wabenkör- per auszubilden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung umfasst der mindestens eine Messfühler mindestens eine der folgenden Kenngrößen des Fluids: a) Temperatur; b) Anteil mindestens einer Komponente des Fluids;
Da beim Einsatz des erfindungsgemäßen Wabenkörpers als Katalysatorträgerkörper im Abgassystem eines Automobils generell das Abgas eine hohe Temperatur aufweist und zudem die katalysierten Reaktionen exotherm verlaufen, ist die Temperatur des Wabenkörpers, beziehungsweise des diesen durchströmenden Abgases, eine wichtige Kenngröße sowohl für den Betriebszustand und allgemeinen Zustand des Wabenkörpers, als auch für den Grad der Umsetzung, der mit der katalytischen Reaktion erreicht wird. Weiterhin kann der Messfühler in vorteilhafter Weise auch einen Anteil mindestens einer Komponente des Abgases erfassen, wie zum Beispiel den Sauerstoffanteil, den Stickoxidanteil, den Ammoniakanteil und/oder den Kohlenwasserstoffanteil. Auch die so erfassten Messwerte können in vorteilhafter Weise zur Steuerung und Überwachung zumindest der Abgasanlage eines Automobils eingesetzt werden. Insbesondere ist auch die Ausbildung von kombinierten Messfühlern möglich und erfindungsgemäß, welche beispielsweise einerseits die Funktion einer Lambdasonde erfüllen und andererseits zusätzlich noch die Temperatur und/oder einen Anteil einer Komponente des Abgases erfassen.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist der mindestens eine Messfühler Mittel zur Behinderung von Wärmeleitung auf, so kann diesen bei- spielsweise nahe dem ersten Teilbereich zumindest teilweise eine wärmeisolierende Schicht umgeben.
Durch die gewinkelte Ausführung des Messfühlers ist der erste Teilbereich des Messfühlers näher am Wabenkörper als bei einer ungewinkelten Ausführung des Messfühlers. Wird der erfindungsgemäße Wabenkörper im Abgassystem eines Automobils eingesetzt, beispielsweise als Katalysatorträgerkörper, Adsorberkör- per, Partikelfilter, Partikelfalle oder auch als kombiniertes Element als Kombinationen daraus, so ist der Wabenkörper und mithin auch der Messfühler hohen Temperaturen, beispielsweise bis zu 1000 Grad Celsius und mehr je nach Lage des Wabenkörpers in Bezug auf die Verbrennungskraftmaschine, ausgesetzt, die eine starke thermische Belastung des Materials vor allem des Messfühlers bedingen. Diesem Effekt wird erfindungsgemäß durch die Ausbildung einer wärmesisolierenden Schicht insbesondere im ersten Teilbereich des Messfühlers Rechnung getragen. Diese Wärmeisolierung ist so ausgebildet, dass sie an die hohen auftre- tenden thermischen Transienten und/oder Gradienten angepasst ist und diese nicht zu einem schnellen Verschleiß des Materials der Wärmeisolierung unter den Einsatzbedingungen beispielsweise im Abgassystem eines Automobils führen.
Neben diesen Mitteln zur Wärmeisolierung können auch dem Fachmann weitere, bekannte Mittel eingesetzt werden, um eine unerwünschte Wäraiezufuhr von dem
Mantelrohr des Gehäuses bzw. von der Wärmestruktur (z.B. auch durch Wärme- Strahlung) auf temperaturempfindliche Teilbereiche des Messfühlers zu behindern bzw. sogar zu unterbinden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Wa- benkörpers beträgt der von dem ersten Teilbereich und dem zweiten Teilbereich eingeschlossene Winkel 60 bis 120 Grad, bevorzugt 75 bis 105 Grad, besonders bevorzugt 85 bis 95 Grad.
Insbesondere bei einer Ausführungsform, bei der Winkel zumindest einen Anteil in einer die Durchströmungsrichtung des Wabenkörpers umfassenden Ebene aufweist, sind Winkel von weniger als 90 Grad vorteilhaft. Allgemein erlaubt ein Winkel von 90 Grad einen möglichst geringen Platzbedarf zum Einbau des Wabenkörpers samt Messfühler. Winkel von mehr als 90 Grad können ebenfalls dann vorteilhaft sein, wenn der Winkel zumindest einen Anteil in einer die Durchströ- mungsrichtung umfassenden Ebene aufweist. Solche Winkel verringern die durch Aufheizung des ersten Teilstücks und insbesondere von im ersten Teilbereich ausgebildeten Datenanschlüssen und Verschleißprobleme in diesen Bereichen.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Wa- benkörpers beträgt der von dem ersten Teilbereich und dem zweiten Teilbereich eingeschlossene Winkel im wesentlichen 90 Grad.
Ein im wesentlichen rechter Winkel bedingt in vorteilhafter Weise einen sehr platzsparenden Einbau des Wabenkörpers und des Messfühlers.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Wabenkörpers ist zumindest ein Teilbereich des Messfühlers zumindest teilweise gekrümmt.
