Die bekannten Katalysator-Trägerkörper sind in der Regel zu zylindrisch geformten Körpern gewickelt, geschlungen oder zu anderweitig geformten Körpern gelegt bzw. gestapelt. Die eigentliche wabenartige Matrixstruktur entsteht dabei dadurch, daß abwechselnd im wesentlichen glatte Blechlagen und gewellte Blechlagen oder Drähte oder Drahtgitter übereinander gewickelt, übereinander geschlungen oder übereinander gestapelt werden. Die beim Übereinanderschlingen bzw. Übereinanderwickeln der Blechlagen entstehenden im wesentlichen zylindrischen Körper weisen eine Vielzahl von Durchström- kanälen auf, an deren innerer Oberfläche eine die katalytische Reaktion realisierende Substanz aufgebracht ist. Die katalytische Reaktion läuft exotherm ab, so daß die in den einzelnen Kanälen freiwerdende Energie an die entsprechenden jeweiligen benachbarten Kanäle abgegeben wird. Damit heizen sich die im Inneren des Matrixkörpers befindlichen Kanäle stärker auf als die unmittelbar am Umfang bzw. an der Abströmseite befindlichen Kanäle, von welchen eine Wärmeabstrahlung an die Umgebung bzw. an das Abgassystem, in welchem der Katalysator-Trägerkörper eingebettet ist, erfolgt.

In der EP 0 121 175 Bl ist ein Katalysator-Trägerkörper beschrieben, welcher aus konisch wendelförmig gewickelten Blechstreifen aufgebaut ist.

Das Verhältnis von der Breite der Blechbänder zur Steigung der Wendel bzw. dem Durchmesser der Matrix des Katalysator-Trägerkörpers ist dabei

so gewählt, daß kein Querschnitt durch die Wicklung alle Lagen von Blech- bändern schneidet. Das bedeutet, daß die axiale Ausdehnung des so erzeug- ten hohlkegelartigen Trägerkörpers größer als die zweifache Breite der Blechbänder ist. Diese so ausgebildete Matrix wird im Katalysator so eingebaut, daß die Anströmung über die außenliegende Spitze des kegelför- migen Matrixkörpers erfolgt. Der so ausgebildete Matrixkörper weist eine hohe Flexibilität hinsichtlich der Dehnungsfreiheit auf. Nachteilig ist, daß die infolge der in dem Matrixkörper ablaufenden exothermen Reaktion freiwerdende Energie lange in den einzelnen Schichten des Katalysator- Trägerkörpers verbleibt, da jeder Abschnitt einer Lage auf der strömungs- abgewandten Seite die Energie im wesentlichen vollständig an eine jeweilige benachbarte Lage abgibt. Örtlich erfährt daher der Matrixkörper relativ hohe Temperaturen, was letztlich zu zumindest lokalen Überhitzungen des Trägerkörpers führen kann.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Katalysator-Träger- körper und ein Verfahren zu dessen Herstellung zu schaffen, welcher ein verbessertes Wärmeabstrahlungsverhalten von den einzelnen Lagen der Matrix aufweist.

Diese Aufgabe wird durch einen Katalysator-Trägerkörper mit den Merkma- len gemäß Anspruch 1 bzw. durch ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Katalysator-Trägerkörpers mit den Merkmalen gemäß Anspruch 11 bzw. 12 gelöst.

Zweckmäßige Weiterbildungen sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen definiert.

Gemäß der Erfindung besteht der Katalysator-Trägerkörper, welcher für ein Abgassystem einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Fahrzeu-

ges, vorgesehen ist, aus einer Matrix, welche aus Lagen eines zumindest teilweise strukturierten dünnen Materials besteht. Diese Lagen sind dabei zu einem Paket gewickelt, geschlungen oder gestapelt, so daß im Inneren der Matrix eine Vielzahl von von Abgas umströmbare Katalysatorflächen vorhan- den ist. Die Matrix, welche vorzugsweise in einem Mantel angeordnet ist, weist in Durchströmrichtung eine Zuströmfläche und eine Abströmfläche auf.

