JP4776883B2 - 波形のケーシングを有し標準化された触媒支持体およびこれを製造するための方法 - Google Patents

Description

この発明は、請求項１４のプリアンブルに従った触媒支持体と、これを製造するための方法に関する。このような触媒支持体は、特に、移動内燃機関の排気ガス中の汚染物質の比率を下げるために用いられる。

触媒支持体は、移動内燃機関（たとえばディーゼルエンジン、またはスパーク点火エンジン）の排気系で用いられる。このため、触媒支持体には、通常、支持層（特にウォッシュコート）が設けられる。この支持層は、極めて大きな表面により特徴付けられ、通常、触媒的に活性である少なくとも１つの材料（たとえば白金、ロジウム等）で含浸されている。触媒的に活性であるこのような材料に排気ガスが接触すると、排気ガスに含まれる汚染物質、たとえば一酸化炭素、不飽和炭化水素、一酸化窒素が減じられる。触媒支持体は通常、支持層が相対的に大きな表面を得ることができるように、ハニカム体として実現される。ハニカム体は、流体が中を流動し得る多数の溝を有する。このような状況において、セラミックのハニカム体、押出成型されたハニカム体、および金属のハニカム体が公知である。一般に、これらのハニカム体は筐体内に挿入され、この筐体が次いで、排気ラインに直接統合される。このような移動排気系において、触媒支持体は、高い熱応力および動的応力を受ける。

熱応力は、たとえば、一方では排気ガス自体の温度から生じ、この温度は、触媒支持体が内燃機関付近に配置された場合に上昇する。他方では、化学的触媒変換もまた、触媒支持体の温度の上昇を生じる。なぜなら、この変換が、一般に発熱する態様で生じることから、或る状況下では、温度が排気ガスの温度自体よりもはるかに高い温度に達するためである。動的応力に関する本質的な要因は、燃焼プロセスおよび振動の外部励振から生じる。内燃機関の燃焼プロセスが断続的に生じることから、結果的に生じる圧力サージが排気系全体に周期的に伝播する。振動の外部励振は、たとえば自動車両が上を走行している下の面が平坦ではないことによって生じる。これらの高い熱応力および動的応力のために、ハニカム体を筐体に永久接続することへの関心が特に高い。この接続は、一方では、筐体に対するハニカム体の異なる熱膨張挙動を補償するのに適していなければならず、他方では、ハニカム体が長期に亘って筐体から外れないようにしなければならない。

特に、金属のハニカム体の使用、および金属の筐体にこれらのハニカム体を永久接続することに関しては、中間層を用いてハニカム体を筐体に接続することが公知である。この中間層は、内側がハニカム体に接続され、外側が筐体に接続される。このような中間層は、たとえば特開平４−２２２６３６に開示されている。この中間層は、上述の公開公報では１枚の波形金属板として実現されており、一方の側面がハニカム体に、他方の側面が筐体に接続される。この状況において、ハニカム体が半径方向に膨張すると、この１枚の波形金属板が変形し得ることが述べられている。このような変形を確保するために、上述の公開公報では、１枚の波形金属板のハニカム体との接続部が、筐体との接続部と同じ断面で構成されるべきではないことが提案されている。ハニカム体の軸方向における膨張および収縮もまた、これらの状況下で確保されることが求められている。上述の公開公報に記載されたハニカム体は、１枚の平滑な金属板と１枚の波形の金属板とで構成され、これらの金属板が渦巻型に共に巻き上げられて円筒形のハニカム体を形成する。この状況において、ハニカム体の外部境界は、１枚の平滑な金属板により形成される。この要件が満たされた場合、結合用に用いられる１枚の波形の金属板と筐体との結合が、相対的に問題なく行なわれる。なぜなら、実質的に平滑なハニカム体の表面が設けられるためである。

しかしながら、ハニカム体のこのような渦巻型の設計は、製造および長期に亘る動作の点で多数の欠点を有する。製造プロセス中に個々の層に均一なプレストレスを与えることが難しいため、隣接する金属板の層の間に、互いに密接な接触を信頼可能な態様で確保することができない。これにより、たとえば、このようなハニカム体が長期に及ぶ熱応力および動的応力を受けたときに、入れ子式の短縮（"Teleskopieren" neigen）と呼ばれるものを経験しがちな状況を生じる。このことは、一定の使用期間後に、層が互いに変位することを意味する。これにより、やはり最終的に構成要素の破損を生じ得る不均一な構造が生じる。

このため、早い時期に、金属箔の他の実施例が既に選択されていた。これらの実施例は、特に、Ｓ字型および／またはＵ字型に曲げられた多数の平滑な金属箔および波形の金属箔で形成されたハニカム体を含む。このような金属のハニカム体の一層詳細な説明については、その開示内容が結果的に完全に統合されたＥＰ ０ ２４５ ７３７、ＷＯ ９０／０３２２０、およびＤＥ ３７４３７２３を特に参照されたい。しかしながら、ハニカム体のこのような構成により、ハニカム体は、平滑な位置により境界を設けられず、その代わりに、平滑な金属板の層および波形の金属板の層の多数の自由端が、ハニカム体の周縁に配置される。

このことに基づき、この発明の目的は、触媒支持体を製造するための方法を明記することであり、ここでは、接合技術を用いて、ハニカム体と、筐体およびハニカム体の間に配置された波形のケーシングとの永久接続が確保される。この場合、特に、ハニカム体の個々の層の自由端と波形のケーシングとの間の永久結合に重点が置かれる。加えて、この方法は、一連の製造の範囲内で容易に確実に実施され得るように意図される。さらに、高い熱応力および動的応力下においてもハニカム体と波形のケーシングとの間の安定した結合を確保する触媒支持体を明記することが意図される。

これらの目的は、特許請求項１の特徴を有する触媒支持体と、請求項１８の特徴を有する触媒支持体とを製造するための方法により達成される。この方法および触媒支持体のさらに別の有利な改良点は、それぞれの従属特許請求項に記載される。個々の従属請求項の特徴を、任意の所望の態様で互いに組合せることができる。

