WO2024115287A1 - Vorrichtung zur nachbehandlung von abgasen - Google Patents

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WO2024115287A1
WO2024115287A1 PCT/EP2023/082925 EP2023082925W WO2024115287A1 WO 2024115287 A1 WO2024115287 A1 WO 2024115287A1 EP 2023082925 W EP2023082925 W EP 2023082925W WO 2024115287 A1 WO2024115287 A1 WO 2024115287A1
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WO
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matrix
jacket tube
air gap
metal foils
tube
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PCT/EP2023/082925
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Rolf BRÜCK
Peter Hirth
Katrin Konieczny
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Emitec Technologies GmbH
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Definitions

  • the invention relates to a device for the aftertreatment of exhaust gases from an internal combustion engine, with a metallic matrix through which flow can take place along a main flow direction and which is inserted in a casing tube.
  • the matrix is formed from a layer stack made up of several metal foils, which is wound around at least one pivot point. At least some of the metal foils are at least partially structured, whereby a plurality of flow channels are formed between the metal foils, through which flow can take place along the main flow direction from a gas inlet side of the matrix to a gas outlet side.
  • Honeycomb bodies for catalysts for exhaust gas aftertreatment in internal combustion engines have a plurality of flow channels through which the gas can flow along a main flow direction.
  • Honeycomb bodies in particular honeycomb bodies made of metal, are formed by a plurality of smooth and/or at least partially structured metal foils that are stacked on top of one another and wound and/or twisted to form the final honeycomb body.
  • the matrix formed from the metal foils is inserted into a housing for stabilization and for the purpose of protection against mechanical interference and is permanently connected to the housing.
  • the housing is formed by a tube that is designed to accommodate the matrix inside. Another function of the housing is to ensure the flow through the honeycomb body and, in particular, to prevent exhaust gas from flowing past the honeycomb body.
  • the attachment of the matrix in the housing must be durable, which is why soldered connections are regularly created between the matrix and the casing.
  • a particular disadvantage of the prior art devices is that the matrix usually lies completely on the casing and is connected to it by means of a solder joint, which means that the matrix cannot move radially and axially. can move flexibly.
  • the fact that the matrix is in contact with the jacket over its entire surface creates a bridge that is very thermally conductive, which dissipates heat energy through the matrix to the jacket and finally into the environment. This leads to a delayed reaching of the light-off temperature.
  • a device for the aftertreatment of exhaust gases from an internal combustion engine contributes to this, comprising a metallic matrix through which flow can occur along a main flow direction and which is inserted in a casing tube.
  • the matrix is formed from (at least) one layer stack made up of several metal foils, which is partially or completely wound around at least one pivot point. At least some of the metal foils are at least partially structured, whereby a plurality of flow channels are formed between the metal foils, through which flow can occur along the main flow direction from a gas inlet side of the matrix to a gas outlet side.
  • an inner tube is arranged between the casing tube and the matrix, with an air gap being formed between the inner tube and the casing tube.
  • the matrix which is inserted into the inner tube and connected to it, is arranged inside the jacket tube. Between the inner tube and the jacket tube, an air gap is formed in the circumferential direction, at least in sections. det. The air gap forms a thermal insulation, which reduces the transfer of heat energy from the matrix to the (radially outer) jacket tube.
  • the air gap is designed in particular such that it radially separates the inner tube from the jacket tube.
  • the air gap extends in particular by at least 20%, preferably at least 40% or particularly preferably over at least 60% in the circumferential direction of the matrix or the inner tube.
  • Several air gaps can be formed, possibly axially spaced or running parallel.
  • the inner tube can have a significantly lower material thickness and essentially serve to stabilize the matrix formed from several metal foils.
  • the air gap is designed to (completely) encircle the inner tube in the circumferential direction and extends in the axial direction at least along a section of the device.
  • the circumferential air gap preferably extends in the axial direction over at least a partial area of the device. It is advantageous if the air gap extends from the gas inlet side along the main flow direction to the center of the device.
  • the air gap preferably extends from the gas inlet side to the center. Particularly high temperatures occur during operation in the area of the gas inlet side, which is why heat transfer to the jacket tube should be reduced in this area in particular.
