Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wabenkörper, insbesondere einen Katalysator-Trägerkörper, welcher aus zumindest teilweise strukturierten Blechen aufgebaut ist und viele, für ein Fluid durchlässige Kanäle aufweist.

Aus der EP-A-0 245 736 ist ein Wabenkörper bekannt, bei welchem die einzelnen Blechlagen im Außenbereich evolventenförmig verlaufen, was bei thermischen Wechselbelastungen und sonstigen Beanspruchungen große Vorteile bezüglich der Haltbarkeit mitsichbringt. Aus der EP-A-0 245 737 ist weiter ein Wabenkörper bekannt, welcher aus einem Stapel gegensinnig verschlungener Bleche besteht, eine Bauform, die ebenfalls eine große Haltbarkeit gegenüber thermischen Wechselbelastungen hat. Diese Form läßt sich zwar einfach herstellen, jedoch ist sie in ihrem ^' Aufbau nicht ganz symmetrisch, was bei einzelnen Fertigungsschritteπ und bei der Weiterverarbeitung berücksichtigt werden muß, und eignet sich nicht in allen Fällen für eine flexible und kostengünstige Fertigung von Sonderquerschnitten und unregelmäßigen Querschnittsformen.

Die in der EP-A-0 245 736 beschriebene Form ist zwar in ihrem äußeren Bereich symmetrisch, jedoch ist die Gestaltung des Zentralbereiches und eine entsprechende Fertigung verhältnismäßig aufwendig.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Wabenkörpers, welcher bei regelmäßigen Querschnittsformen weitgehend symmetrisch aufgebaut, aber leicht herzustellen ist, wobei gleichzeitig die hervorragenden Eigenschaften gegenüber thermischer Wechselbelastung und anderen Beanspruchungen erhalten bleiben sollen. Außerdem soll der prinzipielle Aufbau des Wabenkörpers auch die kostengünstige Herstellung von Körpern mit Sonderquerschnitten, insbesondere mit

Z unregelmäßigen Querschnittsformen, ermöglichen.

Diese Aufgabe wird durch einen Wabenkörper gemäß dem Anspruch 1 gelöst. Dieser Wabenkörper mit einer Vielzahl von für ein Fluid durchlässigen Kanälen, der insbesondere als Katalysator- Trägerkörper oder für andere Anwendungen in strömenden Medien geeignet ist, besteht aus einer Vielzahl von zumindest teilweise strukturierten Blechen, die in einem Mantel angeordnet sind. Für die vorliegende Erfindung kommt es nicht darauf an, welche Strukturen die einzelnen Bleche haben, solange nur geeignete Strömungskanäle für ein Fluid entstehen. Im allgemeinen werden für solche Wabenkörper abwechselnd geschichtete glatte und gewellte Bleche verwendet, jedoch läßt sich die Erfindung auch auf anders strukturierte Bleche in gleicher Weise anwenden und erstreckt sich auch auf diese Anwendungsfälle. Insbesondere können beispielsweise auch schräg oder pfeilför ig gewellte Bleche, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt sind, Verwendung finden. Auch quer oder schräg zur Strömungsrichtung liegende Strukturen der Bleche oder Bleche mit Spalten bzw. Löchern können Anwendung finden. Jedenfalls besteht ein erfindungsgemäßer Wabenkörper aus mindestens drei Stapeln von Blechen, von denen mindestens drei um je eine Knicklinie im Zentralbereich des Wabenkörpers gefaltet und in gefaltetem Zustand gleichsinnig umeinander und um den Zentralbereich mit den Knicklinien verschlungen sind. Ein solcher Aufbau vermeidet nahezu alle Nachteile, die sich bei bisher bekannten Wabenkörpern ergaben und vereinigt viele Vorteile. Für regelmäßige Querschnitte, z. B. Kreis oder regelmäßiges Vieleck, läßt sich ein sehr symmetrischer Aufbau verwirklichen und bei geeigneter Wahl der Anzahl der Stapel auch erreichen, daß alle Bleche gleich lang sein können und alle Stapel aus der gleichen Anzahl Bleche bestehen. Dies vereinfacht und verbilligt den Fertigungsablauf und führt außerdem zu kleinen Fertigungstoleranzen, insbesondere in bezug auf eventuelle Verformungen des Mantels. Der neue Aufbau schränkt dabei die Anwendung bekannter, vorteilhafter Maßnahmen

