DE9113928U1 - Honeycomb body with several discs supported against each other - Google Patents
Honeycomb body with several discs supported against each otherInfo
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Description
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Emitec Gesellschaft für Emissionstechnologie mbH D-5204 Lohmar 1Emitec Company for Emissions Technology mbH D-5204 Lohmar 1
Wabenkörper mit mehreren, gegeneinander abgestützten ScheibenHoneycomb body with several discs supported against each other
Die Erfindung betrifft einen Wabenkörper, der entlang einer Achse von einem Fluid durchströmbar ist, indem das Fluid eine Vielzahl von Kanälen in dem Wabenkörper durchströmt.The invention relates to a honeycomb body through which a fluid can flow along an axis in that the fluid flows through a multiplicity of channels in the honeycomb body.
Derartige Wabenkörper finden vielfältige Verwendung als Trägerkörper für Katalysatoren, die zur katalysierten Umsetzung reagibler Bestandteile von Fluiden bestimmt sind. Ein bedeutsames Anwendungsgebiet für Wabenkörper mit Katalysatoren ist die katalytische Reinigung von Abgasen aus Brennkraftmaschinen, insbesondere aus Brennkraftmaschinen in Kraftfahrzeugen. Hierzu werden katalytisch beschichtete Wabenkörper in den Abgassystemen der Brennkraftmaschinen installiert und von den beim Betrieb der Brennkraftmaschinen anfallenden Abgasen durchströmt.Such honeycomb bodies are used in a variety of ways as carrier bodies for catalysts, which are intended for the catalytic conversion of reactive components of fluids. An important area of application for honeycomb bodies with catalysts is the catalytic purification of exhaust gases from internal combustion engines, in particular from internal combustion engines in motor vehicles. For this purpose, catalytically coated honeycomb bodies are installed in the exhaust systems of the internal combustion engines and are flowed through by the exhaust gases generated during operation of the internal combustion engines.
Die Wabenkörper werden hergestellt aus keramischen Massen oder aus Metallblechen. Zur Bildung eines metallischen Wabenkörpers werden Lagen aus zumindest teilweise gewellten, gefalteten oder ähnlich strukturierten Blechen geschichtet, gestapelt, spiralig gewunden oder auf andere Weise verschlungen. Möglichkeiten hierzu sind in den Patentschriften EP 0 223 058 Bl, EP 0 245 736 Bl, EP 0 245 737 Bl, EP 0 245 738 Bl, US-PS 4,753,981 und US-PS 4,822,766, den Veröffentlichungen WO 89/10470 Al, WO 89/10471 Al, WO 90/03220 Al, WO 90/12951 Al und DE 39 03 879 Al sowie in dem deutschen Gebrauchsmuster DE 89 08 738 Ul beschrieben.The honeycomb bodies are made from ceramic masses or from metal sheets. To form a metallic honeycomb body, layers of at least partially corrugated, folded or similarly structured sheets are layered, stacked, spirally wound or intertwined in some other way. Possibilities for this are described in the patents EP 0 223 058 Bl, EP 0 245 736 Bl, EP 0 245 737 Bl, EP 0 245 738 Bl, US-PS 4,753,981 and US-PS 4,822,766, the publications WO 89/10470 Al, WO 89/10471 Al, WO 90/03220 Al, WO 90/12951 Al and DE 39 03 879 Al as well as in the German utility model DE 89 08 738 Ul.
Katalysatoren zur Umsetzung reagibler Bestandteile eines sie umströmenden Fluides entfalten ihre katalytische Wirkung üblicherweise erst oberhalb bestimmter, für den jeweiligenCatalysts for the conversion of reactive components of a fluid flowing around them develop their catalytic effect usually only above certain temperatures that are specific to the respective
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Katalysator und die zu katalysierende Reaktion spezifischer Grenztemperaturen, den sogenannten "Anspringtemperaturen". Für Katalysatoren zur Umsetzung von Schadstoffen in Abgasen üblicher Brennkraftmaschinen liegen die Anspringtemperaturen im allgemeinen bei einigen hundert Grad Celsius. Mithin muß ein solcher Katalysator aufgeheizt werden, wenn er aktiv werden soll. Im Abgassystem eines Kraftfahrzeuges erfolgt dies in der Regel durch das den mit dem Katalysator beschichteten Wabenkörper durchströmende Abgas, wodurch allerdings die katalytische Wirkung erst mit einer gewissen Verzögerung ab Inbetriebnahme der Brennkraftmaschine einsetzt. Zur Behebung oder Reduzierung dieser Verzögerung ist bereits eine elektrische Vorheizung des Katalysators bzw. des diesen tragenden Wabenkörpers bekannt; entsprechende Hinweise sindCatalyst and the reaction to be catalyzed have specific limit temperatures, the so-called "light-off temperatures". For catalysts for converting pollutants in exhaust gases from conventional internal combustion engines, the light-off temperatures are generally several hundred degrees Celsius. Such a catalyst must therefore be heated up if it is to become active. In the exhaust system of a motor vehicle, this is usually done by the exhaust gas flowing through the honeycomb body coated with the catalyst, whereby the catalytic effect only begins with a certain delay after the internal combustion engine is started up. To eliminate or reduce this delay, electrical preheating of the catalyst or the honeycomb body supporting it is already known; corresponding information is available.
den Schriften WO 89/ Al, WO 90/ Al, DE 39 03 879 Althe documents WO 89/ Al, WO 90/ Al, DE 39 03 879 Al
und DE 89 08 738 Ul entnehmbar. Die den metallischen Wabenkörper bildenden Lagen sind elektrisch so untereinander verbunden, daß ein Pfad zur Führung eines elektrischen Stromes durch den Wabenkörper gebildet ist; weiterhin sind an dem Wabenkörper Stromzuführungen angebracht, an denen über entsprechende Schalteinrichtungen und Leitungen eine elektrische Stromquelle, beispielsweise eine Kraftfahrzeugbatterie, anzuschließen ist. Ein Wabenkörper üblicher Größe und Bauart zur Verwendung im Abgassystem eines Kraftfahrzeuges erfordert zur Aufheizung in hinreichend kurzer Zeit eine Heizleistung von mehreren hundert Watt bis über vier Kilowatt; entsprechend hätte ein Bordnetz mit einer Spannung von 12 Volt, wie üblich in Personen-Kraftfahrzeugen, Ströme bis zu etwa 400 A zur Beheizung des Wabenkörpers zu liefern. Der elektrische Widerstand des Wabenkörpers muß einen Wert haben, der der zur Verfugung stehenden elektrischen Spannung und der aufzubringenden Heizleistung entspricht. Metallische Wabenkörper üblicher Art haben allerdings elektrische Widerstände von maximal einigen tausendstel 0hm; aus einer elektrischen Spannungsquelle mit einer Spannung von etwa 12 Volt zöge ein solcher Wabenkörper Ströme bis über 1000 A,and DE 89 08 738 Ul. The layers forming the metallic honeycomb body are electrically connected to one another in such a way that a path for conducting an electrical current through the honeycomb body is formed; furthermore, power leads are attached to the honeycomb body to which an electrical power source, for example a motor vehicle battery, can be connected via appropriate switching devices and lines. A honeycomb body of a conventional size and design for use in the exhaust system of a motor vehicle requires a heating output of several hundred watts to over four kilowatts in order to heat up in a sufficiently short time; accordingly, an on-board network with a voltage of 12 volts, as is usual in passenger vehicles, would have to supply currents of up to around 400 A to heat the honeycomb body. The electrical resistance of the honeycomb body must have a value that corresponds to the electrical voltage available and the heating output to be applied. Metallic honeycomb bodies of a conventional type, however, have electrical resistances of a maximum of a few thousandths of an ohm; From an electrical voltage source with a voltage of about 12 volts, such a honeycomb body would draw currents of up to 1000 A,
