WO2024115288A1 - Vorrichtung zur nachbehandlung von abgasen - Google Patents

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WO2024115288A1
WO2024115288A1 PCT/EP2023/082927 EP2023082927W WO2024115288A1 WO 2024115288 A1 WO2024115288 A1 WO 2024115288A1 EP 2023082927 W EP2023082927 W EP 2023082927W WO 2024115288 A1 WO2024115288 A1 WO 2024115288A1
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WO
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tube
matrix
inner tube
jacket
jacket tube
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PCT/EP2023/082927
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English (en)
French (fr)
Inventor
Peter Hirth
Sebastian DUNG
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Emitec Technologies GmbH
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Publication date
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    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
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    • F01N3/28—Construction of catalytic reactors
    • F01N3/2803—Construction of catalytic reactors characterised by structure, by material or by manufacturing of catalyst support
    • F01N3/2807—Metal other than sintered metal
    • F01N3/281—Metallic honeycomb monoliths made of stacked or rolled sheets, foils or plates
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    • F01N3/02—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust
    • F01N3/021—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters
    • F01N3/0211—Arrangements for mounting filtering elements in housing, e.g. with means for compensating thermal expansion or vibration
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    • F01N3/24—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by constructional aspects of converting apparatus
    • F01N3/28—Construction of catalytic reactors
    • F01N3/2839—Arrangements for mounting catalyst support in housing, e.g. with means for compensating thermal expansion or vibration
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2470/00—Structure or shape of gas passages, pipes or tubes
    • F01N2470/06—Tubes being formed by assembly of stamped or otherwise deformed sheet-metal

Definitions

  • the invention relates to a device for the aftertreatment of exhaust gases of an internal combustion engine, with a metallic matrix through which flow can take place along a main flow direction, wherein the matrix is formed by a plurality of metal foils which are stacked on top of one another to form a layer stack and wound or wound to form the matrix, wherein a plurality of flow channels are formed between the metal foils and wherein the matrix is accommodated in a jacket tube.
  • Honeycomb bodies for catalysts for exhaust gas aftertreatment in internal combustion engines have a large number of flow channels through which the flow can pass along a main flow direction.
  • Honeycomb bodies in particular honeycomb bodies made of metal, can be formed by a large number of smooth and/or at least partially structured metal foils that are stacked on top of one another and wound or (at least partially) twisted to form the final honeycomb body.
  • the matrix (honeycomb body) formed from the metal foils is inserted into a housing for stabilization and in particular 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 lies completely on the casing and is connected to it by means of solder joints, which means that the matrix cannot be flexibly moved radially and axially. can move. Even partial connections of the matrix to the jacket are disadvantageous, since solder can be carried over when the matrix is pressed into the jacket and the capillary forces between the jacket and the matrix can cause the solder to flow into undesirable areas during the soldering process.
  • the fact that the matrix is essentially in contact with the jacket over its entire surface does not create a thermally insulating connection, which results in an increased thermal mass in the edge area of the matrix and thus leads to an increased release of heat to the environment via the jacket.
  • the object of the present invention to at least partially solve the problems described with reference to the prior art and in particular to provide a matrix accommodated in a casing which enables a flexible movement of the matrix to compensate for thermally induced forces and/or can reduce the heat transfer from the matrix to the casing.
  • a device for the aftertreatment of exhaust gases from an internal combustion engine contributes to this, which has a metallic matrix through which flow can take place along a main flow direction, the matrix being formed by a plurality of metal foils which are stacked on top of one another to form a layer stack and wound (e.g. at least partially wound) to form the matrix.
  • a plurality (in particular a multiplicity) of flow channels are formed between the metal foils, the matrix being accommodated in a jacket tube.
  • An inner tube is arranged between the matrix and the jacket tube, the inner tube having a structure, whereby the contact between the inner tube and the matrix and/or the jacket tube is only formed in sections.
  • Honeycomb bodies or matrices of this type are already known in many different ways.
  • the matrix is formed from a plurality of metal foils, of which at least individual metal foils are at least partially structured.
  • the metal foils are stacked on top of one another.
  • a layer stack formed in this way is wound or twisted around at least one pivot point. This creates cells between the individual metal foils, through which fluid can flow along a main flow direction that runs along the axial extent of the matrix.
  • the metal foils can be provided with a catalytically active coating, comprising a so-called washcoat, which may contain catalytically active material for converting pollutants in the exhaust gas, so that the media (exhaust gases) that can flow along the flow channels formed can be chemically converted, for example, on the surface of the matrix.
