DE19928237A1 - Einrichtung zur katalytischen Umsetzung mit einem bereichsweise an einen Mantel angebundenen Trägerkörper - Google Patents
Einrichtung zur katalytischen Umsetzung mit einem bereichsweise an einen Mantel angebundenen TrägerkörperInfo
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Abstract
Zur katalytischen Umsetzung wenigstens einer Komponente eines Abgases, insbesondere eines Abgases einer Verbrennungskraftmaschine, wird eine Einrichtung mit einem metallischen Trägerkörper (1) vorgeschlagen, der in einem Mantel (2) angeordnet ist. Der Trägerkörper weist zwei Schichten (6, 7) auf, die im wesentlichen diametral gegenüberliegend ausgebildet sind. Die Schichten (6, 7) bilden mit dem Mantel (2) jeweils verbindungsfreie Bereiche.
Description
Der Gegenstand der Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur katalytischen
Umsetzung wenigstens einer Komponente eines Abgases, insbesondere eines Ab
gases einer Verbrennungskraftmaschine, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des
Anspruchs 1.
Durch die WO 92/18758 ist eine Einrichtung zur katalytischen Umsetzung wenig
stens einer Komponente eines Abgases, insbesondere eines Abgases einer Ver
brennungskraftmaschine, bekannt. Die Vorrichtung umfaßt einen metallischen
Trägerkörper und einen Mantel. Der Trägerkörper ist aus mehreren Lagen ge
wellter oder glatter und gewellter Bleche gebildet. Er weist wenigstens eine, durch
sich einander überlappende glatte Blechabschnitte gebildete, äußere Schicht auf.
Der Trägerkörper ist von dem Mantel umgeben und mit diesem verbunden. Nach
der WO 92/18758 erfolgt die Verbindung des Trägerkörpers mit dem Mantel
durch mindestens eine Schweißnaht. Die Schweißnaht ist vorzugsweise durch
Laserschweißen erzeugt.
Desweiteren sind Einrichtungen zur katalytischen Umsetzung wenigstens einer
Komponente eines Abgases bekannt, bei denen der Trägerkörper mit dem Mantel
verlötet ist. Der Trägerkörper ist als ein monolithischer Körper ausgebildet. Hier
zu sind die Blechlagen untereinander wenigstens teilweise verlötet. Die Ausbil
dung der Lötverbindung bzw. -verbindungen zwischen den Blechlagen sowie
zwischen dem Trägerkörper und dem Mantel erfolgt vorzugsweise in einem einzi
gen Lötvorgang. Verfahren zum Beloten einer Einrichtung, enthaltend einen Trä
gerkörper und einen Mantel, sind beispielsweise durch die WO 89/11938 und die
DE 29 24 592 A1 bekannt.
Bei der Verwendung der Einrichtung zur katalytischen Umsetzung wenigstens
einer Komponente eines Abgases einer Verbrennungskraftmaschine, wird die Ein
richtung thermisch belastet. Der metallische Trägerkörper und der Mantel weisen
aufgrund ihrer unterschiedlichen Werkstoffeigenschaften ein unterschiedliches
thermisches Dehnungsverhalten auf. Es wird daher angestrebt, daß eine starre
Verbindung zwischen dem Trägerkörper und dem Mantel vermieden wird.