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;".,·;% &lgr; ; »··. £1 G 67 1 9 OE 3 ":.,■'',■.; ' -J- ,.;.. IC" ;i, wodurch eine übliche Kraftfahrzeug-Batterie in kaum zuträglichem Maße belastet würde. Aus den zitierten Dokumenten zum Stand der Technik sind bereits Maßnahmen bekannt, den elektrischen Widerstand eines Wabenkörpers bei gegebenen geometrischen Abmessungen zu erhöhen. So können elektrisch beheizbare Wabenkörper durch Spalte und/oder elektrisch isolierende Zwischenschichten zwischen den Lagen so unterteilt werden, daß sich ein durch den Wabenkörper verlaufender Strompfad mit einem elektrischen Widerstand in angemessener Höhe ergibt. Auch ist bereits angeregt worden, statt eines einzigen Wabenkörpers mit Katalysatorbeschichtung zwei Wabenkörper zu verwenden, wobei ein elektrisch beheizbarer kleinerer Wabenkörper einem nicht unmittelbar zu beheizenden größeren Wabenkörper vorgeschaltet ist und beide Wabenkörper im wesentlichen gleiche Durchmesser aufweisen, der kleinere Wabenkörper allerdings wesentlich kürzer als der größere Wabenkörper ist. Schon aufgrund der Dimensionierung kann an dem kleineren Wabenkörper ein bedeutend größerer elektrischer Widerstand als an dem größeren Wabenkörper realisiert werden; insbesondere kann der kleinere Wabenkörper so ausgelegt werden, daß er bei begrenzter Belastung der Spannungsquelle ausreichend schnell auf eine Temperatur oberhalb der Anspringtemperatur des auf dem Wabenkörper befindlichen Katalysators gebracht werden kann. Die in dem den kleineren Wabenkörper durchströmenden Abgas einsetzende, üblicherweise exotherme katalytische Reaktion führt zu einer Aufheizung des Abgases und unterstützt damit die Aufheizung des größeren Wabenkörpers, der schließlich die Hauptlast der katalytischen Umsetzung übernimmt. Gemäß der DE 89 08 738 Ul können die zur Herstellung eines elektrisch beheizbaren Wabenkörpers vorgesehenen Bleche mit Löchern versehen werden, wodurch deren spezifischer Widerstand gesteigert wird und ein Wabenkörper mit relativ hohem elektrischem Widerstand realisierbar ist. Die WO 90/12951 Al zeigt Möglichkeiten für mechanisch belastbare Isolierungen in Wabenkörpern auf. ;".,·;% &lgr;; »··. £1 G 67 1 9 OE 3 " : .,■'',■. ; ' -J- ,. ; .. I C"; i, which would place a load on a conventional motor vehicle battery to a barely acceptable level. The cited documents on the state of the art already disclose measures to increase the electrical resistance of a honeycomb body with given geometric dimensions. For example, electrically heated Honeycomb bodies are divided by gaps and/or electrically insulating intermediate layers between the layers in such a way that a current path with an appropriate electrical resistance is created through the honeycomb body. It has also been suggested that instead of a single honeycomb body with a catalyst coating, two honeycomb bodies should be used, where an electrically heatable smaller honeycomb body is connected upstream of a larger honeycomb body that is not to be heated directly and both honeycomb bodies have essentially the same diameter, but the smaller honeycomb body is significantly shorter than the larger honeycomb body. Due to the dimensions alone, a significantly greater electrical resistance can be achieved on the smaller honeycomb body than can be realized on the larger honeycomb body; In particular, the smaller honeycomb body can be designed in such a way that it can be brought to a temperature above the light-off temperature of the catalyst on the honeycomb body sufficiently quickly with a limited load on the voltage source. The usually exothermic catalytic reaction that occurs in the exhaust gas flowing through the smaller honeycomb body leads to heating of the exhaust gas and thus supports the heating of the larger honeycomb body, which ultimately takes on the main burden of the catalytic conversion. According to DE 89 08 738 Ul, the sheets intended for the production of an electrically heated honeycomb body can be provided with holes, which increases their specific resistance and a honeycomb body with a relatively high electrical resistance can be realized. WO 90/12951 Al shows possibilities for mechanically resilient insulation in honeycomb bodies.
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Die beschriebene Anordnung mit einem kleineren Wabenkörper und einem größeren Wabenkörper, wobei der kleinere Wabenkörper in dem Abgassystem vor dem größeren Wabenkörper angeordnet ist, ist auch ohne das Vorsehen einer besonderen Heizung von Vorteil. Der kleinere Wabenkörper hat naturgemäß eine geringere Wärmekapazität als der größere Wabenkörper und wärmt sich daher relativ schnell auf, wenn ihn ein heißes Abgas oder dergleichen durchströmt. Damit kommt in dem kleineren Wabenkörper auch eine katalytische Reaktion schnell in Gang und unterstützt mit der freiwerdenden Wärme die Aufheizung des größeren Wabenkörpers.The described arrangement with a smaller honeycomb body and a larger honeycomb body, with the smaller honeycomb body being arranged in the exhaust system in front of the larger honeycomb body, is also advantageous without the provision of a special heater. The smaller honeycomb body naturally has a lower heat capacity than the larger honeycomb body and therefore heats up relatively quickly when hot exhaust gas or the like flows through it. This means that a catalytic reaction is quickly set in motion in the smaller honeycomb body and the heat released supports the heating of the larger honeycomb body.
Sowohl die Erwägungen zur elektrischen Beheizung des kleineren Wabenkörpers als auch die Erwägungen zur Bemessung seiner Wärmekapazität führen dazu, die Masse des kleineren Wabenkörpers möglichst gering zu halten, natürlich unter der Nebenbedingung, daß der kleinere Wabenkörper nach der Aktivierung des auf ihm befindlichen Katalysators eine hinreichende Aufheizung des ihn durchströmenden Fluides liefert und die Aufheizung des größeren Wabenkörpers unterstützt. Auch in Anbetracht dieser Nebenbedingung können die Erwägungen jedoch möglicherweise den Anforderungen an die mechanische Stabilität des kleineren Wabenkörpers entgegen laufen; insbesondere im Abgassystem eines Kraftfahrzeuges treten starke Pulsationen in den Abgasströmen auf und die Wabenkörper sind erheblichen mechanischen Beanspruchungen ausgesetzt, weshalb an ihre Festigkeit hohe Anforderungen zu stellen sind.Both the considerations regarding the electrical heating of the smaller honeycomb body and the considerations regarding the dimensioning of its heat capacity lead to keeping the mass of the smaller honeycomb body as low as possible, of course under the secondary condition that the smaller honeycomb body provides sufficient heating of the fluid flowing through it after the activation of the catalyst on it and supports the heating of the larger honeycomb body. Even in view of this secondary condition, however, the considerations may possibly run counter to the requirements for the mechanical stability of the smaller honeycomb body; in particular in the exhaust system of a motor vehicle, strong pulsations occur in the exhaust gas streams and the honeycomb bodies are exposed to considerable mechanical stress, which is why high demands must be placed on their strength.
Die vorliegende Erfindung basiert auf der Aufgabe, einen Wabenkörper zu schaffen, bei dem die Möglichkeiten der Anordnungen mit mehreren Wabenkörpern ausschöpfbar sind, aber insbesondere die erwähnten Festigkeitsprobleme nicht auftauchen, und mit dem somit eine wesentlich größereThe present invention is based on the task of creating a honeycomb body in which the possibilities of arrangements with several honeycomb bodies can be exploited, but in particular the mentioned strength problems do not arise, and with which a significantly larger
^5 Gestaltungsfreiheit, speziell im Hinblick auf die Optimierung des Aufwärmverhaltens mit oder ohne elektrische Beheizung,^5 Freedom of design, especially with regard to optimizing the warm-up behavior with or without electrical heating,
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geboten wird.is offered.