Dies erlaubt insbesondere bei Krümmung des ersten Teilbereichs eine weitere Möglichkeit der Platzersparnis, da beispielsweise der Messfühler so gekrümmt sein kann, dass ein Freiraum zwischen dem erstem Teilbereich und der Außenseite des Mantelrohres des Wabenkörpers besteht, welcher sich von der Aufnahme des Messfühlers nach außen hin vergrößert. Auch dies gestattet in vorteilhafter Weise die Verringerung der durch die Aufheizung des Messfühlers bedingten Probleme. Weiterhin ist es auch möglich, die Krümmung des ersten Teilbereichs so zu gestalten, dass dieser nahe an der Außenseite des Mantelrohres des Wabenkörpers anliegt. Dies führt zu einer weiteren Platzersparnis, da sich der Messfühler quasi an den Wabenkörper anschmiegt. Hierbei ist eine genügende Wärmeisolierung vorgesehen, die thermische Schädigungen des Messfühlers im wesentlichen verhindert. In einem solchen Fall bestimmt sich der durch den ersten und den zweiten Teilbereich eingeschlossene Winkel als der Winkel zwischen der Tangente im Kontaktbereich zwischen erstem und zweitem Teilbereich und der Achse oder Tangente des anderen Teilbereichs. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Wabenkörpers ist die Krümmung des gekrümmten Teilbereichs an die Krümmung des Wabenkörpers und/oder an die geometrischen Verhältnisse im Wabenkörper angepasst.
Eine Anpassung der Krümmung des ersten Teilbereichs an die äußere Krümmung des Wabenkörpers, beziehungsweise des Mantelrohres des Wabenkörpers ist vorteilhaft, da diese eine größtmögliche Platzersparnis bedingt. Weiterhin kann eine Anpassung der Krümmung des zweiten Teilbereichs an die geometrischen Verhältnisse im Wabenkörper eine sehr gezielte Auswahl der Teile des Fluids ermög- liehen, deren Messwerte durch den Messfühler erfasst werden. Eine Anpassung an die geometrischen Verhältnisse im Wabenkörper heißt beispielsweise, dass bei Ausbildung des Wabenkörpers aus zumindest teilweise strukturierten und im wesentlichen glatten metallischen Lagen, die evolventenformig miteinander verwunden sind, auch der zweite Teilbereich eine im wesentlichen evolventenartige Form aufweist. So können insbesondere spezifische Teilströmungen ausgewählt werden, in denen die Messwerte erfasst werden. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Wabenkörpers ist der Wabenkörper zumindest teilweise aus zumindest einer metallischen Lage ausgebildet.
Die Ausbildung des Wabenkörpers aus metallischen Lagen, beispielsweise Blechlagen und/oder metallischen Faserlagen, bevorzugt aus hochtemperatur- und korr- sionsfesten Metallen, beispielsweise hochtemperaturfesten Stählen, ermöglicht in vorteilhafter Weise den Aufbau von Wabenkörpern, die auch den harten Bedin- gungen im Abgassystem eines Automobils standhalten können. Die Ausbildung aus metallischen Lagen ermöglicht zudem eine sehr variable Gestaltung insbesondere der Hohlräume des Wabenkörpers. Hier und im folgenden wird unter einer metallischen Lage neben einer Lage, die aus einem einzigem Material aufgebaut ist, also beispielsweise eine Blechlage oder eine zumindest teilweise für ein Fluid durchströmbare Lage, beispielsweise aus metallischem Fasermaterial, auch eine Lage verstanden, die aus mehreren Materialien oder auch Bereichen aufgebaut ist, beispielsweise eine Lage, die Bereiche aus Blech und Bereiche aus metallischem Fasermaterial aufweist. Hierunter fallen insbesondere auch metallische Faserlagen, die durch mindestens einen Streifen aus Blech verstärkt sind oder auch nur einzelne Bereiche aufweisen, die katalytisch beschichtet sind.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Wabenkörpers ist der Wabenkörper aus einer Mehrzahl von zumindest teilweise strukturierten und im wesentlichen glatten metallischen Lagen aufgebaut, die ge- stapelt und miteinander verwunden oder aufgewickelt sind.
Hierbei werden in vorteilhafter Weise beispielsweise zwei metallische Lagen spiralförmig aufgewickelt, von denen eine zumindest teilweise strukturiert, beispielsweise gewellt, und die andere im wesentlichen glatt ist. Beim spiralförmigen Aufwickeln dieser beiden Lagen entstehen durch das Zusammenwirken der Struk- turen mit der im wesentlichen glatten metallischen Lage eine Mehrzahl von Kanälen, die sich über die gesamte Länge des Wabenkörpers erstrecken.
Es ist ebenfalls erfindungsgemäß möglich, mindestens eine zumindest teilweise strukturierte Lage mit mindestens einer im wesentlichen glatten Lage zu stapeln und wenigstens einen Stapel zu verwinden. So können beispielsweise zwei Stapel S-förmig gegensinnig oder auch drei Stapel evolventenförmig miteinander verwunden werden. Unter einer im wesentlichen glatten Lage versteht man eine Lage, die gegebenenfalls Mikrostrukturierungen aufweist, deren Strukturierungsamplitude jedoch kleiner, bevorzugt wesentlich kleiner, als die Strukturierungsamplitude der zumindest teilweise strukturierten metallischen Lage ist. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Wabenkörpers ist der Wabenkörper aus zumindest einer zumindest teilweise strukturierten metallischen Lage und gegebenenfalls mindestens einer im wesentlichen glatten metallischen Lage aufgewickelt.