したがって、この方法は、ハニカム体を含む触媒支持体を製造するために用いられる。このハニカム体は、流体が中を流動し得るダクトを形成する、少なくとも部分的に構造化された層を有する。さらに、触媒支持体は、ハニカム体を少なくとも部分的に取り囲む筐体と、ハニカム体および筐体の間に配置されてハニカム体を筐体に接続する少なくとも１つの波形のケーシングとを含む。この方法は、以下のステップ、すなわち、
− ハニカム体を製造するステップを含み、ハニカム体は、層の端部により少なくとも部分的に形成された外部範囲を有し、この方法はさらに、
− 或る輪郭を有する少なくとも１つの波形のケーシングを製造するステップと、
− 或る内部形状を有する筐体を製造するステップと、
− 少なくとも１つの波形のケーシング内にハニカム体を挿入するステップと、
− ハニカム体を有する少なくとも１つの波形のケーシングを筐体内に挿入するステップと、
− 筐体を標準化するステップとを含み、少なくとも内部形状、および、好ましくは少なくとも１つの波形のケーシングの輪郭もまた縮小される。

このハニカム体は、たとえばＥＰ ０ ２４５ ７３８、ＷＯ ９０／０３２２０、またはＤＥ３７４３７２３に記載された方法で好ましくは製造される。この点において、ハニカム体は、外部範囲を形成する複数の自由端を有する。ハニカム体は、その外部範囲付近に好ましくは５つ以上の自由端を有する。「外部範囲」という用語は、ここでは互いに対向するハニカム体の表面間の距離を本質的に示すように意図されている。したがって、外部範囲は、たとえばハニカム体が本質的に円筒形の設計を有する場合、ハニカム体の直径に相当する。しかしながら、このようなハニカム体は、基本的に、楕円形もしくは多角形の断面で、または、円錐形に製造できることから、「範囲」という用語は、これらの断面形状も記述するパラメータを形成するように意図される。

さらに、少なくとも１つの波形のケーシングは、或る輪郭を有して製造される。この製造は通常、たとえば互いに噛み合う２つの回転歯車によって１枚の平滑な金属板に或る構造が設けられ、この金属板が所望の寸法のサイズに切断された後に、端部が互いに接続されるような態様で行なわれる。「輪郭」という用語は、次いで、ここでは組立てた状態において互いに対向する波形のケーシングの側面間の距離として理解されるべきであるため、波形のケーシングが円筒形の構成であるときの直径のみを指すわけではない。波形のケーシングが「山」および「谷」のある構造を有することから、「輪郭」という用語は、好ましくは対向する山と谷との間の距離を意味する。

或る内部形状を有する筐体の製造は、たとえば円筒形の筐体の製造も含む。「内部形状」は、次いで、ここでは対向する筐体の内面間の距離を指す。なぜなら、これらの面が、ハニカム体または波形のケーシングの結合の決め手となるためである。

この発明に従った方法の本質的な局面は、ハニカム体および少なくとも１つの波形のケーシングの挿入後における筐体の標準化である。このような標準化の間に、筐体の少なくとも内部形状、すなわち、対向する内面間の距離が縮小される。このことは、外部から筐体に作用する力により生じることが好ましい。たとえば、特に圧力ローラまたは同様の器具による筐体の塑性変形が、この目的に適する。筐体の標準化は一般に、波形のケーシングの変形または変位を生じ、その結果、ハニカム体の自由端と波形のケーシングとの間だけでなく、波形のケーシングと筐体との間の密接な接触が確保される。このような標準化の処理の範囲内において、少なくとも１つの波形のケーシングの輪郭もまた、好ましくは縮小される。その結果、波形のケーシングの構造がこの処理の間に変化して、ハニカム体を形成する層の自由端がこの構造に「クリック留め」され、波形のケーシングを実質的に完全に圧する。その結果、一方では接合技術により波形のケーシングに接続できないと考えられ、他方では排気系の高い動的応力のために後で容易に剥がれがちな、自由に垂下する端部が解消される。この標準化の処理と、筐体および少なくとも１つの波形のケーシング（適切であればハニカム体も）を共に変形することとにより、密接な接触がもたらされる。この密接な接触は、ハニカム体の層と少なくとも１つの波形のケーシングとの間だけでなく、波形のケーシングと筐体との間の完全な結合のための前提条件である。

機械的な標準化に対する代替例として、またはこれに加えて、或る環境下で熱収縮処理により筐体を標準化することも可能である。その結果、これらの構成要素が後で熱処理を受けて、特に、接合技術により接続部を形成する場合でさえも、筐体の固有の表面構造および／または材料自体の構造の変化により、標準化の処理が、常に互いに検出され得る。

この方法のさらに別の改良点によると、少なくとも１つの波形のケーシングの輪郭および／または筐体の内部形状は、ハニカム体の範囲よりも大きい。輪郭および／または内部形状は、好ましくはハニカム体の外部範囲よりも０．２ｍｍと２ｍｍとの間、特に０．３ｍｍと１．２ｍｍとの間だけ大きい。このようにして、波形のケーシング内にハニカム体を挿入する際に、またはハニカム体を有する波形のケーシングを後で筐体内に挿入する際
に、後の標準化の処理中に波形のケーシングの構造への適合が生じないか、または所望の範囲まで生じないような態様でハニカム体の自由端が「詰め込まれる」か、または固定される状況を防ぐことができる。

技術上の事前試験の範囲内において、少なくとも１つの波形のケーシングに対して用いられる構造に、異なる寸法の構成要素を合致させることが特に有利であることが明らかになった。また、この点に関し、少なくとも１つの波形のケーシングが、或る構造長さおよび或る構造高さを有する構造を有し、少なくとも１つの波形のケーシングの輪郭および／または筐体の内部形状を、ハニカム体の外部範囲よりもほぼその構造高さの値だけ大きくすることが提案されている。ここで、波形のケーシングの構造は、異なる態様で実現することができる。この構造は通常、波形、正弦波形、矩形、もしくは台形、または同様の形を有し得る。ここで構造長さは、「山」と、波形のケーシングの円周方向において「山」に隣接して配置された「谷」との間の距離を指すように意図される。ここで構造高さは、隣接する山と谷との間の、円周方向に対する垂直距離を指す。この状況で、特に、互いに軸方向に間隔を空けて配置され得ることが考えられる複数の波形のケーシングが用いられる場合、互いに異なり、かつ、異なる構造長さおよび／または構造高さを有する構造を用いることもまた可能であり、したがってこれらの構造が一般に、ハニカム体の対応する熱応力および動的応力に適合されることに注目されたい。半径方向に互いに重ね合わされるか、または互いに係合する複数の波形のケーシングを有する触媒支持体を改良することにより、異なる構造を用いることもまた可能である。