Erfindungsgemäß besitzt die Matrix zumindest im inneren Bereich ihrer Abströmfläche eine vorspringende Form, welche dadurch gebildet ist, daß die Endbereiche einzelner Katalysatorflächen zueinander versetzt angeordnet sind. Dadurch weist die Matrix zumindest in ihrem inneren Bereich freilie- gende, durch andere Katalysatorflächen nach außen zum Umfang des Kataly- sator-Trägerkörpers hin nicht abgedeckte abströmseitige Vorderbereiche der Katalysatorflächen auf. Erfindungsgemäß weisen diese freiliegenden Vor- derbereiche der Katalysatorflächen in Richtung auf den Umfang des Kataly- sator-Trägerkörpers, d. h. sie sind nach auBen gerichtet. Unter"nach außen gerichtet"wird in diesem Zusammenhang eine Richtung von einer gedachten, in Durchströmrichtung verlaufenden Achse des Katalysator-Trägerkörpers in Richtung auf den AuBenumfang bzw., falls vorhanden, den Mantel ver- standen. Für eine verbesserte Wärmeabstrahlung sind möglichst große Vorderbereiche zumindest im inneren Bereich der Abströmfläche vorteilhaft.

Ein wesentlicher Vorteil einer so aufgebauten Matrix besteht darin, daß über die nach außen weisenden freiliegenden Vorderbereiche der Katalysatorflächen die infolge der exothermen Reaktion im Inneren des Katalysator-Trägerkör- pers freiwerdende Energie direkt an die Umgebung, d. h. an Bereiche des Abgassystems abgegeben wird, welche nicht Bestandteil des Katalysator- Trägerkörpers sind. Es wird somit vermieden, daß die infolge der exo- thermen Reaktion von den Katalysatorflächen aufgenommene Energie voll- ständig an benachbarte Katalysatorflächen abgegeben wird. Der Anteil an nicht an benachbarte Katalysatorflächen abgegebener Energie, d. h. an Ener-

gie, welche direkt an die Umgebung abgestrahlt wird, ist umso höher, je stärker die Vorderbereiche der Katalysatorflächen benachbarter Lagen zuein- ander versetzt sind, d. h. je gröBer die freiliegenden Vorderbereiche der Katalysatorflächen sind.

Vorzugsweise ist die Matrix wabenartig aus zumindest teilweise strukturierten dünnen Blechlagen gewickelt, geschlungen oder gestapelt, so daB eine Vielzahl von von Abgas durchströmbare Kanäle gebildet sind, deren Kanal- wände die Katalysatorflächen sind.

GemäB einem Ausführungsbeispiel besitzt die vorspringende Form der Abströmfläche eine im wesentlichen vom Umfang der Matrix in Richtung auf die Achse, d. h. nach innen verlaufende, zumindest abschnittsweise konkave Krümmung, so daB im Bereich der Achse des Katalysator-Träger- körpers ein fingerartiger Vorsprung im zentralen Bereich ausgebildet ist.

Der Vorteil einer derartig ausgebildeten vorspringenden Form besteht darin, daß die Vorderbereiche der Kanalwände umso stärker gegeneinander versetzt sind, je dichter sie zu der Achse des Katalysator-Trägerkörpers angeordnet sind. Letztere sind nämlich der stärksten Energieaufnahme infolge der im Katalysator-Trägerkörper ablaufenden katalytischen Reaktion ausgesetzt und gewährleisten demzufolge bei gröBeren Vorderbereichen eine bessere Wärme- abstrahlung.

GemäB einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die vorspringende Form durch eine im wesentlichen vom Umfang der Matrix nach innen in Richtung auf die Achse des Katalysator-Trägerkörpers verlaufende, zumindest abschnitts- weise konvexe Krümmung gebildet. Durch diese konvexe Krümmung entsteht, wenn diese im wesentlichen kontinuierlich vorgesehen ist, eine domartige Ausstülpung der Abströmfläche des Katalysator-Trägerkörpers.

Vorzugsweise ist die vorspringende Form als Teil eines Paraboloids, einer Halbkugel oder eines Ellipsoids ausgebildet.

Es ist jedoch gemma3 einem weiteren Ausführungsbeispiel auch möglich, daB die vorspringende Form der Abströmfläche durch konvexe und konkave Krümmungsabschnitte gebildet ist. Die vom Umfang des Katalysator-Träger- körpers zum Inneren in Richtung auf die Achse sich ändernde Krümmung der Abströmfläche ist vorzugsweise so ausgebildet, daB an Stellen des Katalysator-Trägerkörpers, an welchen infolge der exothermen Reaktion lokale Temperaturspitzen auftreten, eine erhöhte Wärmeabgabe möglich ist, indem in diesen Bereichen mit lokalen Temperaturspitzen die Vorderbereiche der Kanalwände stärker als in anderen Bereichen zueinander versetzt sind.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die vorspringende Form der Abströmfläche zumindest abschnittsweise kegelig oder kegelstumpfförmig ausgebildet. Es ist jedoch auch möglich, daB die Abströmfläche aus mehre- ren unterschiedlichen kegeligen und/oder kegelstumpfförmigen Abschnitten zusammengesetzt ist.