  • the matrix created from the metal foils is inherently unstable and is inserted into a so-called jacket pipe to protect it from mechanical damage.
  • This jacket pipe is often also used to guide the exhaust gas and forms the exhaust gas path through which it can flow.
  • the matrix is accommodated in an inner tube, and the matrix accommodated in the inner tube is finally inserted into the jacket tube.
  • the inner tube which is formed in particular with a metal foil, is structured so that the matrix with its radially outward-facing surface and/or the jacket tube with its radially inward-facing surface rests against the structures of the inner tube protruding from the cylindrical base surface.
  • the inner tube can be a separate component.
  • the structuring can be formed with a large number of structures, in particular of the same type, adjacent to one another or spaced apart from one another.
  • the inner tube can be provided with structures on (almost) its entire inward and/or outward facing surface, so that the inner tube is designed with the structuring in particular over a large area or predominantly.
  • the structuring can include elevations and/or depressions in the radial direction or towards the jacket tube and/or the matrix.
  • the elevations and/or depressions can be designed alternately in the axial direction and/or circumferential direction of the inner tube. In particular, only depressions and elevations are provided in the area of the structuring of the inner tube, so that, for example, smooth, possibly cylindrical, inner tube edge sections are only formed outside this area.
  • the contact between the inner tube and the matrix and/or the jacket tube is only formed in sections, with a small contact surface being formed compared to the entire surface of the inner tube.
  • the contact surface can be (essentially) linear, with the contact lines preferably running at least partially (or predominantly) in the circumferential direction and/or at an angle of less than 90° to the circumferential direction.
  • the section in which contact is present can be less than 20%, in particular less than 10%, of the outer or inner surface of the inner tube.
  • the inner tube has a smaller material thickness than the jacket tube.
  • the inner tube is also made of a thin metal foil, the metal foil preferably has a thickness of 0.01 mm and 2.0 mm [millimeters], preferably between 0.05 mm and 0.5 mm, particularly preferably between 0.08 mm and 0.3 mm.
  • the material thickness of the inner tube can be very small, so that the jacket tube in particular has a jacket tube thickness that is at least a factor of 2, in particular at least a factor of 10, greater than the selected material thickness of the inner tube.
  • the inner tube can have elevations and depressions which protrude in the radial direction from the main surface of the inner tube or are set back in this direction.
  • the metal foil which preferably forms the inner tube, is structured.
  • the metal foil has elevations and depressions which emerge from the cylindrical basic shape formed by a smooth metal foil or the main surface formed by the cylinder.
  • Hexagonal structures are preferably embossed into the metal foil in cross-section.
  • Such a hexagonal structure can comprise a hexagonally protruding/recessed frame and a recessed/protruding curvature enclosed therein.
  • the individual structures can also have different cross-sections.
  • the elevations and depressions protruding from the base surface form the contact surfaces or lines or even just contact points, on which the casing pipe rests on one side and the outer surface of the matrix rests on the other side.
  • the contact between the inner tube and the matrix and/or the jacket tube can only be formed in the area of the elevations and/or depressions.
  • the contact surface between the inner tube and the jacket tube or the matrix is significantly smaller than in a full-surface system, as is the case in honeycomb bodies or matrices known from the state of the art. This reduces the heat transfer from the matrix to the jacket tube, which reduces heat losses. Due to the contact points or contact surfaces defined by the structures, a very defined connection of the matrix to the inner tube and of the inner tube to the jacket tube is ensured. This can prevent solder carryover and prevents capillary action between the matrix and the inner tube and/or the inner tube and the jacket tube, which could cause solder displacement.
  • Air-filled chambers can be formed between the matrix and/or the jacket tube (on the one hand) and the inner tube (on the other hand), through which the respective components are partially spaced from one another.
  • the air-filled chambers are created by the elevations and depressions.
  • the air-filled chambers can be separated or limited from each other by the elevations and depressions.
  • At structural maxima of the inner pipe one side is in contact with the jacket pipe and the other side is in contact with the outer surface of the matrix.
  • the air-filled chambers can form a thermal insulation or blockage with respect to these components.
  • the contact surface between the inner pipe and the jacket pipe and between the inner pipe and the matrix can be significantly smaller than with a matrix of the same size that is flat against the jacket pipe. This is advantageously achieved by the reduced contact surface as a result of the structuring.
