Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Nachbehandlung von Abgasen, insbesondere von Abgasen eines Verbrennungsmotors, wobei die Vorrichtung innerhalb einer von dem Abgas durchströmbaren Abgasstrecke angeordnet bzw. anordenbar ist und entlang einer durch eine Mehrzahl von in der Matrix ausgebildeten Strömungskanälen definierten Hauptströmungsrichtung von einer Gaseintrittsseite hin zu einer Gasaustrittsseite durchströmbar ist. Die Matrix ist aus meiner Mehrzahl von zu einem Lagenstapel aufeinandergestapelten und um zumindest einen Drehpunkt aufgewickelten Metallfolien gebildet, wobei die Matrix eine entlang der Hauptdurchströmungsrichtung verlaufende axialen Erstreckung aufweist und eine quer zur axialen Erstreckung verlaufende radiale Erstreckung aufweist.

Zum Zwecke der Abgasnachbehandlung der Abgase einer Verbrennungskraftmaschine und insbesondere zur Konvertierung der im Abgas enthaltenen Schadstoffe können in der Abgasstrecke unterschiedliche Katalysatoren verbaut werden bzw. sein. Die Katalysatoren weisen regelmäßig einen entlang einer Vielzahl von Strömungskanälen durchströmbaren Wabenkörper auf, welcher eine katalytisch aktive Oberfläche aufweist, an der die chemische Reaktion der Schadstoffe zu unkritischen Produkten stattfindet.

Bekannt sind metallische Wabenkörper, welche aus einer Mehrzahl von zu einem Lagenstapel aufeinandergestapelten und auf eine definierte Länge abgelängte Metallfolien gebildet sind. Die aufeinander gestapelten Metallfolien werden hierbei zumindest um einen Drehpunkt zumindest teilweise (auf-)gewickelt bzw. gewunden, wodurch der Wabenkörper ausgebildet wird. Für den Wabenkörper kommen sowohl glatte bzw. unstrukturierte Metallfolien zum Einsatz als auch zumindest abschnittsweise bzw. durchgehend strukturierte Metallfolien, welche bevorzugt abwechselnd aufeinander gestapelt sind. Zwischen den Metallfolien bilden sich die sogenannten Zellen aus, welche entlang einer Hauptdurchströmungsrichtung von einer Gaseintrittsseite zu einer Gasaustrittsseite durchströmbaren Strömungskanäle des Wabenkörpers ausbilden. Der so erzeugte Wabenkörper, welcher auch als Trägermatrix bekannt ist, kann anschließend in ein als Trägerrohr bekanntes Gehäuse eingedrückt und mit diesem verlötet werden. Sowohl die (vollständig) glatten Metallfolien als auch die zumindest abschnittsweise strukturierten Metallfolien erstrecken sich bei bekannten Konfigurationen durchgehend über die komplette axiale Erstreckung des Wabenkörpers. Es ist ebenfalls möglich, eine Trägermatrix vollständig aus strukturierten Metallfolien zu erzeugen, dabei sind die Strukturen beispielsweise gegeneinander in einem Winkel angestellt, so dass die Metallfolien nicht ineinander verhaken.

Nachteilig an den bisher im Stand der Technik bekannten Ausführungen ist insbesondere, dass die bekannten Wabenkörper einteilig entlang ihrer axialen Erstreckung ausgeführt sind und diese somit nur eine begrenzte Flexibilität aufweisen.

Es wurde zudem herausgefunden, dass bei schnellem Aufheizen beziehungsweise schnellem Abkühlen, bedingt durch die Wärmekapazität der Metallfolien und des Trägerrohrs, sowohl radial als auch axial Temperaturunterschiede in dem Wabenkörper entstehen. Aus diesen Temperaturgradienten resultiert eine Torsionsbelastung des Wabenkörpers zwischen den in axialer Richtung kalten und warmen Bereichen, welche in Form von tangentialen Schubkräften über die Metallfolien übertragen werden.

Insbesondere entsteht entlang der axialen Erstreckung der Matrix bei hohen Temperaturbelastungen ein Temperaturgefälle von einer sehr heißen Gaseintrittsseite zu einer relativ gesehen eher kalten Gasaustrittsseite. Diese Temperaturdifferenz erzeugt ein Torsionsmoment innerhalb der Matrix, wobei sich der heiße Gaseintritt gegenüber dem relativ dazu eher kalten Gasaustritt verdreht. Diese Torsion kann bei Überschreiten der elastischen Verformung zu einer irreversiblen Beschädigung der Matrix führen und im schlimmsten Fall zu einem Ausfall des Bauteils. Daher ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die mit Bezug auf den Stand der Technik geschilderten Probleme zumindest teilweise zu lösen und insbesondere eine Vorrichtung mit einem Wabenkörper zu schaffen, welche ein Design aufweist, bei der insbesondere die temperaturinduzierte Torsion der Matrix reduziert oder sogar vermindert und/oder strukturellen Beschädigungen der Matrix entgegenwirkt.