Die erfindungsgemäße Lösung dieses Problems ist ein Wabenkörper, der
a) entlang einer Achse von einem Fluid durchströmbar ist, wobei das Fluid eine Vielzahl von Kanälen in dem Wabenkörper
durchströmt;The inventive solution to this problem is a honeycomb body that
a) a fluid can flow through it along an axis, the fluid flowing through a plurality of channels in the honeycomb body;
b) zumindest zwei Scheiben aufweist, die voneinander beabstandet und bezüglich der Achse hintereinander angeordnet sind, und deren jede Kanäle hat;b) has at least two discs which are spaced apart from one another and arranged one behind the other with respect to the axis, and each of which has channels;
c) zumindest eine nahe der Achse angeordnete Stütze aufweist, durch die die Scheiben untereinander verbunden sind.c) has at least one support arranged close to the axis, by which the discs are connected to one another.
Erfindungsgemäß sind die Scheiben des Wabenkörpers durch zumindest eine nahe der Achse angeordnete Stütze, oder eine Anordnung aus mehreren solcher Stützen, gegeneinander abgestützt; die Verbindung der Scheiben untereinander vermag die mechanische Belastbarkeit des Wabenkörpers wesentlich zu vergrößern, da die Scheiben des Wabenkörpers mechanische Beanspruchungen zusammenwirkend auffangen.According to the invention, the disks of the honeycomb body are supported against one another by at least one support arranged close to the axis, or an arrangement of several such supports; the connection of the disks to one another can significantly increase the mechanical load-bearing capacity of the honeycomb body, since the disks of the honeycomb body cooperate to absorb mechanical stresses.
Der Wabenkörper nach der Erfindung ist günstigerweiese bezüglich der Achse etwa axialsymmetrisch, insbesondere rotationssymmetrisch ausgelegt, und vorteilhafterweise ist jede Scheibe durch zwei etwa senkrecht zu der Achse ausgerichtete Stirnflächen begrenzt. Diese Maßnahmen kommen sowohl einzeln als auch in Kombination der rationellen Fertigung und Weiterverwendung des Wabenkörpers entgegen.The honeycomb body according to the invention is advantageously designed to be approximately axially symmetrical, in particular rotationally symmetrical, with respect to the axis, and each disc is advantageously delimited by two end faces aligned approximately perpendicular to the axis. These measures, both individually and in combination, facilitate the efficient production and further use of the honeycomb body.
Besonders vorteilhaft ist es, bei dem erfindungsgemäßen Wabenkörper eine erste Scheibe und eine zweite Scheibe vorzusehen, wobei die erste Scheibe parallel zu der Achse eine Dicke hat, die geringer, vorzugsweise wesentlich geringer, als die parallel zur Achse bestimmte Dicke der zweiten Scheibe ist. Erfindungsgemäß wird die erste Scheibe über die zumindest eine Stütze von der zweiten Scheibe gestützt, so daß die ersteIt is particularly advantageous to provide a first disk and a second disk in the honeycomb body according to the invention, the first disk having a thickness parallel to the axis that is smaller, preferably significantly smaller, than the thickness of the second disk determined parallel to the axis. According to the invention, the first disk is supported by the second disk via the at least one support, so that the first
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Scheibe weitestgehend allein im Hinblick auf geringe Wärmekapazität und einen elektrischen Widerstand in vorgegebener Höhe ausgelegt werden kann; die insgesamt erforderliche mechanische Festigkeit kann im wesentlichen durch die zweite Scheibe, die über die zumindest eine Stütze die erste Scheibe stützt, gewährleistet werden.The second pane can be designed largely solely with regard to low heat capacity and an electrical resistance of a given level; the overall required mechanical strength can essentially be ensured by the second pane, which supports the first pane via the at least one support.
Eine weitere günstige Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Wabenkörpers im Rahmen jedweder Weiterbildung ist das Vorsehen einer zumindest teilweise elektrisch leitfähigen ersten Scheibe, in der ein Strompfad zur Durchleitung eines elektrischen Stromes für eine Beheizung gebildet ist und die über zumindest eine elektrisch isolierende Stütze gegen eine zweite Scheibe abgestützt ist. Im Rahmen dieser Ausgestaltung wird ebenfalls von der Tatsache Gebrauch gemacht, daß erfindungsgemäß die mechanische Festigkeit des Wabenkörpers durch eine von mehreren Scheiben bestimmt sein kann und andere Scheiben für andere Aufgaben, ohne besondere Festigkeitsanforderungen, ausgelegt werden können. So ist es möglich, eine erste Scheibe weitgehend auf die Anforderungen für eine elektrische Beheizung abzustimmen und ihre Festigkeit z. B. dadurch zu gewährleisten, daß sie mittels isolierender, beispielsweise keramischer oder keramische Bestandteile aufweisende Stützen gegen eine die mechanische Festigkeit bestimmende Scheibe abgestützt wird.Another advantageous embodiment of the honeycomb body according to the invention within the scope of any further development is the provision of an at least partially electrically conductive first disk in which a current path is formed for conducting an electric current for heating and which is supported against a second disk via at least one electrically insulating support. Within the scope of this embodiment, use is also made of the fact that according to the invention the mechanical strength of the honeycomb body can be determined by one of several disks and other disks can be designed for other tasks without special strength requirements. It is thus possible to largely adapt a first disk to the requirements for electrical heating and to ensure its strength, for example, by supporting it against a disk that determines the mechanical strength by means of insulating supports, for example ceramic or having ceramic components.
Im Rahmen einer anderen Ausgestaltung der Erfindung weist der Wabenkörper jedweder Ausbildung zwei Scheiben auf, deren jede zumindest teilweise elektrisch leitfähig ist und die über zumindest eine elektrisch leitfähige Stütze gegeneinander abgestützt sind, wobei in dem Wabenkörper zumindest ein Strompfad zur Durchleitung eines elektrischen Stromes zum Zwecke der Beheizung gebildet ist, in welchen Strompfad sowohl die Scheiben als auch die Stütze einbezogen sind. Im Rahmen dieser Ausgestaltung wird die elektrisch leitfähige Stütze ausgenutzt, um den elektrischen Strom aus einer Scheibe inIn another embodiment of the invention, the honeycomb body of any design has two disks, each of which is at least partially electrically conductive and which are supported against each other by at least one electrically conductive support, wherein at least one current path for conducting an electrical current for the purpose of heating is formed in the honeycomb body, in which current path both the disks and the support are included. In the context of this embodiment, the electrically conductive support is used to conduct the electrical current from a disk into
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eine andere Scheibe zu leiten,- damit wird die Möglichkeit erschlossen, dem Wabenkörper elektrischen Strom an einer eine erste Scheibe berandenden Mantelfläche zuzuführen und an einer eine zweite Scheibe berandenden Mantelfläche wieder abzuführen. So macht die Erfindung bei einem elektrisch direkt beheizbaren Wabenkörper einen elektrischen Anschluß im Bereich nahe der Achse überflüssig; die Erfindung gestattet es auch, auf elektrisch gegeneinander isolierte Unterteilungen der Mantelfläche, deren mechanisch hinreichend robuste Ausführung problematisch sein kann, zu verzichten. Erfindungsgemäß kann mit sehr einfachen Mitteln ein elektrisch beheizbarer Wabenkörper bereitgestellt werden, der einen elektrischen Widerstand in einer Größe hat, wie sie in Kraftfahrzeugen wünschenswert und vorteilhaft ist.another pane - this opens up the possibility of supplying electrical current to the honeycomb body on a surface bordering a first pane and of dissipating it again on a surface bordering a second pane. In this way, the invention makes an electrical connection in the area near the axis superfluous in the case of a honeycomb body that can be heated directly electrically; the invention also makes it possible to dispense with subdivisions of the surface that are electrically insulated from one another, the mechanically sufficiently robust design of which can be problematic. According to the invention, an electrically heatable honeycomb body can be provided with very simple means that has an electrical resistance of a size that is desirable and advantageous in motor vehicles.
