DE10237512C1

DE10237512C1 - Metallischer Wabenkörper aus zumindest teilweise gelochten Blechlagen

Info

Publication number: DE10237512C1
Application number: DE10237512A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Maus; Rolf Brueck; Peter Hirth
Original assignee: Emitec Gesellschaft fuer Emissionstechnologie mbH
Current assignee: Vitesco Technologies Lohmar Verwaltungs GmbH
Priority date: 2002-08-16
Filing date: 2002-08-16
Publication date: 2003-11-13
Anticipated expiration: 2022-08-17

Abstract

Metallischer Wabenkörper mit einer axialen Länge (L), aufgebaut aus Blechlagen (1; 10, 11), die so strukturiert sind, dass der Wabenkörper von einem Fluid, insbesondere dem Abgas einer Verbrennungsmaschine, in einer Strömungsrichtung (S) von einer einströmseitigen Stirnseite (12) zu einer ausströmseitigen Stirnseite (13) durchströmbar ist, wobei die Blechlagen (1; 10, 11) zumindest in Teilbereichen eine Vielzahl von Öffnungen (6) aufweisen, wobei weiter der Wabenkörper in einem Teilvolumen (T) von mindestens 55% der axialen Länge (L) und mindestens 20 mm radialer Ausdehnung in allen Blechlagen (1; 10, 11) Löcher (6) aufweist, und wobei folgendes gilt: Die Löcher (6) haben jeweils eine Fläche zwischen 1 und 120 mm·2·; in dem Teilvolumen (T) ist die Blechlagenoberfläche durch die Löcher (6) um 10 bis 80%, vorzugsweise 35 bis 60%, gegenüber einer ungelochten Blechlage reduziert, das Teilvolumen (T) hat jeweils einen Abstand (R2, R3) von den Stirnseiten (12, 13) des Wabenkörpers, so dass keine Löcher (6) die stirnseitigen Ränder der Blechlagen berühren oder überschneiden. Dabei beträgt das Teilvolumen (T) insbesondere mehr als 60%, vorzugsweise mehr als 90%, des gesamten Wabenkörpervolumens. Die vorliegende Erfindung erlaubt es, bei den meisten bekannten Bauformen von Wabenkörpern mit verringertem Einsatz von Beschichtungsmaterial hohe Wirksamkeit der Beschichtung zu erreichen für die Behandlung eines Fluids und dabei noch Eigenschaften bezüglich mechanischer Stabilität, ...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen metallischen Wabenkörper, insbesondere einen Wabenkörper für eine Abgasanlage eines Verbrennungsmotors. Solche Wa benkörper werden als Träger für katalytisch aktives Material und/oder für Adsor bermaterial und ähnliche Anwendungen eingesetzt.

Insbesondere zur Reinigung von Abgasen bei Kraftfahrzeugen eingesetzte metal lische Wabenkörper müssen sehr unterschiedliche Anforderungen erfüllen, teil weise müssen dabei Kompromisse zwischen sich widersprechenden Anforderun gen erzielt werden. Zunächst einmal dienen solche Wabenkörper zur Bereitstel lung einer möglichst großen Oberfläche, an der die gewünschten katalytischen Reaktionen oder Adsorptionsprozesse ablaufen können. In vielen Anwendungsfäl len wird eine geringe Wärmekapazität gewünscht, damit sich der Wabenkörper entweder schnell auf seine gewünschte Betriebstemperatur aufwärmt oder aber auch eine hohe Wärmekapazität, damit er die Betriebstemperatur eine längere Zeit behalten kann, sich aber nicht zu schnell auf zu hohe Temperaturen aufheizen lässt. Natürlich muss eine solche Anordnung generell mechanisch stabil sein, d. h. einer pulsierenden Gasströmung widerstehen und mechanischen Belastungen durch die Bewegung des Fahrzeuges standhalten können. Sein Material muss hochtemperaturkorrosionsfest sein und sich zumindest so bearbeiten lassen, dass die gewünschten Wabenkörperstrukturen leicht und kostengünstig herstellbar sind. In vielen Fällen werden auch besondere Strukturen innerhalb des Wabenkör pers zur Strömungsbeeinflussung benötigt, beispielsweise zur besseren Kontaktie rung der Oberfläche oder zur Quervermischung. Schließlich muss ein geeigneter Wabenkörper in Massenproduktion preisgünstig hergestellt werden können.

