EP4359652B1

EP4359652B1 - Vorrichtung zur abgasnachbehandlung mit geringen hohlräumen

Info

Publication number: EP4359652B1
Application number: EP22733989.2A
Authority: EP
Inventors: Peter Hirth
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2021-06-23
Filing date: 2022-06-21
Publication date: 2026-04-22
Anticipated expiration: 2042-06-21
Also published as: US12467397B2; EP4359652A1; WO2022268799A1; US20250129734A1

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Nachbehandlung von Abgasen eines Verbrennungsmotors, mit einem entlang einer Hauptdurchströmungsrichtung durchströmbaren Wabenkörper, mit einer keramischen Matte und mit zumindest einem ersten Mantel, welcher den Wabenkörper aufnimmt, wobei die keramische Matte zwischen dem Wabenkörper und dem Mantel angeordnet ist und den Wabenkörper ringförmig in Umfangsrichtung umschließt. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei der Wabenkörper in einen zweiten Mantel aufgenommen ist und der in den zweiten Mantel aufgenommene Wabenkörper von der keramischen Matte ringförmig in Umfangsrichtung umschlossen ist, wobei der zweite Mantel an dem der Gaseinlassseite zugewandten Endbereich einen Abschnitt aufweist, welcher eine Struktur aufweist, die unterschiedlich ist zur restlichen Struktur des zweiten Mantels.

Stand der Technik

Wabenkörper für Katalysatoren zur Abgasnachbehandlung von Verbrennungsmotoren weisen eine Mehrzahl von entlang einer Hauptdurchströmungsrichtung durchströmbaren Strömungskanäle auf. Wabenkörper, insbesondere Wabenkörper aus Metall, sind durch eine Vielzahl von glatten und/oder zumindest teilweise strukturierten Metallfolien gebildet, die aufeinandergestapelt und zum endgültigen Wabenkörper aufgewickelt sind. Die aus den Metallfolien gebildete Matrix wird zur Stabilisierung und zum Zwecke des Schutzes vor mechanischen Störeinflüssen in ein Gehäuse eingesetzt und mit diesem dauerhaltbar verbunden.
Das Gehäuse ist im einfachsten Fall durch ein Rohr gebildet, welches dazu ausgebildet ist, die Matrix in seinem Inneren aufzunehmen. Eine weitere Funktion des Gehäuses ist es, die Durchströmung des Wabenkörpers sicherzustellen und insbesondere das Vorbeiströmen von Abgas am Wabenkörper zu vermeiden.
Die Befestigung der Matrix im Gehäuse muss einerseits dauerhaltbar erfolgen, gleichzeitig soll das Gehäuse möglichst leicht und somit dünnwandig aufgebaut sein. Einige Ausführungsformen von Katalysatoren weisen einen Innenmantel auf, welcher die Matrix direkt aufnimmt. Der Innenmantel ist dann über geeignete Abstützungen gegenüber dem Gehäuse beziehungsweise dem Außenmantel abgestützt.
Die US 2003/0180198 A1 offenbart eine Katalysatorbaugruppe, die ein Gehäuse aufweist, das mindestens eine erste und eine zweite Aussparung mit Seitenflächen aufweist, und weiterhin einen Katalysatorträgerkörper aufweist, der in diesem Gehäuse befestigt ist. Der Katalysatorträgerkörper hat ein Mantelrohr und einen Wabenkörper, durch den ein Abgas strömen kann. Das Mantelrohr weist zumindest erste und zweite Ausstülpungen mit Seitenflächen auf, und das Mantelrohr ist zumindest in einem Teilbereich mit dem Wabenkörper verbunden. Die Vorsprünge erstrecken sich zumindest teilweise in die Ausnehmungen, um eine feste Lagerung und mindestens eine schwimmende Lagerung mit axialem Lagerspiel zu bilden. Die Anordnung gewährleistet eine dauerhafte Fixierung des Katalysatorträgerkörpers, insbesondere bei Körperschallschwingungen, die in der Abgasanlage einer Brennkraftmaschine auftreten.