  • the reduced contact surface ensures less heat conduction from the flowing exhaust gas through the matrix to the jacket pipe, which reduces heat losses and thus improves the efficiency of the exhaust gas aftertreatment device.
  • the matrix also heats up more quickly, which is beneficial in quickly reaching the necessary working temperature, the so-called light-off temperature.
  • the jacket tube has at least two sections of different inner diameters, wherein the contact surfaces between the inner tube and the jacket tube are formed in the region of the section with the smaller inner diameter.
  • an air gap can be created in the circumferential direction, at least in sections, which creates (additional) thermal insulation.
  • the jacket tube preferably rests against the inner tube in the section with the smallest inner diameter.
  • the sections with a larger diameter do not rest against the inner tube.
  • the jacket pipe can be made in one piece or (alternatively) in several parts.
  • At least one sealing element is arranged between the jacket tube and the inner tube, which creates a seal at least in the axial direction of the device.
  • the sealing element can be formed, for example, by (at least) one or with (at least) one sealing ring which is arranged between the inner pipe and the jacket pipe.
  • the sealing ring which must be temperature-stable, prevents the exhaust gas from flowing into the air gap formed between the jacket pipe and the inner pipe.
  • the sealing element is produced by deforming the inner tube and/or the jacket tube.
  • the seal in the axial direction can also be created by a targeted deformation of the jacket pipe and/or the inner pipe.
  • an axial end of the jacket pipe or the inner pipe can be bent so that there is a flat contact between the jacket pipe and the inner pipe (only) in this axial end section.
  • the jacket pipe is designed in several parts, wherein the jacket pipe is formed from several pipe sections which have different inner diameters from one another.
  • Fig. 1 is a perspective view of a device with a structured inner tube and a jacket tube extending over a part of the inner tube in the axial direction
  • Fig. 2 is a perspective view of a device according to Fig. 1, wherein two further sections of the jacket tube are arranged around the inner tube, and
  • Fig. 3 is a sectional view through a device with a matrix, an inner tube and a jacket tube with sections of different inner diameters.
  • Fig. 1 shows a device 1 which is formed by a flow-through matrix 2, an inner tube 3 and a jacket tube 4.
  • the jacket tube 4 is only partially shown.
  • the axial length L of the jacket tube 4 corresponds to the axial length of the matrix 2 and the inner tube 3.
  • a section of the jacket tube 4 is shown which rests against the structures 5 formed in the inner tube 3 and is in contact with the inner tube 3 in the region of the structural maxima of the structures that are flared towards the jacket tube 4.
  • the structures 5 of the inner tube 3 have a hexagonal cross section and are flared alternately in the direction of the matrix 2 and the jacket tube 4.
  • Fig. 2 shows a device 1 as already shown in Fig. 1.
  • sections 6, 7 of the jacket tube 4 are shown to the right and left of this jacket tube 4. These sections 6, 7 have a larger inner diameter than the central jacket tube 4 and are therefore not in contact with the structures 5 of the inner tube 3. An air gap running around the circumference is formed between the sections 6, 7 and the inner tube 3.
  • FIG. 3 shows a sectional view through the device 1, as already shown in Fig. 2.
  • the section shows the matrix 2, the structured inner tube 3 and the jacket tube 4, which is formed in sections of different diameters (first (inner) diameter 14 and second (inner) diameter 15).
  • the central section of the jacket tube 4 has a smaller diameter than the partial sections 6, 7 and is in contact with the structured inner tube 3. It can be clearly seen that contact surfaces with the jacket tube 4 are only formed at the flared structural maxima of the inner tube 3. Between the partial sections 6, 7 and the inner tube 3, an air gap 9 running around the circumference is formed, which creates thermal insulation in addition to the air chambers 8.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1 ) zur Nachbehandlung von Abgasen eines Verbrennungsmotors, mit einer entlang einer Hauptdurchströmungsrichtung durchströmbaren metallische Matrix (2), wobei die Matrix (2) durch eine Mehrzahl von Metallfolien gebildet ist, welche zu einem Lagenstapel aufeinandergestapelt und zu der Matrix (2) gewickelt ist, wobei zwischen den Metallfolien eine Mehrzahl von Strömungskanälen ausgebildet ist, wobei die Matrix (2) in einem Mantelrohr (4, 6, 7) aufgenommen ist, wobei zwischen der Matrix (2) und dem Mantelrohr (4, 6, 7) eine Innenrohr (3) angeordnet ist, wobei das Innenrohr (3) eine Strukturierung (5) aufweist, wodurch der Kontakt vom Innenrohr (3) zur Matrix (2) und/oder zum Mantelrohr (4) nur abschnittsweise ausgebildet ist.