In zahlreichen Dokumenten zum Stand der Technik sind einzelne Aspekte der obigen Problemstellungen ausführlich beschrieben.

Man unterscheidet vor allem zwei typische Bauformen für metallische Wabenkör per. Eine frühe Bauform, für die die DE 29 02 779 A1 typische Beispiele zeigt, ist die spiralige Bauform, bei der im wesentlichen eine glatte und eine gewellte Blechlage aufeinandergelegt und spiralförmig aufgewickelt werden. Bei einer anderen Bauform wird der Wabenkörper aus einer Vielzahl von abwechselnd an geordneten glatten und gewellten oder unterschiedlich gewellten Blechlagen auf gebaut, wobei die Blechlagen zunächst einen oder mehrere Stapel bilden, die mit einander verschlungen werden. Dabei kommen die Enden aller Blechlagen außen zu liegen und können mit einem Gehäuse oder Mantelrohr verbunden werden, wodurch zahlreiche Verbindungen entstehen, die die Haltbarkeit des Wabenkör pers erhöhen. Typische Beispiele dieser Bauformen sind in der EP 0 245 737 B1 oder der WO 90/03220 beschrieben. Auch seit langem bekannt ist es, die Blechla gen mit zusätzlichen Strukturen auszustatten, um die Strömung zu beeinflussen und/oder eine Quervermischung zwischen den einzelnen Strömungskanälen zu erreichen. Typische Beispiele für solche Ausgestaltungen sind die WO 91/01178, die WO 91/01807 und die WO 90/08249. Schließlich gibt es auch Wabenkörper in konischer Bauform, gegebenenfalls auch mit weiteren zusätzlichen Strukturen zur Strömungsbeeinflussung. Ein solcher Wabenkörper ist beispielsweise in der WO 97/49905 beschrieben. Darüber hinaus ist es auch bekannt, in einem Waben körper eine Aussparung für einen Sensor freizulassen, insbesondere zur Unter bringung einer Lambdasonde. Ein Beispiel dafür ist in der DE 88 16 154 U1 be schrieben.

Seit langer Zeit ist es auch bekannt, geschlitzte Bleche; insbesondere Streckme tall- und ähnliche Schlitzstrukturen für Wabenkörper einzusetzen. Einen Über blick über verschiedene Formen und Anordnungen von Öffnungen in Blechlagen von Katalysatorträgerkörpern gibt die US 5,599,509 mit dem darauf zitierten Stand der Technik. Dort werden Öffnungen gezielt eingesetzt, um die Wärmeka pazität im vorderen Bereich eines Wabenkörpers gegenüber dem hinteren Bereich zu verringern.

Obwohl der umfangreiche Stand der Technik viele verschiedene Entwicklungs richtungen zulässt, bildeten sich einige wenige Entwicklungstrends aus. Einer dieser Trends ist die Entwicklung in Richtung immer dünnerer Metallfolien, um bei geringem Materialeinsatz und geringer Wärmekapazität eine große Oberfläche bereitstellen zu können. Offenkundiger Nachteil dieser Entwicklungsrichtung ist, dass die dünnen Folien mechanisch immer empfindlicher und die daraus herge stellten Wabenkörper weniger haltbar werden. Gleichzeitig entwickelte sich ein Trend in Richtung immer höherer Zelldichten, was in gewissen Grenzen durch die immer dünneren Folien bedingt ist. Zur Verbesserung des Stoffaustausches mit den Oberflächen eines Wabenkörpers wurden in die Oberflächen Strukturen zur Strömungsbeeinflussung eingebracht, insbesondere sogenannte transversale Struk turen oder es wurden im Inneren eines Wabenkörpers Strömungsleitflächen oder zusätzliche Anströmkanten geschaffen. Obwohl die Vorteile von Öffnungen in den Blechlagen für eine Quervermischung bekannt sind, wurde das systematische Vorsehen von für ein Fluid frei durchgängigen Öffnungen in einem überwiegen den Teil des Katalysatorvolumens bisher praktisch nicht in Betracht gezogen, weil dies dem Trend entgegenläuft, immer größere Oberflächen in immer kleineren Volumina zur Verfügung zu stellen. Während Schlitze und/oder Strömungsleitflä chen und ähnliche Strukturen die Oberfläche in einem Wabenkörper nicht verrin gern, verringern zahlreiche Löcher in erheblichem Maß die Oberfläche und bedeu ten zudem, zumindest wenn die Löcher durch Entfernen von Material entstehen, einen Mehrverbrauch an Ausgangsmaterial ohne entsprechenden Zuwachs an O berfläche, was dem Trend ebenfalls entgegenläuft. Daher wurden Löcher nur in Betracht gezogen, wenn sie ein bestimmte Funktion an einer bestimmten Stelle des Wabenkörpers haben sollten, beispielsweise die Quervermischung oder die Verringerung der Wärmekapazität gegenüber anderen Bereichen.

