DE10224997A1

DE10224997A1 - Metallfolie mit eingeprägter Struktur zur Verwendung bei der Abgasreinigung und Werkzeug und Verfahren zu ihrer Herstellung

Info

Publication number: DE10224997A1
Application number: DE10224997A
Authority: DE
Inventors: Christian Mangold; Matthias Mangold
Original assignee: Oberland Mangold GmbH
Current assignee: Oberland Mangold GmbH
Priority date: 2002-01-16
Filing date: 2002-06-05
Publication date: 2003-07-31

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Metallfolie mit eingeprägter Struktur zur Verwendung bei der Abgasreinigung sowie ein Werkzeug und ein Verfahren zu ihrer Herstellung. Die Metallfolie weist in Hauptströmungsrichtung abwechselnd Berge mit Anstiegsflanken und Abfallflanken und Täler auf, wobei die Berge und Täler parallel zur Hauptströmungsrichtung in Reihen unterteilt sind und die Berge und Täler benachbarter Reihen in Hauptströmungsrichtung gegeneinander in der Weise versetzt sind, dass die Anstiegsflanken und Abfallflanken zueinander versetzt angeordneter Berge jeweils eine Senke bilden, die versetzt zueinander angeordnete Täler verbindet. Die im Bereich der Abfall- und Anstiegsflanken vorhandenen Senken bilden unregelmäßige Störungszonen und Verwerfungen zur Verwirbelung und Kontaktierung des Abgases mit der Oberfläche. Die schachbrettartige Anordnung der Berge und Täler fördert ebenso die Verwirbelung des Abgases durch seitliche bzw. schräge Ablenkung und, je nach Maß des Reihenversatzes der benachbarten Reihen, auch eine vertikale Ablenkung über die Senken. In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Anstiegs- und/oder Abfallsenke mindestens eine Öffnung auf, wodurch das Abgas zusätzlich quer zur Hauptströmungsrichtung in benachbarte Lagen abgelenkt wird. DOLLAR A Weiterhin schafft die eingeprägte Struktur der Metallfolie stromabwärts der Senken und in sonstigen luftabgewandten Bereichen Räume zur Ablagerung von im Abgasstrom enthaltenen Partikeln. Die Metallfolie kann bei ...

Description

Die Erfindung betrifft eine Metallfolie mit eingeprägter Struktur zur Verwendung bei der Abgasreinigung und ein Werkzeug sowie ein Verfahren zu ihrer Herstellung.
Derartig strukturierte Metallfolien werden meist für Katalysatoren und Partikelabscheidevorrichtungen bei Abgasreinigungsvorrichtungen eingesetzt.

Hierbei ist es beispielsweise bekannt einen Metallfolienkörper aus gewellten und glatten Lagen aus Metallfolie aufzuwickeln und die Lagen untereinander und an einem den Wickelkörper umgebenden zylindrischen Gehäuse zu befestigen. Somit ergeben sich je nach Ausbildung der Oberflächenstruktur der einzelnen Lagen und je nach Anordnung der nebeneinanderliegenden Metallfolien Strömungskanäle zum Durchströmen des Abgases durch den Metallfolienkörper. Dabei sind die Metallfolien meist mit einer die spezifische Oberfläche vergrößernden Schicht oder einer Edelmetallbeschichtung versehen.

Bevorzugte Anwendungen der als Wickelkörper ausgebildeten Metallfolienkörper sind die bei der Abgasreinigung bei Verbrennungsmaschinen eingesetzten Partikelabscheidevorrichtungen zur Ablagerung von Rußpartikeln und Trägerkörper für Katalysatoren, insbesondere bei gasförmigen Emissionen von Diesel- oder Benzinmotoren.

Bei Verwendung des Metallfolienkörpers als Katalysatorträger findet beim Durchströmen der Strömungskanäle ein Umwandlungsprozess zur Abgasreinigung statt. Die Umlenkung und Verwirbelung des Abgases soll hierbei eine erhöhte Kontaktierung des Abgases mit den Wandungen und den darauf aufgebrachten, für den Umwandlungsprozess nötigen, katalytisch aktiven Beschichtungen ermöglichen.

Bei der Verwendung der Metallfolien zur Abscheidung von Rußpartikeln verändert die Umlenkung und Verwirbelung die Richtung und Geschwindigkeit der Strömung des Abgases und ermöglicht durch Diffusion und Impaktion eine Ablösung der Partikel aus der Strömung und eine Ablagerung der Partikel in den strömungsabgewandten Bereichen.

Bei derartigen Metallfolien werden unterschiedlichste Oberflächenstrukturierungen und Anordnung der Metallfolien und Kombinationen mit glatten Folien angewandt, um eine geeignete Verwirbelung zu erzeugen.

Allgemein ist es bekannt, gattungsgemäße Metallfolien in Form von Wellen oder Falten unter Ausbildung einer wechselnden, eventuell mit Öffnungen versehenen Oberflächentopographie durch Berge und Täler zu schaffen.

Die DE 201 17 873 U1 zeigt einen Filterkörper zur Abgasreinigung aus einer Folie, welche mit einer Struktur versehen ist, die Erhebungen und Senken und in den Erhebungen bzw. Senken angeordneten Schaufeln aufweist. Dabei sind die Erhebungen und Senken in Längsrichtung, welche parallel zur Hauptströmungsrichtung verläuft, ausgerichtet, d. h. die Wellen verlaufen quer zur Hauptströmungsrichtung. Die Schaufeln bilden mit einem Schaufeleintritt und einem Schaufelaustritt einen Durchlass zur Ausbildung durchströmbarer Kanäle und ermöglichen ein Übertritt des Abgasstromes in benachbarte Lagen des Filterkörpers.