  • the inner tube can have a material thickness of less than 1.0 mm [millimeters], preferably a material thickness of less than 0.6 mm, particularly preferably a material thickness of less than 0.5 mm.
  • the material thickness is preferably at least 0.3 mm.
  • the air gap has a thickness in the radial direction of more than 1.0 mm [millimeters], preferably more than 2.0 mm, particularly preferably more than 3.0 mm and less than 5.0 mm.
  • the air gap is preferably maximum in those areas of the device in which the thermal load during operation in the exhaust system of the combustion engine is high or maximum.
  • the air gap or its thickness can vary along the axial extension of the device, so that a suitably thick air gap is created for the respective expected temperature level.
  • the air gap is not formed in certain areas of the device, for example in the area of the gas outlet side.
  • the jacket tube can have (at least partially) an insulating layer on the radially inward-facing surface.
  • An insulating layer is particularly advantageous in order to further reduce the transfer of thermal energy.
  • the insulating layer preferably has a lower thermal mass (than the jacket tube).
  • the insulating layer can be formed by a ceramic coating of the jacket tube.
  • the insulating layer can be formed by a plurality of thin metallic foils which are spaced apart from one another at least in sections by spacers (by an insulating air layer).
  • Spacers can be formed, for example, by beads and specific shapes of the metal foils.
  • the beads can have thicknesses of a few tenths of a millimeter, for example.
  • the metal foils can have other structures, such as corrugations, which form air chambers or air layers between the individual metal foils and thus create thermal insulation.
  • the jacket tube has a cross-sectional taper in the area of the gas inlet side, with the inside of the jacket tube resting against the outside of the inner tube.
  • the cross-sectional taper can be created, for example, by a notch that is made from the outside in the jacket tube.
  • the notch is preferably pointed (e.g. with a pointed edge end area), which means that the area facing the inner pipe is as small as possible. This reduces the contact surface of the jacket pipe on the inner pipe, which reduces the heat transfer from the inner pipe to the jacket pipe.
  • the notch or the reduction of the cross section of the jacket pipe is intended to prevent or minimize the entry of washcoat into the air gap during the coating process of the device and/or to prevent hot exhaust gas from flowing into the air gap.
  • an alternative design may be provided on the inner surface, for example, with a shoulder running around the circumference.
  • Fig. 1 is a sectional view through a device, wherein a thermal insulation layer made of several metal foils is arranged on the inner surface of the jacket pipe,
  • Fig. 2 is a sectional view through a device in which a ceramic layer is arranged on the inner surface of the jacket tube as a thermal insulation layer,
  • Fig. 3 is a sectional view through a device, wherein the jacket tube has a notch, wherein the jacket tube with the tip ze of the notch rests against the outer surface of the inner tube, and
  • Fig. 4 is a perspective view of a device for the aftertreatment of exhaust gases with a matrix in a jacket tube.
  • Fig. 1 shows a section through a jacket tube 1.
  • the jacket tube 1 has an insulation layer 2 on its inward-facing surface.
  • the insulation layer 2 is formed by a plurality of (concentric or radially adjacent layers of) metal foils 3, which are stacked on top of one another.
  • the metal foils 3 have (each circumferential) beads 4, which space the metal foils 3 apart from one another.
  • the metal foils 3 have a low thermal mass overall, which is why they are well suited to preventing or at least reducing the transport of thermal energy from the interior of the matrix 5 to the jacket tube 1.
  • the metal foils 3 forming the insulation layer 2 can essentially correspond to those of the metal foils forming the flow channels 13 or the layer stack in terms of material, material thickness, etc.
  • the matrix 5 is arranged in the center of the jacket tube 1 and is accommodated in an inner tube 6.
  • An air gap 7 is formed between the inner tube 6 and the thermal insulation layer 2. This air gap 7 extends in the axial direction 8 at least in some areas over the entire device.
  • the air gap 7 is preferably formed in the region of the gas inlet side and extends from there towards the center of the device.
  • the inner tube 6 has a substantially smaller thickness 9 than the jacket tube 1 .
  • Fig. 2 shows a section through a device that has a similar structure to the example in Fig. 1.
  • the thermal insulation layer 10 is formed by a ceramic coating.