Diese Betrachtungsweise war isoliert für einen metallischen Wabenkörper sicher lich zutreffend, jedoch darf nicht übersehen werden, dass später ein metallischer Wabenkörper mit einem Beschichtungsmaterial beschichtet wird, welches in vie len Fällen auch noch teure Edelmetalle als katalytisch aktive Komponente enthält. Dadurch bedeutet eine große Oberfläche immer auch eine große Menge an teurem Beschichtungsmaterial. Durch Versuche hat sich überraschenderweise herausge stellt, dass bei bestimmter Dimensionierung von Größe, Verteilung und Dichte einer Vielzahl von Löchern über einen Wabenkörper sich bei kleinerer Oberfläche gleich gute Eigenschaften zur katalytischen Umsetzung ergeben wie bei einem Wabenkörper ohne Löcher und mit einer größeren Menge an Beschichtungsmate rial.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen metallischen Wabenkör per zu schaffen, der durch geeignete Anzahl, Dimensionierung und Verteilung von Löchern besonders geeignet ist als Träger für eine Beschichtung, insbesonde re bei sparsamer Verwendung des Beschichtungsmaterials.

Zur Lösung dieser Aufgabe dient ein metallischer Wabenkörper gemäß dem An spruch 1. Dieser Wabenkörper mit einer axialen Länge aus Blechlagen, die so strukturiert sind, dass der Wabenkörper von einem Fluid, insbesondere dem Ab gas einer Verbrennungsmaschine in einer Strömungsrichtung von einer einström seitigen Stirnseite zu einer ausströmseitigen Stirnseite durchströmbar ist, wobei die Blechlagen zumindest in Teilbereichen eine Vielzahl von Öffnungen aufwei sen, zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, dass der Wabenkörper in einem Teilvolumen von mindestens 55% seiner axialen Länge und mindestens 20 mm radialer Ausdehnung in allen Blechlagen Löcher aufweist, wobei folgendes gilt:
Die Löcher haben jeweils eine Fläche von 1 und 120 mm In dem Teilvolumen ist die Blechlagenoberfläche durch die Löcher um 10 bis 80%, vorzugsweise 35 bis 60%, gegenüber einer ungelochten Blechlage reduziert, das Teilvolumen hat jeweils einen Abstand von den Stirnseiten des Wabenkör pers, sodass keine Löcher die stirnseitigen Ränder der Blechlagen berühren oder überschneiden.

Es hat sich bei Versuchen gezeigt, dass ein erfindungsgemäßer Wabenkörper mit Löchern aufgrund der verbesserten Strömungseigenschaften in seinem Inneren und die dadurch entstehenden besseren Stoffaustauscheigenschaften zwischen Strömung und Oberfläche in seiner Wirkung einem Wabenkörper ohne Löcher vergleichbar, unter Umständen sogar überlegen ist, obwohl weniger Beschich tungsmaterial eingesetzt wird. Die Löcher sind so groß, dass sie einerseits nicht durch Beschichtungsmaterial beim Beschichten verschlossen werden und dass sie andererseits auch nicht durch Partikel in einem zu reinigenden Fluid verstopft werden. Es handelt sich also nicht um Löcher wie bei einem Filter zur Zurückhal tung von Partikeln, sondern um Öffnungen, die frei von einem zu reinigenden Fluid, insbesondere einem Abgas eines Verbrennungsmotors durchströmt würden können. Aus fertigungstechnischen Gründen und wegen der späteren Haltbarkeit ist es wichtig, dass die stirnseitigen Ränder nicht durch Löcher oder Teile von Löchern ausgefranst werden, weshalb die Löcher einen Abstand zu den Stirnseiten haben sollen.