この方法のさらに別の改良点によると、各層が、平滑な層および波形の層から、または異なる波形の層から交互に構成され、その後積み重ねられ、後にＳ字型および／またはＵ字型に曲げられおよび／または巻き回されることによって層の端部がハニカム体の外部範囲に少なくとも部分的に境界を設けるような態様で、ハニカム体が製造される。平滑な層と波形の層とを交互に配置することにより、ハニカム体自体の安定性が結果的に増大する。このようにして、隣接する層の、実質的に完全な相互接続もまた確保され得る。なぜなら、平滑な層が、山および谷に対して、均一なレベルの座面または容易に曲がる座面を常に提供することから、互いに接続されるべき層に対し、接合技術によって十分な接触領域を確保するためである。波形の層もまた、一般に上述のタイプの構造を有し、ダクトは、平滑な層と波形の層とを交互に積み重ねることにより形成され、このダクトには、触媒的に活性な支持層が後に設けられる。ここで、波形の層の構造は、好ましくはハニカム体の軸に対して垂直に延びるため、ダクトはこの軸に対して本質的に平行に実現される。このようにして製造されたハニカム体は一般に、４００ｃｐｓｉ（１平方インチ当りのセル数）から１６００ｃｐｓｉのダクト密度を有する。

この発明のさらに別の改良点によると、標準化により、層の端部が少なくとも１つの波形のケーシングの構造と係合するようになり、該層は特に、少なくとも１つの波形のケーシングを圧するようになる。この構成において、特に、層の自由端の少なくとも９０％が少なくとも１つの波形のケーシングと接触することは有利である。このことは、ハニカム体または層の、軸方向の長さ全体に亘って生じることが好ましい。

接続部の改良に関し、接合技術により、少なくとも１つの波形のケーシングには、筐体への挿入前に、少なくとも１つの波形のケーシングと筐体との間において少なくとも１つのはんだのストリップを設けることが提案されている。このはんだのストリップは、好ましくは、筐体に少なくとも１つの波形のケーシングを後で結合するように働く。このようなはんだのストリップまたはバンドは、規定されかつ境界を設けられた、波形のケーシングと筐体との接続部を確保するのに特に適する。ここで波形のケーシングは、好ましくは、ハニカム体および筐体の熱膨張挙動の差が相対的に僅かであることが想定される領域において、筐体に接続される。このような領域は、特に、ハニカム体の端面から（特に、高
温の排気ガスが触媒支持体に進入する端面から）一定の距離を空けて配置されるべきである。なぜなら、特にハニカム体の加熱および冷却動作中に、ハニカム体は、特に端面が内部領域よりも著しく大きな膨張挙動または収縮挙動を呈する樽型の変形を被る傾向があるためである。

以下のパラメータ、すなわち、
（Ａ） ハニカム体の外部範囲
（Ｂ） ハニカム体の長さ
（Ｃ） ハニカム体のセル密度
（Ｄ） 層の層厚さ
の少なくとも１つの関数として、はんだのストリップの幅を決定することもまた有利である。はんだのストリップの幅は、パラメータ（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、および（Ｄ）のうちの３つのそれぞれが一定に保たれる場合に、パラメータ（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、または（Ｄ）のうちのそれ以外の１つに単調増加の態様で依存する。

このようにして、はんだのストリップの幅は、たとえば円筒形の構成要素の場合に触媒支持体が、同じセル密度と、層厚さと、同一の直径とを有していると仮定すると、ハニカム体の長さが増大するにつれて単調増加する。この文脈において、単調増加とは、セル密度と、層厚さと、直径とが同じであると仮定した場合に、同じ幅のはんだのストリップを含む２つの長さのハニカム体が存在し得るものの、別のハニカム体よりも長いハニカム体が、より幅の狭いはんだのストリップを有し得ないことを意味する。

具体的に、長さが７４．５ｍｍ、直径が６５ｍｍ、セル密度が６００ｃｐｓｉ（「１平方インチ当りのセル数」）、および層厚さが０．０２５ｍｍ（２５μｍ）である円筒形の触媒支持体の場合、はんだのストリップの幅は４ｍｍであることが有利である。はんだのストリップの幅は、セル密度、直径、および母材長さが一定であると仮定すると、本質的に線形の態様で層厚さに依存し、０．７と１．３との間の比例定数は、１であることが好ましい。ハニカム体のセル密度、層厚さ、および長さが一定であると仮定すると、はんだのストリップの幅は、本質的に線形の態様で、円筒形のハニカム体の直径に依存し、比例定数は、ここでもやはり０．７と１．３との間である。

さらに、触媒支持体には、層が互いにおよび／または少なくとも１つの波形のケーシングに接触する領域に堆積するはんだが、少なくとも１つの端面上に与えられることが提案されている。このことは、触媒支持体が、組立てられた状態で、端面において特に粉体はんだと接触させられることを意味する。このため、特定の状況下において、はんだ付けが行なわれるべき接触領域に、まず接着剤を与え、端面に供給されたはんだ粉がこの接着剤に付着することが有利である。接着剤は、好ましくは、組立てられた触媒支持体の端面上にも導入され、（液体の）接着剤が、実際に、毛管作用によって特にこれらの接触領域に限定して与えられる。このことは、供給される接着剤の量により、規定された態様で、付着するはんだ粒子の数を設定することができるという有利な効果も有する。

特に、構成要素同士の接続、または、ハニカム体に関する個々の層同士の接続が、厳密に制約を受けた態様で（すなわち、ハニカム体の軸方向の長さの全体を超えずに）実施されるべきであることが意図される場合、はんだ付けの前にパッシベーション手段を設けることが提案される。この手段は、少なくとも１つのはんだ領域に境界を設ける。このようなパッシベーション手段は、一方では、構成要素自体に対する構造上の措置、たとえば微細構造の設置、または表面構造に対する変更（粗面化等）を含む。しかしながら、たとえば、はんだがパッシベーション手段上で流出することを防ぐさらに別の被覆（金属酸化物の被覆、セラミックの被覆等）の形でこのようなパッシベーション手段を設けるか、または生成することも可能である。