zur Verbesserung der Eigenschaften des Wabenkörpers nicht ein, sondern begünstigt diese teilweise sogar. Sämtliche bekannten Fügetechniken, wie Hartlöten, Schweißen, Sintern oder dergleichen, können auch bei dem vorliegenden Aufbau angewendet werden. Auch formschlüssige Verbindungen der Bleche untereinander und/oder mit dem Mantel sind möglich. Falls sinnvoll, können auch Formen mit einer im Längsschnitt etwa konischen oder rundkonischen Stirnseite verwirklicht werden, indem durch Herausschieben des Zentralbereiches eines solchen Wabenkörpers ein sogenanntes Teleskopieren bewirkt wird. Insgesamt vereinigt die vorliegende Erfindung bezüglich der Variabilität in der Herstellung und bezüglich des Verhaltens bei thermischer Wechselbelastung die Vorteile der in der EP-A-0 245 737 und der EP-A-0 245 738 beschriebenen Ausführuπgsformen in wesentlichen Punkten.

Bei Verwendung von vier oder mehr gefalteten verschlungenen Stapeln können auch sehr komplizierte Querschnitte gut ausgefüllt werden, wie anhand der Zeichnung noch näher erläutert wird.

Der grundsätzliche Aufbau des Wabenkörpers und seine Eigenschaften bleiben auch dann erhalten, wenn ein durch den Zeπtralbereich des Wabenkörpers verlaufender Stapel nicht gefaltet ist, seine Enden jedoch mit den gefalteten Stapeln gemeinsam verschlungen sind. Dieser eine Stapel nimmt dann ungefähr die Form eines S an, in dessen Rundungen die Knicklinien der übrigen Stapel liegen.

Im einfachsten Falle kann ein erfindungsgemäßer Wabenkörper aus abwechselnden Lagen glatter und gewellter Bleche bestehen, wobei diese Bleche untereinander und/oder mit dem Mantel zumindest an einem Teil der Berührungslinien fügetechnisch verbunden sein können, vorzugsweise durch Hartlöten. Eine Befestigung der Enden der Bleche am Mantel reicht für viele Anwendungen aus. Die Wabenkörper können jedoch auch in einen

schmalen Umfangsbereich oder in einzelnen Zonen oder auch insgesamt an einer oder beiden Stirnseiten bis zu einer Tiefe von einigen Millimetern verlötet sein.

Wie anhand der Zeichnung näher erläutert wird, ermöglicht die vorliegende Erfindung auf besonders einfache Weise die Ausfüllung von regelmäßigen Querschnitten mit strukturierten Blechen. Viele regelmäßige Querschnitte, z. B. Sechsecke, lassen sich überraschenderweise durch gleich hohe Stapel gleich langer Bleche ausfüllen, was die Fertigung extrem vereinfacht. Unter der Länge eines Bleches wird im vorliegenden Falle bei strukturierten Blechen, nicht die ursprüngliche Länge, sondern die Länge nach Fertigstellung der Struktur verstanden. Bei der Herstellung regelmäßiger Formen aus Stapeln gleich langer Bleche können diese allerdings nicht immer alle in der Mitte gefaltet werden. Eine seitliche Verschiebung der einzelnen Bleche in jedem Stapel kann notwendig werden, so daß der Stapel vor dem Falten einen etwa parallelogrammförmigen Querschnitt aufweist.