Nachteilig an den Vorrichtungen im Stand der Technik ist insbesondere, dass zwischen den einzelnen Elementen eines Katalysators, zum Beispiel zwischen dem Innenmantel und dem Außenmantel, Luftspalte entstehen können, welche bei der Beschichtung der Matrix mit einem katalytisch aktiven Material durch dieses Material zugesetzt werden können. Durch mechanische Erschütterungen sowie thermische Einflüsse im Betrieb kann sich dieses in den Luftspalten festgesetzte Material lösen, wodurch es zu Beschädigungen und/oder der katalytischen Deaktivierung nachgelagerter Komponenten zur Abgasnachbehandlung kommen kann. Außerdem kann im Raum zwischen dem Innenmantel und Außenmantel, sofern dieser zugänglich für strömendes Abgas ist, eine konvektive Strömung entstehen, die den Wärmeübergang zwischen Innenmantel und Außenmantel erheblich verbessert und dadurch die eigentlich gewünschte thermische Isolationswirkung deutlich reduziert, wodurch der Katalysator als Temperatur und somit an Effektivität verliert.

Darstellung der Erfindung, Aufgabe, Lösung, Vorteile

Daher ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung zu schaffen, welche eine sichere Aufnahme der Matrix innerhalb eines Gehäuses ermöglicht und gleichsam die Entstehung von Luftspalten zwischen den einzelnen Komponenten vermindert oder gänzlich vermeidet, um ein ungewolltes Lösen von Beschichtungsmaterial zu vermeiden. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Die Aufgabe hinsichtlich der Vorrichtung wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Nachbehandlung von Abgasen eines Verbrennungsmotors, mit einem entlang einer Hauptdurchströmungsrichtung durchströmbaren Wabenkörper, mit einer keramischen Matte und mit zumindest einem ersten Mantel, welcher den Wabenkörper aufnimmt, wobei die keramische Matte zwischen dem Wabenkörper und dem Mantel angeordnet ist und den Wabenkörper ringförmig in Umfangsrichtung umschließt, wobei die keramische Matte derart ausgebildet ist, dass der zwischen dem Wabenkörper und dem ersten Mantel ausgebildete Hohlraum vollständig von der keramischen Matte ausgefüllt ist, wobei der Wabenkörper in einen zweiten Mantel aufgenommen ist und der in den zweiten Mantel aufgenommene Wabenkörper von der keramischen Matte ringförmig in Umfangsrichtung umschlossen ist, wobei der zweite Mantel an dem der Gaseinlassseite zugewandten Endbereich einen Abschnitt aufweist, welcher eine Struktur aufweist, die unterschiedlich ist zur restlichen Struktur des zweiten Mantels, wobei der zweite Mantel in dem Abschnitt Öffnungen aufweist, welche in Umfangsrichtung zueinander beabstandet an der Gaseinlassseite angeordnet sind.
Die Matte dient zur Fixierung des Wabenkörpers in dem ersten Mantel, welcher typischerweise den Außenmantel der Vorrichtung darstellt. Die keramische Matte ist derart gestaltet, dass sie eine thermisch isolierende Eigenschaft hat, und so den Wärmeabgang hin zum Außenmantel deutlich reduziert. Die Matte ist in Umfangsrichtung vollständig umlaufend um den Wabenkörper angeordnet, um sicherzustellen, dass keine Luftspalte zwischen dem Wabenkörper und dem Außenmantel entstehen. Die keramische Matte ist in der Lage mechanische Spannungen aufzunehmen und gegebenenfalls durch Komprimierung teilweise abzubauen. Diese mechanischen Spannungen können insbesondere durch das Ausdehnen der Matrix des Wabenkörpers unter Hitzeeinfluss entstehen.
Die keramische Matte weist bevorzugt eine Stärke von 2mm bis 5mm auf und hat neben der erwähnten starken thermischen Isolation auch elektrisch isolierende Eigenschaften, was insbesondere vorteilhaft ist, wenn der Wabenkörper ein elektrisch beheizter ist oder er in einem leitfähigen Kontakt mit einem elektrisch beheizten Wabenkörper steht.
Dies ist insbesondere vorteilhaft, da durch einen zweiten Mantel die Herstellung verbessert werden kann.