この方法の有利な改良点によると、パッシベーション手段は、少なくとも部分的にエアギャップとして実現される。このエアギャップは、毛管力を有利にも遮断することにより、はんだおよび／または適切な場合に接着剤が、パッシベーション手段を超えてさらに流出することを防ぐ。この状況では、筐体の凹部および／または波形のケーシングのステップ、および適切な場合は筐体と波形のケーシングとの間のスペーサ手段により、エアギャップを形成することが有利である。熱処理の前に、単にハニカム体の応力によりエアギャップが完全に閉鎖されてしまわないように、スペーサ手段を形成する必要があると考えられる。

この方法のさらに別の有利な改良点によると、セラミックの層および／または金属酸化物を含有する層が、波形のケーシングの外面上および／または筐体の内面上にスペーサ手段として形成され、エアギャップの高さに本質的に相当する厚さを有する。このようにして、できる限り均一にエアギャップを形成するために、スペーサ手段が有利にも用いられる。

さらに、エアギャップの高さが５ｍｍ以下、好ましくは２ｍｍ未満であれば有利である。

この方法の有利な改良点によると、パッシベーション手段は、少なくとも１枚の金属箔の形で少なくとも部分的に実現される。

この発明に従った方法のさらに別の有利な改良点によると、少なくとも１枚の金属箔は、波形のケーシングまたは筐体に接着されて、はんだのストリップと少なくとも部分的に重複する。これにより、熱処理後に、一方では金属箔が筐体または波形のケーシングに接続され、他方では筐体と波形のケーシングとの接続が確実に空間上制限されるという状況を生じる。特に、金属箔は、ハニカム体を構成する層を製造する材料で形成され得る。この状況では、少なくとも１枚の金属箔が７０μｍよりも薄く、好ましくは５０μｍよりも薄く、特に好ましくは３０μｍよりも薄く形成されることが有利である。

さらに、触媒支持体が、層の相互接続を生じる熱処理を受けるべきであることが提案され、接合技術により、これらの層は少なくとも１つの波形のケーシングに接続され、および／または、少なくとも１つの波形のケーシングは筐体に接続される。これは、一方において、個々の構成要素同士のはんだ接続部を含む。しかしながら、代替的に、熱処理の範囲内において、溶接接続部または拡散接続部が、代替的にまたは追加で生成され得る。

この発明のさらに別の局面によると、端部を有し、かつ、流体が中を流動し得るダクトを形成する、少なくとも部分的に構造化された層を有するハニカム体を備えた触媒支持体が提案され、触媒支持体はまた、ハニカム体を少なくとも部分的に取り囲む筐体と、ハニカム体および筐体の間に配置されてハニカム体を筐体に接続する少なくとも１つの波形のケーシングとを備える。触媒支持体は、接合技術により、少なくとも９０％、好ましくは少なくとも９５％、特に９８％を超える端部が少なくとも１つの波形のケーシングに接続されていることによって特徴付けられる。ハニカム体の自由端のすべては、好ましくは波形のケーシングに接続され、このような触媒支持体は、好ましくは上述の方法の改良点に従って製造される。既に説明したように、ハニカム体の自由端と少なくとも１つの波形のケーシングとの間の密接な接触により、接合技術により極めて多数の接続部が生じ、このような触媒支持体が、特に移動排気系内において長期に亘り確実に配備されるようにする。この状況において、端部は、ハニカム体と波形のケーシングとの重複領域の全体に亘り、特に好ましくは互いに接触するか、または互いに接続される。

有利な改良点によると、触媒支持体は、金属の平滑な層および波形の層を含み、これらの層は、好ましくは交互に配置されてＳ字型および／またはＵ字型にアーク曲げされる（gebogen sind）ことにより、端部のすべてがハニカム体の外部範囲を少なくとも部分的に形成する。この状況では、０．１ｍｍ未満、特に０．０５ｍｍ未満、好ましくは０．０２ｍｍ未満の層厚さを有する層の構成が特に好ましい。ここで、平滑な層および波形の層は、フェライト系金属か、またはアルミニウムおよびクロムを含んで対応する金属合金で構成され、極めて高い温度（１３００℃までの触媒支持体の動作温度）においても層の耐食性を維持する。提案された層厚さにより、ハニカム体または触媒支持体は、表面に固有の熱容量が相対的に小さくなる。その結果、触媒支持体は、内燃機関のさまざまな負荷の変動により急速に変化する周囲状況に素早く応じることができ、特に内燃機関をコールドスタートさせる際に、触媒により開始する反応が確実に素早く開始されるようにする。

さらに、ハニカム体、少なくとも１つの波形のケーシング、および筐体が円筒形状を有することが提案される。円筒形状は、触媒支持体が、さらに別の位置決め補助具を必要とせずに、相対的に単純かつ容易な態様で排気系自体の中に挿入され得るという利点を有する。

触媒支持体のさらに別の改良点によると、少なくとも１つの波形のケーシングと筐体との接続領域は、少なくとも１つの波形のケーシングとハニカム体との結合領域よりも面積が小さく、接続領域および結合領域は、好ましくは少なくとも部分的に重複する。結合領域がハニカム体の軸方向の長さの全体に亘って延びる触媒支持体の構成が特に好まれ、波形のケーシングと筐体との間の接続領域は、触媒支持体の中央部における狭い外周のストリップ（１０ｍｍ未満、好ましくは６ｍｍ未満、特に好ましくは４ｍｍ以下の幅）として実現される。しかしながら、或る状況下では、ハニカム体の端面付近の狭い領域上においてのみ、波形のケーシングをハニカム体に結合することが有利であることも考えられる。しかしながら、今述べた構成では、波形のケーシングと筐体との結合に対して中央部の構成の接続領域を維持することが好まれる。