Aus der DE 37 44 265 C2 ist ein Rußfilter zur Abgasreinigung mit einer Struktur der vorstehenden Art bekannt, bei der eine Lage aus gewelltem oder gefaltetem Stahlblech abwechselnd mit einer Lage aus ebenen Filtermaterial zu einem Wickelkörper oder Packet aufgewickelt oder gestapelt ist. Hierbei weist die Lage aus gewelltem oder gefaltetem Material eine Struktur aus in Hauptströmungsrichtung nebeneinander abwechselnd angeordneten Bergen und Tälern und quer zur Hauptströmungsrichtung jeweils in Abständen angeordnete Stege auf. Diese Stege verlaufen jeweils durchgehend und auf einem gleichbleibenden Höhenniveau. Bei auf Talhöhenniveau angeordneten Stegen besteht ein höhengleicher Anschluß zwischen Steg und stromaufwärts und stromabwärts des jeweiligen Steges in Hauptströmungsrichtung benachbarten zwischen den Bergen angeordneten Tälern. Dementsprechend besteht bei auf Berghöhenniveau angeordneten Stegen ein höhengleicher Anschluß zwischen Steg und stromaufwärts und stromabwärts des jeweiligen Steges in Hauptströmungsrichtung benachbarten angeordneten Bergen. Somit besteht in Hauptströmungsrichtung abschnittsweise eine direkte höhengleiche Verbindung der Berge bzw. Täler. Die auf Talhöhenniveau querlaufenden Stege haben wenig Wirkung auf die Änderung der Strömungsrichtung und Strömungsgeschwindigkeit des Abgases, da keine direkte Ablenkung des Abgases erzwungen wird. Insgesamt ergibt sich wenig Raum als Möglichkeit für die Ablagerung von Partikeln, da der Strömungskanalquerschnitt sowohl bei Betrachtung der einzelnen Metallfolienlage als auch bei Betrachtung des Gesamtkörpers wenige Störungszonen enthält und eher gleichmäßig aufgebaut ist. Die wesentliche Verwirbelung wird hier durch eine Ablenkung in benachbarte Lagen erreicht, wobei eine sehr exakte gegenseitige Anordnung der Lagen erforderlich ist, um einen ausreichenden Querschnitt zum Durchtritt in die benachbarten Lagen bereitzustellen. Insgesamt gestalten sich die entstehenden Strömungskanäle strömungsfreundlich und erzeugen wenig Verwirbelungen, da wenige die Strömung umlenkende Anströmkanten vorhanden sind, sondern eher strömungsführende schräge Leitflächen aufweisen. Daraus ergeben sich auch wenig strömungsberuhigteren leeseitig angeordneten Zonen, die für eine Ablagerung notwendig sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Metallfolie zur Verwendung bei der Abgasreinigung zu schaffen, die eine geeignete Oberflächenstruktur zur verbesserten Verwirbelung des Abgases aufweist und gleichzeitig auch Ablagerungsmöglichkeiten für im Abgasstrom enthaltene Partikel schafft. Des weiteren soll auch ein möglichst einfaches und kostengünstiges Werkzeug und ein Verfahren zu ihrer Herstellung geschaffen werden.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Berge und Täler parallel zur Hauptströmungsrichtung in Reihen unterteilt sind und die Berge und Täler benachbarter Reihen in Hauptströmungsrichtung gegeneinander in der Weise versetzt sind, dass die Anstiegsflanken und Abfallflanken zueinander versetzt angeordneter Berge jeweils eine Senke bilden, die versetzt zueinander angeordnete Täler verbindet. Diese versetzte Anordnung benachbarter Reihen schafft eine schachbrettartige Anordnung der Berge und Täler und somit kurze abschnittsweise ungestörte Strömungswege in Hauptströmungsrichtung. Mit der Hauptströmungsrichtung wird die stromaufwärts der Metallfolie vor Auftreffen auf die Metallfolie vorherrschende Richtung des Abgasstromes bezeichnet. Die Berge umfassen jeweils eine punkt-, linien- oder flächenartig ausgebildete höchste Stelle mit umlaufenden, im wesentlichen in und quer zur Hauptströmungsrichtung angeordneten Flanken bzw. Hängen, die eine Verbindung zu den umliegenden Tälern herstellen. Die Täler umfassen dementsprechend jeweils eine punkt-, linien- oder flächenartig ausgebildete tiefste Stelle. Die Anstiegs- bzw. Abfallflanken bezeichnen die bezüglich der Hauptströmungsrichtung luv- bzw. leeseitig angeordneten Flanken. Bei der Hauptanwendungsform verläuft die Ausrichtung der Bergkämme parallel zur Hauptströmungsrichtung. Die Metallfolie kann aber auch bei einer schräg bzw. quer zur Ausrichtung der Bergkämme gerichteten Hauptströmungsrichtung angewendet werden. Alle Flanken können unterschiedliche Neigungen aufweisen, wobei sich vor allem eine steilere Ausbildung der leeseitig angeordneten Abfallflanken vorteilhaft auf die Partikelablagerung auswirkt.