Wie bereits ausgeführt, haben die Löcher eher Vorteile als Nachteile, weshalb das mit Löchern ausgestattete Teilvolumen mehr als 60%, vorzugsweise mehr als 90% des gesamten Wabenkörpervolumens betragen sollte. Auf diese Weise lässt sich der positive Effekt am stärksten zur Geltung bringen.

Aus mechanischen und strömungstechnischen Gründen ist es günstig, wenn die Löcher jeweils eine Fläche von 5 bis 60 mm² aufweisen. In dieser Größenordnung lassen sie sich leicht herstellen, stören nicht einen Beschichtungsprozess und bringen die obigen Vorteile des besseren Stoffaustausches zur Geltung. Löcher dieser Größenordnung erlauben eine gute Quervermischung und erlauben auch eine Wärmeabfuhr vom Inneren des Wabenkörpers nach außen, nicht nur durch Wärmeleitung, sondern auch durch Wärmestrahlung, welche durch die Löcher hindurch in weiter außen liegende Bereiche gelangt. Je größer die Gesamtfläche der Löcher gegenüber der Gesamtfläche der restlichen Blechlagen ist, desto stär ker sind natürlich diese Effekte.

Im Stand der Technik sind für vergleichbare Anwendungen fast ausschließlich Öffnungen in den Blechlagen beschrieben, welche eckige Konturen aufweisen. Dies ist aus mechanischer Sicht bei hohen Wechselbelastungen nicht von Vorteil, weil es zur Rissbildung ausgehend von den Ecken der Löcher kommen kann. Deshalb werden bei der vorliegenden Erfindung gerundete Konturen der Löcher bevorzugt, sodass die Begrenzungslinien der Löcher keine Ecken, insbesondere keine spitzen Winkel aufweisen. Besonders bevorzugt sollen die Löcher rund, oval oder elliptisch sein, wobei es empfehlenswert ist, bei nicht runden Formen ein Verhältnis von größtem Durchmesser zu kleinstem Durchmesser von zwei nicht zu überschreiten.

Solche Löcher können allerdings nicht materialsparend hergestellt werden wie z. B. bei Streckmetall möglich, sondern müssen durch Entfernen des Materials aus einer ganzflächigen Blechlage hergestellt werden. Das vorzugsweise ausgestanzte oder ausgeschnittene Material kann jedoch zur Herstellung neuer Blechlagen wie derverwendet werden.

Bevorzugt können je nach Art der Herstellung der Blechlage die Löcher auch schon beim Herstellungsprozess ausgespart werden, was insbesondere für Galva noplastisch hergestellte Materialen in Betracht kommt. Bei einem Herstellungs verfahren, bei dem zunächst ein billiges Material hergestellt und später durch Be schichten, z. B. mit Aluminium und/oder Chrom, veredelt wird, empfiehlt es sich, die Löcher herzustellen, bevor die Veredelung mit weiteren Materialien stattfin det.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, dass die Wärmkapazität eines Wabenkör pers mit Löchern natürlich geringer ist als die Wärmekapazität eines Wabenkör pers ohne Löcher. Dies erlaubt umgekehrt, erfindungsgemäße Wabenkörper aus dickeren Blechlagen herzustellen ohne dass die Wärmekapazität gegenüber Wa benkörpern aus ungelochten dünneren Blechlagen zunimmt. Erfindungsgemäß kann die Dicke der Blechlagen zwischen 20 und 80 µm liegen, bevorzugt wird jedoch eine Dicke von 40 und 60 µm. Der bevorzugte Bereich führt zu einer bes seren mechanischen Stabilität, insbesondere der Stirnseiten eines Wabenkörpers und erlaubt die Verwendung erprobter Herstellungsverfahren, die sich bei sehr dünnen Folien nicht mehr ohne weiteres anwenden lassen. Trotzdem ist die Wär mekapazität der entstehenden Wabenkörper gleich oder geringer als die bei Wa benkörpern aus dünneren Folien ohne Löcher.

