EP1192338A1 - 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 trägerkörper

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EP1192338A1
EP1192338A1 EP00938753A EP00938753A EP1192338A1 EP 1192338 A1 EP1192338 A1 EP 1192338A1 EP 00938753 A EP00938753 A EP 00938753A EP 00938753 A EP00938753 A EP 00938753A EP 1192338 A1 EP1192338 A1 EP 1192338A1
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  • FIG. 5 shows a second exemplary embodiment of a stack of sheet metal layers

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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

Einrichtung zur katalytischen Umsetzung mit einem bereichsweise an einen Mantel angebundenen Trägerkörper
Der Gegenstand der Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur katalytischen Umsetzung wenigstens einer Komponente eines Abgases, insbesondere eines Abgases einer Verbrennungskraftmaschine, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Durch die WO 92/18758 ist eine Einrichtung zur katalytischen Umsetzung wenigstens einer Komponente eines Abgases, insbesondere eines Abgases einer Verbrennungskraftmaschine, bekannt. Die Vorrichtung umfaßt einen metallischen Trägerköφer und einen Mantel. Der Trägerköφer ist aus mehreren Lagen gewellter oder glatter und gewellter Bleche gebildet. Er weist wenigstens eine, durch sich einander überlappende glatte Blechabschnitte gebildete, äußere Schicht auf. Der Trägerköφer ist von dem Mantel umgeben und mit diesem verbunden. Nach der WO 92/18758 erfolgt die Verbindung des Trägerköφers 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 Trägerköφer mit dem Mantel verlötet ist. Der Trägerköφer ist als ein monolithischer Köφer ausgebildet. Hierzu sind die Blechlagen untereinander wenigstens teilweise verlötet. Die Ausbil- düng der Lötverbindung bzw. -Verbindungen zwischen den Blechlagen sowie zwischen dem Trägerköφer und dem Mantel erfolgt vorzugsweise in einem einzigen Lötvorgang. Verfahren zum Beloten einer Einrichtung, enthaltend einen Trägerköφer und einen Mantel, sind beispielsweise durch die WO 89/1 1938 und die DE 29 24 592 AI bekannt. Bei der Verwendung der Einrichtung zur katalytischen Umsetzung wenigstens einer Komponente eines Abgases einer Verbrennungskraftmaschine, wird die Einrichtung thermisch belastet. Der metallische Trägerköφer und der Mantel weisen aufgrund ihrer unterschiedlichen Werkstoffeigenschaften ein unterschiedliches thermisches Dehnungsverhalten auf. Es wird daher angestrebt, daß eine starre Verbindung zwischen dem Trägerköφer und dem Mantel vermieden wird.
Hierzu wird nach der WO 96/26805 vorgeschlagen, daß wenigstens eine Blechlage des Trägerköφers wenigstens einen sich von wenigstens einer Stirnseite über einen Teil der axialen Länge des Trägerköφers erstreckenden und den Trägerkörper zumindest teilweise umgebenden glatten Abschnitt aufweist. Der glatte Abschnitt bildet am Umfang des Trägerköφers eine Schicht, die an dem Mantel anliegt. 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 Verbindung des Trägerköφers mit dem Mantel erfolgt über einen Teil der axialen Länge des Mantels, wobei der glatte Abschnitt sich in der axialen Richtung des Trägerköφers nur bis zu dem Verbindungsbereich zwischen dem Trägerköφer 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 Trägerköφers, insbesondere aufgrund von Zugspannungen verringert wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Einrichtung zur katalytischen Umsetzung wenigstens einer Komponente eines Abgases, insbesondere eines Abgases 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 Verbrennungskraftmaschine, weist einen metallischen Trägerköφer auf, der aus mehreren Lagen gewellter oder glatter und gewellter Bleche gebildet ist. Der Trägerköφer ist in einem Mantel angeordnet, der den Trägerköφer wenigstens teilweise umschließt und mit diesem verbunden ist. Der Trägerköφer 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 Trägerköφers vermieden wird. Die radialen Zugspannungen werden dadurch vermieden, daß der Trägerköφer lediglich teilweise mit dem Mantel verbunden
Mögliche axiale Zugspannungen werden über den Trägerköφer 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 Trägerköφers betrachtet eingeschlossene Winkel ist vorzugsweise einer Belastungssituation angepaßt. Es wird vorgeschlagen, daß der eingeschlossene Winkel auch über 180° sein kann, wenn die Belastung des Trägerköφers 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 Trägerköφer 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 Trägerköφers ausgebildet sind.