以下のパラメータ、すなわち、
（Ａ） ハニカム体の外部範囲
（Ｂ） ハニカム体の長さ
（Ｃ） ハニカム体のセル密度
（Ｄ） 層の層厚さ
の少なくとも１つに接続領域の幅が依存するような態様で触媒支持体を構成することも有利である。接続領域の幅は、パラメータ（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、および（Ｄ）のうちの３つのパラメータがそれぞれ一定に保たれる場合、パラメータ（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、または（Ｄ）のうちのそれ以外の１つに単調増加の態様で依存する。

接続領域の幅を変更可能にすることが有利である。なぜなら、外部範囲、長さ、セル密度、または層厚さの異なる触媒支持体が、筐体と波形のケーシングとの間の結合についてのさまざまな要件を生じるためである。特にこれらのパラメータは、ハニカム体の、想定される樽型の変形に影響を及ぼし、このことによってさまざまな幅の接続領域が有利になる。はんだのストリップの幅に対する上述の内容は、接続領域の幅についても同様に当てはまり、その逆も当てはまる。

触媒支持体の有利な実施例によると、接続領域は、エアギャップにより軸方向に境界を設けられる。この状況では、筐体の凹部および／または波形のケーシングのステップによりエアギャップを形成することと、適切であれば、筐体と波形のケーシングとの間にスペーサ手段を形成することとが特に有利である。

触媒支持体の寸法決定に関し、少なくとも１つの波形のケーシングのケーシング厚さは、そのサイズにおいて、層の層厚さと筐体の筐体厚さとの間に位置すべきであること、特に、０．０８ｍｍから０．２５ｍｍの範囲内にあるべきであることが提案される。その結果、波形のケーシングは、層の表面に固有な熱容量と筐体の表面に固有な熱容量との間に位置する、表面に固有な熱容量を有する。この点に関し、このようにして実現された波形のケーシングは、層および筐体の異なる熱膨張挙動を補償するのに特に適する。少なくとも１つの波形のケーシングおよび好ましくは筐体もまた、ここではハニカム体の層と同じ材料または同様の材料で製造される。

触媒支持体のさらに別の実施例によると、ハニカム体は、軸方向における波形のケーシングの範囲に相当する軸方向の長さを有する。軸方向におけるハニカム体の長さ、波形のケーシングの範囲、および筐体の寸法をほぼ自由に変更することができるが、ここで提案された実施例では、波形のケーシングがハニカム体の端面と同一平面上で終端をなす。このことは、ハニカム体を基準とした少なくとも１つの波形のケーシングの製造、特に位置決めの点で有利である。

少なくとも１つの波形のケーシングの特に好ましい実施例によると、この波形のケーシングは、或る構造長さおよび或る構造高さを有するべきであることが提案され、構造長さは１．５ｍｍから３．５ｍｍの範囲内にあり、構造高さは好ましくは０．３ｍｍから１ｍｍである。このようにして実現された波形のケーシングにより、一方では、軸方向、半径方向、または円周方向におけるハニカム体の十分な膨張または収縮が確保され、他方では、移動内燃機関の排気系内に後で触媒支持体を配備する間に層の自由端が「クリック留め」されて、未処理の排気ガスが流出することを防止する。

多数の図面を参照して、以下に、この発明を一層詳細に説明する。ここで、この発明が、示された例示的な実施例に限定されず、これらの実施例が、本質的にこの発明の利点をより詳細に例示するために選択されていることに特に注意されたい。

図１は、この発明に従った触媒支持体１の実施例の分解斜視図であり、触媒支持体１は、ハニカム体２と、ハニカム体２および軸２７に対して同軸的に配置される波形のケーシング７と、同じく同軸的に配置される筐体６とを備える。ここでハニカム体２は、円筒形の設計を有し、複数の波形の層３および平滑な層４を含み、これらの層は、その端部９が、円筒形の態様で実現されたハニカム体２の円周を少なくとも部分的に形成するような態様で配置されるか、または積み重ねられおよび／または巻き回される。波形の層３および平滑な層４を交互に配置することにより、排気ガスが中を流動し得るダクト５が形成される。ハニカム体２の例示された実施例において、ダクト５はハニカム体２の全長２６に亘って一方の端面１６から対向する端面１６に延び、該ダクト５は、軸２７に対して本質的に平行に形成される。

例示された触媒支持体１は、その範囲２８がハニカム体２の長さ２６に本質的に相当する波形のケーシング７を備える。ここで波形のケーシング７は、波形のケーシング７の縁部がハニカム体２の端面１６と本質的に同一平面上に配置されるような態様でハニカム体２上に巻き付けられる。例示された筐体６もまた、波形のケーシング７の範囲２８およびハニカム体２の長さ２６に本質的に相当する、軸２７方向の寸法２９を有する。その結果、組立てられた状態において、触媒支持体１は、ハニカム体２、波形のケーシング７、および筐体６が実質的に同一平面上にある配置を呈する。

図２は、触媒支持体１の実施例の断面の半分を示す。ここでは、ハニカム体２が波形のケーシング７により取り囲まれ、波形のケーシング７が次いで、筐体６により取り囲まれ
ているのが明らかである。排気ガスが中を流動し得るダクト５を形成する波形の層３および平滑な層４は、この図面の上方の領域に示されている。波形の層３および平滑な層４の各々は、好ましくは０．０５ｍｍから０．０１５ｍｍの範囲の層厚さ２１を有する。この図面から、ハニカム体２の外部範囲８が、波形の層３および平滑な層４の端部９により少なくとも部分的に形成されていることが明らかである。

例示された実施例は、その筐体６が既に標準化された触媒支持体１に関する。このことは、層３および４の端部９の少なくとも９０％が接合技術により波形のケーシング７に接触するか、または接続されていることから明らかである。このことは、この標準化の処理の結果として筐体６の内部形状１１と波形のケーシング７の輪郭１０とが縮小され、それと同時に波形のケーシング７の構造１２が変形または変位されたことにより生じ得る。それにより、層３および４の端部９は波形のケーシング７の内部を圧するような態様で自動的に調節され、接合技術による、ハニカム体２と波形のケーシング７との永久接続を確保する。ここで波形のケーシング７は、一方における波形の層３および平滑な層４の層厚さ２１と、他方における筐体６の筐体厚さ２５との間に位置するケーシング厚さ２４を有する。