Die aufgrund des Versatzes benachbarter Reihen zwischen zueinander versetzt angeordneten Bergen entstehende Senke verläuft von einem Berg einer ersten Reihe entlang dessen Abfallflanke und über die Anstiegsflanke eines in der zur ersten Reihe benachbarten zweiten Reihe versetzt angeordneten Berges. Die Senke ermöglicht somit eine Verbindung der lokal stromabwärts und stromaufwärts benachbarten Täler. Die lokal im Bereich stromabwärts und stromaufwärts der Senke vorhandene Strömungsrichtung kann von der Hauptströmungsrichtung variieren und verläuft in der Regel schräg zur Hauptströmungsrichtung. Der für den Übergang des Abgases von einem Tal über die Senke in das stromabwärts benachbarte Tal zur Verfügung stehende Querschnitt wird durch das Maß des Versatzes der benachbarten Reihen bestimmt. Die vertikale Lage des Tiefpunkts der Senke befindet sich unterhalb des höchsten Punktes der die Senke bildenden Anstiegs- bzw. Abfallflanke und auf der Höhe bzw. oberhalb der Höhe der zur Senke benachbarten Täler. Bei einer beabstandeten Anordnung der Abfallflanke eines Berges zu einer in Hauptströmungsrichtung dazu stromabwärts gelegenen Anstiegsflanke eines benachbarten Berges ist auch eine höhengleiche Verbindung der versetzt zueinander angeordneter Täler benachbarten Reihen möglich.

Die unregelmäßigen Übergänge zwischen den Anstiegs- und Abfallflanken mit Ausbildung der Senken und die schachbrettartige Anordnung der Berge und Täler ermöglicht somit eine verbesserte Verwirbelung des Abgases durch die seitliche bzw. schräge Ablenkung und, je nach Maß des Reihenversatzes der benachbarten Reihen, auch eine vertikale Ablenkung über die Senken. Die im Bereich der Abfall- und Anstiegsflanken vorhandenen Senken bilden unregelmäßige Störungszonen und Verwerfungen zur Verwirbelung und Kontaktierung des Abgases mit der Oberfläche. Weiterhin bietet die eingeprägte Struktur der Metallfolie stromabwärts der jeweiligen Senke und in den luftabgewandten Bereichen günstige Räume zur Ablagerung von im Abgasstrom enthaltenen Partikeln.

Es werden Kanäle zur Umlenkung und Verwirbelung des Abgases ausgebildet, die eine erhöhte Kontaktierung des Abgases mit der Oberfläche der Struktur und auch einen erhöhten Partikelabscheidegrad erreichen. Die Strömungsquerschnitte sind so bemessen, dass es nicht zu einem unerwünschten Anstieg des Abgasgegendruckes und zu einer verminderten Leistung der Verbrennungsmaschine führt.

Der die Erfindung betreffende Begriff "Metallfolie" bezeichnet unperforierte und perforierte Metallfolien, Bleche, Streckmetalle, Vliese und Fasermaterial, wobei diese Materialien auch mit einer katalytischen Beschichtung versehen werden können. Im vorliegenden Zusammenhang wird hierfür der Begriff "Metallfolie" verwendet.

Eine bevorzugte Ausführungsform besteht darin, dass die Anstiegsflanken und/oder die Abfallflanken trapezförmig ausgebildet sind. Hierdurch lässt sich in und quer zur Hauptströmungsrichtung die Form der Senke und damit der entstehende Querschnitt des Freiraumes zum Übertritt des Abgases beeinflussen.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform besteht darin, dass die Anstiegs- bzw. Abfallflanke mindestens eine Öffnung aufweist. Des weiteren können auch mehrere Öffnungen in einer Anstiegs- bzw. Abfallflanke angeordnet sein und die Öffnungen verschiedener Anstiegs- bzw. Abfallflanken können unterschiedlich ausgeführt sein. Die an die Öffnungen angrenzenden Bereiche der Anstiegs- bzw. Abfallflanken können dabei unregelmäßig geformt sein, unterschiedliche Neigungen aufweisen und auch nach innen oder außen gewölbt sein.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform nehmen die Öffnung im wesentlichen den Bereich der Anstiegsflanke (4a, 4b) bzw. Abfallflanke (5a, 5b) ein.

Es ist vorteilhaft, dass die Öffnung eine bogenförmige Randbegrenzung aufweist. Die Randbegrenzungen können auch beispielsweise linien-, schlitzartig bzw. bogen-, ellipsen-, halbkreis-, oder kreisförmig ausgebildet sein.

Eine weiter bevorzugte Ausführungsform besteht darin, dass die Anstiegs- bzw. Abfallflanken vollständig offen sind.

Bei allen vorgenannten Ausführungsformen mit der Anordnung von einer Öffnung wird ermöglicht, dass das Abgas in benachbarte Lagen strömen kann. Ein Vorteil besteht in der zusätzlichen Erzeugung von Verwirbelungen und Ablenkung des Abgases quer zur Hauptströmungsrichtung in benachbarte Lagen des Filter- bzw. Katalysatorkörpers werden zusätzliche Strömungskanäle und Anströmkanten geschaffen und somit eine Brechung bzw. Umlenkung der Stromlinien des Abgases bewirkt.

Vorteilhaft ist es, dass an den Anstiegsflanken und/oder Abfallflanken wulstartige Bereiche, welche die Senken bilden, ausgebildet sind. Diese wulstartigen Bereiche können auch in den Bereich der quer zur Hauptströmungsrichtung bzw. quer zum Grat der Berge geneigten Anstiegsflanken und Abfallflanken übergehen. Die Form der wulstartigen Bereiche wird durch die Abmessungen und Neigungen der Berge, Täler, Anstiegs- und Abfallflanken und deren Beabstandung zueinander bestimmt, wobei sowohl eine weiche, abgerundete Form, als auch eine kantige, faltenartige Ausbildung gewählt werden kann.