Um die mechanische Stabilität eines erfindungsgemäßen Wabenkörpers sicherzu stellen, sollten die Löcher einen Mindestabstand von 0.5 mm aufweisen, wobei vorzugsweise alle Abstände zwischen den Löchern jeweils etwa gleich groß sein sollten, damit keine mechanischen Schwachstellen entstehen. So gestaltete Folien lassen sich problemlos Wellen und in den übrigen Arbeitsschritten zur Herstellung von spiraligen oder geschichteten und verschlungenen Wabenkörpern verwenden.

Besonders bevorzugt besteht auch ein erfindungsgemäßer Wabenkörper, wie die meisten im Stand der Technik bekannten, aus abwechselnd angeordneten glatten und gewellten Blechlagen oder aus abwechselnden unterschiedlich gewellten Blechlagen. Durch solche Strukturen entstehen die typischen Strömungskanäle in einem Wabenkörper.

Aufgrund der positiven Wirkungen der Löcher ist für gute Umsetzungseigenschaf ten der aus den Wabenkörpern später hergestellten katalytischen Konverter nicht erforderlich, dass erfindungsgemäße Wabenkörper eine extrem hohe Zelldichte haben. Erfindungsgemäß werden Zelldichten zwischen 200 und 1000 cpsi (cells per square inch) bevorzugt, insbesondere Zelldichten von 400 und 800 cpsi.

Die erfindungsgemäße Verwendung von Löchern in den Blechlagen beeinträchtigt nicht die Verwendbarkeit der Blechlagen für die meisten bisher bekannten zusätz lichen Strukturen zur Strömungsbeeinflussung wie sie bei der Beschreibung zum Stand der Technik erwähnt wurden. Insbesondere lassen sich die gelochten Blech lagen auch mit transversalen Strukturen, mit Umstülpungen und/oder mit Strö mungsleitflächen versehen. Im Allgemeinen unterstützen die Löcher die Wirkung solcher Strukturen noch, weil eventuell in den Kanälen entstehende Druckunter schiede sich durch die Öffnungen ausgleichen, zusätzliche Turbulenzen entstehen und eine Vergleichmäßigung des Strömungsprofils innerhalb des Wabenkörpers bewirkt wird.

Bei der im Stand der Technik vorgeschlagenen Verwendung einer in einen Hohl raum eines Wabenkörpers eingebrachten Sonde, insbesondere einer Lambdason de, wirkt sich die erfindungsgemäße Ausgestaltung eines Wabenkörpers beson ders positiv aus. Da eine Messsonde, insbesondere eine Sauerstoffmesssonde ei nen möglichst repräsentativen Wert des im Wabenkörper strömenden Fluids mes sen soll, ist eine Quervermischung vor der Sonde von großem Vorteil. Erfin dungsgemäße Wabenkörper eignen sich daher besonders für Anwendungsfälle, in denen eine Lambdasonde in einen Hohlraum des Wabenkörpers eingebracht wer den soll.

Fertigungstechnisch erfordert dies einen gewissen Aufwand bei der Herstellung der Blechlagen, damit diese nach dem Zusammenbau später einen geeigneten Hohlraum bilden. Dieser Aufwand ist jedoch heutzutage mit numerisch gesteuer ten Fertigungsanlagen beherrschbar. Das erlaubt gleichzeitig, nahe an den den Hohlraum begrenzenden Rändern der Blechlagen keine Löcher zu platzieren, um auch dort ein Ausfransen der Ränder zu vermeiden. Besonders bevorzugt befin den sich daher keine Löcher in einem Bereich von 1 bis 5 mm um den Hohlraum für eine Messsonde.

Für die Haltbarkeit eines Wabenkörpers ist es von Vorteil, wenn die einzelnen Blechlagen untereinander fügetechnisch verbunden sind, vorzugsweise durch Hartlöten, was typischerweise an den Stirnseiten eines Wabenkörpers erfolgt. Dies ist auch ein Grund, weshalb keine Löcher die stirnseitigen Randbereiche der Blechlagen schneiden sollten. Andererseits können die Löcher auch ganz gezielt verhindern, dass an den Stirnseiten aufgebrachter Kleber oder an den Stirnseiten aufgebrachtes Lot entlang der Berührungslinien zwischen den Blechlagen in das Innere des Wabenkörpers dringt, was aus mechanischen Gründen oft unerwünscht ist. Hier bewirken Löcher, dass die Kapillarwirkung endet, sodass der Abstand der Löcher von den Stirnseiten eines Wabenkörpers auch ganz gezielt dazu eingesetzt werden kann, einen Bereich, der durch Löten verbunden wird, zu begrenzen.