図３は、この発明に従った方法の実施例の手順の概略図を示す。ここで第１のステップは、ハニカム体２と、波形のケーシング７と、筐体６とを製造するステップを含み、これらは後に、一方が他方内に挿入される。ハニカム体２は、Ｓ字型に曲げられ、かつ、結合領域２３において波形のケーシング７に接続されるべき層を含み、結合領域２３は、ここではハニカム体２の外面の実質的に全体を含む。波形のケーシング７は既に、その外側に円周方向のはんだのストリップ１５を有しており、このはんだのストリップ１５は、後の触媒支持体１の熱処理中に筐体６への接続を生じるように意図される。接続領域２２は幅４１を有し、ここでは、ハニカム体２と波形のケーシング７との間の結合領域２３よりも著しく小さく形成される。２つのはんだ領域２０の各々は、規定された境界線を有する。結合領域２３がハニカム体２の端面１６により境界を設けられている一方で、波形のケーシング７は、接続領域２２を規定するパッシベーション手段１９を有する。パッシベーション手段１９は、加熱が生じたときに、はんだのストリップ１５のはんだが接続領域２２の範囲を超えて流出することを防ぐ。この例示的な実施例において、パッシベーション手段１９は、たとえばセラミック材料および／または金属酸化物を含有する材料で構成された層として実現される。さらに、パッシベーション手段１９は、微細構造により、または、波形のケーシング７の表面および／または筐体６の内面の対応する領域を粗面化することにより、形成することもできる。

接続領域２２の幅４１は、以下のパラメータ、すなわち、
（Ａ）ハニカム体（２）の外部範囲
（Ｂ）ハニカム体（２）の長さ
（Ｃ）ハニカム体（２）のセル密度
（Ｄ）層（３，４）の層厚さ（２１）
の関数として求められる。

この状況において、これらのパラメータ（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、および（Ｄ）の３つのパラメータがそれぞれ一定のままである場合に、はんだのストリップ１５または接続領域２２の幅４１が、これらのパラメータのうちのそれ以外の１つと共に単調増加することが特に有利であることが分かっている。したがって、はんだのストリップ１５または接続領域２２の幅４１を設定する際に、パラメータ（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、および（Ｄ）の関数としてのハニカム体のさまざまな熱変形および熱膨張を考慮に入れることができる。

第２のステップでは、触媒支持体１の構成要素の共通した標準化が実施される。例示さ
れた図面において、ここではローラとして示される器具３０により、筐体６の塑性変形が行なわれる。ここで、標準化は、波形のケーシング７も配置されている領域においてのみ実施される。この標準化の処理自体により、内部形状１１と、好ましくは少なくとも１つの波形のケーシング７の輪郭１０との縮小が生じ、その結果、層の端部９の少なくとも９０％が波形のケーシング７の構造を圧する。

第３のステップにおいて、触媒支持体１はディストリビュータ３１と接触させられ、接着剤３２が、ハニカム体２または触媒支持体１の内部領域内に導入される。ここで接着剤３２は、好ましくは、層が互いに接触する領域か、または層が波形のケーシングと接触する領域に堆積する。なぜなら、ここでは主として毛管作用により、接着剤３２の均一な分散が生じるためである。

第４のステップでは、端面における触媒支持体１のはんだ付けが示され、はんだ粉１７が、流動床３３により、すなわち送風機等の助けを借りて、触媒支持体１の内部領域に進入する。はんだ粉１７は、ここでは接着剤により湿潤している接触領域に付着した状態を保つ。

第５のステップでは、触媒支持体の熱処理が示され、該支持体は、高温真空オーブン３４内で好ましくは加熱される。触媒支持体が加熱される際にはんだ１７またははんだのストリップ１５が溶解し、触媒支持体の冷却後に、接合技術により構成要素間の接続部が生成される。このようにして製造された触媒支持体には一般に、触媒的に活性な材料で含浸された支持層が後で設けられ、この触媒支持体は、乗用車、トラック、原動機付自転車、芝刈り機、チェーンソー等のさまざまな移動内燃機関の排気系で用いられる。

図４は、触媒支持体１の詳細の、縁部領域における概略斜視図を示す。波形のケーシング７に接触する筐体６の一部が示される。波形のケーシング７は、構造高さ１４および構造長さ１３により特徴付けられる構造１２を有する。加えて、波形のケーシング７は、パッシベーション手段１９として微細構造を有し、この微細構造は、毛管作用がこの地点で遮断されるために、たとえばパッシベーション手段上においてはんだ領域２０からはんだが流出することを防ぐ。その結果、接続領域２２（図示せず）外での波形のケーシング７と筐体６との接続が、容易にかつ効果的に防止される。

例示された詳細において、ハニカム体２は自由端９（図示せず）により境界を設けられず、その代わりに、波形の層３および平滑な層４が波形のケーシング７に対して本質的に平行に位置する。このような構成は、たとえばＳ字型に曲げられた層３および４によって得られ、ハニカム体の外部範囲は、円周方向において、これらの層の端部とこれらの層の中央領域とにより交互に境界が設けられる。これらの層３および４は、互いに圧し合い、後に接合技術を用いて接続部を形成するために用いられる接触領域１８を形成する。はんだ付けの処理の後に、この接触領域１８に粉体はんだ１７が置かれ、該はんだ１７は、好ましくはここに堆積している接着剤に付着する。

パッシベーション手段１９を形成する方法のさらなる例が図５〜図７に示される。図５は、軸方向の断面における筐体６および波形のケーシング７の詳細の概略図を示す。波形のケーシング７および筐体６は、はんだのストリップ１５により形成される接続領域２２によって接続される。この例示的な実施例において、エアギャップ３５がパッシベーション手段として形成される。このエアギャップ３５は、波形のケーシング７におけるステップ３６により形成される。波形のケーシング７が不均一な態様で筐体６に接続されることを防止するために、スペーサ手段３７も形成される。スペーサ手段３７は、波形のケーシング７が筐体６を斜めに圧することを防止する。スペーサ手段３７は、たとえばセラミックの層または金属酸化物を含有する層として実現され得る。スペーサ手段３７がエアギャ
ップ３５の高さ３８を本質的に補償する場合、有利である。接続部を形成するために熱処理が行なわれ、エアギャップが効果的に毛管作用を遮断し、それによってはんだがさらに流れることを効果的に防止する。