Die Aufgabe hinsichtlich der Vorrichtung wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Die in den Ansprüchen einzeln angeführten Merkmale können miteinander und/oder mit Sachverhalten der Beschreibung beliebig kombiniert werden. Die Beschreibung, insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren, erläutert die Erfindung und gibt zusätzliche Ausführungsvarianten an.

Hierzu trägt eine Vorrichtung zur Nachbehandlung von Abgasen bei, insbesondere von Abgasen eines Verbrennungsmotors, wobei die Vorrichtung innerhalb einer von dem Abgas durchströmbaren Abgasstrecke angeordnet bzw. anordenbar und entlang einer durch eine Mehrzahl von in der Matrix ausgebildeten Strömungskanälen definierten Hauptströmungsrichtung von einer Gaseintrittsseite hin zu einer Gasaustrittsseite durchströmbar ist. Die Matrix ist aus meiner Mehrzahl von zu einem Lagenstapel aufeinandergestapelten und um zumindest einen Drehpunkt (auf-)gewickelten bzw. gewundenen Metallfolien gebildet ist, wobei die Matrix eine entlang der Hauptdurchströmungsrichtung verlaufende axialen Erstreckung aufweist und eine quer zur axialen Erstreckung verlaufende radiale Erstreckung aufweist. Alle Metallfolien weisen dabei eine Mehrzahl von Schlitzen auf, wobei die Schlitze der einzelnen Metallfolien im (auf-)gewickelten Zustand deckungsgleich zueinander liegen und in Umfangsrichtung der Matrix verlaufen.

Das Anordnen der Schlitze in allen Metallfolien ist besonders vorteilhaft, weil somit vermieden wird, dass die Folien aufgrund unterschiedlicher Anzahl von Schlitzen und/oder einer verdrehten Lage zueinander unterschiedlich starke Krafteinwirkungen, insbesondere Torsionsmomente, erfahren und es so zu einem kritischen Spannungszustand in der Matrix kommt.

Die Anzahl und die Anordnung der Schlitze in jeder der Metallfolien ist daher gleich, um über die einzelnen Metallfolien einen gleichmäßigen Spannungszustand infolge der thermischen Belastungen zu erzeugen. Die Schlitze dienen in erster Linie einer mechanischen Entlastung der Metallfolien und sollen das Entstehen von hohen Torsionsmomenten verhindern beziehungsweise die Auswirkungen der Torsionsmomenten auf die Matrix reduzieren. Die Schlitze verfolgen nicht das (primäre) Ziel, ein Überströmen des Abgases zwischen unterschiedlichen (parallel zueinander bzw. benachbart angeordneten) Strömungskanälen zu befördern. Daher sind die Schlitze auch um ein Vielfaches länger, gemessen in Umfangsrichtung der Matrix, als sie breit sind, gemessen in axialer Richtung / Erstreckung der Matrix.

Die Matrix kann mehrere Lagenstapel umfassen. Der mindestens eine Lagenstapel kann um mindestens einen Drehpunkt gewickelt und/oder gewunden sind,

„Deckungsgleich“ bedeutet in diesem Zusammenhang insbesondere, dass sich die Schlitze bzw. eine gleiche Anzahl von Schlitzen der Metallfolien im (auf-)gewickelten Zustand der Metallfolien in einer axialen Querschnittsebene befinden. „Deckungsgleich“ bedeutet in diesem Zusammenhang insbesondere auch, dass sich die Schlitze bzw. eine gleiche Anzahl von Schlitzen der Metallfolien im (auf-)gewickelten Zustand der Metallfolien in radialer Erstreckung überlagern. Die sich überdeckenden Schlitze können zusammen einen oder mehrere Schlitzspalte in der Matrix ausbilden.

Der (auf-)gewickelte Zustand liegt insbesondere dann vor, wenn die Metallfolien bzw. Matrix in dem Gehäuse bzw. Trägerrohr befestigt angebracht sind.