Unter einer "zumindest teilweise" elektrisch leitfähigen Scheibe wird eine Scheibe verstanden, die zu einem wesentlichen Teil elektrisch leitfähig ist, in die jedoch z. B. zum Zwecke der Einstellung des elektrischen Widerstandes auf eine vorgegebene Größe Isolierungen und/oder Spalte eingefügt sein können.An "at least partially" electrically conductive disc is understood to mean a disc that is electrically conductive to a substantial extent, but into which insulation and/or gaps can be inserted, for example for the purpose of adjusting the electrical resistance to a predetermined size.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Wabenkörpers, die vorzugsweise zusammen mit einer vorstehend beschriebenen Gestaltung realisiert wird, ist gekennzeichnet durch von Scheibe zu Scheibe verschiedene mittlere Querschnittsflächen der in jedem Segment liegenden Kanäle. Beispielsweise finden sich in einer ersten, dünneren Scheibe Kanäle mit größeren Querschnittsflächen als die Querschnittsflächen der Kanäle in einer zweiten, dickeren Scheibe. Große Querschnittsflächen der Kanäle bedeuten geringe Wärmekapazität, da weniger Material zur Bildung der Scheibe erforderlich ist, und eingeschränkte Wirksamkeit eines in den Kanälen befindlichen Katalysators. Eine Scheibe mit Kanälen von relativ großem Querschnitt ist daher besonders geeignet zur Anordnung vor einer anderen Scheibe, die durch KanäleA further advantageous embodiment of the honeycomb body according to the invention, which is preferably implemented together with a design described above, is characterized by different average cross-sectional areas of the channels in each segment from disc to disc. For example, in a first, thinner disc there are channels with larger cross-sectional areas than the cross-sectional areas of the channels in a second, thicker disc. Large cross-sectional areas of the channels mean low heat capacity, since less material is required to form the disc, and limited effectiveness of a catalyst located in the channels. A disc with channels of a relatively large cross-section is therefore particularly suitable for arrangement in front of another disc which is separated by channels
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kleineren Querschnittes und hinreichend große Länge auf große Wirksamkeit ausgelegt ist; die verringerte Wirksamkeit des Katalysators in der Scheibe mit großen Querschnittsflächen gewährleistet eine verringerte Abnutzung, was zur Verlängerung der Gebrauchsdauer des Wabenkörpers wesentlich beiträgt. Speziell dann, wenn eine erste, kleinere Scheibe die Aufheizung einer zweiten, größeren Scheibe unterstützen soll, ist die frühzeitige Abnutzung des auf der ersten Scheibe befindlichen Katalysators höchst unerwünscht, da mit dieser Abnutzung unmittelbar die Wirkung der zusätzlichen Beheizung der zweiten Scheibe abnimmt. Die mit der Erfindung erschlossene Gestaltungsfreiheit erlaubt insbesondere die Einschränkung der katalytischen Wirksamkeit in einer kleineren Scheibe, die vor einer größeren Scheibe angeordnet ist, so daß in der kleineren Scheibe nicht mehr als etwa ein Viertel der in einem durchströmenden Fluid enthaltenen umsetzbaren Bestandteile umgesetzt wird. Die langfristige Wirksamkeit des Katalysators kann somit sichergestellt werden.smaller cross-section and sufficiently long length is designed for high effectiveness; the reduced effectiveness of the catalyst in the disk with large cross-sectional areas ensures reduced wear, which contributes significantly to extending the service life of the honeycomb body. Especially when a first, smaller disk is intended to support the heating of a second, larger disk, premature wear of the catalyst on the first disk is highly undesirable, since this wear immediately reduces the effect of the additional heating of the second disk. The design freedom opened up by the invention allows in particular the restriction of the catalytic effectiveness in a smaller disk that is arranged in front of a larger disk, so that no more than about a quarter of the convertible components contained in a fluid flowing through it are converted in the smaller disk. The long-term effectiveness of the catalyst can thus be ensured.
Zur Auslegung der Stütze in dem erfindungsgemäßen Wabenkörper gibt es mehrere Möglichkeiten. Es kann eine einzige Stütze vorgesehen sein, die vorteilhafterweise so angeordnet ist, daß sie von der Achse des Wabenkörpers durchdrungen wird; günstig kann es auch sein, in dem Wabenkörper mehrere, bezüglich der Achse etwa symmetrisch angeordnete Stützen vorzusehen.There are several possibilities for designing the support in the honeycomb body according to the invention. A single support can be provided, which is advantageously arranged so that it is penetrated by the axis of the honeycomb body; it can also be advantageous to provide several supports in the honeycomb body, arranged approximately symmetrically with respect to the axis.
Eine Stütze in einem erfindungsgemäßen Wabenkörper kann ihrerseits ein Wabenkörper sein, d. h. in der Stütze selbst können wie in anderen Bestandteilen des Wabenkörpers Kanäle -5O liegen.A support in a honeycomb body according to the invention can in turn be a honeycomb body, ie in the support itself, as in other components of the honeycomb body, channels - 5 O can be located.
Die mehrteilige Struktur des erfindungsgemäßen Wabenkörpers kann z. B. bestimmt sein durch eine die Achse umlaufende Nut, wobei die Stütze ein von der Nut umgrenzter Teil des Wabenkörpers und jede Scheibe ein Teil des Wabenkörpers abseits der Nut ist. Eine solche Nut kann bereits bei derThe multi-part structure of the honeycomb body according to the invention can be determined, for example, by a groove running around the axis, whereby the support is a part of the honeycomb body delimited by the groove and each disc is a part of the honeycomb body away from the groove. Such a groove can already be
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Herstellung eines metallischen Wabenkörpers gebildet werden, indem Bleche mit entsprechenden Schlitzen verwendet werden. Auch ist die Nut durch nachträgliche Bearbeitung in einen ursprünglich einstückigen Wabenkörper einzubringen. Solche nachträgliche Bearbeitung kann beispielsweise ein Dreh- oder Fräsvorgang sein.Production of a metallic honeycomb body by using sheets with corresponding slots. The groove can also be introduced into an originally one-piece honeycomb body by subsequent machining. Such subsequent machining can be, for example, a turning or milling process.
Vorteilhafter Weise ist ein Wabenkörper nach der Erfindung im Rahmen jedweder Ausgestaltung gebildet aus Metall, wobei jede Scheibe zumindest einen nach Art einer Spirale gewundenen Stapel mit zumindest einem Blech, insbesondere mit zumindest zwei unterschiedlich strukturierten Blechen, vorzugsweise mit zumindest einem glatten Blech und zumindest einem gewellten Blech, aufweist. Neben den Vorteilen des metallischen Aufbaus, die aus den zitierten Dokumenten des Standes der Technik hervorgehen, erlaubt ein aus Blechen gebildeter erfindungsgemäßer Wabenkörper auch eine einfache Realisierung der bereits geschilderten besonderen Ausgestaltungen. Insbesondere können die Segmente des Wabenkörpers unterschiedlich bemessen sein, wobei z. B. in verschiedenen Segmenten Kanäle mit voneinander abweichenden Querschnittsflächen realisiert sind; auch kann ein erfindungsgemäßer metallischer Wabenkörper durch eine einfache Nachbearbeitung eines ursprünglich einstückigen metallischen Wabenkörpers erhalten werden.A honeycomb body according to the invention is advantageously made of metal within the scope of any design, with each disc having at least one spiral-wound stack with at least one sheet, in particular with at least two differently structured sheets, preferably with at least one smooth sheet and at least one corrugated sheet. In addition to the advantages of the metallic structure, which emerge from the cited prior art documents, a honeycomb body according to the invention made of sheets also allows the special designs already described to be easily implemented. In particular, the segments of the honeycomb body can be dimensioned differently, with channels with different cross-sectional areas being implemented in different segments, for example; a metallic honeycomb body according to the invention can also be obtained by simply reworking an originally one-piece metallic honeycomb body.
Die zumindest eine Stütze wird bei einem Wabenkörper mit metallischen Segmenten vorteilhafterweise ebenfalls im wesentlichen aus Metall gebildet; die Stütze kann ein einfacher Metallstab, ein Metallrohr oder ein aus zumindest einem, gegebenenfalls strukturierten, Blech gewundener, besonderer Wabenkörper sein.In a honeycomb body with metallic segments, the at least one support is advantageously also formed essentially from metal; the support can be a simple metal rod, a metal tube or a special honeycomb body wound from at least one, optionally structured, sheet metal.