Insbesondere der Aufbau eines spiralförmig gewickelten Wabenkörpers ist erfindungsgemäß durch das spiralförmige Aufwickeln nur einer zumindest teilweise strukturierten metallischen Lage möglich. Hierbei kann die Lage beispielsweise in einer Hälfte strukturiert und in der anderen Hälfte glatt sein. Die Lage wird in der Mitte gefalten und die gefaltene Lage dann aufgewickelt. Genausogut kann die metallische Lage auch zur Gänze strukturiert sein und dann aufgewickelt werden, wobei sichergestellt werden muss, dass die Strukturen beim Aufwickeln nicht ineinanderrutschen. Dies kann beispielsweise durch kleine Abstandshalter gewährleistet werden, die ein Ineinanderrutschen verhindern. Die Hohlräume des Wabenkörpers werden in einem solchen Fall dann nicht durch im wesentlichen glatte metallische Lagen und die Strukturen der zumindest teilweise strukturierten Lage begrenzt, sondern nur durch die Strukturen der stπikturierten Lage gebildet. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Wabenkörpers sind die metallischen Lagen zumindest teilweise und/oder zumindest ein Teil der metallischen Lagen aus einem zumindest teilweise für ein Fluid durchströmbaren Material, bevorzugt einem Fasermaterial, aufgebaut.
Dies ermöglicht insbesondere den Aufbau von Partikelfiltern, bei denen zumindest ein Teil der Hohlraumbewandungen aus einem zumindest teilweise strukturierten Material aufgebaut sind, welche von dem Fluid durchströmt werden kön- nen. Hierbei ist es erfindungsgemäß möglich, dass der Wabenkörper aus metallischen Lagen besteht, von denen ein Teil eine im wesentlichen nicht durchströmbare Blechlage ist, gegebenenfalls zumindest in Teilen perforiert, während ein anderer Teil aus zumindest teilweise durchströmbarem Material gebildet ist. Als zumindest teilweise durchströmbares Material ist beispielsweise die Verwendung von metallischem Fasermaterial, insbesondere gesintertem metallischem Fasermaterial, möglich.
Weiterhin ist es genauso gut möglich, erfindungsgemäß einen Wabenkörper aufzubauen, welcher in Durchströmungsrichtung Bereiche aufweist, dessen Hohl- raumwände von einem Fluid zumindest teilweise durchströmbar sind und andere Bereiche, die im wesentlichen nicht durchströmbar sind. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass zumindest ein Teil der metallischen Lagen in Durchströmungsrichtung des Wabenkörpers aus beispielsweise zwei Bereichen aufgebaut sind, wobei ein Bereich aus Blech und der andere aus metallischem Fasermaterial ausgeführt ist. Beispielsweise ist es außerdem erfindungsgemäß möglich, eine metallische Lage aus Fasermaterial in Teilbereichen mit Blechstreifen zu verstärken.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Wa- benkörpers, welcher zumindest teilweise aus zumindest teilweise mit einer Strukturwiederhollänge strukturierten Lagen aufgebaut ist, sind zumindest in Teilberei- chen zumindest eines Teils der Lagen Löcher ausgebildet, deren Abmessungen zumindest teilweise größer als die Strakturwiederhollänge, bevorzugt wesentlich größer als die Strukturwiederhollänge sind. Hierbei sind bevorzugt Abmessungen der Löcher, die zumindest in einer Raumrichtung zwischen zwei- und zehnmal, besonders bevorzugt zwischen zwei- und fünfmal, größer als die Strukturwiederhollänge sind. Es ist erfindungsgemäß sowohl möglich, im wesentlichen runde Löcher einzubringen, als auch ovale Löcher, die in einer ersten Richtung eine erste Länge aufweisen und in einer zweiten, zur ersten Richtung senkrechten Richtung eine zweite Länge aufweisen, die ein mehrfaches der ersten Länge beträgt. Auch beliebige andere Lochformen, genauso wie spezielle Ausrichtungen der Löcher in Bezug auf die Durchströmungsrichtung des Wabenkörpers sind möglich und erfindungsgemäß. Durch die Ausbildung von Löchern, deren Abmessungen größer als die Strukturwiederhollänge sind, in den oder in einzelnen Lagen können nach dem Wickeln oder Verwinden kavernenartige Hohlräume gebildet werden, in denen die Flu- idströmung beim Durchströmen des Wabenkörpers verwirbelt wird. Beim Einsatz beispielsweise als Katalysatorträgerkörper im Abgassystem eines Automobils führt dies zu einer guten Durchmischung des Abgases und somit zu einer guten katalytischen Umsetzung, da so laminare Randströmungen vermieden werden. Weiterhin können so die Katalysatorträgerkörper bei gleicher Umsetzungseffektivität leichter und mit geringerem Materialeinsatz ausgeführt werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Wabenkörpers sind in zumindest einem Teil der Lagen MikroStrukturen, bevorzugt in einem Winkel zur Durchströmungsrichtung, besonders bevorzugt in einem im wesentlichen rechten Winkel zur Durchströmungsrichtung, Umstülpungen, und/oder Löcher mit Abmessungen kleiner als die Strukturwiederhollänge ausge- bildet. MikroStrukturen zeichnen sich dadurch aus, dass ihre Strukturierungsamplitude kleiner, bevorzugt deutlich kleiner, als die Strukturierungsamplitude der zumindest teilweise strukturierten metallischen Lagen ist. Diese Mikrostrukturierungen sorgen für eine Verwirbelung der Fluidströmung. Beim Einsatz eines erfindungs- gemäßen Wabenkörper im Abgassystem eines Automobils, beispielsweise als Katalysatorträgerkörper, sorgen solche Mikrostrukturierungen für eine gute Durchmischung der Abgase und für die Verhinderung von laminaren Randströmungen. Bevorzugt sind diese MikroStrukturen in einem Winkel zur Durchströmungsrichtung ausgebildet, besonders bevorzugt in einem Winkel von 90 Grad. Jedoch sind auch andere Winkel möglich und erfindungsgemäß, so zum Beispiel 30, 45 oder 60 Grad.