図６は、パッシベーション手段１９として筐体６と波形のケーシング７との間にエアギャップ３５を形成する、考え得るさらなる方法を示す。エアギャップ３５はここで、筐体内の凹部３９により形成される。

図７において、パッシベーション手段１９は、金属箔４０により形成される。図７は、サイズの比率を概略的に示しているに過ぎず、通常、標準化のステップの後に、金属箔４０は波形のケーシング７および筐体６の両方を圧するようになる。金属箔４０がはんだのストリップ１５と部分的に重複することにより、接合技術を用いた接続部が金属箔４０と波形のケーシング７との間に形成される。しかしながら、接合技術を用いた接続部が金属箔４０と筐体６との間に形成されないことにより、金属箔４０は接続領域２２に効果的に境界を設け、波形のケーシング７が筐体６にさらに結合することを防ぐ。可能性として望ましくないステップが形成されることを防ぐために、金属箔４０をできるだけ薄く、好ましくは５０μｍ未満、特に好ましくは３０μｍ未満の厚さで形成することが有利である。

触媒支持体を製造するためにここに記載された方法は、相対的に単純であり、特に触媒支持体の一連の製造過程の製造手順において、高いレベルの処理の信頼性と組合せることができる。これによって生じる触媒支持体は、特に、耐久性を有する、構造上のその完全性により特徴付けられることから、頑丈で安定性を有するこの触媒支持体は、特に極度の負荷状態に適する。

触媒支持体の実施例の分解図である。 触媒支持体の実施例の詳細な断面図である。 触媒支持体を製造する方法の手順の概略図である。 触媒支持体の実施例の縁部領域における詳細な斜視図である。 例示的な実施例の筐体と波形のケーシングとの間の接続領域の詳細の概略図である。 さらなる例示的な実施例の、筐体と波形のケーシングとの間の接続領域の詳細の概略図である。 さらに別の例示的な実施例の、筐体と波形のケーシングとの間の接続領域の詳細の概略図である。

符号の説明

１ 触媒支持体、２ ハニカム体、３ 波形の層、４ 平滑な層、５ ダクト、６ 筐体、７ 波形のケーシング、８ 範囲、９ 端部、１０ 輪郭、１１ 内部形状、１２ 構造、１３ 構造長さ、１４ 構造高さ、１５ はんだのストリップ、１６ 端面、１７
はんだ、１８ 接触領域、１９ パッシベーション手段、２０ はんだ付け領域、２１
層厚さ、２２ 接続領域、２３ 結合領域、２４ ケーシング厚さ、２５ 筐体厚さ、２６ 長さ、２７ 軸、２８ 範囲、２９ 寸法、３０ 器具、３１ ディストリビュータ、３２ 接着剤、３３ 流動床、３４ オーブン、３５ エアギャップ、３６ ステップ、３７ スペーサ手段、３８ エアギャップの高さ、３９ 凹部、４０ 金属箔、４１
接続領域の幅。

Claims (22)