Der zweite Mantel, welcher bevorzugt ein Innenmantel ist und zwischen dem Wabenkörper und der keramischen Matte angeordnet ist, kann mit einer radialen Kraftkomponenten beaufschlagt werden und so gezielt auf einen vorgegebenen Innenquerschnitt aufgeweitet werden. Dieser Vorgang wird auch Kalibrierung des Innenmantels genannt. Auf diese Weise lässt sich zwischen dem Innenmantel und der keramischen Matte eine gewisse Vorspannung erzeugen und gleichzeitig ein für die Aufnahme des Wabenkörpers günstiger Innenquerschnitt des Innenmantels erzeugen.
Der Abschnitt an der Gaseinlassseite ist insbesondere durch einen ringförmigen Bereich gebildet, der sich von der Gaseinlassseite entlang der axialen Erstreckung des Wabenkörpers erstreckt. Der Abschnitt kann sich von dem restlichen zweiten Mantel beispielsweise durch die Materialwahl, die Dicke des Materials, die Porosität des Materials unterscheiden. Insbesondere können Strukturen in den Abschnitt eingebracht werden, die eine Veränderung der Wärmekapazität verursachen.
Öffnungen können beispielsweise durch rechteckige Fenster gebildet sein, die beabstandet zueinander angeordnet sind. Alternativ können runde oder ovale Löcher vorgesehen werden, die in einem vorgebbaren Muster angeordnet werden. Es kann beispielsweise vorgesehen werden, dass die Anzahl oder Größe der Löcher sich entlang der axialen Erstreckung verändert.
Auch ist es zweckmäßig, wenn der Abschnitt des zweiten Mantels an der Gaseinlassseite aus einem vom restlichen zweiten Mantel abweichenden Material gebildet ist, wobei dieses abweichende Material eine deutlich reduzierte Wärmekapazität aufweist. Bevorzugt kann beispielsweise ein Streckmetall vorgesehen werden, welches Öffnungen in seiner Struktur aufweist. Auch kann ein Material gewählt werden, welches eine niedrigere Wärmekapazität besitzt.
Weiterhin ist es zu bevorzugen, wenn der Abschnitt des zweiten Mantels eine Porosität von 50% bis 90% aufweist, im Vergleich zur Porosität des restlichen zweiten Mantels. Durch die veränderte Porosität wird insbesondere die thermische Masse des zweiten Mantels verringert, wodurch die Aufheizung der katalytisch aktiven Struktur des Wabenkörpers begünstigt wird.
Außerdem ist es vorteilhaft, wenn die keramische Matte im Abschnitt an der Gaseinlassseite zumindest abschnittsweise direkt dem in dem Wabenkörper strömenden Fluid ausgesetzt ist.
Darüber hinaus ist es zu bevorzugen, wenn der Abschnitt des zweiten Mantels eine axiale Erstreckung von 20mm bis 50mm von der Gaseinlassseite aus betrachtet aufweist. Eine Erstreckung über eine solche axiale Länge hat sich insbesondere bei Vorrichtungen zur Abgasnachbehandlung von Personenkraftwagen als vorteilhaft herausgestellt.
Auch ist es vorteilhaft, wenn der zweite Mantel wesentlich dünner ist als der erste Mantel, wobei bevorzugt der erste Mantel 4-fach bis 20-fach dicker ausgebildet ist als der zweite Mantel. Dies ist vorteilhaft, da somit die thermische Masse auf ein Minimum reduziert ist.