Zweckmäßig ist es auch, dass zwischen den wulstartigen Bereichen Vertiefungen angeordnet sind. Diese kuhlen- bzw. wabenartigen Eindrückungen schaffen geeignete Räume zur Ablagerung von im Abgas enthaltenen Partikeln.

Vorteilhaft ist es weiterhin, dass in den Vertiefungen Katalysatorgranulat angeordnet ist. Die Vertiefungen bieten mit ihren seitlichen wulstartigen Bereichen geeignete Verankerungsmöglichkeiten und Platzverhältnisse zur Anordnung der beispielsweise rund ausgebildeten Granulate. Dabei werden die Granulate beispielsweise zwischen den seitlichen wulstartigen Bereichen in den Vertiefungen eingeklemmt. Es können auch verschiedenartig beschichtete Granulate verwendet werden.

Eine verbesserte Verwirbelung wird auch dadurch erzielt, dass die Berge und/oder Täler unterschiedliche Höhen aufweisen. Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass die Berge und/oder Täler unterschiedliche Längen und/oder Breiten aufweisen. Die Variation der Abmessungen erzeugt die gewünschten Turbulenzen beim Durchströmen der Metallfolie und erfordert weniger Genauigkeit beim Herstellungsverfahren der Metallfolie.

Zweckmäßig ist es auch, dass die Berge und Täler plateauartig ausgebildet sind. Diese Form beschreibt eine rechteckige, abgerundete bzw. ellipsenförmige im wesentlichen ebene begrenzte Fläche, die in und quer zur Hauptströmungsrichtung von jeweils einer Anstiegs- und Abfallflanke begrenzt wird. Die plateauartigen Berge und Täler können als Auflageflächen und zur Beabstandung bei Aufwicklung der Metallfolie bzw. bei kombinierter Anordnung mit weiteren Metallfolien dienen.

Alternative Ausführungsformen bestehen darin, dass die Berge und Täler wellenförmig oder spitz ausgebildet sind.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform besteht darin, dass an der Abgaseintritts- und/oder Abgasaustrittsseite die Berge und Täler schräg zur Hauptströmungsrichtung angeordnet sind. Hierdurch ist eine schräg zur Hauptströmungsrichtung geneigte Zuführung des Abgases auf die Eintrittsseite bzw. eine geneigte Abführung an der Austrittsseite der Metallfolie möglich. Dies erweist sich besonders vorteilhaft bei stromaufwärts bzw. stromabwärts der Metallfolie beengten Platzverhältnissen.

Bei der Kombination mehrerer Metallfolien kann eine gleichsinnige oder gegensinnige Ausrichtung der an der Abgaseintritts- und/oder Abgasaustrittsseite angeordneten Berge und Täler gewählt werden. Somit kann neben der Umlenkung des Abgasstromes auch eine Verwirbelung des Abgasstromes stromaufwärts und stromabwärts der Metallfolie erzielt werden.

Die Metallfolie kann eine oder mehrere Lagen aufweisen und zu einem Stapel gestapelt oder zu einem Wickelkörper gewickelt und zweckmäßigerweise von einem Gehäuse umgeben werden. Bei der Kombination der die eingeprägte Struktur aufweisende Metallfolie mit einer glatten Lage können verschiedene Anordnungen gewählt werden. Bei der Anordnung von zwei benachbarten erfindungsgemäßen Metallfolien und einer dazwischenliegenden glatten Metallfolie können die zwei benachbarten erfindungsgemäßen Metallfolien in gleichen oder versetzten Bereichen an der glatten Lage anliegen. Die glatte Lage kann hierbei mit Öffnungen und/oder Erhebungen versehen sein. Zweckmäßigerweise sind die Öffnungen schlitzartig in die beulenartigen Erhebungen eingeschnitten und quer zur Hauptströmungsrichtung ausgerichtet. Bei einer kombinierten Anordnung mit der erfindungsgemäßen Metallfolie ist es zweckmäßig, dass die in den Erhebungen angeordneten Öffnungen der glatten Lage im Bereich der Berge der strukturierten Metallfolie zu liegen kommen.

Die Aufgabe wird weiterhin dadurch gelöst, dass eine Filtervorrichtung geschaffen ist, die abwechselnd die erfindungsgemäße Metallfolie und eine glatte Folie aufweist. Die glatte Folie ist perforiert und kann aus Metall, Blech, Streckmetall, Vlies und Fasermaterial bestehen, wobei diese Materialien auch mit einer katalytischen Beschichtung versehen werden können. Dabei ist es vorteilhaft, dass die Metallfolie und/oder die glatte Folie mehrere Lagen aufweist. Zweckmäßig ist es auch, dass die Metallfolie und/oder die glatte Folie aus Streckmetall ist und verschiedene Lagen unterschiedliche Maschenweiten aufweisen. Besonders günstig ist eine bezüglich des Spiralkörpers radial von außen nach innen abnehmende Maschenweite der unterschiedlichen Lagen. Somit weist eine Lage jeweils eine im wesentlichen konstante Maschenweite auf und eine radial weiter innen liegende Lage einen zur vorgenannten Lage kleinere Maschenweite auf.