Hierzu wird nach der WO 96/26805 vorgeschlagen, daß wenigstens eine Blechla
ge des Trägerkörpers wenigstens einen sich von wenigstens einer Stirnseite über
einen Teil der axialen Länge des Trägerkörpers erstreckenden und den Trägerkör
per zumindest teilweise umgebenden glatten Abschnitt aufweist. Der glatte Ab
schnitt bildet am Umfang des Trägerkörpers eine Schicht, die an dem Mantel an
liegt. Hierdurch wird erreicht, daß unabhängig vom Belotungsverfahren kein Lot
zwischen die Außenschicht und das Mantelrohr gelangt. Das Aufbringen des Lo
tes kann daher, wie aus dem Stand der Technik bekannt ist, erfolgen. Die Verbin
dung des Trägerkörpers mit dem Mantel erfolgt über einen Teil der axialen Länge
des Mantels, wobei der glatte Abschnitt sich in der axialen Richtung des Träger
körpers nur bis zu dem Verbindungsbereich zwischen dem Trägerkörper und dem
Mantel erstreckt.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die
bekannte Einrichtung zur katalytischen Umsetzung wenigstens einer Komponente
eines Abgases so weiterzubilden, daß eine Belastung des Trägerkörpers, insbe
sondere aufgrund von Zugspannungen verringert wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Einrichtung zur katalytischen
Umsetzung wenigstens einer Komponente eines Abgases, insbesondere eines Ab
gases einer Verbrennungskraftmaschine, mit den Merkmalen des Anspruchs 1
gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Einrichtung sind
Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die erfindungsgemäße Einrichtung zur katalytischen Umsetzung wenigstens einer
Komponente eines Abgases, insbesondere eines Abgases einer Verbrennungs
kraftmaschine, weist einen metallischen Trägerkörper auf, der aus mehreren La
gen gewellter oder glatter und gewellter Bleche gebildet ist. Der Trägerkörper ist
in einem Mantel angeordnet, der den Trägerkörper wenigstens teilweise um
schließt und mit diesem verbunden ist. Der Trägerkörper weist wenigstens eine
äußere Schicht auf, die durch sich überlappende glatte Blechabschnitte gebildet
ist. Die erfindungsgemäße Einrichtung zeichnet sich dadurch aus, daß wenigstens
zwei Schichten vorgesehen sind, die im wesentlichen diametral gegenüberliegend
ausgebildet sind. Die Schichten bilden mit dem Mantel jeweils verbindungsfreie
Bereiche.
Durch diese erfindungsgemäße Ausgestaltung der Einrichtung wird erreicht, daß
die Belastung der Einrichtung verringert wird. Insbesondere wird das Auftreten
von Zugspannungen in radialer Richtung, wenn nicht ganz, so doch wenigstens in
einem solchen Ausmaß reduziert, daß insbesondere bei thermischer Belastung mit
hohen und schnellen Temperaturänderungen ein Versagen des Trägerkörpers
vermieden wird. Die radialen Zugspannungen werden dadurch vermieden, daß der
Trägerkörper lediglich teilweise mit dem Mantel verbunden.
Mögliche axiale Zugspannungen werden über den Trägerkörper abgefangen, da
dieser mit dem Mantel über diametral liegende Verbindungsbereiche verbunden
ist. Die Verbindungsbereiche liegen zwischen den verbindungsfreien Bereichen.
Der von der jeweiligen Schicht in Umfangsrichtung des Trägerkörpers betrachtet
eingeschlossene Winkel ist vorzugsweise einer Belastungssituation angepaßt. Es
wird vorgeschlagen, daß der eingeschlossene Winkel auch über 180° sein kann,
wenn die Belastung des Trägerkörpers auch hohe Schwingungsanteile enthält. Bei
hohen thermischen Spannungen, insbesondere bei Thermoschock in radialer
Richtung, sind kleine Winkel bevorzugt.
Die Herstellung einer erfindungsgemäßen Einrichtung kann dadurch vereinfacht
werden, daß die Winkel der beiden Schichten im wesentlichen gleich groß sind.
Hierdurch weist der Trägerkörper keine bevorzugte Ausrichtung im Mantel auf.
Gemäß einer noch weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen
Einrichtung wird vorgeschlagen, daß die Schichten benachbart zu der jeweiligen
Stirnfläche des Trägerkörpers ausgebildet sind.
Gemäß einer noch weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Einrichtung wird vor
geschlagen, daß die Länge der jeweiligen Schicht Meiner ist als die halbe Ge
samtlänge des Trägerkörpers. Dies hat den Vorteil, daß dem Trägerkörper inner
halb des Mantelrohres eine große Kompensationsstrecke gegeben wird. Vorzugs
weise sind die Längen der Schichten gleich groß. Dies hat den Vorteil, daß der
Trägerkörper richtungsunabhängig im Mantelrohr angeordnet werden kann.
Gemäß einer noch weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Einrichtung wird vor
geschlagen, daß wenigstens ein Teil der Blechabschnitte durch Endabschnitte we
nigstens eines Teils der Bleche, vorzugsweise der glatten Bleche, gebildet ist.
Dies hat den Vorteil, daß die Endabschnitte einstückig mit den Blechen ausgebil
det sind. Alternativ kann wenigstens ein Teil der Blechabschnitte durch Blech
streifen gebildet sein, wobei jeweils ein Blechstreifen zwischen zwei benachbar
ten Blechen angeordnet ist. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, daß der Zu
schnitt der Bleche vereinfacht ist.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand eines in der
Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Einrichtung in einer Vorderansicht,
Fig. 2 schematisch die Einrichtung in einer Schnittdarstellung,
Fig. 3 vergrößert eine Schicht und einen Mantel,
Fig. 4 schematisch einen Stapel von Blechlagen,
Fig. 5 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Stapels von Blechlagen,
Fig. 6 schematisch ein drittes Ausführungsbeispiel eines Stapels von
Blechlagen und
Fig. 7 eine glattes Blech eines Stapels nach Fig. 6.