GemäB noch einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die wabenartige Matrix des Katalysator-Trägerkörpers teleskopiert, so daB die Zuströmfläche im wesentlichen formkongruent zu der vorspringenden Form der Abströmfläche ausgebildet ist. Das bedeutet, daB auf der Zuströmseite freiliegende, durch andere Kanalwände zum Umfang des Katalysator-Trägerkörpers hin nicht abgedeckte Vorderbereiche der Kanalwände vorhanden sind, welche in Richtung auf das Innere des Katalysator-Trägerkörpers, d. h. in Richtung auf die Achse weisen.

Vorzugsweise weisen die freiliegenden Vorderbereiche der Kanalwände zumindest in einem Teilbereich der Abströmfläche, und zwar je nach Stärke

der Teleskopierung, eine GröBe bzw. Länge von 55% bis 90% der Länge der Kanäle auf. Das bedeutet, daB einerseits mehr als die Hälfte der Länge der Kanäle mit freiliegenden Seitenwänden versehen sind, und daß demzufol- ge ausreichend grole, nach auben in Richtung auf den Umfang des Kataly- sator-Trägerkörpers gerichtete Wärmeabgabeflächen der Matrix vorhanden sind. Die Teleskopierung insbesondere des inneren Bereiches der Matrix ist also möglichst grogs gewählt. Die Größe, um welche die benachbart zuein- ander liegenden Kanalwände überlappt sind, wird dabei so gewählt, daB die Matrix selbst eine ausreichende Festigkeit und entsprechend geforderte Dehnbarkeit gegenüber thermischer Belastung aufweist.

Vorzugsweise beträgt der Innenbereich der Abströmfläche 5 % bis 35 %.

Unter"innerer Bereich"ist dabei der Bereich der Matrix zu verstehen, welcher im Bereich der Durchströmachse der Matrix angeordnet ist. Ins- besondere der im Bereich der Durchströmachse des Katalysator-Trägerkörpers angeordnete teleskopierte Bereich der einzelnen Kanäle ist den höchsten thermischen Belastungen ausgesetzt und erfordert daher gemma3 diesem bevor- zugten Ausführungsbeispiel die größte Wärmeabstrahlungsfläche, d. h. die größten Vorderbereiche der Kanalwände, welche freiliegen.

Vorzugsweise sind die einzelnen Lagen, aus welchen die wabenartige Matrix des Katalysator-Trägerkörpers aufgebaut ist, nicht untereinander verbunden.

Dadurch kann eine den Einbauverhältnissen eines derartigen erfindungsgema- ßen Katalysators entsprechende Teleskopierung vorgenommen werden. Diese Katalysatoren werden auch als sogenannte Billig-Katalysatoren oder B-Kataly- satoren bezeichnet.

GemäB einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen eines oben beschriebenen Katalysator-Trägerkörpers beansprucht, bei welchem eine wabenartige Matrix mit einer Vielzahl von von Abgas

durchströmbaren Kanälen aus zumindest teilweise strukturierten Lagen dünnen Materials, welche die Kanalwände bilden, in ein Paket mit einer eine vorspringende Form aufweisenden Abströmfläche so gewickelt, geschlungen oder gestapelt wird, daß zumindest in ihrem inneren Bereich, durch andere Kanalwände nach außen zum Umfang des Katalysator-Trägerkörpers hin, freiliegende nicht abgedeckte Vorderbereiche der Kanalwände gebildet wer- den, wodurch die Wärmeabstrahlung nach außen in Richtung auf den Um- fang des Katalysator-Trägerkörpers erhöht wird. Ein solcher erfindungs- gemäßer Katalysator-Trägerkörper kann beispielsweise dadurch erzeugt wer- den, daß die einzelnen Lagen eine variierende Breite aufweisen, so daß beispielsweise beim Aufwickeln eine wabenartige Matrix erzeugt wird, welche beispielsweise eine im wesentlichen ebene Zuströmfläche aufweist, bei welcher jedoch auf der Abströmseite die Vorderbereiche der einzelnen Kanalwände so zueinander versetzt sind, daß die Vorderbereiche der im inneren, d. h. zentralen Bereich der wabenartigen Matrix angeordneten Kanäle am weitesten aus einer gedachten Austrittsebene hervorstehen.