Ähnliches gilt auch für die Anbindung der Blechlagen an einem Mantelrohr. Auch dort ist es wegen der gewünschten sehr stabilen Verbindung zum Mantelrohr günstiger, wenn die Randbereiche nicht von Löchern geschnitten werden. Auch hier bewirken die Löcher im übrigen, dass das Lot nicht durch Kapillarwirkung zu weit in das Innere des Wabenkörpers vordringen kann, sondern genau dort bleibt, wo es zum Befestigen der Blechlagen auch gebraucht wird.

Ausführungsbeispiele und Einzelheiten der Erfindung, auf die diese jedoch nicht beschränkt ist, werden im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert, und zwar zeigen:

Fig. 1 eine Blechlage zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Wabenkörpers,

Fig. 2 eine perspektivische, teilweise aufgebrochene Ansicht eines erfindungs gemäßen Wabenkörpers und

Fig. 3 einen teilweise aufgebrochenen katalytischen Konverter mit einem erfin dungsgemäßen Wabenkörper und einem Hohlraum für eine Lambdasonde in schematischer Seitenansicht.

Fig. 1 zeigt eine Blechlage 1, die entweder glatt oder gewellt sein kann, wie sie zum Aufbau eines erfindungsgemäßen Wabenkörpers Anwendung findet. Diese Blechlage 1 hat eine Breite L, die später die axiale Länge L eines daraus herge stellten Wabenkörpers bestimmt. Die Ausdehnung der Blechlage in der anderen Richtung hängt vom Bautyp des herzustellenden Wabenkörpers ab. Sie kann sehr lang sein, wenn ein spiralförmig gewickelter Wabenkörper daraus hergestellt wer den soll, oder relativ kurz, wenn sie zu einem Stapel von mehreren solchen Blech lagen 1 gehört, der später zu einem Wabenkörper verschlungen wird. Die Dicke der Blechlage 1 kann zwischen 20 und 80 µm liegen, bevorzugt zwischen 40 und 60 µm. Die Blechlage 1 weist in einem Teilbereich eine große Anzahl von Lö chern 6 auf, welche jeweils eine Fläche zwischen 1 und 120 mm² haben. Bevor zugt werden Löcher 6 mit einem Durchmesser zwischen 3 und 8 mm, vorzugswei se zwischen 4 und 6 mm. Diese Löcher 6 sind in einem regelmäßigen Muster an geordnet und haben untereinander vorzugsweise gleiche Abstände D7. Bevorzugt sind die Löcher 6 rund oder elliptisch oder oval mit einem größten Durchmesser R6 bis zu 8 mm. Die Abstände D7 der Löcher 6 sind so gewählt, dass die Blech lagenoberfläche um 10 bis 80%, vorzugsweise 30 bis 60%, gegenüber einer un gelochten Oberfläche reduziert ist. Die Blechlage 1 weist einen einströmseitigen Randbereich 2 auf, der frei von Löchern 6 ist. Bevorzugt ist ein ausströmseitiger Randbereich 3 ebenfalls frei von Löchern. Dies vereinfacht die Verarbeitung der Blechlage, ermöglicht eine Verbindung von Blechlagen untereinander in diesem Randbereich und verhindert, dass sich beim Aufbau eines Wabenkörpers unre gelmäßig geformte (ausgefranste) einströmseitige Stirnseiten 12 oder ausströmsei tige Stirnseiten 13 bilden. Der einströmseitige Randbereich hat eine Breite R2 von 1 bis 5 mm, der ausströmseitige Randbereich 3 hat eine Breite R3 von 1 bis 5 mm. Die Blechlage 1 weist außerdem mindestens einen Anbindungsbereich 4 auf, mit dem die Blechlage 1 später an einem Mantelrohr 14 befestigt werden kann. Auch dieser Anbindungsbereich 4 mit der Breite R4 ist vorzugsweise frei von Löchern 6. Für Bauformen von Wabenkörpern, bei denen die Blechlagen 1 mit beiden En den an einem Mantelrohr befestigt werden ist auch ein zweiter Anbindungsbereich 5 mit einer Breite R5 frei von Löchern 6. Sofern aus der Blechlage 1 ein Waben körper hergestellt werden soll, der einen Hohlraum 7 für die Aufnahme einer Messsonde 9 aufweist, ist in der Blechlage 1 ein entsprechender Hohlraum 7 vor zusehen. Dieser ist erfindungsgemäß umgeben von einem lochfreien Rand 8, der wiederum der leichteren Verarbeitbarkeit der Blechlage 1 und der Herstellung eines gleichmäßigen Hohlraumes 7 dient. Die spätere Strömungsrichtung S eines Fluids, welches den Wabenkörper durchströmen kann, ist durch Pfeile in den Fi guren angedeutet.