Günstigerweise wird die Stütze in die Struktur jeder Scheibe einbezogen; insbesondere weist jede Scheibe zumindest einen um die Stütze gefalteten und/oder gewundenen Stapel aus zumindest einem Blech auf. Hierbei kann der Stapel in an sichAdvantageously, the support is incorporated into the structure of each disc; in particular, each disc has at least one stack of at least one sheet folded and/or wound around the support. The stack can be
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10 '-.-'",S &Lgr;, ,u ,-■' bekannter Weise S-förmig um zwei voneinander beabstandete Stützen gewunden sein. Auch kann in einem Wabenkörper mit zumindest zwei voneinander beabstandeten Stützen jeder Stütze ein um diese gefalteter Stapel zugeordnet sein, wobei alle Stapel nach Art einer Spirale um die Stützen gewunden sind.10 '-.-'",S &Lgr;, ,u ,-■' can be wound in an S-shape around two supports spaced apart from one another in a known manner. In a honeycomb body with at least two supports spaced apart from one another, each support can also have a stack folded around it associated with it, all stacks being wound around the supports in the manner of a spiral.
Wie bereits erwähnt, eignet sich ein erfindungsgemäßer metallischer Wabenkörper auch in besonderer Weise für eine direkte elektrische Beheizung, wenn in dem Wabenkörper zumindest ein Strompfad zur Durchleitung eines elektrischen Stromes gebildet ist.As already mentioned, a metallic honeycomb body according to the invention is also particularly suitable for direct electrical heating if at least one current path for conducting an electrical current is formed in the honeycomb body.
In einem elektrisch leitfähigen Wabenkörper gemäß der Erfindung wird vorteilhafterweise zumindest eine Stütze elektrisch leitfähig ausgeführt, jede Scheibe erhält eine etwa axial ausgerichtete Mantelfläche und an jeder Mantelfläche wird ein Anschluß zur Ein- und/oder Ausspeisung eines elektrischen Stromes vorgesehen; dies in der Weise, daß jeder Anschluß sowie die elektrisch leitfähige Stütze in dem Strompfad liegt. So hat ein erfindungsgemäßer Wabenkörper mit zwei Scheiben an jeder Mantelfläche einen Anschluß; der elektrische Strom fließt in einer der Scheiben von dem Anschluß in der Mantelfläche zur Stütze, durch die Stütze hindurch in die andere Scheibe und dort von der Stütze zur Mantelfläche, wo er an dem dortigen Anschluß ausgespeist wird. Auf diese Weise gestattet die Erfindung die Bildung eines elektrisch beheizbaren Wabenkörpers, bei dem keine Anschlüsse im Inneren, insbesondere in der Nähe der Achse, erforderlich sind. Damit ermöglicht die Erfindung eine wesentliche Vereinfachung der Stromzuführung an einen elektrisch beheizbaren Wabenkörper und gestattet den Verzicht auf Stromzuführungen, die, was möglicherweise bedenklich ist, in achsennahe Bereiche des Wabenkörpers hineinführen müssen.In an electrically conductive honeycomb body according to the invention, at least one support is advantageously made electrically conductive, each disk is given an approximately axially aligned surface and a connection for feeding in and/or feeding out an electrical current is provided on each surface; this is done in such a way that each connection and the electrically conductive support are in the current path. Thus, a honeycomb body according to the invention with two disks has a connection on each surface; the electrical current flows in one of the disks from the connection in the surface to the support, through the support into the other disk and from there from the support to the surface, where it is fed out at the connection there. In this way, the invention allows the formation of an electrically heatable honeycomb body in which no connections are required inside, in particular near the axis. The invention thus enables a significant simplification of the power supply to an electrically heatable honeycomb body and allows the omission of power supplies that have to lead into areas of the honeycomb body close to the axis, which is potentially questionable.
Neben einer elektrisch leitfähigen Stütze kann an einem erfindungsgemäßen Wabenkörper auch eine elektrisch isolierendeIn addition to an electrically conductive support, an electrically insulating
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Stütze vorgesehen werden; als solche kommen Stäbe und dergleichen aus keramischen Massen in Fragen, auch können Metall-Keramik-Verbundmaterialien Einsatz finden. Als Metall-Keramik-Verbundmaterial kommt beispielsweise ein keramisch beschichteter Metallstab in Frage; gegebenenfalls kann die Keramikschicht teilweise, unter Beibehaltung der Isolation, eine Metallhülse aufweisen. Ein solcher Metallstab mit Keramikbeschichtung und metallischer Hülse könnte auch dazu dienen, in einem erfindungsgemäßen Wabenkörper mit drei oder mehr Scheiben einen komplizierten Strompfad zu bilden, was im Rahmen spezieller Anwendungen der Erfindung u. U. von Vorteil sein kann. Eine elektrisch isolierende Stütze kann auch eine von einer bis in eine andere Scheibe des Wabenkörpers ragende Isolierschicht sein, die in jeder Scheibe zwei Stapel voneinander isoliert. Auf diese Weise wird ein ganz besonders robuster Wabenkörper gebildet.Support can be provided; rods and the like made of ceramic masses are possible as such, and metal-ceramic composite materials can also be used. A ceramic-coated metal rod, for example, can be considered as a metal-ceramic composite material; if necessary, the ceramic layer can partially have a metal sleeve while retaining the insulation. Such a metal rod with a ceramic coating and a metal sleeve could also be used to form a complicated current path in a honeycomb body according to the invention with three or more disks, which can be advantageous in the context of special applications of the invention. An electrically insulating support can also be an insulating layer that extends from one disk of the honeycomb body to another, and which insulates two stacks from each other in each disk. In this way, a particularly robust honeycomb body is formed.
In spezieller Weiterbildung der Erfindung besteht zumindest eine Scheibe eines elektrisch leitfähigen Wabenkörpers aus zumindest zwei Stapeln, die gegeneinander elektrisch isoliert sind, und deren jeder um eine in dem Strompfad liegende elektrisch leitfähige Stütze gefaltet und gewunden ist. Die zwei Stapel sind auf diese Weise elektrisch in Reihe schaltbar, was zur Erhöhung des elektrischen Widerstandes des Wabenkörpers nützlich ist. Die Hintereinanderschaltung der zwei Stapel ist gegeben über die Stützen, die über eine weitere Scheibe des Wabenkörpers, in oder an der die Stützen befestigt sind, elektrisch miteinander in Verbindung stehen. Dies ist im einfachsten Fall dadurch bewerkstelligt, daß in der zweiten Scheibe überhaupt keine Isolierschichten liegen; es ist allerdings auch möglich, die andere Scheibe ebenso wie die erste aus gegeneinander isolierten, um die elektrisch leitfähigen Stützen gefalteten und gewundenen Stapeln zu bilden und in der Mantelfläche der anderen Scheibe elektrische Verbindungen, deren jede zwei Stapel miteinander verbindet, vorzusehen. Derart können alle Stapel, alle elektrischIn a special development of the invention, at least one disc of an electrically conductive honeycomb body consists of at least two stacks that are electrically insulated from one another and each of which is folded and wound around an electrically conductive support lying in the current path. The two stacks can thus be electrically connected in series, which is useful for increasing the electrical resistance of the honeycomb body. The series connection of the two stacks is provided by the supports, which are electrically connected to one another via another disc of the honeycomb body, in or to which the supports are attached. In the simplest case, this is achieved by there being no insulating layers at all in the second disc; however, it is also possible to form the other disc, like the first, from stacks that are electrically insulated from one another and folded and wound around the electrically conductive supports and to provide electrical connections in the outer surface of the other disc, each of which connects two stacks to one another. In this way, all stacks, all electrically
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leitfähigen Stützen und alle elektrischen Verbindungen in den Mantelflächen elektrisch in Reihe geschaltet werden; an zwei entsprechenden Anschlüssen kann dieser Wabenkörper mit einer elektrischen Spannungsquelle verbunden werden.conductive supports and all electrical connections in the casing surfaces are electrically connected in series; this honeycomb body can be connected to an electrical voltage source at two corresponding connections.