  • the other components are identical to the embodiment in Fig. 1.
  • Fig. 3 shows a jacket tube 11 which has a bead 12 which is formed from the outside into the jacket tube 11.
  • the bead 12 forms a point towards the inside which reaches up to the inner tube 6 and is in contact with it.
  • the jacket tube 11 also has a thermal insulation layer 10, as already shown in Fig. 2.
  • the other components are also identical to the embodiments of Figs. 1 and 2.
  • the bead 12 closes the air gap 7 so that on the one hand no washcoat can penetrate into the air gap 7 from the gas inlet side when coating the metal foils of the matrix 5 and possibly block it, and furthermore no hot exhaust gas can flow from the gas inlet side into the air gap 7.
  • the physical contact between the jacket tube 11 and the inner tube 6 is as small as possible in order to keep the heat conduction as small as possible.
  • Fig. 4 illustrates a device for the aftertreatment of exhaust gases, in particular exhaust gases from an internal combustion engine, which can be arranged within an exhaust gas path through which the exhaust gas can flow (indicated by dashed lines). It comprises a matrix 5 with many (parallel) flow channels 13 formed therein, through which flow can take place along a defined main flow direction (along the axial extension L) from a gas inlet side (front view) to a gas outlet side (rear view not shown).
  • the matrix 5 comprises a plurality of (smooth and structured) metal foils 3 stacked on top of one another to form layer stacks and wound around at least one pivot point 14 (here in an S-shape around two pivot points 14).
  • the matrix 5 has an axial extension L running along the main flow direction 8 and a circumferential direction U running transversely to the axial extension L.
  • the matrix 5 is surrounded on the outside by the jacket tube 1, the special structure of which can be seen from the above explanations of the other figures.
  • the details of Figs. 1 to 3 are formed in particular on the gas inlet side of the device.

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Abstract

Vorrichtung zur Nachbehandlung von Abgasen Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Nachbehandlung von Abgasen eines Verbrennungsmotors, mit einer entlang einer Hauptdurchströmungsrichtung durchströmbaren metallischen Matrix (5), die in einem Mantelrohr (1, 11) eingesetzt ist, wobei die Matrix (5) aus einem aus mehreren Metallfolien gebildeten Lagenstapel gebildet ist, der um zumindest einen Drehpunkt aufgewickelt ist, wobei zumindest einzelne der Metallfolien zumindest teilweise strukturiert sind, wodurch zwischen den Metallfolien eine Mehrzahl von Strömungskanälen ausgebildet ist, die entlang der Hauptdurchströmungsrichtung von einer Gaseinlassseite der Matrix (5) hin zu einer Gasauslassseite durchströmbar sind, wobei zwischen dem Mantelrohr (1, 11) und der Matrix (5) ein Innenrohr (6) angeordnet ist wobei zwischen dem Innenrohr (6) und dem Mantelrohr (1, 11) ein Luftspalt (7) ausgebildet ist. Zusätzlich kann eine Isolierschicht an der Innenseite des Mantelrohrs (1,11) z.B. bestehend aus metallischen Folien 3 mit Abstandshaltern 4, vorgesehen sein.

Description

Vorrichtung zur Nachbehandlung von Abgasen
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Nachbehandlung von Abgasen eines Verbrennungsmotors, mit einer entlang einer Hauptdurchströmungsrichtung durchströmbaren metallischen Matrix, die in einem Mantelrohr eingesetzt ist. Die Matrix ist aus einem aus mehreren Metallfolien gebildeten Lagenstapel gebildet, der um zumindest einen Drehpunkt aufgewickelt ist. Zumindest einzelne der Metallfolien sind zumindest teilweise strukturiert, wodurch zwischen den Metallfolien eine Mehrzahl von Strömungskanälen ausgebildet ist, die entlang der Hauptdurchströmungsrichtung voneinerGaseinlassseitederMatrixhinzueinerGasauslassseitedurchström- bar sind.