Die Umfangsrichtung ist insbesondere gekennzeichnet durch den Verlauf der Metallfolien im (auf-)gewickelten Zustand, senkrecht zur axialen Erstreckung der Matrix. Bevorzugt sind die Schlitze mindestens um das 20-fache länger als sie breit sind. Besonders bevorzugt sind die Schlitze sogar um das 50-fache länger als sie breit sind. Die Schlitze können jedoch in einer vorteilhaften Ausgestaltung auch um das 500-fache oder mehr länger sein, als sie breit sind.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Metallfolien in Umfangsrichtung ein Schlitzmuster von jeweils genau zwei Schlitze aufweisen, wobei in axialer Richtung / Erstreckung eine Mehrzahl von zueinander beabstandeten Schlitzmustern angeordnet ist.

Das Schlitzmuster bezeichnet insbesondere die Anzahl und die Lage der Schlitze zueinander, insbesondere bei einer Metallfolie. Ein Schlitzmuster in Umfangsrichtung beschreibt demnach, wie viele Schlitze in einer vorbestimmten axialen Ebene in Umfangsrichtung beabstandet zueinander ausgebildet sind. Mehrere solcher Schlitzmuster in Umfangsrichtung können bei einer Metallfolie axial beabstandet vorgesehen sein. Die Gesamtheit der Schlitzmuster in Umfangsrichtung einer Metallfolie kann als Gesamtschlitzmuster der Metallfolie bezeichnet werden.

Eine Anzahl von jeweils zwei Schlitzen in Umfangsrichtung ist vorteilhaft, weil die Flexibilität der Matrix gezielt erhöht wird, wodurch störende Krafteinwirkungen innerhalb der elastischen Verformung kompensiert werden können. Gleichzeitig wird die Dauerhaltbarkeit und Stabilität der Matrix, die für den Einsatz in einer Abgasstrecke benötigt wird, nicht zu stark vermindert.

Auch ist es vorteilhaft, wenn die genau zwei Schlitze des Schlitzmusters durch einen Mittelsteg voneinander getrennt sind und durch jeweils einen Randsteg vom jeweiligen Rand der Metallfolie getrennt sind. Mittelsteg und Randsteg sind dabei mit Material der Metallfolie gebildet. Durch das Anordnen jeweils eines Randsteges am Lagenauslauf bzw. Ende der Metallfolie in Umfangsrichtung, also vor und nach den Schlitzungen in Umfangsrichtung, wird sichergestellt, dass die einzelnen Metallfolien eine ausreichende Stabilität aufweisen, um einerseits im Montageprozess nicht zu zerreißen und andererseits auch im Einsatz keine strukturellen Schäden zu erleiden.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Metallfolien, insbesondere abhängig von ihrer Position im Lagenstapel, Schlitze unterschiedlicher Länge in Umfangsrichtung aufweisen. Die Schlitzlängen sind so gewählt, dass im (auf-)gewickelten Zustand der Matrix die Schlitze der einzelnen Metallfolien deckungsgleich zueinander liegen.

Durch das Aufwickeln bzw. Winden der Metallfolien zur Ausbildung der Matrix entstehen Bereiche unterschiedlicher Biegeradien in den Metallfolien, wobei hier der (übergeordnete) Verlauf der Metallfolien und nicht die (inhärente) Strukturierung der Metallfolie gemeint ist. Ein eher in der Mitte der Matrix befindlicher Bereich weist einen geringeren Biegeradius auf als ein am radialen Rand befindlicher Bereich der Matrix. Weisen die Metallfolien alle exakt identisch lange Schlitze auf, wird es durch das Aufwickeln mitunter zu Versätzen zwischen den Schlitzen der einzelnen Metallfolien kommen, weil ein Schlitz im Bereich eines größeren Biegeradius eine kürzere Kreisbogenlänge aufweist als im Bereich eines kleineren Biegeradius.

Durch eine Anpassung der Schlitzlängen in Umfangsrichtung kann diesem Phänomen entgegengewirkt werden und erreicht werden, dass die Schlitze im aufgewickelten Zustand exakt deckungsgleich angeordnet sind.

Mit anderen Worten bedeutet das, dass die Schlitzlängen abhängig von einem Biegeradius der Metallfolie im Bereich des Schlitzes im gewickelten Zustand gewählt ist.