Die Herstellung der erfindungsgemäßen Metallfolie wird durch ein Werkzeug mit Zahnwalzenpaar ermöglicht, wobei die Walzenzähne quer zur Umfangsrichtung der Walze so beabstandet sind, dass das Material beim Prägevorgang zur Ausbildung der Anstiegsflanken und Abfallflanken zwischen den Walzenzähnen ausweichen kann und dass die Drehachse der Walze parallel zur Hauptströmungsrichtung verläuft. Eine geeignete Ausbildung und Beabstandung der Walzenzähne bewirkt beim Prägevorgang eine abschnittsweise gezielte bzw. im Bereich der Anstiegs- und Abfallflanken eine teilweise steuerbare freie Materialstauchung aus Materialüberschuss. Somit können sich die Anstiegs- und Abfallflanken zur Bildung des Senken in einem gewissen Maß frei verformen. Die ungleichmäßigen Verformungen ergeben sich auch je nach lokaler Materialbeschaffenheit, lokalem Verformungsverhalten, sowie Form und Druck der Walzenzähne. Die im Bereich der Anstiegs- und Abfallflanken liegenden Abschnitte der Oberflächentopographie können sich in wulst-, falten-, mulden-, spalt-, kerben- und kuhlenartiger Weise und in Form von Eindrückungen, Ausbeulungen und Verwerfungen ausbilden. Auf Grund dieser begrenzt ungleichmäßigen, die Verwirbelungen fördernden Modellierung ist eine geringere Genauigkeit im Vergleich zu herkömmlichen Herstellungsverfahren erforderlich.

Zur Ausbildung der Öffnungen ist es vorteilhaft, dass die Walzenzähne scharfkantige Erhebungen aufweisen. Dabei ist es zweckmäßig, dass die scharfkantigen Erhebungen bezogen auf die Drehachse der Walze radial nach außen spitz zulaufen und/oder dreiecks- bzw. kegelförmig ausgebildet sind. Mit der Schaffung eines derartigen Werkzeuges wird die Herstellung der erfindungsgemäßen Metallfolie in einem einzigen Arbeitsgang ermöglicht.

Verfahrensmäßig wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die scharfkantigen Erhebungen beim Prägevorgang zuerst die Metallfolie einschlitzen bzw. einschneiden und anschließend die Walzenzähne die Öffnungen und die Struktur ausbilden. Der mittels der scharfkantigen Erhebungen erzeugte Schlitz bzw. Schnitt kann zunächst auch nur einen Teil dessen Endabmessungen haben und als Hilfe zur Herstellung der endgültigen Öffnung dienen. Dies ermöglicht dann im Zuge des Prägevorgangs ein gezieltes bzw. kontrolliertes Reißen und Wegdrücken zur Ausbildung der Öffnungen und der Struktur durch die Walzenzähne.