Gemäß noch einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen eines Katalysator-Trägerkörpers geschaffen, bei welchem eine wabenartige Matrix mit einer Vielzahl von für Abgas durchströmbaren Kanälen aus zumindest teilweise strukturierten Lagen dünnen Materials, welche die Kanalwände bilden, in ein Paket mit im wesentlichen parallelen Zuström-und Abströmflächen gewickelt, geschlungen oder gestapelt wird, wobei die Matrix anschließend teleskopiert wird, so daß eine Abströmfläche mit einer vorspringenden Form entsteht, bei welcher zumindest in ihrem inneren Bereich freiliegende, durch andere Kanalwände nach außen zum Umfang des Katalysator-Trägerkörpers hin nicht abgedeckte Vorderbereiche der Kanalwände gebildet werden, wodurch die Wärmeabstrahlung nach außen in Richtung auf den Umfang des Katalysator-Trägerkörpers erhöht wird.

Unter"Teleskopieren"wird in diesem Zusammenhang verstanden, daß die

einzelnen Lagen, aus welchen die wabenartige Matrix aufgebaut ist, in Richtung der Durchströmrichtung so gegeneinander verschoben werden, daß die im Mittelbereich der Matrix angeordneten Kanalwände vorzugsweise stärker aus einer gedachten Austrittsebene der Matrix herausgeschoben werden als entsprechende, näher am Umfang des Matrixkörpers angeordnete Kanalwände.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel werden die Lagen an ihren Berührungs- punkten oder Berührungsflächen entweder nach dem Wickeln oder nach dem Teleskopieren verlötet. Insbesondere bei B-Katalysatoren kann der Schritt des Verlötens jedoch auch entfallen.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung werden nun anhand von Ausfuhrungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen detailliert erläutert, wobei : Fig. 1 eine Seitenansicht eines zylindrisch ausgebildeten Katalysator-Tråger- körpers gemäß dem Stand der Technik zeigt ; Fig. 2 einen Schnitt senkrecht zur Durchströmrichtung durch den Katalysa- tor-Trägerkörper gemäß Fig. 1 zeigt ; und Fig. 3 die Ausfuhrungsbeispiele a, b, c, d, e der Ausbildung der vor- springenden Form an der Abströmfläche der Matrix eines erfin- dungsgemäßen Katalysator-Trägerkörpers zeigt.

In Fig. 1 ist eine Seitenansicht eines Katalysator-Trägerkörpers in einer allgemein bekannten, im wesentlichen zylindrischen Form dargestellt. Der Katalysator-Trägerkörper weist eine wabenartige Matrix 1 mit einer Zuström- fläche 3, in welche ein katalytisch abzureinigender, durch den Doppelpfeil dargestellter Abgasstrom eintritt, eine Abströmfläche 4 und einen Umfang 2

auf. Am Umfang 2 ist ein Mantel vorgesehen, welcher die eigentliche wabenartige Matrix 1 umschließt.

In Fig. 2 ist ein Querschnitt durch die durch A-A angedeutete Schnittebene durch den Katalysator-Trägerkörper dargestellt. Der Mantel 2 umschließt die wabenartige Matrix, welche durch abwechselndes Aufwickeln von im wesent- lichen glatten Blechlagen 6 und gewellten Blechlagen 7 die eigentliche Wabenstruktur schaffen, wobei die Zwischenräume in den gewellten Lagen 7 durchströmbare Kanäle 5 darstellen. Dadurch ist eine Vielzahl derartiger durchströmbarer Kanäle 5 in der wabenartigen Matrix 1 ausgebildet.

In Fig. 3 sind verschiedene Ausführungsbeispiele der Gestaltung der vor- springenden Form der Abstromfläche 4 der Matrix 1 des Katalysator-Träger- körpers dargestellt. Der in Fig. 3 links von Ausführungsbeispiel a darge- stellte Doppelpfeil stellt die Durchströmrichtung dar. Die vorspringende Form gemäB Ausfuhrungsbeispiel a weist eine vom Umfang der Matrix 1 nach innen in Richtung auf die Längsachse des Katalysator-Trägerkörpers verlaufende kontinuierliche konkave Krümmung auf. Die kontinuierliche konkave Krümmung bildet im Bereich der Längsachse des Katalysator-Trä- gerkörpers einen fingerartigen Vorsprung. Im zentralen Bereich um die Längsachse des Katalysator-Trägerkörpers sind die einzelnen Kanalwände 9 an der Abströmseite starker gegeneinander versetzt als am Randbereich, d. h. im Bereich des Umfanges 2 der Matrix 1. Die Krümmung der Abström- fläche 4 stellt somit ein MaB dar, welches den Versatz benachbart zuein- ander angeordneter Kanalwände 9 der Matrix 1 repräsentiert. Je stärker dieser Versatz ist, umso gröBer sind die nach auBen in Richtung auf den Umfang des Katalysator-Trägerkörpers weisenden freiliegenden Vorderbereiche 8 der Kanalwände 9.