Description

Vorrichtung zur Nachbehandlung von Abgasen
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Nachbehandlung von Abgasen eines Verbrennungsmotors, mit einer entlang einer Hauptdurchströmungsrichtung durchströmbare metallische Matrix, wobei die Matrix durch eine Mehrzahl von Metallfolien gebildet ist, welche zu einem Lagenstapel aufeinandergestapelt und zu der Matrix gewickelt bzw. gewunden ist, wobei zwischen den Metallfolien eine Mehrzahl von Strömungskanälen ausgebildet und wobei die Matrix in einem Mantelrohr aufgenommen ist.
Wabenkörper für Katalysatoren zur Abgasnachbehandlung von Verbrennungsmotoren weisen eine Vielzahl von entlang einer Hauptdurchströmungsrichtung durchströmbare Strömungskanäle auf. Wabenkörper, insbesondere Wabenkörper aus Metall, können durch eine Vielzahl von glatten und/oder zumindest teilweise strukturierten Metallfolien gebildet, die aufeinandergestapelt und zum endgültigen Wabenkörper gewickelt oder (zumindest teilweise) gewunden sind. Die aus den Metallfolien gebildete Matrix (Wabenkörper) wird zur Stabilisierung und insbesondere 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 vollflächig an dem Mantel anliegt und mittels Lötverbindungen mit diesem verbunden ist, wodurch sich die Matrix radial und in axialer Richtung nicht flexibel bewegen kann. Selbst partielle Anbindungen der Matrix an den Mantel sind nachteilig, da es beim Eindrücken der Matrix in den Mantel zu Lotverschleppungen kommen kann und es beim Lötprozess durch die Kapillarkräfte zwischen dem Mantel und der Matrix zum Fließen des Lotes in unerwünschte Bereiche kommen kann.
Darüber hinaus wird durch die im Wesentlichen vollflächige Anlage der Matrix an dem Mantel keine thermisch isolierende Verbindung erzeugt, wodurch sich im Randbereich der Matrix eine erhöhte thermische Masse ergibt und es so zu einer verstärkten Abgabe von Wärme über den Mantel an die Umgebung kommt.
Daher ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die mit Bezug auf den Stand der Technik geschilderte Probleme zumindest teilwiese zu lösen und insbesondere eine in einem Mantel aufgenommene Matrix zu schaffen, welche eine flexible Bewegung der Matrix zur Kompensation von thermisch induzierten Kräften ermöglicht und/oder den Wärmeübertrag von der Matrix auf den Mantel reduzieren kann.
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, welche eine entlang einer Hauptdurchströmungsrichtung durchströmbare metallische Matrix aufweist, wobei die Matrix durch eine Mehrzahl von Metallfolien gebildet ist, welche zu einem Lagenstapel aufeinandergestapelt und zu der Matrix (auf-)gewickelt (z. B. zumindest teilweise gewunden) ist. Zwischen den Metallfolien eine Mehrzahl (insbesondere eine Vielzahl) von Strömungskanälen ausgebildet ist, wobei die Matrix in einem Mantelrohr aufgenommen ist. Zwischen der Matrix und dem Mantelrohr ist eine Innenrohr angeordnet ist, wobei das Innenrohr eine Strukturierung aufweist, wodurch der Kontakt vom Innenrohr zur Matrix und/oder zum Mantelrohr nur abschnittsweise ausgebildet ist. Wabenkörper beziehungsweise Matrizen diese Bauart sind in vielfältiger Weise bereits bekannt. Die Matrix ist aus einer Mehrzahl von Metallfolien gebildet, von denen zumindest einzelne Metallfolien zumindest teilweise strukturiert sind. Die Metallfolien sind aufeinandergestapelt. Ein so gebildeter Lagenstapel ist um zumindest einen Drehpunkt (auf-)gewickelt bzw. gewunden. Dadurch werden zwischen deneinzelnenMetallfolienZellenausgebildet.dieentlangeinerHauptdurchströmungs- richtung, welche entlang der axialen Erstreckung der Matrix verläuft, durchströmbar sind. Je nach Einsatzzweck können die Metallfolien mit einer katalytisch aktiven Beschichtung versehen sein, umfassend einen sogenannten Washcoat, der ggf. katalytisch aktives Material zur Umwandlung von Schadstoffen des Abgases trägt, so dass die entlang der ausgebildeten Strömungskanäle strömbaren Medien (Abgase) beispielsweise an der Oberfläche der Matrix chemisch umgewandelt werden können.