Alternativ können auch mehrere Lagen der Metallfolie übereinander angeordnet werden und erst anschließend der Prägevorgang durchgeführt werden. Für die Metallfolie kann auch Streckmetall mit unterschiedlichen Maschenweiten verwendet werden. Bei der Aufwicklung zu einem Spiralkörper ist es insbesondere zweckmäßig, die Maschenweite radial von außen nach innen zu verkleinern.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand mehrerer bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigen schematisch:
Fig. 1a eine erste Anordnung mit jeweils einem Berg mit Anstiegs- und Abfallflanken und jeweils einem Tal zweier benachbarter gegeneinander versetzter Reihen in einer perspektivischen Ansicht;
Fig. 1b eine zweite Anordnung zweier benachbarter Reihen gemäß Fig. 1 mit in den Anstiegsflanken angeordneten Öffnungen in einer perspektivischen Ansicht;
Fig. 2 die Anordnung gemäß Fig. 1 in einer Ansicht in Hauptströmungsrichtung;
Fig. 3 eine dritte Anordnung zweier benachbarter Reihen gemäß Figur. 1 mit einem weiteren Versatzmaß in einer perspektivischen Ansicht;
Fig. 4 eine vierte Anordnung zweier benachbarter Reihen gemäß Fig. 1 mit einem weiteren Versatzmaß in einer perspektivischen Ansicht;
Fig. 5 einen Ausschnitt einer Metallfolie in einer perspektivischen Ansicht;
Fig. 6 einen Ausschnitt einer weiteren Metallfolie in einer perspektivischen Ansicht; und
Fig. 7 einen Ausschnitt einer kombinierten Anordnung der erfindungsgemäßen Metallfolie mit einer glatten, Öffnungen und Erhebungen aufweisenden Lage in einer perspektivischen Ansicht.
Fig. 1a zeigt eine Ausführungsform einer Metallfolie mit eingeprägter Struktur in einem Ausschnitt in einer perspektivischen Ansicht. Hierbei ist in einer ersten Reihe ein Berg 1a mit trapezförmigen Anstiegsflanken 4a, 11a und trapezförmigen Abfallflanken 5a, 10a und ein bezüglich der mit Pfeil 3 angedeuteten Hauptströmungsrichtung stromabwärts des Berges 1a angeordnetes Tal 2a vorhanden. Die stromaufwärts des Plateaus 12a angeordneten Anstiegsflanke 4a und die stromabwärts des Plateaus 12a angeordnete Abfallflanke 5a weisen Neigungen gleiches Betrages und gegensinniger Richtungen auf. Die quer zur Hauptströmungsrichtung gerichtete Anstiegs- bzw. Abfallflanke 11a bzw. 10a sind ebenso trapezförmig und mit Neigungen gleiches Betrages und gegensinniger Richtungen ausgebildet.
Die zur Hauptströmungsrichtung 3 und mit Versatz zur ersten Reihe parallel angeordnete zweite Reihe weist gleichartige Elemente wie die zuvor beschriebene erste Reihe auf. Der Berg 1b wird von dem Plateau 12b und den trapezförmigen Anstiegsflanken 4b, 11b und den trapezförmigen Abfallflanken 5b, 10b gebildet. Die Berge 1a und 1b weisen in diesem Ausführungsbeispiel die gleiche Höhe H, die gleiche Länge L und die gleiche Breite B auf. Im Unterschied zur ersten Reihe ist hier das Tal 2b in Hauptströmungsrichtung stromaufwärts des Berges 1b angeordnet. Durch die versetzte Anordnung der benachbarten Reihen wird die Senke 6 durch die Abfallflanke 5a und die Anstiegsflanke 4b gebildet. Hierbei kommt der Tiefpunkt 7 der Senke 6 auf einer Höhe zwischen dem höchsten Punkt der die Senke bildenden Anstiegs- bzw. Abfallflanke 5a bzw. 4b und oberhalb der Höhe der zur Senke 6 benachbarten Täler 2a und 2b zu liegen.
Bei Betrachtung in Hauptströmungsrichtung 3 verläuft die Senke 6 somit von der Höhe des Plateaus 12a des Berges 1a hangabwärts schräg zur Hauptströmungsrichtung entlang der Abfallflanke 5a bis zu einem Tiefpunkt 7 und von dort weiterhin schräg zur Hauptströmungsrichtung hangaufwärts entlang der Anstiegsflanke 4b bis zum Plateau 1 2b des Berges 1b.
Die in den Zeichnungen abschnittsweise linear dargestellte Oberflächentopographie und die Übergänge zwischen den linearen Abschnitten sind hier vereinfacht dargestellt und können auch abgerundet bzw. bogenförmig verlaufen.
Somit bildet der von der Senke 6 und einer gedachten Verbindung zwischen den Plateaus 12a und 12b eingeschlossene Freiraum 13 eine Übergangsmöglichkeit für das Abgas, um vom Tal 2b über die Senke 6 in das Tal 2a zu gelangen. Beim Durchströmen des Freiraumes 13 werden die Strömungsfäden der lokale Strömungsrichtung umgelenkt bzw. gebrochen. Hierbei kommt es auch zu einer gewünschten Störung der im Bereich der Wandungen vorhandenen Grenzschicht kommen, so daß ein größerer Anteil des Gasstromes mit den Wandungen in Kontakt kommt. Die in den jeweiligen Strömungsquerschnitten entstehenden unterschiedlichen Druckverhältnisse bewirken vor allem stromabwärts der Senke 6 lokale Sogwirkungen. Diese fördern ein Abscheiden der im Abgasstrom enthaltenen Partikel und tragen somit zur Ablagerung der Teilchen insbesondere an der Leeseite der Senke 6 bei. Im Bereich des Aufeinandertreffens der Anstiegs- und Abfallflanken 4b und 5a können wulstartige Bereiche, faltenartige Verwerfungen und Ausbeulungen ausgebildet sein. Die Ausbildung der Oberflächentopographie im Bereich der Anstiegs- und Abfallflanken wird durch eine im wesentlichen ungezielte Materialstauchung aus Materialüberschuss bestimmt. Somit können sich die Anstiegs- und Abfallflanken zur Bildung des Senken in einem gewissen Maß frei verformen. Zwischen diesen die jeweils benachbarten Berge und Täler verbindende Bereiche können wabenartige Eindrückungen und Vertiefungen vorhanden sein, welche sich auch für eine Anordnung von Katalysatorgranulat eignen.