Als Isolierschicht in einem erfindungsgemäßen Wabenkörper kommt insbesondere eine keramische Isolierschicht, beispielsweise eine aus keramischen Fasern gebildete Matte oder dergleichen, in Frage. Auch sind voneinander beabstandete keramische Abstandshalter, die zwischen zwei Stapeln in einer Scheibe Luftspalte gewährleisten, denkbar.A ceramic insulating layer, for example a mat made of ceramic fibers or the like, is particularly suitable as an insulating layer in a honeycomb body according to the invention. Ceramic spacers spaced apart from one another, which ensure air gaps between two stacks in a disk, are also conceivable.
Die weitere Erläuterung der Erfindung erfolgt anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele. Die Zeichnung ist zur Verdeutlichung der spezifischen Merkmale der Erfindung teilweise schematisiert und/oder leicht verzerrt ausgeführt. Im einzelnen zeigen:The invention will be further explained using the embodiments shown in the drawing. The drawing is partially schematic and/or slightly distorted to illustrate the specific features of the invention. In detail:
Figur 1 einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Wabenkörper;Figure 1 shows a longitudinal section through a honeycomb body according to the invention;
Figur 2 einen Querschnitt durch eine Scheibe des in Figur dargestellten Wabenkörpers;Figure 2 shows a cross-section through a disc of the honeycomb body shown in Figure;
Figur 3 eine spezielle Ausführungsform einer Scheibe; Figur 4 eine Skizze betreffend die Bildung der in Figur 3 dargestellten Scheibe;Figure 3 shows a special embodiment of a disk; Figure 4 shows a sketch relating to the formation of the disk shown in Figure 3;
Figur 5 einen Längsschnitt durch eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wabenkörpers; Figur 6 eine Skizze des Strompfades in einem Wabenkörper; Figur 7 eine skizzierte andere Ausführungsform des Strompfades;Figure 5 shows a longitudinal section through another embodiment of the honeycomb body according to the invention; Figure 6 shows a sketch of the current path in a honeycomb body; Figure 7 shows a sketch of another embodiment of the current path;
Figur 8 den Querschnitt einer besonderen Ausführungsform einer Scheibe;Figure 8 shows the cross-section of a particular embodiment of a disc;
Figur 9 den Längsschnitt einer weiteren Ausführungsform desFigure 9 shows the longitudinal section of another embodiment of the
Wabenkörpers.
35honeycomb body.
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Figur 1 zeigt einen Wabenkörper 1, gebildet aus einer ersten 01 12Figure 1 shows a honeycomb body 1, formed from a first 01 12
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Scheibe 4 und einer zweiten Scheibe 5 sowie zwei Stützen 6, die erste Scheibe 4 und zweite Scheibe 5 miteinander verbinden. Der Wabenkörper 1 besitzt eine Achse 2 und ist diesbezüglich weitestgehend rotationssymmetrisch ausgebildet. Jede Scheibe 4, 5 ist begrenzt durch eine axial orientierte Mantelfläche 14 sowie zwei senkrecht zur Achse 2 ausgerichtete Stirnflächen 8. Jede Scheibe 4, 5 ist eingesteckt in ein Mantelrohr 20. An jedem Mantelrohr 20 befindet sich ein Anschluß 15; durch die Anschlüsse 15 kann ein elektrischer Strom durch den Wabenkörper 1, der elektrisch leitfähig, &zgr;. &Bgr;. metallisch, ist, zu dessen Beheizung geleitet werden. Eine elektrische Beheizung findet hauptsächlich in der ersten Scheibe 4 statt, da diese dünner als die zweite Scheibe 5 ist und dementsprechend einen deutlich höheren elektrischen Widerstand hat. In einem Abgassystem einer Brennkraftmaschine wird der Wabenkörper 1 vorteilhafterweise so angeordnet, daß von der Brennkraftmaschine kommendes Abgas zunächst die erste Scheibe 4 und dann die zweite Scheibe 5 durchströmt. Ein Katalysator in der ersten Scheibe 4 kann durch die elektrische Beheizung sehr schnell aktiviert werden und trägt somit durch die Aufheizung des zu der zweiten Scheibe 5 abströmenden Abgases zur beschleunigten Aufheizung dieser zweiten Scheibe 5 bei.Disc 4 and a second disc 5 as well as two supports 6 that connect the first disc 4 and second disc 5 to one another. The honeycomb body 1 has an axis 2 and is largely rotationally symmetrical in this respect. Each disc 4, 5 is limited by an axially oriented shell surface 14 and two end faces 8 aligned perpendicular to the axis 2. Each disc 4, 5 is inserted into a casing tube 20. There is a connection 15 on each casing tube 20; an electrical current can be passed through the connections 15 through the honeycomb body 1, which is electrically conductive, ζ. β. metallic, to heat it. Electrical heating takes place mainly in the first disc 4, since this is thinner than the second disc 5 and accordingly has a significantly higher electrical resistance. In an exhaust system of an internal combustion engine, the honeycomb body 1 is advantageously arranged in such a way that exhaust gas coming from the internal combustion engine first flows through the first disc 4 and then the second disc 5. A catalytic converter in the first disc 4 can be activated very quickly by the electrical heating and thus contributes to the accelerated heating of this second disc 5 by heating the exhaust gas flowing to the second disc 5.
Figur 2 zeigt einen Querschnitt durch die erste Scheibe 4 des in Figur 1 dargestellten Wabenkörpers 1. Die erste Scheibe 4 besteht aus einem aus glatten Blechen 11 und gewellten Blechen 12 geschichteten Stapel 10, der nach Art eines S um die zwei Stützen 6 geschlungen ist. Zwischen glatten Blechen 11 und gewellten Blechen 12 sind Kanäle 3 gebildet, durch die Abgas oder ein anderes Fluid mit katalytisch umsetzbaren Bestandteilen strömen kann. Jedes glatte Blech 11 und jedes gewellte Blech 12 endet an der Mantelfläche 14 und ist dort mit dem Mantelrohr 20 verbunden, insbesondere hartverlötet.Figure 2 shows a cross section through the first disc 4 of the honeycomb body 1 shown in Figure 1. The first disc 4 consists of a stack 10 made of smooth sheets 11 and corrugated sheets 12, which is wrapped around the two supports 6 in the manner of an S. Channels 3 are formed between the smooth sheets 11 and corrugated sheets 12, through which exhaust gas or another fluid with catalytically convertible components can flow. Each smooth sheet 11 and each corrugated sheet 12 ends at the jacket surface 14 and is connected there to the jacket tube 20, in particular brazed.
Der Anschluß 15 dient zur Ein- oder Ausspeisung eines elektrischen Stroms; dieser Strom durchquert die erste ScheibeThe connection 15 serves to feed in or feed out an electric current; this current passes through the first disc
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4 zu bzw. von den Stützen 6; diese Stützen 6 leiten den elektrischen Strom weiter zu einer anderen Scheibe des Wabenkörpers.4 to or from the supports 6; these supports 6 conduct the electrical current to another disc of the honeycomb body.