Bevorzugt weist der erste Mantel, welcher den Außenmantel der Vorrichtung bildet, eine Stärke von 2mm bis 5mm auf. Dies ist notwendig, um die Vorrichtung einerseits gasdicht abzuschließen und andererseits eine ausreichende mechanische Stabilität zu erzeugen. Der zweite Mantel, welcher den Innenmantel zwischen dem Wabenkörper und der keramischen Matte darstellt, weist bevorzugt eine Dicke von 0,1mm bis 0,55mm auf. Der Innenmantel soll insbesondere leicht sein und mit einer vergleichsweise geringen Kraft aufweitbar beziehungsweise kalibrierbar sein, so dass ein geeigneter Querschnitt für die Aufnahme des Wabenkörpers ausgebildet werden kann.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass der erste Mantel einen in radialer Richtung ausgestülpten Abschnitt aufweist. Ein derart ausgestülpter Bereich ist vorteilhaft, da er von Innen betrachtet eine radial nach Außen geformte in Umfangsrichtung umlaufende Tasche ausbildet, in welche insbesondere die keramische Matte zu großen Teilen ihrer radialen Erstreckung oder sogar vollständig aufgenommen werden kann. Durch die Begrenzung dieser Ausstülpung in axialer Richtung kann auch eine zusätzliche Fixierung der keramischen Matte und somit des Wabenkörpers erreicht werden.
Auch ist es zu bevorzugen, wenn der in radiale Richtung ausgestülpte Bereich die keramische Matte aufnimmt. Dies ist besonders vorteilhaft, um sowohl eine radiale Fixierung der keramischen Matte zu erzeugen als auch eine axiale Fixierung im ersten Mantel beziehungsweise dem Außenmantel.
Die Aufgabe hinsichtlich des Verfahrens wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 6 gelöst.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei der Wabenkörper in eine keramischen Matte eingesetzt wird, wobei die keramische Matte mit dem aufgenommenen Wabenkörper in den ersten Mantel eingesetzt wird, wobei auf den ersten Mantel, die keramische Matte und/oder den Wabenkörper zumindest eine radial wirkende Kraft aufgebracht wird.
Durch das Aufbringen einer in radialer Richtung wirkenden Kraft können einzelne Komponenten entweder geweitet werden oder komprimiert werden. In jedem Fall ist dadurch zu erreichen, dass der Kontakt zwischen zueinander benachbarten Komponenten verstärkt wird.
Das Aufbringen der radial wirkenden Kraft kann zum sogenannten Kalibrieren genutzt werden. Hierbei wird zumindest eine der Komponenten auf ein definiertes Maß aufgeweitet oder zusammengestaucht. Dadurch können beispielsweise Unterschiede im Querschnitt der einzelnen Komponenten ausgeglichen werden und ein eng anliegender Sitz der Komponenten aneinander erreicht werden.
Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn die Vorrichtung einen zweiten Mantel aufweist, wobei der zweite Mantel einen Außendurchmesser aufweist, der kleiner oder gleich ist als der Innendurchmesser der keramischen Matte, wobei der zweite Mantel nach dem Einsetzen in die keramische Matte radial aufgeweitet wird, wodurch die keramische Matte in radialer Richtung komprimiert wird und/oder eine in radialer Richtung von der keramischen Matte auf den ersten Mantel wirkende Kraft erzeugt wird.
In einer ersten Anordnung ist in den ersten Mantel, welcher den Außenmantel bildet, eine keramische Matte eingelegt. In die keramische Matte wird dann der zweite Mantel, der Innenmantel, eingelegt. Der Innenmantel hat dabei einen kleineren Außendurchmesser als der Innendurchmesser der keramischen Matte. Anschließend wird von Innen auf den Innenmantel eine radial nach Außen gerichtete Kraft aufgebracht, wodurch der Innenmantel auf ein vordefiniertes Maß geweitet wird. Dadurch wirkt ebenfalls eine Kraftkomponente auf die keramische Matte, wodurch diese komprimiert wird. Je nach Ausgestaltung kann ebenfalls noch eine Kraftkomponente auf den Außenmantel wirken.
Der auf Maß aufgeweitete Innenmantel kann sodann den Wabenkörper aufnehmen, welcher anschließend mit dem Innenmantel verlötet wird. Durch das Aufweiten wird sichergestellt, dass zwischen dem Innenmantel, der keramischen Matte und dem Außenmantel ein eng anliegender Sitz entsteht und keine Luftspalte zwischen den einzelnen Komponenten ausgebildet werden. Somit ergeben sich keine Hohlräume, welche bei der nachfolgenden Beschichtung des Wabenkörpers mit einer katalytisch aktiven Beschichtung mit dem Beschichtungsmaterial ungewollt ausgefüllt werden könnten.