Wabenkörper für Katalysatoren zur Abgasnachbehandlung von Verbrennungsmoto- renweiseneineMehrzahlvonentlangeinerHauptdurchströmungsrichtungdurchström- baren Strömungskanälen auf. Wabenkörper, insbesondere Wabenkörper aus Metall, sind durch eine Vielzahl von glatten und/oder zumindest teilweise strukturierten Metallfolien gebildet, die aufeinandergestapelt und zum endgültigen Wabenkörper (auf-)gewickelt und/oder gewunden sind. Die aus den Metallfolien gebildete Matrix wird zur Stabilisierung und zum Zwecke des Schutzes vor mechanischen Störeinflüssen in ein Gehäuse eingesetzt und mit diesem dauerhaltbar verbunden.
Das Gehäuse ist im einfachsten Fall durch ein Rohr gebildet, welches dazu ausgebildet ist, die Matrix in seinem Inneren aufzunehmen. Eine weitere Funktion des Gehäuses ist es, die Durchströmung des Wabenkörpers sicherzustellen und insbesondere das Vorbeiströmen von Abgas am Wabenkörper zu vermeiden.
Die Befestigung der Matrix im Gehäuse muss einerseits dauerhaltbar erfolgen, weswegen regelmäßig Lötverbindungen zwischen der Matrix und dem Mantel erzeugt werden.
Nachteilig an den Vorrichtungen im Stand der Technik ist insbesondere, dass die Matrix zumeist vollflächig an dem Mantel anliegt und mittels Lötverbindung mit diesem verbunden ist, wodurch sich die Matrix radial und in axialer Richtung nicht flexibel bewegen kann. Darüber hinaus wird durch die im Wesentlichen vollflächige Anlage der Matrix an dem Mantel eine thermisch sehr gut leitfähige Brücke erzeugt, wodurch Wärmeenergie über die Matrix hin zum Mantel und schließlich in die Umgebung abgeleitet wird. Dies führt zu einem verspäteten Erreichen der Light-Off Temperatur.
Daher ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die mit Bezug auf den Stand der Technik geschilderten Probleme wenigstens teilweise zu lindern und insbesondere eine Vorrichtung zur Nachbehandlung von Abgasen zu schaffen, welche eine verbesserte thermische Isolation zwischen der Matrix und dem Mantel aufweist.
Die Aufgabe hinsichtlich der Vorrichtung wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Die in den Ansprüchen einzeln angeführten Merkmale können miteinander und/oder mit Sachverhalten der Beschreibung beliebig kombiniert werden. Die Beschreibung, insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren, erläutert die Erfindung und gibt zusätzliche Ausführungsvarianten an.
Hierzu trägteine Vorrichtung zur Nachbehandlung von Abgasen eines Verbrennungsmotors bei, umfassend eine entlang einer Hauptdurchströmungsrichtung durchströmbaren metallischen Matrix, die in einem Mantelrohr eingesetzt ist. Die Matrix ist aus (mindestens) einem aus mehreren Metallfolien gebildeten Lagenstapel gebildet, der um zumindest einen Drehpunkt, teilweise oder vollständig, (auf-)gewickelt ist. Zumindest einzelne der Metallfolien sind zumindest teilweise strukturiert, wodurch zwischen den Metallfolien eine Mehrzahl von Strömungskanälen ausgebildet ist, die entlang der Hauptdurchströmungsrichtung von einer Gaseinlassseite der Matrix hin zu einer Gasauslassseite durchströmbar sind. Weiter ist zwischen dem Mantelrohr und der Matrix ein Innenrohr angeordnet, wobei zwischen dem Innenrohr und dem Mantelrohr ein Luftspalt ausgebildet ist.
Die in das Innenrohr eingesetzte und mit diesem verbundene Matrix ist innerhalb des Mantelrohrs angeordnet. Zwischen dem Innenrohr und dem Mantelrohr ist zumindest abschnittsweise ein im Umfangsrichtung umlaufender Luftspalt ausgebil- det. Der Luftspalt bildet eine thermische Isolation aus, wodurch die Übertragung von Wärmeenergie von der Matrix hin zum (radial außen liegenden) Mantelrohr reduziert wird.
Der Luftspalt ist insbesondere so ausgebildet, dass dieser das Innenrohr radial vom Mantelrohr beabstandet. Der Luftspalt erstreckt sich insbesondre um mindestens 20 %, bevorzugt mindestens 40% oder besonders bevorzugt über mindestens 60 % in Umfangsrichtung der Matrix bzw. des Innenrohres. Es können mehrere, ggf. axial beabstandete bzw. parallel verlaufende Luftspalte ausgebildet sein.