Figur 3 zeigt, stärkt schematisiert und vereinfacht, eine Variante der in Figur 2 dargestellten ersten Scheibe 4, gebildet aus einem S-förmig verschlungenen Stapel 10. Gemäß Figur 3 ist in der Scheibe 4 eine Isolierschicht 16 vorgesehen, die einen radial gerichteten Stromfluß von der Mantelfläche 14 zu den Stützen 6 verhindert und somit den wirksamen elektrischen Widerstand der Scheibe 4 erhöht. Die Isolierschicht 16 ist, ausgehend von einer der Stützen 6, eingefügt zwischen aufeinanderliegende Windungen des Stapels 10. Ausgehend von der anderen Stütze 6 ist die Trennlinie zwischen aufeinanderliegenden Windungen des Stapels 10 gezeigt; es ist in der Regel nicht unbedingt erforderlich, daß ausgehend von beiden Stützen 6 Isolierschichten 16 vorgesehen werden - ausgeschlossen ist diese Möglichkeit jedoch nicht.Figure 3 shows, in a highly schematic and simplified manner, a variant of the first disk 4 shown in Figure 2, formed from an S-shaped intertwined stack 10. According to Figure 3, an insulating layer 16 is provided in the disk 4, which prevents a radially directed current flow from the shell surface 14 to the supports 6 and thus increases the effective electrical resistance of the disk 4. The insulating layer 16 is inserted between superimposed turns of the stack 10, starting from one of the supports 6. Starting from the other support 6, the dividing line between superimposed turns of the stack 10 is shown; it is generally not absolutely necessary that insulating layers 16 are provided starting from both supports 6 - however, this possibility is not excluded.
Figur 4 demonstriert, wie eine in Figur 3 dargestellte Scheibe 4 durch S-förmige Verschlingung eines Stapels 10 aus glatten Blechen 11 und gewellten Blechen 12 gebildet werden kann; der Stapel 10 wird zwischen zwei Stützen 6 gefaßt und um diese Stützen 6 herum verschlungen. Auf dem Stapel 10 ersichtlich ist eine Isolierschicht 16; diese kann eine keramische Beschichtung eines Bleches 11 des Stapels 10 sein, es kann sich auch um eine auf den Stapel 10 aufgelegte keramische Fasermatte oder dergleichen handeln.Figure 4 demonstrates how a disk 4 shown in Figure 3 can be formed by S-shaped intertwining of a stack 10 of smooth sheets 11 and corrugated sheets 12; the stack 10 is held between two supports 6 and intertwined around these supports 6. An insulating layer 16 can be seen on the stack 10; this can be a ceramic coating of a sheet 11 of the stack 10, it can also be a ceramic fiber mat or the like placed on the stack 10.
Figur 5 zeigt einen Längsschnitt durch einen Wabenkörper 1 entsprechend einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Zwei Scheiben 4, 5 des Wabenkörpers 1 sind voneinander getrennt durch eine Nut 9, die etwa senkrecht zur Achse 2 in den Wabenkörper 1 eingebracht ist. Der Wabenkörper 1 ist gebildet durch Verschlingung eines Stapels 10 unter Einfügung einer Isolierschicht 16, wie dargestellt in den Figuren 2 undFigure 5 shows a longitudinal section through a honeycomb body 1 according to a further embodiment of the invention. Two disks 4, 5 of the honeycomb body 1 are separated from each other by a groove 9, which is introduced into the honeycomb body 1 approximately perpendicular to the axis 2. The honeycomb body 1 is formed by intertwining a stack 10 with the insertion of an insulating layer 16, as shown in Figures 2 and
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3. Die Nut 9 kann nachträglich in den Wabenkörper 1 und das Mantelrohr 20, das den Wabenkörper 1 umgibt, eingebracht werden. Die Stütze 6 ist bestimmt als derjenige Bereich des Wabenkörpers 1, der von der Nut 9 umgrenzt ist; die Scheiben und 5 sind die Bereiche des Wabenkörpers 1 abseits der Nut 9.3. The groove 9 can be subsequently introduced into the honeycomb body 1 and the casing tube 20 that surrounds the honeycomb body 1. The support 6 is defined as the area of the honeycomb body 1 that is bordered by the groove 9; the disks 1 and 5 are the areas of the honeycomb body 1 away from the groove 9.
Die Figuren 6 und 7 zeigen, stark schematisiert, den Verlauf des Strompfades 13, den ein elektrischer Strom durch einen Wabenkörper gemäß der Erfindung nimmt. Angedeutet sind jeweils zwei Scheiben 4 und 5. In jeder Scheibe 4, 5 führt der Strompfad 13 von einer Mantelfläche 14 zu einer elektrisch leitfähigen Stütze 6, durch diese Stütze 6 hindurch in die jeweils andere Scheibe 4, 5, und dort über zumindest einen Stapel 10 zurück zur Mantelfläche 14. Gemäß Figur 6 erfolgt die Ein- und Ausspeisung des elektrischen Stroms an Anschlüssen 15, die beide an der ersten Scheibe 4 angeordnet sind; die zweite Scheibe 5 dient hauptsächlich dazu, eine Verbindung zwischen den beiden Stützen 6 herzustellen. Im dargestellten Beispiel erfolgt diese Verbindung über die Stapel 10 in der zweiten Scheibe 5 sowie über eine elektrische Verbindung 17, die in der dortigen Mantelfläche 14 zu denken ist - eine solche Verbindung 17 kann ein metallisches Mantelrohr, das u. U. gegen weitere Komponenten des Abgassystems, in dem der Wabenkörper sich befindet, zu isolieren ist, sein. Gemäß Figur 6 kann eine Beheizung sowohl der ersten Scheibe 4 als auch der zweiten Scheibe 5 realisiert werden. Sofern eine Beheizung der zweiten Scheibe 5 nicht gewünscht ist, kann die dortige Verbindung zwischen den beiden Stützen 6 durch die gesamte Scheibe 5 gebildet sein, wenn dort keine Isolierschichten vorhanden sind; eine besondere elektrische Verbindung 17 kann dabei u. U. entfallen. Gemäß Figur 7 wird der elektrische Strom der ersten Scheibe 4 an einem Anschluß 15 zugeführt, läuft von der Mantelfläche 14 durch die Stapel 10 und die Stütze 6 zur zweiten Scheibe 5, durchsetzt dort die Stapel 10 und wird an der dortigen Mantelfläche 14 an einem Anschluß 15 wiederFigures 6 and 7 show, in highly schematic form, the course of the current path 13 that an electric current takes through a honeycomb body according to the invention. Two disks 4 and 5 are indicated in each case. In each disk 4, 5, the current path 13 leads from a surface 14 to an electrically conductive support 6, through this support 6 into the other disk 4, 5, and from there via at least one stack 10 back to the surface 14. According to Figure 6, the electric current is fed in and out at connections 15, both of which are arranged on the first disk 4; the second disk 5 serves mainly to establish a connection between the two supports 6. In the example shown, this connection is made via the stacks 10 in the second disk 5 and via an electrical connection 17, which is to be imagined in the jacket surface 14 there - such a connection 17 can be a metallic jacket tube, which may need to be insulated from other components of the exhaust system in which the honeycomb body is located. According to Figure 6, heating of both the first disk 4 and the second disk 5 can be implemented. If heating of the second disk 5 is not desired, the connection there between the two supports 6 can be formed by the entire disk 5 if there are no insulating layers there; a special electrical connection 17 may be omitted in this case. According to Figure 7, the electrical current is fed to the first disk 4 at a connection 15, runs from the outer surface 14 through the stacks 10 and the support 6 to the second disk 5, passes through the stacks 10 there and is fed back to the outer surface 14 there at a connection 15.
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abgenommen. Figur 7 zeigt damit die einfachste Möglichkeit zur Bildung eines Strompfades 13 in einem erfindungsgemäßen Wabenkörper; diese Möglichkeit ist auch in Figur 1 realisiert (allerdings sind dort zwei elektrisch parallel geschaltete Stützen 6 vorgesehen).removed. Figure 7 thus shows the simplest possibility for forming a current path 13 in a honeycomb body according to the invention; this possibility is also implemented in Figure 1 (however, two supports 6 connected electrically in parallel are provided there).