Gemäß einer noch weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Einrichtung wird vor- geschlagen, daß die Länge der jeweiligen Schicht kleiner ist als die halbe Gesamtlänge des Trägerköφers. Dies hat den Vorteil, daß dem Trägerköφer innerhalb des Mantelrohres eine große Kompensationsstrecke gegeben wird. Vorzugsweise sind die Längen der Schichten gleich groß. Dies hat den Vorteil, daß der Trägerköφer richtungsunabhängig im Mantelrohr angeordnet werden kann.
Gemäß einer noch weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Einrichtung wird vorgeschlagen, daß wenigstens ein Teil der Blechabschnitte durch Endabschnitte wenigstens 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 Blechstreifen gebildet sein, wobei jeweils ein Blechstreifen zwischen zwei benachbarten Blechen angeordnet ist. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, daß der Zuschnitt 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, 5 -
Fig. 3 vergrößert eine Schicht und einen Mantel,
Fig. 4 schematisch einen Stapel von Blechlagen,
Fig. 5 ein zweites Ausfuhrungsbeispiel eines Stapels von Blechlagen,
Fig. 6 schematisch ein drittes Ausflihrungsbeispiel eines Stapels von
Blechlagen und
Fig. 7 eine glattes Blech eines Stapels nach Figur 6.
Fig. 1 zeigt eine Einrichtung zur katalytischen Umsetzung wenigstens einer Komponente eines Abgases, insbesondere eines Abgases einer Verbrennungskraftmaschine. Die Einrichtung weist einen metallischen Trägerköφer 1 auf. Der Träger- köφer ist in dem dargestellten Ausflihrungsbeispiel aus mehreren Lagen gewellter 3 und glatter 4 Bleche gebildet. Die Bleche sind S-förmig gebogen. Andere Ausgestaltungen des Trägerköφers 1 sind möglich.
Der Trägerköφer 1 ist in einem Mantel 2 angeordnet. Dieser umschließt den Trä- gerköφer in dem dargestellten Ausführungsbeispiel, wie insbesondere in Verbindung mit Fig. 2 gezeigt ist, vollständig. Der Trägerköφer 1 ist mit dem Mantel 2 verbunden, insbesondere verlötet. Der Mantel 2 ist vorzugsweise rohrförmig ausgebildet.
Fig. 2 zeigt, daß der Trägerköφer 1 zwei äußere Schichten 6, 7 aufweist. Eine jede äußere Schicht 6, 7 ist durch sich einander überlappende glatte Blechabschnitte 5 gebildet. Die zwei Schichten 6, 7 sind im wesentlichen diametral gegenüberliegend ausgebildet. Die Schichten sind benachbart zu den jeweiligen Stirnflächen 10, 1 1 des Trägerköφers 1 angeordnet. Fig. 2 zeigt, daß die Länge 1 der jeweiligen Schicht 6, 7 kleiner ist als die halbe Gesamtlänge L des Trägerkörpers. Die Längen 1 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 Trägerkörpers 1 betrachtet, eingeschlossene Winkel α beträgt vorzugsweise ca. 180°. Die Winkel α sind in dem dargestellten Ausflihrungsbeispiel gleich. Dies ist nicht zwingend notwendig. Der Winkel α kann sich auch in axialer Richtung des Trägerköφers ändern.
Durch die äußeren Schichten 6, 7 wird verhindert, daß beim stirnseitigen Beloten des Trägerköφers 1 Lot zwischen die Bleche und den Mantel gelangt, so daß im Bereich der Schichten 6, 7 keine Verbindung zwischen dem Trägerköφer 1 und dem Mantel 2 entsteht. Dort, wo der Trägerköφer 1 keine äußere Schicht aufweist, entsteht eine Verbindung zwischen dem Mantel 2 und dem Trägerköφer 1. In der Fig. 2 ist der Verbindungsbereich zwischen Trägerköφer 1 und Mantel 2 mit dem Bezugszeichen 8, 9 versehen. Die Verbindungsbereiche 8, 9 liegen auf- grund der Ausgestaltung des Trägerköφers mit seinen beiden Schichten 6, 7 auch diametral gegenüber.
Dadurch, daß der Trägerköφer verbindungsfreie Bereiche aufweist kann eine Reduktion der auf den Köφer einwirkenden radialen und axialen Zugspannungen reduziert werden. Insbesondere werden die Spannungen durch die gewellten Bleche 3 abgebaut.
Fig. 3 zeigt vergrößert einen Ausschnitt des Trägerköφers 1 mit einer äußeren Schicht 6, die am Mantel 2 anliegt. In dem dargestellten Ausflihrungsbeispiel 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 Ausbildung eines Trägerköφers geeignet sind. Fig. 4 zeigt, daß lediglich die glatten Ble- ehe 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 Ausflihrungsbeispiel eines Stapels von Blechen 3, 4. Die gewellten 3 und die glatten 4 Bleche bilden einen Stapel, wobei diese Bleche einen 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.
Figur 6 zeigt einen Stapel von Blechen 3, 4. Zwischen zwei benachbarten gewellten 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 Figur 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 gewellten Blechen 3 vorstehen. Diese Blechabschnitte 12, 13 überlappen sich, wenn der Stapel S-förmig verschlungen ist.
Die in den Figuren dargestellten Ausführungs formen der Bleche stellen bevorzugte Ausgestaltungen dar. Es ist auch beispielsweise möglich, die in den Figuren 6 und 7 dargestellten Blechabschnitte 12, 13 derart auszubilden, daß diese sich lediglich über ein Teil der axialen Länge erstrecken. Bezugszeichenliste
Trägerköφer
Mantel gewelltes Blech glattes Blech
Blechabschnitt , 7 Schicht , 9 Verbindungsbereich 0, 1 1 Stirnfläche 2, 13 Blechabschnitt