Es ist insbesondere deshalb bevorzugt, dass kein Beschichtungsmaterial in Hohlräumen außerhalb des Wabenkörpers angesammelt wird, um im späteren Betrieb ein ungewolltes Lösen dieses Beschichtungsmaterials zu verhindern. Da das Beschichtungsmaterial katalytisch aktiv ist, ist es chemisch reaktiv, wodurch es insbesondere in der Wechselwirkung mit anderen Beschichtungsmaterialien von in Strömungsrichtung nachfolgenden Komponenten zur Abgasnachbehandlung zu einer Beschädigung dieser Komponenten kommen kann. Man spricht in diesem Fall von einer sogenannten Vergiftung, da die Fähigkeit zur Abgasnachbehandlung der nachfolgenden Komponenten stark beeinträchtig werden kann.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn der Wabenkörper nach dem Aufwickeln durch eine Mehrzahl von Schweißpunkten gegen Auffächern fixiert wird und in eine keramische Matte eingesetzt wird, wobei die keramische Matte einen mit dem Außendurchmesser des fixierten Wabenkörpers identischen Innendurchmesser aufweist, wobei die keramische Matte mit dem Wabenkörper in einen ersten Mantel eingesetzt wird, welcher einen größeren Innendurchmesser aufweist als der Außendurchmesser der keramischen Matte, wobei nach dem Einsetzen der keramischen Matte eine radiale Kraft von außen auf den ersten Mantel aufgebracht wird, wodurch der Durchmesser des ersten Mantels reduziert wird.
Eine alternative Vorgehensweise sieht das Fixieren des aufgewickelten Wabenkörpers beispielsweise mit Schweißpunkten an der Matrix vor. Dies verhindert ein Aufrollen oder Auffächern der Matrix. Der Wabenkörper wird in eine keramische Matte eingesetzt, welche passgenau zur Aufnahme des Wabenkörpers ausgebildet ist. Das Paket aus Wabenkörper und keramischer Matte wird dann in den Außenmantel eingesetzt, welcher einen größeren Innendurchmesser als das eingesetzte Paket aufweist. Der Außenmantel kann dabei wahlweise eine nach Außen gerichtete Ausstülpung aufweisen oder auch zylindrisch ausgebildet sein.
Auf den Außenmantel wird darauffolgend eine radial nach Innen gerichtete Kraft aufgebracht, welche den Außenmantel komprimiert und so zu einem Anpressen des Außenmantels an die keramische Matte führt.
Auch ist es zweckmäßig, wenn die radiale Kraft auf den ersten Mantel derart aufgebracht wird, dass die keramische Matte im ersten Mantel sowohl in radialer Richtung als auch in axialer Richtung komprimiert wird. Insbesondere kann dies vorteilhaft erreicht werden, wenn der Außenmantel eine nach Außen gerichtete Ausstülpung aufweist, in welche die keramische Matte und der Wabenkörper eingesetzt werden. Insbesondere ein Außenmantel mit ausgestülptem Abschnitt ermöglicht eine einfache Fixierung auch in axialer Richtung, wenn die keramische Matte mit den vom ausgestülpten Abschnitt zum nicht ausgestülpten Abschnitt verlaufenden Flanken des Außenmantels in Anlage kommt.
Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn die radiale Kraft auf den in radialer Richtung ausgestülpten Abschnitt des ersten Mantels aufgebracht wird. Dies ist besonders vorteilhaft, da in diesem Abschnitt die keramische Matte mit dem Wabenkörper angeordnet ist.
Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen und in der nachfolgenden Figurenbeschreibung beschrieben.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen detailliert erläutert. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1: eine schematische Ansicht mit einem in einem Innenmantel aufgenommenen Wabenkörper und einer keramischen Matte, welche in einem Außenmantel aufgenommen ist.,
Fig. 2: eine schematische Ansicht entsprechend der Figur 1, wobei der Außenmantel einen radial nach Außen ausgestülpten Abschnitt aufweist,
Fig. 3: eine schematische Ansicht entsprechend der Figur 2, wobei zwischen der keramischen Matte und dem Wabenkörper kein Innenmantel angeordnet ist, und
Fig. 4: eine perspektivische Schnittansicht durch einen als Innenmantel dienenden zweiten Mantel, welcher in einem Abschnitt an der Gaseinlassseite eine vom restlichen zweiten Mantel abweichende Struktur aufweist.