^■ Auch besonders unregelmäßige Querschnittsformen, wie sie anhand der Zeichnung noch erläutert werden, lassen sich mit dem erfindungsgemäßen Aufbau eines Wabenkörpers verwirklichen. Da sowohl die Höhe jedes Stapels wie auch die Länge jedes einzelnen Bleches in jedem Stapel grundsätzlich frei wählbar ist und unterschiedlich lange Bleche auch noch unterschiedlich seitlich versetzt in einem Stapel angeordnet werden können, bietet der erfindungsgemäße Aufbau eine sehr große Variationsbreite zur gleichmäßigen Ausfüllung von unterschiedlichsten Querschnittsformen. Für fast jede gewünschte Querschnittsform kann durch fachmännisches Ausprobieren, ggf. mit Unterstützung eines Rechners, eine geeignete Anordnung von Stapeln mit ihren Knicklinien gefunden werden.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Wabenkörper,

zumindest bei runden Querschnitten besteht darin, daß der Mantel auf dem gesamten Umfang gleichmäßig belastet wird, so daß er keine eigene Stabilität gegen Verformung aufweisen muß. Es ist daher möglich, den Mantel in diesen Fällen aus sehr dünnen Blechen herzustellen, beispielsweise mit einer Dicke von nur 0,1 bis 1,5 mm, vorzugsweise etwa 1 mm oder weniger.

Auch eine als vorteilhaft bekannte Maßnahme, nämlich die Anordnung von einzelnen dickeren Blechlagen zwischen den übrigen Blechen läßt sich problemlos verwirklichen. Dabei kann in an sich bekannter Weise für diese Blechlagen entweder dickeres Blech verwendet werden oder eine mehrschichtige Anordnung gleichstrukturierter dünner Bleche. Dabei können solche dickeren Blechlagen grundsätzlich sowohl im Inneren wie auch an den Ober- bzw. Unterseiten der einzelnen Stapel angeordnet sein. Auch können die Stapel an ihren Außenseiten jeweils aus glatten oder strukturierten Blechen bestehen, je nachdem, welche Konstellation sich bei der Fertigung oder dem entstehenden Körper als günstiger erweist. Bevorzugt wird man sich bemühen, im entstehenden Körper immer abwechselnd glatte und gewellte Blechlagen aufeinander liegen zu lassen, so daß im Außenbereich des Körpers die Grenze zwischen einzelnen Stapeln nicht mehr erkennbar wird. Es schadet jedoch wegen der geringen Dicke der Blechlagen, z. B. 0,03 bis 0,06 mm, nicht, wenn beispielsweise zwei glatte Blechlagen an der Grenze von zwei Stapeln aneinanderliegen. Im Idealfall kann man jedoch die Zugehörigkeit einer Blechlage zu einem Stapel im Außenbereich des Wabenkörpers nicht erkennen und diese daher nur anhand der Knicklinie, um welche diese Blechlage gefaltet ist, feststellen.

Im Anspruch 12 wird ein Verfahren zur Herstellung von solchen Wabenkörpern beschrieben. Danach wird eine Mehrzahl von Stapeln aus jeweils einer Mehrzahl von zumindest teilweise strukturierten Blechen geschichtet, jeder Stapel wird um je eine Knicklinie gefaltet und gleichzeitig oder anschließend mit seiner Faltungskante zu einem Zentralbereich hinbewegt. Die

Enden der gefalteten Stapel werden gleichsinnig umeinander- geschlungen, was z. B. durch Drehen des Zentralbereiches und Zusammenziehen eines die Stapel umgebenden Formkörpers erfolgen kann. Schließlich werden die so verschlungenen Stapel in einen vorgefertigten Mantel geschoben bzw. mit einem Mantel umgeben.

Gemäß den abhängigen Ansprüchen 13 und 14 ist es dabei möglich, Stapel mit unterschiedlicher Höhe und/oder unterschiedlicher Länge der Bleche zu verwenden, wobei zusätzlich die Bleche in einem Stapel auch noch seitlich gegeneinander verschoben sein können.