1. 流体が中を流動し得るダクト（５）を形成する、少なくとも部分的に構造化された層（３，４）を有するハニカム体（２）と、前記ハニカム体（２）を少なくとも部分的に取り囲む筐体（６）と、前記ハニカム体（２）および前記筐体（６）の間に配置されて前記ハニカム体（２）を前記筐体（６）に接続する少なくとも１つの波形のケーシング（７）とを備える触媒支持体（１）を製造するための方法であって、以下のステップ、すなわち、
   − 前記ハニカム体（２）を製造するステップを含み、前記ハニカム体（２）は、前記層（３，４）の複数の端部（９）により少なくとも部分的に形成された外部範囲（８）を有し、前記方法はさらに、
   − 或る輪郭（１０）を有する前記少なくとも１つの波形のケーシング（７）を製造するステップを含み、前記輪郭（１０）は或る構造長さ（１３）および或る構造高さ（１４）を有し、前記構造長さ（１３）は１．５ｍｍから３．５ｍｍの範囲内にあり、前記構造高さは０．３ｍｍから１ｍｍの範囲内にあり、前記輪郭（１０）は、前記ハニカム体（２）の前記外部範囲（８）よりも０．３ｍｍと１．２ｍｍとの間だけ大きく、前記方法はさらに、
   − 或る内部形状（１１）を有する筐体（６）を製造するステップと、
   − 前記少なくとも１つの波形のケーシング（７）内に前記ハニカム体（２）を挿入するステップと、
   − 前記ハニカム体（２）を有する前記少なくとも１つの波形のケーシング（７）を前記筐体（６）内に挿入するステップと、
   − 前記波形のケーシング（７）の変形または変位を生じさせる前記筐体の塑性変形により前記筐体（６）を標準化するステップとを含み、この標準化するステップにおいて、前記層（３，４）の前記複数の端部（９）が前記少なくとも１つの波形のケーシング（７）の構造（１２）と係合するようになり、前記層（３，４）の前記複数の端部（９）の少なくとも９０％が前記少なくとも１つの波形のケーシング（７）を圧接するように、前記少なくとも１つの波形のケーシング（７）の少なくとも前記内部形状（１１）が縮小される、方法。
2. 前記少なくとも１つの波形のケーシング（７）は、或る構造長さ（１３）および或る構造高さ（１４）を有する構造（１２）を有し、前記少なくとも１つの波形のケーシング（７）の前記輪郭（１０）および／または前記筐体（６）の前記内部形状（１１）は、前記ハニカム体（１２）の前記外部範囲（８）よりもほぼ前記構造高さ（１３）の値だけ大きい、請求項１に記載の方法。
3. 前記層（３，４）の各々が、平滑な層（４）および波形の層（３）から、または異なる波形の層（３）から交互に構成され、その後積み重ねられ、後にＳ字型および／またはＵ字型に曲げられおよび／または巻き回されることによって前記層（３，４）の前記端部（９）が前記ハニカム体（２）の前記外部範囲（８）に少なくとも部分的に境界を設けるような態様で前記ハニカム体（２）が製造される、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記少なくとも１つの波形のケーシング（７）には、前記筐体（６）への挿入前に、少なくとも１つのはんだのストリップ（１５）が設けられる、請求項１から請求項３のいずれかに記載の方法。
5. 前記触媒支持体（１）には、前記層（３，４）が互いにおよび／または前記少なくとも１つの波形のケーシング（７）に接触する領域（１８）に堆積するはんだ（１７）が、少なくとも一方の端面（１６）上に与えられる、請求項１から請求項４のいずれかに記載の方法。
6. 少なくとも１つのはんだ付け領域（２０）に境界を設けるパッシベーション手段（１９）がはんだ付けの前に設けられる、請求項４または請求項５に記載の方法。
7. 前記パッシベーション手段（１９）は少なくとも部分的にエアギャップ（３５）として実現される、請求項６に記載の方法。
8. 前記エアギャップ（３５）は前記筐体（６）の凹部（３９）によって形成されおよび／またはステップ（３６）は前記波形のケーシング（７）に形成される、請求項７に記載の方法。
9. セラミックの層および／または金属酸化物を含有する層が、前記波形のケーシング（７）の外面上および／または前記筐体（６）の内面上にスペーサ手段（３７）として形成され、前記エアギャップ（３５）の高さに相当する厚さを有する、請求項８に記載の方法。
10. 前記パッシベーション手段（１９）は、少なくとも１枚の金属箔（４０）の形で少なくとも部分的に実現される、請求項７から請求項９のいずれかに記載の方法。
11. 前記少なくとも１枚の金属箔（４０）は、前記波形のケーシング（７）または前記筐体（６）に接着されて、少なくとも１つの前記波形のケーシング（７）に前記筐体（６）への挿入前に設けられた、はんだのストリップ（１５）と部分的に重複する、請求項１０に記載の方法。
12. 前記少なくとも１枚の金属箔（４０）は、７０μｍよりも薄い、請求項１０または請求項１１に記載の方法。
13. 前記触媒支持体（１）は、前記層（３，４）の相互接続を生じる熱処理を受け、接合技術により、前記層（３，４）は前記少なくとも１つの波形のケーシング（７）に接続され、および／または、前記少なくとも１つの波形のケーシング（７）は前記筐体（６）に接続される、請求項１から請求項１２のいずれかに記載の方法。
14. 端部（９）を有し、かつ、流体が中を流動し得るダクト（５）を形成する、少なくとも部分的に構造化された層（３，４）を有するハニカム体（２）を備える触媒支持体（１）であって、前記ハニカム体（２）は、前記層（３，４）の少なくとも４つの自由端（９）により少なくとも部分的に形成された外部範囲（８）を有し、触媒支持体（１）はさらに、
    前記ハニカム体（２）を少なくとも部分的に取り囲む筐体（６）と、或る輪郭（１０）を有する少なくとも１つの波形のケーシング（７）であって、前記輪郭（１０）は或る構造長さ（１３）および或る構造高さ（１４）を有し、前記構造長さ（１３）は１．５ｍｍから３．５ｍｍの範囲内にあり、前記構造高さは０．３ｍｍから１ｍｍの範囲内にあり、前記輪郭（１０）は、前記ハニカム体（２）の前記外部範囲（８）よりも０．３ｍｍと１．２ｍｍとの間だけ大きく、前記ハニカム体（２）および前記筐体（６）の間に配置されて前記ハニカム体（２）を前記筐体（６）に接続する少なくとも１つの波形のケーシング（７）とを備え、
    前記波形のケーシング（７）の変形または変位を生じさせる前記筐体の塑性変形を含む接合技術により、前記層（３，４）の前記自由端（９）が前記少なくとも１つの波形のケーシング（７）の構造（１２）と係合し、少なくとも９０％の前記自由端（９）が前記少なくとも１つの波形のケーシング（７）に圧接されることを特徴とする、触媒支持体（１）。
15. 前記層（３，４）が、交互に配置されてＳ字型および／またはＵ字型に曲げられることにより、前記端部（９）のすべてが前記ハニカム体（２）の外部範囲（８）を少なくとも部分的に形成する金属の平滑な層（４）および波形の層（３）を含むことを特徴とする、請求項１４に記載の触媒支持体（１）。
16. 前記層（３，４）が０．１ｍｍ未満の層厚さ（２１）を有することを特徴とする、請求項１４または請求項１５に記載の触媒支持体（１）。
17. 前記ハニカム体（２）、前記少なくとも１つの波形のケーシング（７）、および前記筐体（６）が円筒形状を有することを特徴とする、請求項１４から請求項１６のいずれかに記載の触媒支持体（１）。
18. 前記少なくとも１つの波形のケーシング（７）と前記筐体（６）との接合領域（２２）が、前記少なくとも１つの波形のケーシング（７）と前記ハニカム体（２）との結合領域（２３）よりも面積が小さく、前記接続領域（２２）および前記結合領域（２３）が、少なくとも部分的に重複することを特徴とする、請求項１４から請求項１７のいずれかに記載の触媒支持体（１）。
19. 前記接続領域（２２）が、エアギャップ（３５）により軸方向に境界を設けられることを特徴とする、請求項１８に記載の触媒支持体。
20. 前記エアギャップ（３５）が、前記筐体（６）の凹部（３９）および／または前記波形のケーシング（７）のステップ（３６）により形成されることを特徴とする、請求項１９に記載の触媒支持体。
21. 前記層（３，４）は或る層厚さ（２１）を有し、前記少なくとも１つの波形のケーシング（７）は或るケーシング厚さ（２４）を有し、前記筐体（６）は或る筐体厚さ（２５）を有し、前記ケーシング厚さ（２４）が、サイズにおいて、前記層厚さ（２１）と前記筐体厚さ（２５）との間にあることを特徴とする、請求項１４から請求項２０のいずれかに記載の触媒支持体（１）。
22. 前記ハニカム体（２）が、軸（２７）の方向に或る長さ（２６）を有し、前記長さ（２６）が前記軸（２７）の方向における前記波形のケーシング（７）の範囲（２８）に相当することを特徴とする、請求項１４から請求項２１のいずれかに記載の触媒支持体（１）。

Images