Das Innenrohr kann im Vergleich zum Mantelrohreine deutlich geringere Materialstärke aufweisen und im Wesentlichen zur Stabilisierung der aus mehreren Metallfolien gebildeten Matrix dienen.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Luftspalt in Umfangsrichtung um das Innenrohr (vollständig) umlaufend ausgebildet ist und sich in axialer Richtung zumindest entlang eines Abschnittes der Vorrichtung erstreckt. Bevorzugt erstreckt sich der in Umfangsrichtung umlaufende Luftspalt in axialer Richtung zumindest über einen Teilbereich der Vorrichtung. Es ist vorteilhaft, wenn der Luftspalt sich von der Gaseinlassseite entlang der Hauptdurchströmungsrichtung hin zum Zentrum der Vorrichtung erstreckt. Der Luftspalt erstreckt sich bevorzugt von der Gaseinlassseite hin zum Zentrum. Insbesondere im Bereich der Gaseinlassseite treten im Betrieb besonders hohe Temperaturen auf, weswegen insbesondere in diesem Bereich die Wärmeübertragung hin zum Mantelrohr reduziert werden soll.
Das Innenrohr kann eine Materialstärke kleiner als 1 ,0 mm [Millimeter] aufweisen, bevorzugt eine Materialstärke kleiner als 0,6 mm, besonders bevorzugt eine Materialstärke kleiner als 0,5 mm. Die Materialstärke liegt bevorzugt bei mindestens 0,3 mm.
Es wird vorgeschlagen, dass der Luftspalt eine Dicke in radialer Richtung von mehr als 1 ,0 mm [Millimeter] aufweist, bevorzugt von mehr als 2,0 mm, besonders bevorzugt von mehr als 3,0 mm und weniger als 5,0 mm. Je dicker der Luftspalt ist, umso größer ist die Isolationswirkung des Luftspaltes. Bevorzugt ist der Luftspalt besondere in den Bereichen der Vorrichtung maximal, in welchen die thermische Belastung im Betrieb in der Abgasanlage des Verbrennungsmotors hoch bzw. maximal ist.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann der Luftspalt bzw. dessen Dicke entlang der axialen Erstreckung der Vorrichtung variieren, so dass für das jeweils zu erwartende Temperaturniveau ein geeignet dicker Luftspalt erzeugt ist.
Es kann vorgesehen sein, dass der Luftspalt in bestimmten Bereichen der Vorrichtung, beispielsweise im Bereich der Gasauslassseite, nicht ausgebildet ist.
Das Mantelrohr kann (zumindest teilweise) eine Isolationsschicht an der radial nach innen gerichteten Fläche aufweisen. Eine Isolationsschicht ist besonders vorteilhaft, um den Übergang von Wärmeenergie weiter zu reduzieren. Bevorzugt weist die Isolationsschicht eine geringe thermische Masse (als das Mantelrohr) auf. In einer bevorzugten Ausführung kann die Isolationsschicht durch eine keramische Beschichtung des Mantelrohrs gebildet sein. Alternativ kann die Isolationsschicht durch eine Mehrzahl dünner metallischer Folien gebildet sein, die durch Abstandshalter zumindest abschnittsweise zueinander (durch eine isolierende Luftschicht) beabstandet sind.
Abstandshalter können beispielsweise durch Sicken und spezifische Formgebungen der Metallfolien ausgebildet sein. Die Sicken weisen hierzu beispielsweise Dicken von wenigen Zehntel Millimetern auf. Alternativ können die Metallfolien andere Strukturierungen aufweisen, wie beispielsweise Wellungen, welche Luftkammern bzw. Luftschichten zwischen den einzelnen Metallfolien ausbilden und so eine thermische Isolation erzeugen.