Die aus den Metallfolien erzeugt Matrix ist an sich instabil und wird zum Schutz vor mechanischen Beschädigungen in ein sogenanntes Mantelrohr eingesetzt. Dieses Mantelrohr dient oftmals auch zur Leitung des Abgases und bildet die durchströmbare Abgasstrecke aus.
Hier wird vorgeschlagen, dass die Matrix in einem Innenrohr aufgenommen ist, und die im Innenrohr aufgenommene Matrix schließlich in das Mantelrohr eingesetzt ist. Das insbesondere mit einer Metallfolie gebildete Innenrohr ist strukturiert, so dass die Matrix mit ihrer radial nach außen gerichteten Fläche und/oder das Mantelrohr mit seiner radial nach innen gerichteten Fläche an den aus der zylindrischen Grundfläche ausgestellten Strukturen des Innenrohrs anliegt.
Das Innenrohr kann ein separates Bauteil sein. Die Strukturierung kann mit einer Vielzahl von insbesondere gleichartigen, aneinander angrenzenden oder zueinander beabstandeten Strukturen gebildet sein. Das Innenrohr kann auf (nahezu) seiner ganzen nach innen und/oder nach außen gerichteten Fläche mit Strukturen versehen sein, so dass das Innenrohr insbesondere großflächig bzw. überwiegend mit der Strukturierung ausgeführt ist. Die Strukturierung kann Erhebungen und/oder Vertiefungen in radiale Richtung bzw. hin zum Mantelrohr und/oder der Matrix umfassen. Die Erhebungen und/oder Vertiefungen können in axialer Richtung und/oder Umfangsrichtung des Innenrohres abwechselnd ausgeführt sein. Insbesondere sind im Bereich der Strukturierung des Innenrohres nur Vertiefungen und Erhebungen vorgesehen, so dass z.B. nur außerhalb dieses Bereichs glatte, ggf. zylindrische, Innenrohr-Randabschnitte ausgebildet sind.
Der Kontakt vom Innenrohr zur Matrix und/oder zum Mantelrohr ist nur abschnittsweise ausgebildet, wobei eine gegenüber der gesamten Oberfläche des Innenrohres geringe Kontaktfläche ausgebildet ist. Die Kontaktfläche kann (im Wesentlichen) linienförmig ausgebildet sein, wobei die Kontaktlinien bevorzugt zumindest teilweise (bzw. überwiegend) in Umfangrichtung und/oder mit einem Winkel keiner 90 ° zur Umfangsrichtung verlaufen. Der Abschnitt, in dem Kontakt vorliegt, kann insgesamt kleiner als 20%, insbesondere kleiner 10 %, der Außen- oder Innenfläche des Innenrohres betragen.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Innenrohr eine geringere Materialstärke aufweist als das Mantelrohr. Das Innenrohr ist ebenfalls aus einer dünnen Metallfolie gebildet, bevorzugt hat die Metallfolie eine Dicke von 0,01 mm und 2,0 mm [Millimeter], bevorzugt zwischen 0,05 mm und 0,5 mm, besonders bevorzugt zwischen 0,08 mm und 0,3 mm. Insbesondere im Vergleich zu dem Mantelrohr kann die Materialstärke des Innenrohrs sehr gering ausgeführt sein, so dass das Mantelrohr insbesondere eine Mantelrohrdicke aufweist, die mindestens um den Faktor 2, insbesondere um mindestens den Faktor 10 größer als die ausgewählte Materialstärke des Innenrohres ist.
Das Innenrohr kann Erhebungen und Vertiefungen aufweisen, welche in radialer Richtung aus der Hauptmantelfläche des Innenrohrs herausstehen bzw. in dieser Richtung zurückgesetzt sind .
Die Metallfolie, welche das Innenrohr bevorzugt bildet, ist strukturiert. Dies bedeutet, dass die Metallfolie Erhebungen und Vertiefungen aufweist, welche aus der durch eine glatte Metallfolie gebildeten zylindrischen Grundform beziehungsweise der durch den Zylinder gebildeten Hauptmantelfläche ausgestellt sind. Bevorzugt sind in die Metallfolie im Querschnitt hexagonale Strukturen eingeprägt. Eine solche hexagonale Struktur kann einen hexagonal hervorstehenden / zurückgesetzten Rahmen und eine darin eingeschlossenen zurückgesetzte / hervorstehende Wölbung umfassen. Alternativ können die einzelnen Strukturen auch abweichende Querschnitte aufweisen.