Bevorzugte Ausführung der Erfindung

Die Figur 1 zeigt eine Vorrichtung 1 zur Abgasnachbehandlung. Die Vorrichtung 1 weist einen Wabenkörper 2 auf, welcher in einem Innenmantel 3 aufgenommen ist. Der Wabenkörper 2 mit dem Innenmantel 3 ist in einer keramischen Matte 4 aufgenommen. Die keramische Matte 4 ist wiederum in dem Außenmantel 5, welcher das nach Außen sichtbare Gehäuse bilden kann, aufgenommen.
Die Figur 1 zeigt eine Schnittansicht durch die Mittelachse des Wabenkörpers 2. Sowohl der Innenmantel 3, die keramische Matte 4 als auch der Außenmantel 5 sind ringförmige Elemente, welche den zylindrischen Wabenkörper umschließen. In alternativen Ausgestaltungen können auch Querschnittsformen gewählt werden, die ungleich einem kreisrunden Querschnitt sind.
Links von dem Wabenkörper 2 ist eine Heizscheibe 6 eines elektrisch beheizbaren Wabenkörpers dargestellt, welche über Stützstifte 7 mit dem Wabenkörper 2 verbunden sind. Die Heizscheibe 6 ist über elektrische Durchführungen 8, 9 elektrisch kontaktierbar. Durch Anlegen eines Stroms an die Heizscheibe 6 kann diese unter Ausnutzung des ohmschen Widerstandes erhitzt werden. Die Heizscheibe 6 kann dem Wabenkörper 2 in Durchströmungsrichtung vorgelagert oder nachgelagert sein.
Der Außenmantel 5 der Figur 1 ist rohrförmig ausgebildet und weist einen entlang der Länge gleichbleibenden Querschnitt auf. Bevorzugt wird der Innenmantel 3 mit einer radial nach Außen gerichteten Kraft beaufschlagt, um die keramischen Matte 4 in radialer Richtung zu komprimieren und Druck auf den Außenmantel 5 aufzubauen. Dadurch kann das Paket aus Wabenkörper 2, Innenmantel 3, keramischer Matte 4 gegenüber dem Außenmantel 5 fixiert werden. Zusätzlich ist es vorsehbar, dass der Außenmantel 5 nach dem Einsetzen des Wabenkörpers 2 einer radial nach Innen gerichteten Kraft ausgesetzt wird, um die gesamte Vorrichtung zu komprimieren und die einzelnen Komponenten gegeneinander zu fixieren. Alternativ oder zusätzlich können einzelne Komponenten oder alle Komponenten durch ein Lötverfahren oder ein ähnliches Verfahren miteinander stoffschlüssig verbunden werden.
Die Figur 2 zeigt einen der Figur 1 ähnlichen Aufbau. Identische Elemente sind daher mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Im Gegensatz zur Figur 1 ist der Außenmantel 10 derart ausgebildet, dass er einen radial nach Außen gestülpten Abschnitt 11 aufweist. Dieses Ausstülpung 11 ist bevorzugt in Umfangsrichtung vollständig umlaufend ausgebildet und bildet im Inneren des Außenmantels 10 einen Aufnahmebereich 12 für die keramische Matte 4 aus.
Durch das Aufbringen einer radial nach Innen gerichteten Kraft auf den Außenmantel 10 kann die keramische Matte 4 im Inneren fixiert werden. Durch die Anordnung der keramischen Matte 4 innerhalb des durch die Ausstülpung 11 gebildeten Aufnahmebereichs 12 wird diese auch zusätzlich in axialer Richtung der Vorrichtung 1 fixiert.
Die Figur 3 zeigt eine alternative Ausgestaltung der Vorrichtung der Figur 2. Im Unterschied zur Figur 2 ist in der Figur 3 kein Innenmantel 3 vorgesehen. In einer Ausführungsform gemäß Figur 3 wird der fertig aufgewickelte Wabenkörper 2 mittels einer Mehrzahl von Schweißpunkten gegen das Auffächern beziehungsweise Aufrollen fixiert.