Die Metallfolien können entlang der Umfangsrichtung der aufgewickelten Matrix unterschiedlich lang ausgebildet sind. Dies ist vorteilhaft, dass es insbesondere in den Endbereichen, welche den Folienauslauf bilden, zu einem leicht versetzten Auslaufen der einzelnen Metallfolien kommt, um eine passgenauere Formgebung für die Matrix zu erzeugen. Insbesondere bei einem typischerweise kreisrunden Querschnitt wird so eine genauere Formgebung erreicht. Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn der Mittelsteg und/oder die Randstege eine Länge von 0,5 mm bis 50,0 mm [Millimeter] aufweisen, bevorzugt eine Länge von 1 ,0 mm bis 10,0 mm, besonders bevorzugt eine Länge von 1 ,5 mm bis 5,0 mm. Der Mittelsteg und die Randstege sind bevorzugt sehr kurz (insbesondere um ein Vielfaches kürzer) im Vergleich zur Erstreckung der Metallfolien in Umfangsrichtung und auch im Vergleich zur Länge der Schlitze in Umfangsrichtung. Die Stege dienen insbesondere der Erzeugung einer ausreichend hohen integralen Stabilität, um die Montage und den sicheren Betrieb der Matrix zu gewährleisten.

Die Schlitze können eine Breite von 0,1 mm bis 10,0 mm [Millimeter] aufweisen, bevorzugt eine Breite von 0,1 mm bis 2,0 mm, besonders bevorzugt eine Breite von 0,1 mm bis 0,5 mm. Bevorzugt sind die Schlitze sehr schmal bzw. mit einer hier angegebenen besonders geringen Breite ausgeführt. Dies dient insbesondere dazu, ein Überströmen des Abgases durch diese Schlitze zu vermeiden, zumindest aber das Überströmen so gering wie möglich zu halten. Die Schlitze haben keine (signifikante bzw. wesentliche) strömungsleitende Wirkung, sondern dienen (praktisch) einzig der Erzeugung eines ausreichend flexiblen Aufbaus der Matrix.

Die Schlitze können in einer extremen Ausgestaltung auch eine Breite von nahezu 0,0 mm aufweisen (so genannter Nullspalt). In diesem Fall liegen die den Schlitz begrenzenden Kanten direkt aneinander an. Je nach Spannungszustand in der Matrix können die den Schlitz begrenzenden Kanten vollständig oder nur abschnittsweise aneinander anliegen. In einer solchen Ausgestaltung wird das Grundmaterial beim Schneiden der Schlitze (nur bzw. so) getrennt, ohne dass dabei Material entfernt wird.

Die Schlitze können die Metallfolien in mehrere axiale Segmente unterteilen, wobei ein axiales Segment eine Länge von 1 ,0 mm bis 50,0 mm [Millimeter] aufweist, bevorzugt von 5,0 mm bis 30,0 mm, besonders bevorzugt von 10,0 mm bis 20,0 mm. Je mehr axiale Segmente über die Länge der Matrix ausgebildet sind, umso flexibler ist die Matrix und kann somit höhere Kräfte aufnehmen, ohne dabei beschädigt zu werden. Die Anzahl der axialen Segmente kann ausgewählt werden bzw. sein aus folgender Gruppe: 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10. Mittelstege zwischen den einzelnen Schlitzmustern (in Umfangsrichtung) können in axialer Richtung / Erstreckung in einer Flucht liegen, so dass die Schlitze entlang der axialen Erstreckung jeweils ebenfalls in einer Flucht miteinander liegen. Dies ist vorteilhaft, um die auf die (gewickelte) Matrix wirkenden Kräfte möglichst gleichmäßig über den Umfang verteilt aufnehmen zu können und auch in axialer Erstreckungsrichtung der Matrix keine inhomogenen Spannungszustände zu erreichen.

Die Schlitzmuster (in Umfangsrichtung) können entlang der axialen Erstreckung äquidistant, also mit einem gleichen Abstand, zueinander angeordnet sind. Dies ist vorteilhaft, um einen möglichst homogenen Spannungsverlauf über die Matrix hinweg zu bekommen.

Im Folgenden wird die Erfindung sowie deren Umfeld anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die schematischen Zeichnungen detailliert erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass in den Zeichnungen mit gleichen Bezugszeichen bezeichnete Element dieselben Eigenschaften aufweisen können, soweit das hier nicht explizit anderes erläutert ist. Die veranschaulichten Elemente der Zeichnungen können durch Sachverhalte aus anderen Zeichnungen und/oder der Beschreibung und/oder den Ansprüchen weiter charakterisiert werden (und umgekehrt), soweit das nachfolgend nicht explizit ausgeschlossen wird. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer gewellten Metallfolie mit einem Schlitzmuster,

Fig. 2 eine Detailansicht der gewellten Metallfolie der Fig. 1 ,

Fig. 3 eine schematische Ansicht einer geschlitzten Matrix in einem Mantelrohr, und Fig. 4 eine perspektivische Ansicht einer Vorrichtung zur Nachbehandlung von Abgasen mit einer Matrix in einem Mantelrohr.