Weiterhin können erfindungsgemäß Umstülpungen ausgebildet sein. Hierbei handelt es sich beispielsweise um Strömungsleitflächen, die im Zusammenwirken mit einer Durchbrechung der Hohlraumwand für einen Strömungsaustausch zwischen benachbarten Hohlräumen sorgen. Hierbei kommt es neben einer Umlenkung der Fluidströmung in einem Hohlraum zusätzlich zu einer Verwirbelung der Strömung, so dass laminare Randströmungen vermieden oder verwirbelt werden. Laminare Randströmungen sind insbesondere beim Einsatz des Wabenkörpers im Abgassystem eines Automobils im Regelfall unerwünscht, da sie beispielsweise beim Einsatz des Wabenkörpers als Katalysatorträgerkörper für eine verringerte Umsetzungseffektivität sorgen. Beim Einsatz beispielsweise als Adsorber wird die Adsorptionsrate durch laminare Randströmungen gesenkt, während beim Einsatz als Partikelfilter die Filterrate reduziert wird.
Die oben erwähnten Möglichkeiten der Strömungsbeeinflussung können auch kumulativ eingesetzt werden, beispielsweise also Löcher mit Abmessungen größer als die Strukturwiederhollänge der Strukturierung gemeinsam mit Löchern, deren Abmessung kleiner ist als die Strukturwiederhollänge der Strukturierung oder auch mit Umstülpungen und/oder Mikrostrukturierungen. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Wabenkörpers ist der Wabenkörper aus einem keramischen Material ausgebildet.
Die Ausbildung des Wabenkörpers aus keramischem Material ist auf verschiedene Arten möglich. Beispielsweise kann der Wabenkörper extrudiert oder schichtweise aus keramischem Pulver aufgebaut werden. Keramische Wabenkörper können bei entsprechender Ausbildung der Hohlraumwände und/oder einer entsprechenden Beschichtung im Abgassystem eines Automobils als Katalysatorträgerkörper, als Adsorberkörper oder auch als Partikelfilter eingesetzt werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Wabenkörpers ist der Wabenkörper extrudiert ausgebildet.
Hierbei ist insbesondere ein extrudierter keramischer oder metallischer Waben- körper erfindungsgemäß möglich.
Ein weiteres Verfahren zur Herstellung solcher Wabenkörper kann das schichtweise Auftragen einer verfestigbaren Masse umfassen, die durch Temperatur oder Licht wiederholt ausgehärtet wird. Auf diese Weise lassen sich beliebig komplexe Strukturen auch mit Hinterschneidungen herstellen. Dieses aus dem Rapid- Prototyping kommende Verfahren wird bereits zum Teil auch in der Serienfertigung eingesetzt.
Gemäß einem weiteren Aspekt des erfinderischen Gedankens wird eine Lambda- sonde zum Einsatz in einem Wabenkörper vorgeschlagen, wobei die Lambdasonde einen ersten Teilbereich und einen zweiten Teilbereich aufweist, die einen von 180 Grad verschiedenen Winkel einschließen.
Eine erfindungsgemäße Lambdasonde kann in vorteilhafter Weise in einem ent- sprechenden Wabenkörper zur Überwachung des Sauerstoffanteils im Abgas eingesetzt werden. Hierzu wird die Lambdasonde mit dem zweiten Teilbereich in eine entsprechende Aufnahme des Wabenkörpers eingebracht. Die erfindungsgemäße gewinkelte Lambdasonde erlaubt in vorteilhafter Weise den platzsparenden Aufbau eines Wabenkörpers, in dem die Lambdasonde zur Überwachung des Sauerstoffanteils im Abgas eingesetzt werden kann.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lambdasonde ist zumindest einer der Teilbereiche gekrümmt.
Eine gekrümmte Ausbildung zumindest eines der beiden Teilbereiche erlaubt in vorteilhafter Weise beispielsweise eine Anpassung der Form der Lambdasonde an eine Krümmung eines Wabenkörpers.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lambdasonde weist die Lambdasonde eine wärmeisolierende Schicht, bevorzugt im Bereich des ersten Teilbereichs auf.
Da der erste Teilbereich beim Einbau der Lambdasonde in einen Wabenkörper ausserhalb des Mantelrohres des Wabenkörpers liegt, ist hier aufgrund der kritischen Temperaturverhältnisse beispielsweise im Abgassystem eines Automobils erfindungsgemäß eine zusätzliche Wärmeisolierung vorgesehen, die die Lambdasonde in vorteilhafter Weise vor thermischen Schädigungen schützt.
Die oben für einen Messfühler in einem Wabenkörper aufgeführten Details und Vorteile treffen in gleicher Weise für die erfindungsgemäße Lambdasonde zu und umgekehrt, so dass für den Wabenkörper mit Messfühler offenbarte Details und Vorteile in gleicher Weise für die Lambdasonde offenbart sind und umgekehrt.