Fig. 1 zeigt eine Einrichtung zur katalytischen Umsetzung wenigstens einer Kom
ponente eines Abgases, insbesondere eines Abgases einer Verbrennungskraftma
schine. Die Einrichtung weist einen metallischen Trägerkörper 1 auf. Der Träger
körper ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel aus mehreren Lagen gewellter
3 und glatter 4 Bleche gebildet. Die Bleche sind S-förmig gebogen. Andere Aus
gestaltungen des Trägerkörpers 1 sind möglich.
Der Trägerkörper 1 ist in einem Mantel 2 angeordnet. Dieser umschließt den Trä
gerkörper in dem dargestellten Ausführungsbeispiel, wie insbesondere in Verbin
dung mit Fig. 2 gezeigt ist, vollständig. Der Trägerkörper 1 ist mit dem Mantel 2
verbunden, insbesondere verlötet. Der Mantel 2 ist vorzugsweise rohrförmig aus
gebildet.
Fig. 2 zeigt, daß der Trägerkörper 1 zwei äußere Schichten 6, 7 aufweist. Eine
jede äußere Schicht 6, 7 ist durch sich einander überlappende glatte Blechab
schnitte 5 gebildet. Die zwei Schichten 6, 7 sind im wesentlichen diametral ge
genüberliegend ausgebildet. Die Schichten sind benachbart zu den jeweiligen
Stirnflächen 10, 11 des Trägerkörpers 1 angeordnet. Fig. 2 zeigt, daß die Länge l
der jeweiligen Schicht 6, 7 kleiner ist als die halbe Gesamtlänge L des Trägerkör
pers. Die Längen l der beiden Schichten 6, 7 sind vorzugsweise gleich.
Die jeweilige Schicht 6, 7 ist durch glatte, sich überlappende Blechabschnitte 5
gebildet. Der, von der jeweiligen Schicht 6, 7 in Umfangsrichtung des Trägerkör
pers 1 betrachtet, eingeschlossene Winkel α beträgt vorzugsweise ca. 180°. Die
Winkel α sind in dem dargestellten Ausführungsbeispiel gleich. Dies ist nicht
zwingend notwendig. Der Winkel α kann sich auch in axialer Richtung des Trä
gerkörpers ändern.
Durch die äußeren Schichten 6, 7 wird verhindert, daß beim stirnseitigen Beloten
des Trägerkörpers 1 Lot zwischen die Bleche und den Mantel gelangt, so daß im
Bereich der Schichten 6, 7 keine Verbindung zwischen dem Trägerkörper 1 und
dem Mantel 2 entsteht. Dort, wo der Trägerkörper 1 keine äußere Schicht auf
weist, entsteht eine Verbindung zwischen dem Mantel 2 und dem Trägerkörper 1.
In der Fig. 2 ist der Verbindungsbereich zwischen Trägerkörper 1 und Mantel 2
mit dem Bezugszeichen 8, 9 versehen. Die Verbindungsbereiche 8, 9 liegen auf
grund der Ausgestaltung des Trägerkörpers mit seinen beiden Schichten 6, 7 auch
diametral gegenüber.
Dadurch, daß der Trägerkörper verbindungsfreie Bereiche aufweist kann eine Re
duktion der auf den Körper einwirkenden radialen und axialen Zugspannungen
reduziert werden. Insbesondere werden die Spannungen durch die gewellten Ble
che 3 abgebaut.
Fig. 3 zeigt vergrößert einen Ausschnitt des Trägerkörpers 1 mit einer äußeren
Schicht 6, die am Mantel 2 anliegt. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel wei
sen sowohl die gewellten 3 als auch die glatten 4 Bleche glatte Blechabschnitte 5
auf, die sich einander überlappen und die die äußere Schicht 6 bilden.
Fig. 4 und Fig. 5 zeigen Ausführungsbeispiele von Blechstapeln, die zur Ausbil
dung eines Trägerkörpers geeignet sind. Fig. 4 zeigt, daß lediglich die glatten Ble
che 4 glatte Blechabschnitte 5 aufweisen. Die gewellten Bleche 3 weisen keine
Blechabschnitte 5 auf. Das glatte Blech 4 und die glatten Blechabschnitte 5 sind
einstückig ausgebildet. Aus der Fig. 4 ist ersichtlich, daß die Blechabschnitte 5
diametral gegenüberliegend ausgebildet sind.