Fig. 1 zeigt eine Ansicht einer strukturierten Metallfolie 1. Die Metallfolie 1 weist eine Länge L auf, welche der axialen Erstreckung der aufgewickelten Matrix entspricht. Darüber hinaus weist die Metallfolie 1 eine Breite B auf, welche in der endmontierten Matrix in Umfangsrichtung bzw. senkrecht zur axialen Erstreckung verläuft.

Die Metallfolie 1 weist eine Mehrzahl von Schlitzen 2 auf, welche entlang der Breite B bzw. in Umfangsrichtung verlaufen und entlang der Länge L äquidistant zueinander beabstandet angeordnet sind. Entlang der Breite B sind jeweils zwei Schlitze 2 zueinander um einen Mittelsteg 3 (siehe auch vergrößertes Detail) beabstandet angeordnet. Die Schlitze 2 sind jeweils um die Breite eines Randsteges 4 von den Rändern bzw. Endbereichen der Metallfolie 1 beabstandet ausgebildet. Durch die Schlitze 2 ergeben sich entlang der Länge L mehrere axiale Segmente 5.

Fig. 2 zeigt eine Detailansicht der Metallfolie 1 . Hier ist zu erkennen, dass unterhalb der gewellten Metallfolie 1 eine glatte Metallfolie 6 angeordnet ist. Die Metallfolien 1 , 6 liegen deckungsgleich aufeinander. In beiden Metallfolien 1 , 6 sind identische Schlitzmuster ausgebildet und deckungsgleich miteinander angeordnet.

In Fig. 2 sind auch die Randstege 4 deutlich zu erkennen (siehe auch vergrößertes Detail) , welche zwischen den Schlitzen 2 und dem Folienende ausgebildet sind.

Fig. 3 zeigt eine Ansicht einer in einem Mantelrohr 7 aufgenommenen Matrix 8, die aus Metallfolien 1 und 6 der Fig. 1 und 2 gebildet ist. Entlang der axialen Erstreckung sind die axialen Segmente 5 der Metallfolien 1 , 6 zu erkennen, die durch die Schlitze 2 ausgebildet bzw. begrenzt sind. Außerdem sind die Randstege 4 am in Umfangsrichtung ausgerichteten Folienende zu erkennen. Fig. 4 veranschaulicht eine Vorrichtung zur Nachbehandlung von Abgasen, insbesondere von Abgasen eines Verbrennungsmotors, welche innerhalb einer von dem Abgas durchströmbaren Abgasstrecke (gestrichelt angedeutet) anordenbar ist. Sie umfasst eine Matrix 8 mit vielen darin ausgebildeten (parallelen) Strömungskanälen 9, die entlang einer definierten Hauptströmungsrichtung (entlang der axialen Erstreckung L) von einer Gaseintrittsseite (Vorderansicht) hin zu einer Gasaustrittsseite (nicht dargestellte Rückansicht) durchströmbar ist. Die Matrix 8 umfasst eine Mehrzahl von zu Lagenstapeln aufeinandergestapelten und um zumindest einen Drehpunkt 10 (hier S-förmig um zwei Drehpunkte 10) gewickelte Metallfolien 1 , 6. Die Matrix 8 weist eine entlang der Hauptdurchströmungsrichtung verlaufende axialen Erstreckung L und eine quer zur axialen Erstreckung L verlaufende radiale Erstreckung bzw. Umfangsrichtung B auf.

Die Ausführungsbeispiele der Fig. 1 bis 4 weisen insbesondere keinen beschränkenden Charakter auf und dienen der Verdeutlichung des Erfindungsgedankens.

Bezugszeichenliste

1 gewellte Metallfolie

2 Schlitz

3 Mittelsteg

4 Randsteg

5 axiales Segment

6 glatte Metallfolie

7 Mantelrohr

8 Matrix

9 Strömungskanal

10 Drehpunkt

11 Randsteg

L Länge Matrix (axiale Erstreckung)

B Breite Matrix (Umfangsrichtung)