Vorteilhaft bei dem beschriebenen Herstellungsverfahren ist es, daß zur Erhöhung der Fertigungsgeschwindigkeit drei oder mehr Stapel gleichzeitig von unterschiedlichen Stapelvorrichtungen hergestellt und dann zu einem Zentralbereich hin zusammengeführt werden können. Gegenüber der Herstellung eines Wabenkörpers aus nur einem Stapel kann die Herstellungszeit so verringert werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung und der zugehörige

Entstehungsprozeß sind jeweils im Querschnitt schematisch in der Zeichnung dargestellt, und zwar zeigen

Figur 1 einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen

Wabenkörper,

Figur 2 eine Veranschaulichung des Herstellungsverfahrens,

Figur 3 einen erfindungsgemäßen Wabenkörper mit sechseckigem

Querschnitt,

Figuren 4 und 5 Wabenkörper mit unregelmäßigen Querschnitten,

Figur 6 einen aus vier Stapeln hergestellten runden

Wabenkörper,

Figuren 7 und 8 Wabenkörper mit regelmäßigen Querschnitten, wie sie durch Aufblähen eines Quadrates bzw. Dreiecks entstehen,

Figur 9 einen Wabenkörper mit gleichem Querschnitt wie in Figur

8, jedoch ausgefüllt unter Verwendung eines zusätzlichen, nicht

gefalteten Stapels.

Figur 1 zeigt im Querschnitt einen aus glatten 3 und gewellten 4 Blechen aufgebauten Wabenkörper, der in einem Mantel 1 angeordnet ist. Im Außenbereich des Wabenkörpers verlaufen die einzelnen Blechlagen etwa evolventenförmig, während in seinem Inneren Knicklinien 2a, 2b, 2c, im vorliegenden Ausführungsbeispiel drei, vorhanden sind. Um diese Knicklinien 2a, 2b, 2c sind jeweils ein Drittel der in dem Wabenkörper enthaltenen Blechlagen gefaltet und im Außenbereich dann in diesem gefalteten Zustand umeinander gleichsinnig verschlungen.

Die Entstehung eines erfindungsgemäßen Wabenkörpers ist anhand der Figur 2 schematisch veranschaulicht. Eine Mehrzahl von Blechstapeln 8a, 8b, 8c, von denen hier nur drei dargestellt sind, werden jeweils um eine Knicklinie 2a, 2b bzw. 2c gefaltet. Anschließend, oder vorzugsweise sogar gleichzeitig, werden die entstehenden Faltungskanten 9a, 9b, 9c auf einen gemeinsamen Zentralbereich 5 hinbewegt, wie durch die Pfeile 6 angedeutet ist. In ihrer Endlage, im Zentralbereich 5, stoßen die einzelnen Blechstapel 8a, 8b, 8c aneinander. Wie durch Pfeile 7 angedeutet ist, können nun die Enden der gefalteten Stapel 8a, 8b, 8c gleichsinnig umeinandergeschlungen werden. Dies kann durch Drehen des Zentralbereiches, z. B. mit einer gabelähnlichen Vorrichtung, und Zusammenziehen einer umgebenαen Form und/oder durch Festhalten des Zentralbereiches und Drehen einer sich zusammenziehenden umgebenden Form geschehen. Auch andere Möglichkeiten sind denkbar. Insbesondere können die Knicklinien 2a, 2b, 2c durch gabelähnliche Werkzeuge gebildet werden, die dann auch das Verschlingen der Stapel durch Drehen bewerkstelligen.

Figur 3 veranschaulicht, auf welche Weise ein regelmäßiges Sechseck vorteilhaft mit Blechstapeln ausgefüllt werden kann. Innerhalb des Mantels 31 sind drei Stapel angeordnet, welche um die Knicklinien 32a, 32b, 32c gefaltet sind. Vorteilhafterweise

sollte die Zahl der zur Ausfüllung eines regelmäßigen Vielecks verwendeten Stapel gleich der Zahl der Ecken oder halb so groß sein. Dadurch läßt sich ein Aufbau aus gleich hohen Stapeln mit gleich langen Blechen erreichen. Variiert werden kann prinzipiell noch die Lage der Knicklinien in bezug auf die Ecken, wobei sich als vorteilhaft erwiesen hat, bei geradzahligen Vielecken die Knicklinien auf den Verbindungsebenen von gegenüberliegenden Kanten des Mantels anzuordnen.