Im folgenden werden weitere Vorteile und bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung dargelegt, ohne das die Erfindung darauf be- schränkt wäre. Es zeigen: Fig. 1 schematisch ein erstes Ausfuhrungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wabenkörpers im Querschnitt;
Fig. 2 schematisch das erste Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wabenkörpers in einer perspektivischen seitlichen Ansicht;
Fig. 3 schematisch ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wabenkörpers im Querschnitt; Fig. 4 schematisch ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wabenkörpers im Querschnitt;
Fig. 5 schematisch ein viertes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wabenkörpers im Querschnitt; und
Fig. 6 schematisch ein fünftes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wabenkörpers in einem Längsschnitt.
Fig. 1 zeigt schematisch einen erfindungsgemäßen Wabenkörper 1 im Quer- schnitt, der eine Wabenstruktur 2 und ein Mantelrohr 3 umfasst. Die Wabenstruktur 2 weist durchströmbare Hohlräume 4 auf, die durch im wesentlichen glatte metallische Lagen 5 und zumindest teilweise strukturierte, im vorliegenden Beispiel gewellte, metallische Lagen 6 gebildet werden.
Hierbei sind unter metallischen Lagen 5, 6 generelle Lagen aus metallischem Material zu verstehen, insbesondere Blechlagen, zumindest teilweise für ein Fluid durchströmbare metallische Lagen, beispielsweise metallische Faserlagen oder gesinterte Materialien, sowie Kombinationen daraus, wie beispielsweise mit Blechstreifen oder -bereichen verstärkte metallische Faserlagen. Auch Kompo- sitmaterial, welches teilweise aus keramischem Material, beispielsweise keramischem Fasermaterial, besteht, ist erfindungsgemäß unter dem Begriff metallische Lage zu verstehen. Generell können die metallischen Lagen 5, 6 auch aus unterschiedlichen Materialien ausgebildet sein, beispielsweise können die im wesentlichen glatten Lagen 5 und/oder die zumindest teilweise strukturierten metallischen Lagen 6 zum Teil aus Blechlagen und zum Teil aus metallischem und/oder kera- mischem Fasermaterial ausgebildet sein. Die so aufgebauten Wabenkörper können in vorteilhafter Weise als verschiedene Komponenten im Abgassystem eines Automobils eingesetzt werden, insbesondere als Katalysatorträgerkörper, als Adsor- berkörper und/oder als Partikelfilter. Die metallischen Lagen 5, 6 sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel zu drei Stapeln gestapelt, die evolventenformig mit- einander verwunden sind. Auch andere Wickel- oder Windungstype, wie beispielsweise eine gegensinnige oder S-formige Verwindung zweier Stapel oder auch ein spiralförmiges Aufwickeln einer oder mehrerer Lagen 5, 6 sind erfindungsgemäß genauso möglich wie die Ausbildung der Wabenstruktur 2 aus Keramik oder als extrudierte Metallstruktur. Auch ein plattenförmiger Aufbau der Wabenstruktur 2 aus einem oder mehreren metallischen Lagen, von denen zumindest ein Teil zumindest teilweise strukturiert ist, ist erfindungsgemäß möglich. Die Lagen 5, 6 sind miteinander und die Wabenstruktur 2 mit dem Mantelrohr 3 zumindest in Teilbereichen fügetechnisch verbunden, insbesondere hartgelötet und/oder geschweißt.
Der Wabenkörper 1 weist weiterhin einen Messfühler 7 auf, welcher einen ersten Teilbereich 8 und einen zweiten Teilbereich 9 aufweist. Auch die Ausbildung von mehreren Messfühlern 7 ist erfindungsgemäß möglich. Im vorliegenden ersten Ausführungsbeispiel sind der erste Teilbereich 8 und der zweite Teilbereich 9 jeweils gerade ausgeführt. Der zweite Teilbereich 9 ist hierbei in einer Aufnahme 10 innerhalb der Wabenstruktur 2 aufgenommen. Diese Aufnahme 10 ist durch einen entsprechenden Hohlraum innerhalb der Wabenstruktur 2 und ein entsprechendes Anschlussstück 11 im Mantelrohr 3 gebildet. In dieser Aufnahme 10 ist der zweite Teilbereich 9 des Messfühlers 7 aufgenommen, so dass der Kon- taktbereich 12 zwischen erstem Teilbereich 8 und zweitem Teilbereich 9 des Messfühlers 7 im Anschlussstück 11 ausgebildet ist. Im Kontaktbereich 12 schlie- ßen der erste Teilbereich 8 und der zweite Teilbereich 9 einen Winkel W ein. Dieser Winkel W liegt im Regelfall im Bereich von 60 bis 120 Grad, bevorzugt 75 bis 105 Grad, besonders bevorzugt 85 bis 95 Grad. Ein weiterer bevorzugter Wert des Winkels W liegt bei im wesentlichen 90 Grad. Der Winkel W kann im wesentli- chen in Bezug auf zwei Ebenen definiert werden, die Fig. 2 zu entnehmen sind.