Fig. 2 zeigt eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Wabenkör pers, bei dem die Ausdehnung des gelochten Teilvolumens T schematisch ange deutet ist. Der beispielhaft gezeigte Wabenkörper ist spiralig gewickelt aus einer glatten Blechlage 10 und einer gewellten Blechlage 11, die in einem Anbindungs bereich 4 mit einem Mantelrohr 14 verbunden sind.

Fig. 3 zeigt schematisch in teilweise aufgebrochener Seitenansicht einen kataly tischen Konverter mit einem Hohlraum 7 zur Aufnahme einer Lambdasonde 9. Ein Abgas kann in Strömungsrichtung S durch den katalytischen Konverter strö men, beginnend von der einströmseitigen Stirnseite 12 hin zur ausströmseitigen Stirnseite 13. An der einströmseitigen Stirnseite 12 befindet sich ein lochfreier Randbereich 2 und an der ausströmseitigen Stirnseite befindet sich ein lochfreier Randbereich 3. Dazwischen befindet sich das gelochte Teilvolumen T welches sich damit über fast die gesamte axiale Länge L des Wabenkörpers erstreckt. Der Wabenkörper weist einen Hohlraum 7 auf, der entweder nach Fertigstellung des Wabenkörpers oder schon vorher durch geeignete Platzierung von Hohlräumen in den einzelnen Blechlagen 10, 11 hergestellt wurde. In diesen Hohlraum 7 kann eine Messsonde 9, insbesondere eine Sauerstoffmesssonde 9 eingebacht werden. Um gleichmäßige Ränder des Hohlraumes 7 zu gewährleisten, umgibt den Hohl raum 7 ein lochfreier Rand 8, in dem die Blechlagen 10, 11 keine Löcher 6 auf weisen. Die hier dargestellte Kombination eines Wabenkörpers mit Löchern 6 und einem Hohlraum 7 für eine Messsonde 9 ist besonders vorteilhaft, weil die Löcher 6 stromaufwärts der Messsonde 9 eine Quervermischung im Wabenkörper erlau ben und so die Messsonde 9 einen repräsentativen Messwert für die Zusammen setzung des Fluids im gesamten Wabenkörper messen kann.

Die vorliegende Erfindung erlaubt es, bei den meisten bekannten Bauformen von Wabenkörpern mit verringertem Einsatz von Beschichtungsmaterial hohe Wirk samkeit der Beschichtung zu erreichen für die Behandlung eines Fluides und da bei noch Eigenschaften bezüglich mechanischer Stabilität, Wärmekapazität, Wärmeleitfähigkeit und dergleichen eines Wabenkörpers gezielt den Bedürfnissen einzelner Anwendungsfälle anpassen zu können.

Bezugszeichenliste

1

Blechlage

2

einströmseitiger Randbereich

3

ausströmseitiger Randbereich

4

Anbindungsbereich

5

Anbindungsbereich

6

Loch

7

Hohlraum

8

lochfreier Rand

9

Lambdasonde

10

glatte Blechlage

11

gewellte Blechlage

12

einströmseitige Stirnseite

13

ausströmseitige Stirnseite

14

Mantelrohr
L axiale Länge
R2 Breite des einströmseitigen Randbereichs
R3 Breite des ausströmseitigen Randbereichs
R4 Breite des Anbindungsbereiches
R5 Breite des Anbindungsbereiches
R6 längste Ausdehnung eines Loches
D7 Abstand zwischen zwei Löchern