Weiterhin kann es zweckmäßig sein, wenn das Mantelrohr im Bereich der Gaseinlassseite eine Querschnittsverjüngung aufweist, wobei die Innenseite des Mantelrohrs an der Außenseite des Innenrohrs anliegt. Die Querschnittsverjüngung kann beispielsweise durch eine Einkerbung erzeugt werden, die von außen in das Mantelrohr eingebracht wird. Die Einkerbung ist bevorzugt spitz (z. B. mit einem spitzkantigen Endbereich) ausgebildet, was bedeutet, dass die dem Innenrohr zugewandte Fläche möglichst gering ist. Hierdurch wird die Anlagefläche des Mantelrohrs an dem Innenrohr reduziert, was den Wärmeübertrag vom Innenrohr hin zum Mantelrohr reduziert. Die Einkerbung beziehungsweise die Reduzierung des Querschnitts des Mantelrohrs soll während des Beschichtungsvorgangs der Vorrichtung den Eintrag von Washcoat in den Luftspalt verhindern beziehungsweise diesen minimieren und/oder das Einströmen von heißem Abgas in den Luftspalt verhindern.
Anstelle einer Einkerbung kann in einer alternativen Ausgestaltung an der Innenfläche beispielsweise auch ein in Umfangsrichtung umlaufender Absatz vorgesehen werden.
Im Folgenden wird die Erfindung sowie deren Umfeld anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die schematischen Zeichnungen detailliert erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass in den Zeichnungen mit gleichen Bezugszeichen bezeichnete Element dieselben Eigenschaften aufweisen können, soweit das hier nicht explizit anderes erläutert ist. Die veranschaulichten Elemente der Zeichnungen können durch Sachverhalte aus anderen Zeichnungen und/oder der Beschreibung und/oder den Ansprüchen weiter charakterisiert werden (und umgekehrt), soweit das nachfolgend nicht explizit ausgeschlossen wird. In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 eine Schnittansicht durch eine Vorrichtung, wobei an der Innen- flächedesMantelrohrseinethermischelsolationsschichtausmeh- reren Metallfolien angeordnet ist,
Fig. 2 eine Schnittansicht durch eine Vorrichtung wobei an der Innenfläche des Mantelrohrs eine keramische Schicht als thermische Isolationsschicht angeordnet ist,
Fig. 3 eine Schnittansicht durch eine Vorrichtung, wobei das Mantelrohr eine Eikerbung aufweist, wobei das Mantelrohr mit der Spit- ze der Einkerbung an der Außenfläche des Innenrohrs anliegt, und
Fig. 4 eine perspektivische Ansicht einer Vorrichtung zur Nachbehandlung von Abgasen mit einer Matrix in einem Mantelrohr.
Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch ein Mantelrohr 1 . Das Mantelrohr 1 weist auf seiner nach innen gerichteten Fläche eine Isolationsschicht 2 auf. Die Isolationsschicht 2 ist im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 durch eine Mehrzahl von (konzentrischen bzw. radial aneinander liegenden Schichten von) Metallfolien 3 gebildet, welche aufeinandergestapelt sind. Die Metallfolien 3 weisen (jeweils umlaufende) Sicken 4 auf, welche die Metallfolien 3 zueinander beabstanden. Die Metallfolien 3 weisen insgesamt eine geringe thermische Masse auf, weswegen sie gut dazu geeignet sind einen Transport von Wärmeenergie vom Inneren der Matrix 5 hin zum Mantelrohr 1 zu unterbinden oder zumindest zu verringern.
Die die Isolationsschicht 2 ausbildenden Metallfolien 3 können denen der (auch) die Strömungskanäle 13 bzw. den Lagenstapel bildende Metallfolien hinsichtlich Material, Materialstärke, etc. im Wesentlichen entsprechen.
Im Zentrum des Mantelrohrs 1 ist die Matrix 5 angeordnet, welche in einem Innenrohr 6 aufgenommen ist. Zwischen dem Innenrohr 6 und der thermischen Isolationsschicht 2 ist ein Luftspalt 7 ausgebildet. Dieser Luftspalt 7 erstreckt sich in axialer Richtung 8 zumindest bereichsweise über die gesamte Vorrichtung. Bevorzugt ist der Luftspalt 7 im Bereich der Gaseinlassseite ausgebildet und erstreckt sich von dort in Richtung des Zentrums der Vorrichtung.
Das Innenrohr 6 weist eine wesentlich geringere Dicke 9 auf als das Mantelrohr 1 .
Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch eine Vorrichtung, die einen ähnlichen Aufbau aufweist wie das Beispiel aus Fig. 1 . Im Unterschied zur Figur 1 ist die thermische Isolationsschicht 10 durch eine keramische Beschichtung gebildet. Die übrigen Komponenten sind identisch zum Ausführungsbeispiel der Fig. 1. Fig. 3 zeigt eine Mantelrohr 11 , welches eine Sicke 12 aufweist, die von außen in das Mantelrohr 11 eingeformt ist. Die Sicke 12 bildet nach innen eine Spitze aus, die bis hin zum Innenrohr 6 reicht und mit diesem in Anlage ist. Das Mantelrohr 11 weist darüber hinaus eine thermische Isolationsschicht 10 auf, wie bereits in Figur 2 gezeigt. Auch die weiteren Komponenten sind mit den Ausführungsbeispielen der Figuren 1 und 2 identisch.
Die Sicke 12 schließt den Luftspalt 7, so dass einerseits von der Gaseinlassseite beim Beschichten der Metallfolien der Matrix 5 kein Washcoat in den Luftspalt 7 eindringen kann und diesen möglicherweise verblockt und weiterhin kein heißes Abgas von der Gaseinlassseite in den Luftspalt 7 strömen kann. Der physische Kontakt zwischen dem Mantelrohr 11 und dem Innenrohr 6 ist möglichst gering, um die Wärmeleitung möglichst klein zu halten.
Fig.4 veranschaulicht eine Vorrichtung zur Nachbehandlung von Abgasen, insbesondere von Abgasen eines Verbrennungsmotors, welche innerhalb einer von dem Abgas durchströmbaren Abgasstrecke (gestrichelt angedeutet) anordenbar ist. Sie umfasst eine Matrix 5 mit vielen darin ausgebildeten (parallelen) Strömungskanälen 13, die entlang einer definierten Hauptströmungsrichtung (entlang der axialen Erstreckung L) von einer Gaseintrittsseite (Vorderansicht) hin zu einer Gasaustrittsseite (nicht dargestellte Rückansicht) durchströmbar ist. Die Matrix 5 umfasst eine Mehrzahl von zu Lagenstapeln aufeinandergestapelten und um zumindest einen Drehpunkt 14 (hier S-förmig um zwei Drehpunkte 14) gewickelte (glatte und strukturierte) Metallfolien 3. Die Matrix 5 weist eine entlang der Hauptdurchströmungsrichtung 8 verlaufende axialen Erstreckung L und eine querzuraxialen Erstreckung L verlaufende Umfangsrichtung U auf. Die Matrix 5 ist außen von dem Mantelrohr 1 umgeben, dessen besonderer Aufbau aus den vorstehenden Erläuterungen zu den anderen Figuren hervorgeht. Die Details der Fig. 1 bis 3 sind insbesondere an der Gaseintrittsseite der Vorrichtung ausgebildet.
Die Ausführungsbeispiele der Fig. 1 bis 4 weisen insbesondere keinen beschränkenden Charakter auf und dienen der Verdeutlichung des Erfindungsgedankens. Bezugszeichenliste
1 Mantelrohr
2 thermische Isolationsschicht
3 Metallfolien
4 Sicken
5 Matrix
6 Innenrohr
7 Luftspalt
8 axiale Richtung
9 Dicke
10 thermische Isolationsschicht
11 Mantelrohr
12 Sicke
13 Strömungskanal
14 Drehpunkt
L axiale Erstreckung
U Umfangsrichtung

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur Nachbehandlung von Abgasen eines Verbrennungsmotors, mit einer entlang einer Hauptdurchströmungsrichtung durchströmbaren metallischen Matrix (5), die in einem Mantelrohr (1 , 11) eingesetzt ist, wobei die Matrix
(5) aus einem aus mehreren Metallfolien gebildeten Lagenstapel gebildet ist, der um zumindest einen Drehpunkt gewickelt ist, wobei zumindest einzelne der Metallfolien zumindest teilweise strukturiert sind, wodurch zwischen den Metall- folieneineMehrzahlvonStrömungskanälenausgebildetist.dieentlangderHaupt- durchströmungsrichtung von einerGaseinlassseiteder Matrix (5) hinzu einerGas- auslassseite durchströmbar sind, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass zwischen dem Mantelrohr (1 , 11) und der Matrix (5) ein Innenrohr
(6) angeordnet ist wobei zwischen dem Innenrohr (6) und dem Mantelrohr (1, 11) ein Luftspalt (7) ausgebildet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Luftspalt (7) in Umfangsrichtung um das Innenrohr (6) umlaufend ausgebildet ist und sich in axialer Richtung (8) zumindest entlang eines Abschnittes der Vorrichtung erstreckt.