Fig. 2 zeigt das erste Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Wabenkörpers 1 in einer seitlichen Ansicht. Der Wabenkorper 1 weist eine erste Stirnseite 13 und eine zweite Stirnseite 14 auf, wobei die Lagen 5, 6 und Hohlräume 4 der Ü- bersichtlichkeit halber nicht gezeigt sind. Beim Einbau des Wabenkörpers 1 beispielsweise in das Abgassystem eines Automobils wird der Wabenkörper 1 von der ersten Stirnseite 13 zur zweiten Stirnseite 14 in Durchströmungsrichtung 15 durchströmt. Je nach Ausbildung der metallischen Lagen 5, 6 können in der Wabenstruktur 2 lokal andere Strömungsrichtungen des Abgases vorliegen, jedoch bleibt dies unerheblich für die Durchströmungsrichtung 15. Jedoch ist es genauso möglich, nicht gezeigte Mittel zur Strömungsumkehr auszubilden, die hinter der zweiten Stirnseite 14 eine Strömungsumkehr bewirken, so dass also in einem Teilbereich des Wabenkörpers 1 eine Strömungsrichtung in Durchströmungsrichtung 15 und in einem anderen Teilbereich eine Strömungsrichtung im wesentli- chen entgegengesetzt zur Durchströmungsrichtung 15 vorliegt.
Der Winkel W lässt sich jeweils in zwei Anteile in zwei Ebenen zerlegen, in dem man beispielsweise die erste Längsachse 16 des ersten Teilbereichs 8 und die zweite Längsachse 17 des zweiten Teilbereichs 9, jeweils betrachtet im Kontakt- bereich 12 als Vektoren betrachtet und eine Polarkoordinatendarstellung vornimmt. Die erste Ebene 18 ist eine Ebene, die die Durchströmungsrichtung 15 umfasst. Eine mögliche erste Ebene 18 ist in Fig. 2 gezeigt. Eine zweite Ebene 19 ist die Ebene, für die der Vektor der Durchströmungsrichtung 15 die Flächennormale darstellt, die also senkrecht zur Durchströmungsrichtung 15 des Wabenkör- pers 1 ist. Die zweite Ebene 19 ist ebenfalls in Fig. 2 gezeigt. Somit liegt der Winkel W, den der erste Teilbereich 8 und der zweite Teilbereich 9 einschließen, in der ersten Ebene 18 und/oder der zweiten Ebene 19.
Im in den Figuren 1 und 2 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel liegt der Winkel W allein in der zweiten Ebene 19. Teilt man den Winkel W in einen ersten Anteil Wl, der in der ersten Ebene 18 liegt, und einen zweiten Anteil W2, der in der zweiten Ebene 19 liegt, so wäre der zweite Anteil W2 im vorliegenden Beispiel identisch zum Winkel W, während der erste Anteil Wl null beträgt. Der Messfühler 7 ist im ersten Teilbereich 8 und im zweiten Teilbereich 9 starr ausgebildet. Starr bedeutet in diesem Zusammenhang insbesondere, dass die Teilbereiche 8, 9 durch solche Kräfte, wie sie zum Einbau des Messfühlers 7 in den Wabenkörper 1 oder durch solche Kräfte, wie sie beim Einsatz des Wabenkörpers 1 im Abgassystem eines Automobils auftreten können, im wesentlichen nicht ver- formbar und/oder elastisch sind. Bei dem Messfühler 7 handelt es sich in vorliegendem Ausführungsbeispiel um . eine Lambdasonde. Alternativ oder zusätzlich kann der Messfühler 7 jedoch auch die Temperatur und/oder einen Anteil einer Komponente des Fluids, wie beispielsweise Stickoxide (NOx) im Abgas eines
Automobils, sowie beliebige weitere Kenngrößen des strömenden Fluids erfassen.
Der erfindungsgemäße Wabenkörper 1 erlaubt in vorteilhafter Weise eine Kontrolle zumindest einer Kenngröße des den Wabenkörper 1 durchströmenden Fluids, bevorzugt des Abgases einer Verbrennungskraftmaschine eines Automobils bei gleichzeitig kleinem Platzbedarf für den Einbau des Wabenkörpers 1 bei- spielsweise im Abgassystem eines Automobils. Dies ist durch die im Winkel W gewinkelte Ausführung des Messfühlers 7 bedingt, die im Vergleich zu einem ungewinkelten, also geraden Messfühler einen erheblich geringeren Platzbedarf zum Einbau benötigt. Durch die gewinkelte Ausführung des Messfühlers 7 ist der erste Teilbereich 8 erheblich näher am Mantelrohr 3 ausgebildet als bei einer un- gewinkelten Ausführung. Bei Einbau des Wabenkörpers 1 in einem Abgassystem eines Verbrennungsmotors aufgrund der hohen Temperaturen der Abgase werden generell hohe Anforderungen an die Temperaturfestigkeit der verwendeten Materialien gestellt, die durch die gewinkelte Ausführung des Messfühlers 7 noch erhöht werden. Eine weitere Erhöhung der Temperatur, sowie thermische Gradienten und/oder Transienten resultieren neben dem pulsatilen Auftreten des Abgases beim Einsatz des Wabenkörpers 1 als Katalysatorträgerkörper auch in dem exothermen Charakter der katalytischen Umsetzungen. Da der erste Teilbereich 8 aufgrund der gewinkelten Ausführungsform näher am Mantelrohr 3 liegt und damit höheren Temperaturen ausgesetzt ist, ist eine Wärmeisolierung 20 ausgebildet, die aus bekannten hitzebeständigen und/oder wärmeisolierenden Materialien aus- gebildet ist. Diese Wärmeisolierung 20 verhindert in vorteilhafter Weise eine thermische Schädigung des Messfühlers 7, insbesondere des ersten Teilbereichs 8.