Figur 4 zeigt eine unregelmäßige Querschnittsform eines Wabenkörpers, welche an _; die Form eines Schneckenhauses erinnert. Der Mantel 41 kann hierbei besonders günstig ausgefüllt werden, wenn einer der drei Stapel, nämlich der um die Knicklinie 42a gefaltete eine geringere Höhe aufweist als die beiden anderen, um die Knicklinien 42b, 42c gefalteten Stapel. Die drei Knickliπien 42a, 42b, 42c liegen dabei etwa in einer Ebene.

Figur 5 zeigt eine noch unregelmäßigere Querschnittsform des Mantels 51 und eine der Möglichkeiten, diese Form durch vier Stapel auszufüllen. Die Knicklinien 52a, b, c, d sind unregelmäßig im Zentralbereich des Wabenkörpers angeordnet, wobei diese Anordnung durch Berechnung oder systematische Versuche optimiert werden kann. Zu erwähnen ist dabei, daß die in den Zeichnungen übrigbleibenden kleinen Leerräume bei der tatsächlichen Herstellung fast vollständig verschwinden, da die Blechstapel und Blechlagen dazu neigen, solche Leerräume durch Verformung auszufüllen.

Figur 6 zeigt eine sehr symmetrische Anordnung eines runden Mantels 61, der mit vier um die Knicklinien 62a, b, c, d gefalteten Stapel von Blechen ausgefüllt ist.

Die Figur 7 zeigt ein Mantelrohr 71 in Form eines aufgeblähten Quadrates, das sich ebenfalls problemlos durch vier um die

Knicklinien 72a, b, c, d gefaltete Blechstapel ausfüllen läßt.

Figur 8 zeigt einen Mantel 81 mit der Form eines aufgeblähten Dreiecks, welcher durch drei um die Knicklinien 82a, b, c gefalteten Blechstapel ausgefüllt ist. Hier liegen die Knicklinien 82a, b, c jeweils in bezug auf die. Mittellinie des Körpers auf den jeder Kante des Körpers entgegengesetzten Seiten. Diese Anordnung ist generell für regelmäßige ungeradzahlige Vielecke und die daraus durch Aufblähen entstehenden Querschnittsformen geeignet.

Figur 9 zeigt beispielhaft, auf welche Weise ein nicht gefalteter Stapel 98 bei erfinduπgsgemäß aufgebauten Wabenkörpern integriert werden kann. Im vorliegenden Fall hat der Mantel 91 die gleiche Form wie in Figur 8, wird jedoch durch vier um .die Knicklinien 92a, b, c, d gefaltete und einen nicht gefalteten Stapel 98 ausgefüllt. Man erkennt, daß ein nicht gefalteter Stapel 98 in einer solchen Anordnung immer durch zwei gefaltete im Zentralbereich mit ihren Faltungskanten aufeinanderstoßende Stapel ersetzt werden könnte. Man kann jedoch bei Wabenkörpern die eigentlich aus fünf oder mehr Stapeln hergestellt werden sollen immer zwei gefaltete Stapel durch einen doppelt so dicken nicht gefalteten Stapel ersetzen. Dies ändert an den prinzipiellen Vorteilen des Aufbaus nichts, sondern ist lediglich eine Frage der Fertigungstechnik.

Die vorliegende Erfindung eignet sich besonders für thermisch hochbelastete Katalysator-Trägerkörper bei Kraftfahrzeugen, ist jedoch nicht auf dieses Anwendungsgebiet beschränkt, da solche Wabenkörper auch auf anderen Gebieten, beispielsweise der Behandlung von strömenden Fluiden, Anwendung finden.