Figur 8 zeigt eine Scheibe A eines Wabenkörpers, mit drei Stapeln 101, 102, 103, deren jeder um eine Stütze 61, 62 bzw. 63 gefaltet ist, und die nach Art einer Evolvente um die drei Stützen 61, 62, 63 geschlungen sind. Die drei Stapel 101, 102 und 103 sind durch Isolierschichten 16 gegeneinander isoliert. Die Anordnung der Stapel 101, 102, 103 befindet sich in einem metallischen Mantelrohr 20, das allerdings nicht vollständig ist, sondern in das zwei Isolierstücke 18 in der Weise eingefügt sind, daß über das Mantelrohr 20 zwei Stapel 102 und 103 miteinander verbunden, von dem dritten Stapel 101 allerdings getrennt sind. Der mit dem Stapel 101 verbundene Teil des Mantelrohres 20 weist einen Anschluß 15 auf, durch den beispielsweise ein elektrischer Strom zugeführt werden kann. Die Scheibe 4 ist mit einer nicht dargestellten, gleichartigen zweiten Scheibe verbunden. Der elektrische Strom wird folgendermaßen geführt: Am Anschluß 15 wird der Strom eingespeist und fließt in den Stapel 101 und von dort durch die Stütze 61 in die zweite Scheibe. In dieser Scheibe, das ebenfalls durch Isolierschichten unterteilt sein muß, wird der Strom z. B. der Stütze 62 zugeleitet, durchquert diese und gelangt so zu dem Stapel 102. Aus diesem Stapel gelangt er über die durch das Mantelrohr 20 gegebene Verbindung in den Stapel 103 und von dort in die Stütze 63. Durch diese Stütze 63 fließt er erneut zu der zweiten Scheibe und ist dort an einem weiteren Anschluß auszuspeisen. In der Tat sind also die drei Stapel 101, 102 und 103 elektrisch in Reihe geschaltet, woraus sich ein relativ hoher elektrischer Widerstand ergibt. Ein solcher hoher elektrischer Widerstand ist bekanntermaßen für Heizzwecke vorteilhaft.Figure 8 shows a disk A of a honeycomb body with three stacks 101, 102, 103, each of which is folded around a support 61, 62 or 63, and which are wound around the three supports 61, 62, 63 in the manner of an involute. The three stacks 101, 102 and 103 are insulated from one another by insulating layers 16. The arrangement of the stacks 101, 102, 103 is located in a metallic casing tube 20, which is not complete, but into which two insulating pieces 18 are inserted in such a way that two stacks 102 and 103 are connected to one another via the casing tube 20, but are separated from the third stack 101. The part of the casing tube 20 connected to the stack 101 has a connection 15 through which, for example, an electric current can be supplied. The disk 4 is connected to a similar second disk (not shown). The electric current is conducted as follows: The current is fed into the connection 15 and flows into the stack 101 and from there through the support 61 into the second disk. In this disk, which must also be divided by insulating layers, the current is fed to the support 62, for example, passes through it and thus reaches the stack 102. From this stack it reaches the stack 103 via the connection provided by the casing tube 20 and from there into the support 63. It flows through this support 63 again to the second disk and is fed out there at another connection. In fact, the three stacks 101, 102 and 103 are electrically connected in series, which results in a relatively high electrical resistance. Such a high electrical resistance is known to be advantageous for heating purposes.
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Figur 9 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für einen Wabenkörper 1 gemäß der Erfindung. Der Wabenkörper 1 hat zwei Scheiben A und 5, die bezüglich der Achse 2 hintereinander angeordnet sind. Beide Scheiben A und 5 sollen aus Blechen oder elektrisch leitfähiger Keramik gebildet sein. Zur Verbindung der Scheiben A und 5 miteinander sind eine elektrisch leitfähige Stütze 6 sowie zwei elektrisch isolierende Stützen 7 vorgesehen; alle Stützen 6, 7 sind, beispielsweise durch Hartlöten, mit den Scheiben A und 5 verbunden. Jede Scheibe A, 5 ist eingeschlossen in ein Mantelrohr 20, und jedes Mantelrohr 20 weist einen Anschluß zur Ein- oder Ausspeisung eines elektrischen Stromes auf.Figure 9 shows a further embodiment of a honeycomb body 1 according to the invention. The honeycomb body 1 has two disks A and 5, which are arranged one behind the other with respect to the axis 2. Both disks A and 5 should be made of sheet metal or electrically conductive ceramic. An electrically conductive support 6 and two electrically insulating supports 7 are provided to connect the disks A and 5 to one another; all supports 6, 7 are connected to the disks A and 5, for example by brazing. Each disk A, 5 is enclosed in a jacket tube 20, and each jacket tube 20 has a connection for feeding in or feeding out an electrical current.
Die Erfindung betrifft einen Wabenkörper, der entlang einer Achse von einem Fluid durchströmbar ist, indem das Fluid eine Vielzahl von Kanälen in dem Wabenkörper durchströmt. Der Wabenkörper weist zumindest zwei Scheiben auf, die voneinander beabstandet und bezüglich der Achse hintereinander angeordnet sind, und deren jedes Kanäle hat. Erfindungsgemäß ist zumindest eine nahe der Achse angeordnete Stütze vorgesehen, durch die die Scheiben untereinander verbunden und gegeneinander abgestützt sind. Die Erfindung gestattet es, eine erste Scheibe im Hinblick auf schnelle Aufheizbarkeit durch durchströmendes Abgas oder durchgeleiteten elektrischen Strom auszulegen und/oder die mechanische Festigkeit des Wabenkörpers im wesentlichen durch entsprechende Auslegung der zweiten Scheibe und der Stütze zu gewährleisten. Der erfindungsgemäße Wabenkörper ist besonders geeignet zu Verwendung als Träger für einen Katalysator im Abgassystem einer Brennkraftmaschine, beispielsweise in einem Kraftfahrzeug.The invention relates to a honeycomb body through which a fluid can flow along an axis by the fluid flowing through a plurality of channels in the honeycomb body. The honeycomb body has at least two disks which are spaced apart from one another and arranged one behind the other with respect to the axis, and each of which has channels. According to the invention, at least one support is provided which is arranged close to the axis and by means of which the disks are connected to one another and supported against one another. The invention makes it possible to design a first disk with a view to rapid heating by exhaust gas flowing through it or by electrical current being passed through it and/or to ensure the mechanical strength of the honeycomb body essentially by appropriate design of the second disk and the support. The honeycomb body according to the invention is particularly suitable for use as a carrier for a catalyst in the exhaust system of an internal combustion engine, for example in a motor vehicle.
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Claims (23)
b) die einer ersten Scheibe (4) zukommende mittlere Querschnittsfläche größer ist als die einer zweiten Scheibe (5) zukommende mittlere Querschnittsfläche.a) each disc (4, 5) has an average cross-sectional area corresponding to the mean value of the cross-sectional areas of the channels (3) of the disc (4, 5) lying perpendicular to the axis (2);
b) the average cross-sectional area of a first disc (4) is larger than the average cross-sectional area of a second disc (5).
Priority Applications (8)
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| DE9113928U DE9113928U1 (en) | 1991-11-08 | 1991-11-08 | Honeycomb body with several discs supported against each other |
| EP92903146A EP0569403B1 (en) | 1991-01-31 | 1992-01-29 | Honeycomb body with a plurality of mutually supported discs |
| RU9293053039A RU2083282C1 (en) | 1991-01-31 | 1992-01-29 | Honeycomb member |
| ES92903146T ES2072751T3 (en) | 1991-01-31 | 1992-01-29 | HONEYCOMB BODY WITH SEVERAL DISCS SUPPORTED BETWEEN YES. |
| DE59202462T DE59202462D1 (en) | 1991-01-31 | 1992-01-29 | HONEYCOMB WITH MULTIPLE, SUPPORTED DISCS. |
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| JP4503045A JP2631248B2 (en) | 1991-01-31 | 1992-01-29 | Honeycomb-shaped body with multiple disks connected to each other |
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Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
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Publications (1)
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Family Applications (1)
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
1991
- 1991-11-08 DE DE9113928U patent/DE9113928U1/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP4144965B1 (en) | 2021-09-02 | 2024-06-26 | Purem GmbH | Exhaust heater |
| US12486791B2 (en) | 2021-09-02 | 2025-12-02 | Purem GmbH | Exhaust-gas heater |
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