Fig. 3 zeigt schematisch ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wabenkörpers 1 im Querschnitt, wobei auf Details des Aufbaus der Waben- Struktur 2 verzichtet wurde, da dieser identisch zum ersten Ausführungsbeispiel ist. Der Übersichtlichkeit halber bei diesem wie auch bei den folgenden Ausführungsbeispielen auf die Beschreibung von Details, die im Vergleich zum ersten Ausführungsbeispiel identisch sind, verzichtet und im folgenden auf die oben offenbarte Beschreibung verwiesen. Im zweiten Ausführungsbeispiel ist der erste Teilbereich 8 des Messfühlers 7 gekrümmt ausgeführt. Im Kontaktbereich 12 liegt wieder ein Winkel W vor, der durch die Tangente 21 des ersten Teilbereichs 8 im Kontaktbereich 12 und die zweite Achse 17 des zweiten Teilbereichs 9 gebildet ist. Im zweiten Ausführungsbeispiel ist der Winkel W in der zweiten Ebene 19 aufgespannt.
Fig. 4 zeigt schematisch ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wabenkörpers 1 im Querschnitt. In dieser sind sowohl der erste Teilbereich 8 als auch der zweite Teilbereich 9 gerade ausgebildet. Beide Teilbereiche 8, 9 sind im Kontaktbereich 12 verbunden, in welchem sie den Winkel W einschließen, der im dritten Ausführungsbeispiel im wesentlichen 90 Grad beträgt. Der Winkel W ist im dritten Ausführungsbeispiel in der zweiten Ebene 19 aufgespannt. Ein Winkel W von im wesentlichen 90 Grad erlaubt in besonders vorteilhafter Weise einen sehr platzsparenden Aufbau von Wabenkörper 1 und Messfühler 7.
Fig. 5 zeigt schematisch ein viertes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wabenkörpers 1 aus einer Wabenstruktur 2 und einem Mantelrohr 3 im Querschnitt. Im Wabenkörper 1 ist ein Messfühler 7 ausgebildet, welcher einen ersten Teilbereich 8 und einen zweiten Teilbereich 9 aufweist, welche in einem Kontaktbereich 12 verbunden sind. Der erste Teilbereich 8 ist gekrümmt ausgebildet, wobei die Krümmung des ersten Teilbereichs 8 der Krümmung des Mantelrohres 3 im Bereich der Anlage des ersten Teilbereichs 8 entspricht. Der Winkel W, der von der Tangente 21 des ersten Teilbereichs 8 im Kontaktbereich 12 mit der zweiten Achse 17 des zweiten Teilbereichs 9 eingeschlossen wird, beträgt im wesentlichen 90 Grad. Dies bewirkt im Zusammenwirken mit der Krümmung des ersten Teilbereichs 8 eine besonders platzsparende Ausführung des Wabenkörpers 1 mit Messfühler 7.
Fig. 6 zeigt schematisch ein fünftes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wabenkörpers 1 in einem Längsschnitt. Der Wabenkörper 1 weist eine erste Stirnseite 13 und eine zweite Stirnseite 14 auf, durch die der Wabenkörper 1 in Durchströmungsrichtung 15 durchströmbar ist. Im Wabenkörper 1 ist ein Messfühler 7 ausgebildet, welcher mit einem ersten Teilbereich 8 außerhalb des Wabenkörpers 1, also außerhalb des Mantelrohres 2, und mit einem zweiten Teilbereich 9 innerhalb der Wabenstruktur 2 liegt. Im Kontaktbereich 12 schließen der erste Teilbereich 8 und der zweite Teilbereich 9 einen Winkel W ein, der in der ersten Ebene 18 liegt. Diese erste Ebene 18 umfasst, wie oben dargelegt, die Durchströmungsrichtung 15 des Wabenkörpers 1.
Die hier gezeigten Ausfuhrungsbeispiele weisen jeweils Winkel W auf, die entweder allein in der ersten Ebene 18 oder der zweiten Ebene 19 liegen. Erfin- dungsgemäß ist es jedoch genauso möglich, dass der erste Teilbereich 8 und der zweite Teilbereich 9 einen Winkel W aufspannen, der sowohl in der ersten Ebene 18 als auch in der zweiten Ebene 19 liegt.
Ein erfindungsgemäßer Wabenkörper 1 erlaubt durch den gewinkelten Aufbau des Messfühlers 7 in vorteilhafter Weise einen sehr platzsparenden Einbau des Wabenkörpers 1 mit dem mindestens einen Messfühler 7.