Fig. 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Stapels von Blechen 3, 4. Die
gewellten 3 und die glatten 4 Bleche bilden einen Stapel, wobei diese Bleche ei
nen im wesentlichen rechteckförmigen Zuschnitt aufweisen. Blechabschnitte 5
sind durch Blechstreifen gebildet, die zwischen den benachbarten Blechen 3, 4
eingelegt sind. Die Blechabschnitte können auch mit dem glatten Blech 4 bzw.
mit dem gewellten Blech 3 verbunden sein. Die Verbindung kann beispielsweise
eine Klebeverbindung sein.
Fig. 6 zeigt einen Stapel von Blechen 3, 4. Zwischen zwei benachbarten gewell
ten Blechen 3 ist ein glattes Blech 4 angeordnet. Die erste und die letzte Lage des
Stapels kann auch durch ein glattes Blech 4 gebildet werden, wie dies durch die
Fig. 6 dargestellt ist.
Die gewellten Bleche 3 weisen in dem dargestellten Ausführungsbeispiel einen im
wesentlichen rechteckförmigen Zuschnitt auf.
Die glatten Bleche 4 sind in Form eines Parallelogramms ausgebildet. Sie weisen
jeweils gegenüberliegende Blechabschnitte 12, 13 auf, die seitlich über den ge
wellten Blechen 3 vorstehen. Diese Blechabschnitte 12, 13 überlappen sich, wenn
der Stapel S-förmig verschlungen ist.
Die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen der Bleche stellen bevor
zugte Ausgestaltungen dar. Es ist auch beispielsweise möglich, die in den Fig.
6 und 7 dargestellten Blechabschnitte 12, 13 derart auszubilden, daß diese sich
lediglich über ein Teil der axialen Länge erstrecken.
1
Trägerkörper
2
Mantel
3
gewelltes Blech
4
glattes Blech
5
Blechabschnitt
6
,
7
Schicht
8
,
9
Verbindungsbereich
10
,
11
Stirnfläche
12
,
13
Blechabschnitt
Claims (8)
1. Einrichtung zur katalytischen Umsetzung wenigstens einer Komponente
eines Abgases, insbesondere eines Abgases einer Verbrennungskraftma
schine, mit einem metallischen Trägerkörper (1), gebildet aus mehreren
Lagen gewellter oder gewellter und glatter Bleche (3, 4), und einem Man
tel (2), der den Trägerkörper (1) wenigstens teilweise umschließt und mit
diesem verbunden ist, wobei der Trägerkörper (1) wenigstens eine, durch
sich einander überlappende glatte Blechabschnitte (5, 12, 13) gebildete,
äußere Schicht (6, 7) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens
zwei Schichten (6, 7) vorgesehen sind, die im wesentlichen diametral ge
genüberliegend ausgebildet sind, und daß die Schichten (6, 7) mit dem
Mantel (2) jeweils verbindungsfreie Bereiche bilden.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der von der
jeweiligen Schicht (6, 7), in Umfangsrichtung des Trägerkörpers (1) be
trachtet, eingeschlossener Winkel (α) kleiner oder größer 180°, vorzugs
weise ca. 180°, ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Winkel (α)
der beiden Schichten (6, 7) im wesentlichen gleich groß sind.
4. Einrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der
Trägerkörper (1) zwei gegenüberliegende Stirnflächen (10, 11) aufweist,
und daß benachbart zu der jeweiligen Stirnfläche (10, 11) jeweils eine
Schicht (6, 7) ausgebildet ist.
5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die Länge (l) der jeweiligen Schicht (6, 7) kleiner ist als die halbe Ge
samtlänge (L) des Trägerkörpers (1).
6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Längen (l)
der beiden Schichten (6, 7) gleich sind.
7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
daß wenigstens ein Teil der Blechabschnitte (5, 12, 13) durch Endab
schnitte wenigstens eines Teils der Bleche (3, 4), vorzugsweise der glatten
Bleche (4), gebildet ist.
8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,
daß wenigstens ein Teil der Blechabschnitte (5) durch Blechstreifen gebil
det ist, wobei jeweils ein Blechstreifen zwischen zwei benachbarten Ble
chen (3, 4) angeordnet ist.
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