Fig. 1b zeigt eine weitere Ausführungsform einer Metallfolie mit eingeprägter Struktur mit Anordnung zweier benachbarter Reihen gemäß Fig. 1a und mit in den Anstiegsflanken angeordneten Öffnungen in einem Ausschnitt in einer perspektivischen Ansicht. Hierbei ist in der Anstiegsflanke 4a eine Öffnung 20a und in der Anstiegsflanke 4b eine Öffnung 20b angeordnet. Dabei sind die Randbegrenzungen der Öffnungen 20a und 20b jeweils bogenförmig ausgebildet, wobei diese aber auch andere Formen wie beispielsweise lineare, ellipsenförmige, kreisförmige und sonstige unregelmäßige Formen annehmen können. Diese Öffnungen 20a bzw. 20b nehmen jeweils maximal die Fläche der Anstiegsflanke 4a bzw. 4b ein und sind als Ausnehmung, beispielsweise mittels Ausstanzen oder durch Einschlitzen bzw. Einschneiden mit anschließender Verformung ausgebildet. Beispielsweise kann nach Setzen eines Schnittes im Bereich der Anstiegsflanke 4a bzw. 4b und Wegdrücken der Anstiegsflanke 4a bzw. 4b in Richtung der Hauptströmungsrichtung gemäß Pfeil 3 durch die wölbenartige Verformung eine bogenförmige Öffnung entstehen.
In einer weiteren Ausführungsform (nicht dargestellt) sind die Anstiegsflanken 4a und 4b vollständig offen. Ansonsten ist die Struktur wie in Fig. 1a ausgebildet. Die Berge 1a und 1b sind somit jeweils an deren stromaufwärts ausgerichteten Ende einseitig offen. Dadurch kann ein Teil des in Richtung des Pfeils 3 strömenden Abgases in den Berg hinein und nach unten ein eine andere Lage strömen. Dabei strömt das Abgas sofort nach Einströmen in die Öffnung und spätestens nach Aufprall auf die Abfallflanke 5a bzw. 5b nach unten weg. Die Öffnung wird dabei beispielsweise beim Berg 1a durch die Kanten des stromaufwärtigen Endes der Flanken 10a und 11a und des Plateaus 12a gebildet. Diese torartige Öffnung kann auch bogenförmig und insbesondere kuppelartig ausgeformt sein.
In den folgenden Ausführungen zu den Fig. 2, 3 und 4 sind gleiche Teile wie in Fig. 1a bzw. 1b mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
In Fig. 2 ist die Anordnung gemäß Fig. 1a aus Sicht in Hauptströmungsrichtung gemäß Pfeil 3 dargestellt. Der zwischen jeweils benachbarten Keihen angeordnete Freiraum 13 kann aufgrund der Unregelmäßigkeit der Ausbildung der Senken in und auch quer zur Hauptströmungsrichtung unterschiedliche Querschnittsformen und -größen haben.
Fig. 3 zeigt eine zweite Anordnung zweier benachbarter Reihen mit einem zu Fig. 1a unterschiedlichen Versatz in einer perspektivischen Ansicht. Der Versatz ist hierbei so gewählt, dass der Tiefpunkt 7 der Senke 6 auf Höhe des Tals 2a bzw. 2b zu liegen kommt.
In Fig. 4 ist eine dritte Anordnung zweier benachbarter Reihen mit einem weiteren Versatz in einer perspektivischen Ansicht dargestellt. Der Versatz ist hierbei so gewählt, dass die Anstiegsflanke 4b des Berges 1b von der Abfallflanke 5a des Berges 1a in Hauptströmungsrichtung beabstandet angeordnet ist. Die tiefste Stelle der Senke 6 erstreckt sich geradlinig über einen bestimmten in Hauptströmungsrichtung gerichteten Abstand A und liegt auf Höhe des Tals 2a bzw. 2b. Somit entsteht ein größerer Freiraum 13 mit einem ausgeprägteren muldenartigen Bereich als Übergang zwischen den Tälern 2a und 2b zur Verfügung.
Bei der Verwendung von Streckmetall oder gelochtem Blech für die Metallfolie wird eine zusätzliche Durchmischung des Abgases in vertikaler Richtung erzieht. Bei einer mehrlagigen Anordnung wechselt der Abgasstrom beim Durchströmen in andere benachbarte Lagen.
Fig. 5 zeigt einen Ausschnitt einer Metallfolie in einer perspektivischen Ansicht. Die Metallfolie 18 ist hier nur schematisch ohne genauere Darstellung der Senken dargestellt. Im Bereich C der Abgaseintrittsseite der Metallfolie sind die in Hauptströmungsrichtung nebeneinander liegenden Berge und Täler in Hauptströmungsrichtung langgestreckt, geradlinig und im wesentlichen jeweils auf einem Höhenniveau ausgebildet. Dieser Bereich eignet sich besonders für eine Beschichtung mit einer katalytisch aktiven Schicht. Der Bereich D weist die Struktur der erfindungsgemäßen Metallfolie auf. Weiterhin zeigt Fig. 5 ausschnittsweise eine mögliche Anströmung auf und mögliche Strömungsverläufe entlang der Metallfolie 18. Die mit Pfeil 3 angedeutete Hauptströmungsrichtung teilt sich nach Durchströmen des Bereiches C der Metallfolie 18 in die lokalen Strömungsrichtungen 3a, 3b und 3c auf.
In Fig. 6 wird ein Ausschnitt einer weiteren Metallfolie in einer perspektivischen Ansicht gezeigt. Wie in Fig. 5 ist die Metallfolie 19 nur schematisch dargestellt und kann teilweise oder vollständig mit einer katalytisch aktiven Beschichtung versehen sein. Im Bereich E der Abgaseintrittsseite der Metallfolie sind die in Hauptströmungsrichtung nebeneinander liegenden Berge und Täler in und schräg zur Hauptströmungsrichtung abschnittsweise geradlinig ausgebildet und bilden die Form einer liegenden bzw. gekippten Welle. Der Bereich F weist die Struktur der erfindungsgemäßen Metallfolie auf. Nach Durchströmen des Bereiches E teilt sich die mit Pfeil 3 gekennzeichnete Hauptströmungsrichtung in die lokalen Strömungsrichtungen 3a, 3b und 3c auf.
Fig. 7 zeigt einen Ausschnitt einer kombinierten Anordnung der erfindungsgemäßen Metallfolie mit einer glatten, Öffnungen und inselartigen Erhebungen aufweisenden Lage in einer perspektivischen Ansicht. Die erfindungsgemäße Metallfolie 17 ist hier nur schematisch ohne genauere Darstellung der Senken dargestellt. Die glatte Lage 14 besteht ebenso aus einer Metallfolie und ist mit beulenartigen Erhebungen 15 und darin quer zur Hauptströmungsrichtung angeordneten schlitzartigen Öffnungen 16 versehen. Die Anordnung der glatten Lage 14 ist dabei so gewählt, dass die in den Erhebungen 15 angeordneten Öffnungen 16 im Bereich der Berge der erfindungsgemäßen Metallfolie 17 zu liegen kommen. Weiterhin zeigt Fig. 7 ausschnittsweise eine mögliche Anströmung des Abgases auf die Metallfolien 14 bzw. 17 und einen möglichen Strömungsverlauf des Abgases entlang der Metallfolien 14 bzw. 17. Die mit Pfeil 3 angedeutete Hauptströmungsrichtung teilt sich nach Auftreffen auf die Metallfolie 17 in die lokalen Strömungsrichtungen 3a, 3b und 3c auf. Die kombinierte Anordnung mit der glatten Lage ermöglicht dem an der Stirnseite zwischen der Metallfolie 17 und Metallfolie 14 eintretenden Teilstrom 3d ein Übertreten durch die Öffnungen 16 in benachbarte Lagen.