Bezugszeichenliste
1 Wabenkörper 2 Wabenstruktur 3 Mantelrohr 4 Hohlraum 5 im wesentlichen glatte Lage 6 zumindest teilweise strukturierte Lage 7 Messfühler 8 erster Teilbereich 9 zweiter Teilbereich 10 Aufnahme 11 Anschlussstück 12 Kontaktbereich 13 erste Stirnseite
14 zweite Stirnseite
15 Durchströmungsrichtung
16 erste Längsachse
17 zweite Längsachse
18 erste Ebene
19 zweite Ebene
20 Wärmeisolierung
21 Tangente
W Winkel
Wl Winkelanteil in der ersten Ebene
W2 Winkelanteil in der zweiten Ebene

Claims

Patentansprüche
1. Wabenkörper (1), welcher für ein Fluid, insbesondere ein Abgas einer Verbrennungskraftmaschine, zumindest teilweise in einer Durchströmungs- richtung (15) durchströmbar ist, mit einer eine Wabenstruktur (2) bildenden Mehrzahl von zumindest teilweise durchströmbaren Hohlräumen (4), wobei die Wabenstruktur (2) in einem Mantelrohr (3) aufgenommen ist, mindestens einem Messfühler (7), welcher zumindest einen ersten Teilbe- reich (8) und einen zweiten Teilbereich (9) aufweist, wobei sich zumindest der zweite Teilbereich (9) des Messfühlers (7) in die Wabenstruktur (2) erstreckt und zumindest einen Teil der Hohlräume (4) zumindest teilweise durchdringt, und zumindest der erste Teilbereich (8) sich außerhalb des Mantelrohres (3) erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass der erste (8) und der zweite Teilbereich (9) im wesentlichen starr ausgebildet sind und einen von 180 Grad verschiedenen Winkel (W) in einer die Durchströmungsrichtung (15) des Wabenkörpers (1) umfassenden ersten Ebene (18) und/oder in einer zur Durchströmungsrichtung (15) des Wabenkörpers (1) senkrechten zweiten Ebene (19) ein- schließen.
2. Wabenkörper (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Messfühler (7) als Lambdasonde ausgebildet ist.
3. Wabenkörper (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Messfühler (7) mindestens eine der folgenden Kenngrößen des Fluids erfasst: a) Temperatur; b) Anteil mindestens einer Komponente des Fluids;
4. Wabenkörper (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Messfühler Mittel zur Behinderung von Wärmeleitung aufweist.
5. Wabenkörper (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der von dem ersten Teilbereich (8) und dem zweiten Teilbereich (9) eingeschlossene Winkel (W) 60 bis 120 Grad, bevorzugt 75 bis 105 Grad, besonders bevorzugt 85 bis 95 Grad beträgt.
6. Wabenkörper (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der von dem ersten Teilbereich (8) und dem zweiten Teilbereich (9) eingeschlossene Winkel (W) im wesentlichen 90 Grad beträgt.
7. Wabenkörper (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, dass zumindest ein Teilbereich (8, 9) des Messfühlers (7) zumindest teilweise gekrümmt ist.
8. Wabenkörper (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Krümmung des gekrümmten Teilbereichs (8, 9) an die Krümmung des Wa- benkörpers (1) und/oder an die geometrischen Verhältnisse im Wabenkörper (1) angepasst ist.
9. Wabenkörper (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wabenkörper (1) zumindest teilweise aus zumindest einer metallischen Lage (5, 6) ausgebildet ist.
10. Wabenkörper (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Wabenkörper (1) aus einer Mehrzahl von zumindest teilweise strukturierten (6) und im wesentlichen glatten metallischen Lagen (5) aufgebaut ist, die gesta- pelt und miteinander verwunden oder aufgewickelt sind.
11. Wabenkörper (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Wabenkörper (1) aus zumindest einer zumindest teilweise strukturierten metallischen Lage (6) und gegebenenfalls mindestens einer im wesentlichen glatten metallischen Lage (5) aufgewickelt ist.
12. Wabenkörper (1) nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die metallischen Lagen (5, 6) zumindest teilweise und/oder zumindest ein Teil der metallischen Lagen (5, 6) aus einem zumindest teilweise für ein Fluid durchströmbaren Material, bevorzugt einem Fasermaterial, aufgebaut sind.
13. Wabenkörper (1) nach einem der Ansprüche 9 bis 12, welcher zumindest teilweise aus zumindest teilweise mit einer Strukturwiederhollänge strukturierten Lagen (6) aufgebaut ist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest in Teilbereichen zumindest eines Teils der Lagen (5, 6) Löcher ausgebildet sind, deren Abmessungen zumindest teilweise größer als die Strukturwiederhollänge, bevorzugt wesentlich größer als die Strukturwiederhollänge sind.
14. Wabenkörper (1) nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest einem Teil der Lagen (5, 6) MikroStrukturen, bevorzugt in einem Winkel zur Durchströmungsrichtung (15), besonders bevorzugt in einem im wesentlichen rechten Winkel zur Durchströmungsrichtung (15), Umstülpungen, und/oder Löcher mit Abmessungen kleiner als die Strukturwiederhollänge ausgebildet sind.
15. Wabenkörper (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Wabenkörper (1) aus einem keramischen Material ausgebildet ist.
16. Wabenkörper (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Wabenkörper extrudiert ausgebildet ist. .
17. Lambdasonde zum Einsatz in einem Wabenkörper (1), dadurch gekenn- zeichnet, dass die Lambdasonde einen ersten Teilbereich (8) und einen zweiten Teilbereich (9) aufweist, die einen von 180 Grad verschiedenen Winkel (W) einschließen.
18. Lambdasonde -nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der Teilbereiche (8, 9) gekrümmt ist.
19. Lambdasonde nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Lambdasonde eine wärmeisolierende Schicht (20), bevorzugt im Bereich des ersten Teilbereichs (8) aufweist.
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