Claims

Patentansprüche
1. Einrichtung zur katalytischen Umsetzung wenigstens einer Komponente eines Abgases, insbesondere eines Abgases einer Verbrennungskraftma- schine, mit einem metallischen Trägerköφer (1), gebildet aus mehreren
Lagen gewellter oder gewellter und glatter Bleche (3, 4), und einem Mantel (2), der den Trägerköφer (1) wenigstens teilweise umschließt und mit diesem verbunden ist, wobei der Trägerköφer (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 gegenüberliegend 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 Trägerköφers (1) betrachtet, eingeschlossener Winkel (α) kleiner oder größer 180°, vorzugsweise 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 Trägerköφer (1) zwei gegenüberliegende Stirnflächen (10, 1 1 ) aufweist, und daß benachbart zu der jeweiligen Stirnfläche (10, 1 1 ) jeweils eine
Schicht (6, 7) ausgebildet ist.
5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge (1) der jeweiligen Schicht (6, 7) kleiner ist als die halbe Ge- samtlänge (L) des Trägerköφers (1 ).
6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Längen (1) 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 Endabschnitte 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 gebildet ist, wobei jeweils ein Blechstreifen zwischen zwei benachbarten Blechen (3, 4) angeordnet ist.
EP00938753A 1999-06-21 2000-06-05 Einrichtung zur katalytischen umsetzung mit einem bereichsweise an einen mantel angebundenen trägerkörper Withdrawn EP1192338A1 (de)

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