6

5

Strömungsrichtung
T Teilvolumen

Claims

1. Metallischer Wabenkörper mit einer axialen Länge (L) aufgebaut aus Blechla gen (1; 10, 11), die so strukturiert sind, dass der Wabenkörper von einem Fluid, insbesondere dem Abgas einer Verbrennungsmaschine, in einer Strömungsrich tung (S) von einer einströmseitigen Stirnseite (12) zu einer ausströmseitigen Stirn seite (13) durchströmbar ist, wobei die Blechlagen (1; 10, 11) zumindest in Teil bereichen eine Vielzahl von Öffnungen (6) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass der Wabenkörper in einem Teilvolumen (T) von mindestens 55% der axialen Länge (L) und mindestens 20 mm radialer Ausdehnung in allen Blechlagen (1; 10, 11) Löcher (6) aufweist, wobei folgendes gilt:
die Löcher (6) haben jeweils eine Fläche zwischen 1 und 120 mm²,
in dem Teilvolumen (T) ist die Blechlagenoberfläche durch die Löcher (6) um 10 bis 80%, vorzugsweise 35 bis 60%, gegenüber einer ungelochten Blechlage re duziert,
das Teilvolumen (T) hat jeweils einen Abstand (R2, R3) von den Stirnseiten (12, 13) des Wabenkörpers, so dass keine Löcher (6) die stirnseitigen Ränder der Blechlagen berühren oder überschneiden.

2. Wabenkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Teilvolumen (T) mehr als 60%, vorzugsweise mehr als 90% des gesamten Wabenkörpervo lumens beträgt.

3. Wabenkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lö cher (6) jeweils eine Fläche von 5 bis 60 mm² aufweisen.

4. Wabenkörper nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Löcher (6) gerundete Konturen aufweisen.

5. Wabenkörper nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Löcher (6) rund, oval oder elliptisch sind.

6. Wabenkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass die Löcher (6) durch Entfernen von Material aus einer ganzflächi gen Blechlage (1) hergestellt sind.

7. Wabenkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Löcher (6) schon beim Herstellen der Blechlage (1) ausgespart sind.

8. Wabenkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass die Dicke der Blechlagen (1; 10, 11) 20 bis 80 µm beträgt, vor zugsweise 40 bis 60 µm.

9. Wabenkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass die Löcher (6) untereinander jeweils einen Mindestabstand von 0,5 mm aufweisen, vorzugsweise alle Abstände (D7) zwischen den Löchern jeweils etwa gleich groß sind.

10. Wabenkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass der Wabenkörper aus abwechselnden glatten (10) und gewellten (11) oder aus abwechselnden unterschiedlich gewellten Blechlagen besteht.

11. Wabenkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass der Wabenkörper eine Zelldichte von 200 bis 1000 cpsi (cells per square inch), vorzugsweise von 400 bis 800 cpsi, aufweist.

12. Wabenkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass die Blechlagen (1; 10, 11) zusätzliche Strukturen zur Strömungsbe einflussung aufweisen, insbesondere transversale Strukturen und/oder Umstül pungen und/oder Strömungsleitflächen.

13. Wabenkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass der Wabenkörper einen Hohlraum (7) zur Aufnahme eines Sensors, insbesondere einer Lambda-Sonde (9), aufweist, wobei der Hohlraum (7) inner halb des Teilvolumens (T) oder stromabwärts des Teilvolumens (T) angeordnet ist.

14. Wabenkörper nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die an den Hohlraum (7) angrenzenden Ränder (8) der Blechlagen (1; 10, 11) in einem Ab stand von 1 bis 5 mm zum Hohlraum (7) lochfrei sind.

15. Wabenkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass die Blechlagen (1; 10, 11) zumindest in Teilbereichen an den Stirn seiten (12, 13) untereinander fügetechnisch verbunden sind, vorzugsweise durch Hartlöten, insbesondere in den nicht gelochten Randbereichen (2, 3).

16. Wabenkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass der Wabenkörper in einem Mantelrohr (14) angeordnet ist, an dem Anbindungsbereiche (4, 5) der Blechlagen (1; 10, 11) innen fügetechnisch befes tigt sind, insbesondere durch Hartlöten, wobei das Teilvolumen (T) das Mantel rohr (14) nicht berührt, also in den Anbindungsbereichen (4, 5) der Blechlagen (1; 10, 11), die am Mantelrohr (14) anliegen, keine Löcher (6) vorhanden sind.