Die aus der Grundfläche ausgestellten Erhebungen und Vertiefungen bilden die Kontaktflächen bzw. -linien oder sogar nur Kontaktpunkte, an welchen einseitig das Mantelrohr anliegt und auf der anderen Seite die Außenfläche der Matrix anliegt.
Der Kontakt zwischen dem Innenrohr und der Matrix und/oder dem Mantelrohr kann nur im Bereich der Erhebungen und/oder Vertiefungen ausgebildet sein.
Dies ist vorteilhaft, weil die Kontaktfläche zwischen dem Innenrohr und dem Mantelrohr beziehungsweise der Matrix wesentlich geringer ist als bei einer vollflächigen Anlage, wie sie in aus dem Stand der Technik bekannten Wabenkörpern oder Matrizen ausgebildet ist. Dadurch wird die Wärmeübertragung von der Matrix hin zum Mantelrohr reduziert, wodurch die Wärmeverluste verringert werden. Aufgrund der durch die Strukturen definierten Kontaktpunkte oder Kontaktflächen ist eine sehr definierte Anbindung der Matrix an das Innenrohr und des Innenrohrs an das Mantelrohr gewährleistet. So kann verhindert werden, dass es zu einer Lotverschleppung kommt bzw. keine Kapillarwirkung zwischen Matrix und Innenrohr und/oder Innenrohr und Mantelrohr entsteht, wodurch eine Lotverschiebung entstehen könnte.
Zwischen der Matrix und/oder dem Mantelrohr (einerseits) und dem Innenrohr (andererseits) können luftgefüllte Kammern ausgebildet sein, durch welche die jeweiligen Komponenten bereichsweise voneinander beabstandet sind.
Die luftgefüllten Kammern sind durch die Erhebungen und Vertiefungen erzeugt. Die luftgefüllten Kammern können durch die Erhebungen und Vertiefungen voneinander separiert bzw. begrenzt sein. An Strukturmaxima des Innenrohrs kommt es einseitig zur Anlage am Mantelrohr und auf der anderen Seite zur Anlage an die Außenfläche der Matrix. Im restlichen Bereich der jeweiligen Strukturierung entsteht eine Luftkammer, welche zwischen Innenrohr und Mantelrohr beziehungsweise zwischen Innenrohr und Matrix ausgebildet sind. Die luftgefüllten Kammern können eine thermische Isolierung bzw. Blockade bezüglich dieser Komponenten ausbilden.
Die Kontaktfläche zwischen Innenrohr und Mantelrohr sowie zwischen Innenrohr und Matrix kann wesentlich geringer sein als bei einer flächig am Mantelrohr anliegenden Matrix gleicher Baugröße. Dies wird vorteilhaft durch die reduzierte Anlagefläche infolge der Strukturierung erzeugt. Die verringerte Anlagefläche sorgt für eine geringere Wärmeleitung vom strömenden Abgas über die Matrix zum Mantelrohr hin, wodurch die Wärmeverluste reduziert werden und somit die Effizienz der Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung verbessert wird. Auch wird schneller eine Aufheizung der Matrix erreicht, was einem schnellen Erreichen der notwendigen Arbeitstemperatur, der sogenannten Light-Off Temperatur, zuträglich ist.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass das Mantelrohr zumindest zwei Abschnitte unterschiedlichen Innendurchmessers aufweist, wobei die Kontaktflächen zwischen dem Innenrohr und dem Mantelrohr im Bereich des Abschnitts mit dem kleineren Innendurchmesser ausgebildet sind.
Durch ein abgesetztes Mantelrohr, welches Abschnitte mit unterschiedlichen Innendurchmessern aufweist, kann zumindest abschnittsweise ein in Umfangsrichtung umlaufender Luftspalt erzeugt werden, welcher eine (zusätzliche) thermische Isolation erzeugt. Das Mantelrohr liegt hierbei bevorzugt im Abschnitt des kleinsten Innendurchmessers an dem Innenrohr an. Die Abschnitte größeren Durchmessers liegen an dem Innenrohr nicht an.