Claims

1. Metallfolie mit eingeprägter Struktur zur Verwendung bei der Abgasreinigung, die in Hauptströmungsrichtung abwechselnd Berge mit Anstiegsflanken und Abfallflanken und. Täler aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Berge (1a) und Täler (2a) parallel zur Hauptströmungsrichtung in Reihen unterteilt sind und die Berge (1b) und Täler (2b) benachbarter Reihen in Hauptströmungsrichtung gegeneinander in der Weise versetzt sind, dass die Anstiegsflanken (4a) und Abfallflanken (5a) zueinander versetzt angeordneter Berge (1a, 1b) jeweils eine Senke (6) bilden, die versetzt zueinander angeordnete Täler (2a, 2b) verbindet.

2. Metallfolie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anstiegsflanken (4a, 4b, 11a, 10b) und/oder die Abfallflanken (5a, 5b, 10a, 11b) trapezförmig ausgebildet sind.

3. Metallfolie nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anstiegsflanke (4a, 4b) und/oder die Abfallflanke (5a, 5b) mindestens eine Öffnung (20a, 20b) aufweist.

4. Metallfolie nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (20a, 20b) im wesentlichen den Bereich der Anstiegsflanke (4a, 4b) bzw. Abfallflanke (5a, 5b) einnimmt.

5. Metallfolie nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (20a, 20b) eine bogenförmige Randbegrenzung aufweist.

6. Metallfolie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anstiegsflanken (4a, 4b) und/oder die Abfallflanken (5a, 5b) vollständig offen sind.

7. Metallfolie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an den Anstiegsflanken (4a, 4b, 11a, 1 Ob) und/oder Abfallflanken (5a, 5b, 10a, 11b) wulstartige Bereiche, welche die Senken (6) bilden, ausgebildet sind.

8. Metallfolie nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den wulstartigen Bereichen Vertiefungen angeordnet sind.

9. Metallfolie nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass in den Vertiefungen Katalysatorgranulat angeordnet ist.

10. Metallfolie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Berge (1a, 1b) und/oder Täler unterschiedliche Höhen aufweisen.

11. Metallfolie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Berge (1a, 1b) und Täler (2a, 2b) unterschiedliche Längen und/oder Breiten aufweisen.

12. Metallfolie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Berge (1a, 1b) und Täler (2a, 2b) plateauartig ausgebildet sind.

13. Metallfolie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Berge (1a, 1b) und Täler (2a, 2b) wellenförmig ausgebildet sind.

14. Metallfolie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Berge (1a, 1b) und Täler (2a, 2b) kuppelartig ausgebildet sind.

15. Metallfolie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Berge (1a, 1b) und Täler (2a, 2b) spitz ausgebildet sind.

16. Metallfolie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Abgaseintritts- und/oder Abgasaustrittsseite die Berge (1a, 1b) und Täler (2a, 2b) schräg zur Hauptströmungsrichtung angeordnet ist.

17. Metallfolie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Abgaseintritts- und/oder Abgasaustrittsseite in Hauptströmungsrichtung nebeneinander liegende, geradlinige, langgestreckte und im wesentlichen auf einem Höhenniveau verlaufende Berge (1a, 1b) und Täler (2a, 2b) angeordnet sind.

18. Metallfolie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Abgaseintritts- und/oder Abgasaustrittsseite in und schräg zur Hauptströmungsrichtung nebeneinander liegende, abschnittsweise geradlinig verlaufende Berge (1a, 1b) und Täler (2a, 2b) angeordnet sind.

19. Metallfolie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie mehrere Lagen aufweist.

20. Filtervorrichtung zur Verwendung bei der Abgasreinigung, dadurch gekennzeichnet, dass sie abwechselnd die Metallfolie und eine glatte Folie aufweist.

21. Filtervorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallfolie und/oder die glatte Folie mehrere Lagen aufweist.

22. Filtervorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallfolie und/oder die glatte Folie aus Streckmetall ist und verschiedene Lagen unterschiedliche Maschenweiten aufweisen.

23. Werkzeug mit Zahnwalzenpaar zur Herstellung einer Metallfolie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Walzenzähne quer zur Umfangsrichtung der Walze so beabstandet sind, dass das Material beim Prägevorgang zur Ausbildung der Anstiegsflanken (4a, 4b) und Abfallflanken (5a, 5b) zwischen den Walzenzähnen ausweichen kann und dass die Drehachse der Walze parallel zur Hauptströmungsrichtung verläuft.

24. Werkzeug nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Walzenzähne scharfkantige Erhebungen zur Ausbildung der Öffnungen aufweisen.

25. Werkzeug nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die scharfkantigen Erhebungen bezogen auf die Drehachse der Walze radial nach außen spitz zulaufen.

26. Werkzeug nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, dass die scharfkantigen Erhebungen dreiecks- bzw. kegelförmig ausgebildet sind.

27. Verfahren zur Herstellung einer Metallfolie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die scharfkantigen Erhebungen die Metallfolie beim Prägevorgang zuerst einschlitzen und anschließend die Walzenzähne die Öffnungen und die Struktur ausbilden.

28. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Lagen der Metallfolie übereinander angeordnet werden und anschließend der Prägevorgang durchgeführt wird.