Der Wabenkörper 2 wird sodann in eine keramische Matte 4 eingesetzt und in den Aufnahmebereich 12 des Außenmantels 10 eingesetzt. Durch das Aufbringen einer radial nach Innen gerichteten Kraft wird der Wabenkörper 2 samt keramischer Matte 4 im Außenmantel 10 fixiert.
Durch das Aufbringen der radialen Kräfte in den Vorrichtungen aus den Figuren 1 bis 3 kann erreicht werden, dass eine enge Pressung erreicht wird und so das Entstehen von Luftspalten zwischen den einzelnen Komponenten vermieden wird. Das Beschichten des Wabenkörpers mit einer katalytisch aktiven Oberflächenbeschichtung führt somit nicht mehr zur Ablagerung von Beschichtungsmaterial in Luftspalten.
Figur 4 zeigt einen Innenmantel 3, welcher einen Abschnitt 22 aufweist, der sich von der Gaseinlassseite 20 aus entlang der mit dem Bezugszeichen B bezeichneten Länge entlang der axialen Richtung erstreckt. Der Innenmantel 3 ist in einem Außenmantel 5 eingesetzt, wobei der Außenmantel 5 eine Kaverne ausbildet, in welche eine keramische Matte 4 eingesetzt ist.
Im Ausführungsbeispiel der Figur 4 weist der Abschnitt 2 mehrere rechteckige Öffnungen 21 auf. Die Öffnungen sind in Umfangsrichtung zueinander beabstandet angeordnet und reduzieren somit die thermische Masse des zweiten Mantels 3 in dem Abschnitt 22 drastisch.
Im Ausführungsbeispiel der Figur 4, welches beispielhaft für einen erfindungsgemäßen Gegenstand ist, weisen die rechteckigen Öffnungen 21 eine Breite C entlang der Umfangsrichtung auf, welche bevorzugt 30mm beträgt. Die axiale Erstreckung der Öffnungen 21 beträgt in diesem Ausführungsbeispiel 30 mm. Der Abstand D in Umfangsrichtung beträgt im Ausführungsbeispiel 5 mm. Der Abstand A zwischen der den zweiten Mantel 3 an der Gaseinlassseite 20 begrenzenden Kante und den Öffnungen 21 beträgt hier bevorzugt 7 mm. Dieses hier gezeigte Beispiel weist 10 Öffnungen auf.
Hiervon abweichende Gestaltungen sind vorsehbar. Das Ausführungsbeispiel der Figur 4 zeigt eine mögliche Ausgestaltung.
Die unterschiedlichen Merkmale der einzelnen Ausführungsbeispiele können im Rahmen der Ansprüche auch untereinander kombiniert werden. So kann insbesondere der Außenmantel mit Ausstülpung mit einem Innenmantel kombiniert werden.
Die Ausführungsbeispiele der Figuren 1 bis 4 weisen insbesondere keinen beschränkenden Charakter auf und dienen der Verdeutlichung des Erfindungsgedankens.