Das Mantelrohr kann einteilig oder (alternativ) mehrteilig ausgebildet sein.
Auch kann es zweckmäßig sein, wenn zwischen dem Mantelrohr und dem Innenrohr zumindest ein Dichtungselement angeordnet ist, welches eine Abdichtung zumindest in axialer Richtung der Vorrichtung erzeugt. Das Dichtelement kann beispielsweise durch (mindestens) einen bzw. mit (mindestens) einem Dichtring gebildet sein, welcher zwischen dem Innenrohr und dem Mantelrohr angeordnet ist. Der Dichtring, welchertemperaturstabil ausgebildet sein muss, verhindertdas Einströmen des Abgases in den zwischen dem Mantelrohr und dem Innenrohr ausgebildeten Luftspalt.
Darüber hinaus kann es vorteilhaft sein, wenn das Dichtungselement durch eine Umformung des Innenrohrs und/oder des Mantelrohrs erzeugt ist.
Alternativ kann die Abdichtung in axialer Richtung auch durch eine gezielte Umformung des Mantelrohrs und/oder des Innenrohrs erzeugt sein. Hierzu kann beispielsweise ein axiales Ende des Mantelrohrs oder des Innenrohrs umgebogen sein, so dass es (nur) in diesem axialen Endabschnitt zu einer flächigen Anlage zwischen dem Mantelrohr und dem Innenrohr kommt.
Weiterhin kann es zweckmäßig, wenn das Mantelrohr mehrteilig ausgebildet ist, wobei das Mantelrohr aus mehreren Rohrabschnitten gebildet ist, die voneinander abweichende Innendurchmesser aufweisen.
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 perspektivische Ansicht einer Vorrichtung mit einem strukturierten Innenrohr und einem sich über einen Teil des Innenrohrs in axialer Richtung erstreckenden Mantelrohrs, Fig. 2 eine perspektivische Ansicht einer Vorrichtung gemäß Fig. 1 , wobei zwei weitere Abschnitte des Mantelrohrs um das Innenrohrangeordnet sind, und
Fig. 3 eine Schnittansicht durch eine Vorrichtung mit einer Matrix, einem InnenrohrundeinemMantelrohrmitAbschnittenunterschied- lichen Innendurchmessers.
Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung 1 , welche durch eine durchströmbare Matrix 2, ein Innenrohr 3 und ein Mantelrohr 4 gebildet ist.
Das Mantelrohr 4 ist nur partiell dargestellt. Insbesondere entspricht die axiale Länge L des Mantelrohres 4 der axialen Länge der Matrix 2 und dem Innenrohr 3.
Insbesondere ist ein Abschnitt des Mantelrohrs 4 dargestellt, welcher an den im Innenrohr 3 ausgebildeten Strukturen 5 anliegt und im Bereich, der zum Mantelrohr 4 ausgestellten Strukturmaxima der Strukturen in Kontakt mit dem Innenrohr 3 ist. Die Strukturen 5 des Innenrohrs 3 haben einen hexagonalen Querschnitt und sind wechselseitig in Richtung der Matrix 2 und dem Mantelrohr 4 ausgestellt.
Fig. 2 zeigt eine Vorrichtung 1 , wie sie in Fig. 1 bereits gezeigt ist. Zusätzlich zu dem Mantelrohr 4 sind rechts und links dieses Mantelrohrs 4 weitere Teilabschnitte 6, 7 des Mantelrohrs 4 gezeigt. Diese Teilabschnitte 6, 7 weisen einen größeren Innendurchmesser auf als das zentrale Mantelrohr 4 und stehen somit nicht mit den Strukturen 5 des Innenrohrs 3 in Kontakt. Zwischen den Teilabschnitten 6, 7 und dem Innenrohr 3 ist ein in Umfangsrichtung umlaufender Luftspalt ausgebildet.