3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Luftspalt (7) sich von der Gaseinlassseite entlang der Hauptdurchströmungsrichtung hin zum Zentrum der Vorrichtung erstreckt.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Innenrohr (6) eine Materialstärke kleiner als 1 mm aufweist, bevorzugt eine Materialstärke kleiner als 0,6 mm aufweist, besonders bevorzugt eine Materialstärke kleiner als 0,5 mm aufweist.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t .dass der Luftspalt (7) eine Dicke in radialer Richtung von mehr als 1 mm aufweist, bevorzugt von mehr als 2 mm, besonders bevorzugt von mehr als 3 mm und weniger als 5 mm. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Mantelrohr (1, 11) eine Isolationsschicht (2, 10) an der radial nach innen gerichteten Fläche aufweist. Vorrichtung nach Anspruch 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Isolationsschicht (2, 10) eine geringe thermische Masse als das Mantelrohr (1, 11) aufweist. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Isolationsschicht (10) durch eine keramische Beschichtung des Mantelrohrs (11) gebildet ist. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Isolationsschicht (2) durch eine Mehrzahl dünner metallischer Folien (3) gebildet ist, die durch Abstandshalter (4) zumindest abschnittsweise zueinander beabstandet sind. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Mantelrohr (11) im Bereich der Gasein- lassseiteeineQuerschnittsverjüngung(12)aufweist,wobeidielnnenseitedesMan- telrohrs (11) an der Außenseite des Innenrohrs (6) anliegt.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0245737A1 (de) * 1986-05-12 1987-11-19 INTERATOM Gesellschaft mit beschränkter Haftung Wabenkörper, insbesondere Katalysator-Trägerkörper, mit gegensinnig verschlungenen Metallblechschichten und Verfahren zu seiner Herstellung
WO1990004087A1 (de) * 1988-10-11 1990-04-19 Emitec Gesellschaft Für Emissionstechnologie Mbh Katalysator mit doppelmantelsystem
WO1996019647A1 (de) * 1994-12-20 1996-06-27 Emitec Gesellschaft Für Emissionstechnologie Mbh Doppelwandiges gehäuse, insbesondere für abgas-katalysatoren von kraftfahrzeugen
DE19825230A1 (de) * 1998-06-05 1999-12-09 Emitec Emissionstechnologie Wabenkörperanordnung

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19641049A1 (de) 1996-10-04 1998-04-09 Emitec Emissionstechnologie Wabenkörper mit Wärmeisolierung, vorzugsweise für einen Abgaskatalysator
DE102005017725A1 (de) 2005-04-15 2006-10-19 Emitec Gesellschaft Für Emissionstechnologie Mbh Wabenkörper mit Doppelmantelrohr

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0245737A1 (de) * 1986-05-12 1987-11-19 INTERATOM Gesellschaft mit beschränkter Haftung Wabenkörper, insbesondere Katalysator-Trägerkörper, mit gegensinnig verschlungenen Metallblechschichten und Verfahren zu seiner Herstellung
WO1990004087A1 (de) * 1988-10-11 1990-04-19 Emitec Gesellschaft Für Emissionstechnologie Mbh Katalysator mit doppelmantelsystem
WO1996019647A1 (de) * 1994-12-20 1996-06-27 Emitec Gesellschaft Für Emissionstechnologie Mbh Doppelwandiges gehäuse, insbesondere für abgas-katalysatoren von kraftfahrzeugen
DE19825230A1 (de) * 1998-06-05 1999-12-09 Emitec Emissionstechnologie Wabenkörperanordnung

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