Claims

Vorrichtung (1) zur Nachbehandlung von Abgasen eines Verbrennungsmotors, mit einem entlang einer Hauptdurchströmungsrichtung von einer Gaseinlassseite zur einer Gasauslassseite durchströmbaren Wabenkörper (2), mit einer keramischen Matte (4) und mit zumindest einem ersten Mantel (5, 10), welcher den Wabenkörper (2) aufnimmt, wobei die keramische Matte (4) zwischen dem Wabenkörper (2) und dem Mantel (5, 10) angeordnet ist und den Wabenkörper (2) ringförmig in Umfangsrichtung umschließt, wobei die keramische Matte (4) derart ausgebildet ist, dass der zwischen dem Wabenkörper (2) und dem ersten Mantel (5, 10) ausgebildete Hohlraum vollständig von der keramischen Matte (4) ausgefüllt ist, wobei der Wabenkörper (2) in einen zweiten Mantel (3) aufgenommen ist und der in den zweiten Mantel (3) aufgenommene Wabenkörper (2) von der keramischen Matte (4) ringförmig in Umfangsrichtung umschlossen ist, wobei der zweite Mantel (3) an dem der Gaseinlassseite (20) zugewandten Endbereich einen Abschnitt (22) aufweist, welcher eine Struktur aufweist, die unterschiedlich ist zur restlichen Struktur des zweiten Mantels (3), dadurch gekennzeichnet , dass der zweite Mantel (3) in dem Abschnitt (22) Öffnungen (21) aufweist, welche in Umfangsrichtung zueinander beabstandet an der Gaseinlassseite (20) angeordnet sind.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass der Abschnitt (22) des zweiten Mantels (3) an der Gaseinlassseite (20) aus einem vom restlichen zweiten Mantel (3) abweichenden Material gebildet ist, wobei dieses abweichende Material eine deutlich reduzierte Wärmekapazität aufweist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschnitt (22) des zweiten Mantels (3) eine Porosität von 50% bis 90% aufweist, im Vergleich zur Porosität des restlichen zweiten Mantels (3).
Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die keramische Matte (4) im Abschnitt (22) an der Gaseinlassseite (20) zumindest abschnittsweise direkt dem in dem Wabenkörper (2) strömenden Fluid ausgesetzt ist.
Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass der Abschnitt (22) des zweiten Mantels (3) eine axiale Erstreckung von 20mm bis 50mm von der Gaseinlassseite (20) aus betrachtet aufweist.
Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass der zweite Mantel (3) wesentlich dünner ist als der erste Mantel (5, 10), wobei bevorzugt der erste Mantel (5, 10) 4-fach bis 20-fach dicker ausgebildet ist als der zweite Mantel (3).
Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Mantel (10) einen in radialer Richtung ausgestülpten Abschnitt (11) aufweist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der in radiale Richtung ausgestülpte Bereich (12) die keramische Matte (4) aufnimmt.
Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wabenkörper (2) in eine keramischen Matte (4) eingesetzt wird, wobei die keramische Matte (4) mit dem aufgenommenen Wabenkörper (2) in den ersten Mantel (5, 10) eingesetzt wird, wobei auf den ersten Mantel (5, 10), die keramische Matte (4) und/oder den Wabenkörper (2) zumindest eine radial wirkende Kraft aufgebracht wird.
Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) einen zweiten Mantel (3) aufweist, wobei der zweite Mantel (3) einen Außendurchmesser aufweist, der kleiner oder gleich ist als der Innendurchmesser der keramischen Matte (4), wobei der zweite Mantel (3) nach dem Einsetzen in die keramische Matte (4) radial aufgeweitet wird, wodurch die keramische Matte (4) in radialer Richtung komprimiert wird und/oder eine in radialer Richtung von der keramischen Matte (4) auf den ersten Mantel (5, 10) wirkende Kraft erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , dass der Wabenkörper (2) nach dem Aufwickeln durch eine Mehrzahl von Schweißpunkten gegen Auffächern fixiert wird und in eine keramische Matte (4) eingesetzt wird, wobei die keramische Matte (4) einen mit dem Außendurchmesser des fixierten Wabenkörpers (2) identischen Innendurchmesser aufweist, wobei die keramische Matte (4) mit dem Wabenkörper (2) in einen ersten Mantel (5, 10) eingesetzt wird, welcher einen größeren Innendurchmesser aufweist als der Außendurchmesser der keramischen Matte (4), wobei nach dem Einsetzen der keramischen Matte (4) eine radiale Kraft von außen auf den ersten Mantel (5,10) aufgebracht wird, wodurch der Durchmesser des ersten Mantels (5, 10) reduziert wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , dass die radiale Kraft auf den ersten Mantel (5, 10) derart aufgebracht wird, dass die keramische Matte (4) im ersten Mantel (5, 10) sowohl in radialer Richtung als auch in axialer Richtung komprimiert wird.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet , dass die radiale Kraft auf den in radialer Richtung ausgestülpten Abschnitt (11) des ersten Mantels (10) aufgebracht wird.