In einem schematischen Ausschnitt ist veranschaulicht, dass die Matrix 2 mit lagenweise abwechselnd angeordneten glatten Metallfolien 12 und strukturierten Metallfolien 11 gebildet ist, welche eine Vielzahl von Strömungskanälen 13 ausbilden. Die Strömungskanäle 13 verlaufen parallel zur Hauptströmungsrichtung H. Fig. 3 zeigt eine Schnittansicht durch die Vorrichtung 1 , wie sie bereits in Fig. 2 gezeigt ist. Im Schnitt zu erkennen ist die Matrix 2, das strukturierte Innenrohr 3 und das in Abschnitten unterschiedlichen Durchmessers (erster (Innen-)Durchmesser 14 und zweiter (Innen-)Durchmesser 15) ausgebildete Mantelrohr 4. Der zentrale Abschnittdes Mantelrohrs 4 weist den kleineren DurchmesseraufalsdieTeilabschnit- te 6, 7 und ist in Anlage mit dem strukturierten Innenrohr 3. Gut zu erkennen ist, dass nur an den ausgestellten Strukturmaxima des Innenrohrs 3 Kontaktflächen zum Mantelrohr 4 ausgebildet sind. Zwischen den Teilabschnitten 6, 7 und dem Innenrohr 3 ist ein in Umfangsrichtung umlaufender Luftspalt 9 ausgebildet, welcher zusätzlich zu den Luftkammern 8 eine thermische Isolation erzeugt.
Die Ausführungsbeispiele der Figur. 1 bis 3 weisen insbesondere keinen beschränkenden Charakter auf und dienen der Verdeutlichung des Erfindungsgedankens.
Bezugszeichenliste
1 Vorrichtung
2 Matrix
3 Innenrohr
4 Mantelrohr
5 Strukturen
6 Teilabschnitt des Mantelrohrs
7 Teilabschnitt des Mantelrohrs
8 Luftkammer
9 Luftspalt
10 glatte Metallfolie
11 strukturierte Metallfolie
12 Strömungskanal
13 erster Durchmesser
14 zweiter Durchmesser
L axiale Länge
H Hauptdurchströmungsrichtung

Claims

Patentansprüche . Vorrichtung (1 ) zur Nachbehandlung von Abgasen eines Verbrennungsmotors, mit einer entlang einer Hauptdurchströmungsrichtung durchströmbaren metallische Matrix (2), wobei die Matrix (2) durch eine Mehrzahl von Metallfolien gebildet ist, welche zu einem Lagenstapel aufeinandergestapelt und zu der Matrix (2) gewickelt ist, wobei zwischen den Metallfolien eine Mehrzahl von Strömungskanälen ausgebildet ist, wobei die Matrix (2) in einem Mantelrohr (4, 6, 7) aufgenommen ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass zwischen der Matrix (2) und dem Mantelrohr (4, 6, 7) eine Innenrohr (3) angeordnet ist, wobei das Innenrohr (3) eine Strukturierung (5) aufweist, wodurch der Kontakt vom Innenrohr (3) zur Matrix (2) und/oderzum Mantelrohr (4) nur abschnittsweise ausgebildet ist. . Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h - n e t ,dassdaslnnenrohr(3)einegeringereMaterialstärkeaufweistalsdasMan- telrohr (4, 6, 7). . Vorrichtung (1) 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 (3) Erhebungen und Vertiefungen aufweist, welche in radialer Richtung aus der Hauptmantelfläche des Innenrohrs (3) herausstehen. . Vorrichtung (1) nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Kontakt zwischen dem Innenrohr (3) und der Matrix (2) und/oder dem Mantelrohr (4) nur im Bereich der Erhebungen und/oder Vertiefungen ausgebildet ist. . Vorrichtung (1) 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 zwischen der Matrix (2) und/oderdem Mantelrohr (4, 6, 7) und dem Innenrohr (3) luftgefüllte Kammern (8) ausgebildet sind, durch welche die jeweiligen Komponenten bereichsweise voneinander beabstan- det sind. Vorrichtung (1) 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 (4, 6, 7) zumindest zwei Abschnitte (4, 6, 7) unterschiedlichen Innendurchmessers aufweist, wobei die Kontaktflächen zwischen dem Innenrohr (3) und dem Mantelrohr (4) im Bereich des Abschnitts (4) mit dem kleineren Innendurchmesser ausgebildet sind. Vorrichtung (1) 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 zwischen dem Mantelrohr (6, 7) und dem Innenrohr (3) zumindest ein Dichtungselement angeordnet ist, welches eine Abdichtung zumindest in axialer Richtung der Vorrichtung (1) erzeugt. Vorrichtung (1) nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Dichtungselement durch eine Umformung des Innenrohrs (3) und/oder des Mantelrohrs (6, 7) erzeugt ist. Vorrichtung (1) 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 (4, 6, 7) mehrteilig ausgebildet ist, wobei das Mantelrohr (4, 6, 7) aus mehreren Rohrabschnitten gebildet ist, die voneinander abweichende Innendurchmesser aufweisen.
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