Bei dem Ausführungsbeispiel b gemäß Fig. 3 ist die äußere Kontur der vorspringenden Form der Abströmfläche 4 der Matrix 1 des Katalysator-Trä- gerkörpers durch eine kontinuierlich konvexe Krümmung ausgebildet.

Dadurch wird eine domartig ausgebildete Abströmfläche 4 erzeugt, bei welcher die nach auBen weisenden Vorderbereiche 8 der Kanalwände 9 umso gröBer sind, je näher die jeweiligen Kanäle 5 zu dem Umfang der Matrix 1 angeordnet sind.

Die Ausführungsbeispiele c, d, e gemäß Fig. 3 zeigen vorspringende For- men der Abströmfläche 4 der Matrix 1, welche kegelig (Ausführungsbeispiel c), kegelstumpfförmig (Ausfuhrungsbeispiel d) bzw. aus einem Kegelstumpf- abschnitt und einem kegeligen Stück (Ausführungsbeispiel e) zusammengesetzt ausgebildet ist. Bei jedem der Ausführungsbeispiele c, d, e sind wesentli- che Teile der Abströmfläche 4 zu einer vorspringenden Form ausgebildet, bei welcher nach auben weisende freiliegende Vorderbereiche 8 der Kanal- wände 9 ausgebildet sind.

Die in Fig. 3 ebenfalls dargestellte Teilvergrößerung des Spitzenbereiches der Kegelform der Abströmfläche 4 des Ausführungsbeispiels c verdeutlicht, daB die einzelnen Blechlagen so gewickelt sind bzw. so gegeneinander verschoben sind, daB jeweils eine aus im wesentlichen gerader Blechlage 6 und gewellter Blechlage 7 gebildete komplette Lage, durch welche die Kanäle 5 mit den jeweiligen Kanalwänden 9 gebildet sind, nach außen weisende, d. h. in Richtung auf den Umfang der Matrix 1 weisende, freilie- gende Vorderbereiche 8 aufweisen. Diese freiliegenden Vorderbereiche ermöglichen eine verbesserte Wärmeabstrahlung aus der Matrix 1 heraus, ohne daB die Wärmeabgabe von den einzelnen Kanalwänden 9 an direkt benachbarte Kanalwände 9 erfolgt.

Die Ausführungsbeispiele a, b, c, d, e gemäß Fig. 3 stellen lediglich Beispiele dar. Die vorspringende Form kann auch aus mehreren kegeligen und/oder kegelstumpfartigen Abschnitten zusammengesetzt sein. Es ist auch möglich, daB die vorspringende Form aus kegeligen, kegelstumpfförmigen und gekrümmten Formen zusammengesetzt ist. Vorzugsweise sind die einzelnen Lagen, aus denen die wabenartige Matrix 1 aufgebaut ist, nicht miteinander verlötet. Dadurch kann der im wesentlichen zu einer zylin- drischen Form gewickelte Katalysator-Trägerkörper in eine gewünschte Form der Abströmfläche 4 teleskopiert werden.

Es ist jedoch auch möglich, daB die zu der Matrix 1 zu wickelnden Blech- lagen 6,7 eine variierende Breite aufweisen, so daB entsprechend der Variation der Breite der Blechlagen 6,7 die gewünschte vorspringende Form der Abströmfläche 4 erzeugt wird. Je nach Anwendungsfall sind die Berüh- rungspunkte bzw. Berührungsflächen der einzelnen Lagen miteinander ver- lötet.

Bezugszeichenliste 1Gehäuse 2 erstes Gehäuseteil 3 zweites Gehäuseteil 4 Katalysatorträgerkörper 5 Verbindungselement 6 Bohrung 7 Trennwand 8 Kanal 9 Dichtfläche 10 Bohrung 11 Dichtfliiche 12 Achse 13DurchgangsöShung 14 Kanal 15 Innenrand 16 Motorblock <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> 17 AuslaBkanal<BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> 18 Dichtfläche<BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> 19 Gewindebolzen 20 Krümmer 21 Kanal 22 Flansch 23 Bohrung 24 Mutter 25 Bauteil 26 Verbindungselement