由至少局部有孔的板層組成的金屬蜂窩體的制作方法

專利名稱：由至少局部有孔的板層組成的金屬蜂窩體的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種金屬蜂窩體，特別是用于一內燃機排氣設備的蜂窩體。這種蜂窩體用作催化活性材料和/或吸附材料的基體和類似的應用。
背景技術：
特別是在汽車中用來凈化廢氣的金屬蜂窩體必須滿足極為不同的要求，其中有時必須在相互矛盾的要求之間實現折衷。首先一方面這種蜂窩體用于提供盡可能大的表面，在所述表面上可進行希望的催化反應或吸附過程。在許多應用場合希望有小的熱容量，從而使蜂窩體可迅速地加熱到其希望的工作溫度，或者具有大的熱容量，從而使它的工作溫度保持較長的時間，但是不能迅速地加熱到高的溫度。當然這種結構總體上必須在機械上是穩固的，即能夠經受脈沖式的氣流和承受汽車運動造成的機械負荷。其材料必須耐高溫腐蝕，并且至少可以這樣地加工，使得可以方便和經濟地制造所希望的蜂窩體結構。在許多情況下在蜂窩體內需要特殊的結構，以控制流動，例如為了較好地與表面接觸或橫向混和(Quermischung)。最后合適的蜂窩體必須能夠經濟地批量生產。
在現有技術的大量資料中詳細介紹了上述問題的各個方面。
金屬蜂窩體主要分為兩種常見結構形式。DE 2902779A1示出的其常見例子的較早的結構形式是一種螺旋形結構形式，其中基本上是一塊光滑和一塊波紋板層相互疊放并螺旋形卷繞。在另一種結構形式中蜂窩體由多個交替設置的光滑和波紋的或形成不同波紋的板層構成，其中板層首先形成一個或多個相互纏繞的堆疊。這里所有板層的端部都位于外部，并可與殼體或套管連接，由此形成大量提高蜂窩體耐久性的連接部位。在EP0245737B1或WO 90/03220中說明了這種結構形式的典型例子。很久以來還已知，板層配設有附加的結構，以控制流動和/或實現各單流道之間的橫向混和。這種結構的典型例子是WO 91/01178、WO 9101807、WO90/08249。最后還存在錐形結構形式的蜂窩體，在一情況下這種蜂窩體還帶有其它附加的控制流動的結構。例如在WO 97/49905中說明了這種蜂窩體。此外還已知，在蜂窩體中留出一用于一傳感器的凹陷部，特別是用來安裝一λ-探測器。在DE 8816154U1中介紹了它的一個例子。
很久以來還已知，采用用于蜂窩體的有縫板，特別是拉制金屬結構和類似的有縫結構。US5,599,509與其所引用的現有技術給出了關于催化器基體板層內孔的不同形狀和布局的概況。這里有目的地采用孔，以減小蜂窩體前部區域內相對于后部區域的熱容量。
盡管廣泛的現有技術允許大量不同的發展方向，但是只形成少數幾個的發展趨勢。其中一個趨勢是向采用越來越薄的金屬薄板的方向發展，以便在少的材料使用量和小的熱容量的情況下可以提供大的表面積。這種發展方向的明顯的缺點是，這種薄板在機械上越來越敏感，由此制成的蜂窩體耐久性較差。同時趨勢向越來越高的單元密度的方向發展，這在一定程度上是由越來越薄的板引起的。為了改善與蜂窩體表面的物質交換，在表面上形成用來控制流動的結構，特別是所謂的橫向結構，或者在蜂窩體內部形成導流面或附加的入流邊。盡管已知在板層內用于橫向混和的孔的優點，但是迄今為止在實際上并沒有考慮在催化器體積的主要部分內系統地設置用于流體自由流通的孔，因為這與在越來越小的體積內提供越來越大的表面積的趨勢相矛盾。槽和/或導流面和類似結構不減小一蜂窩體內的表面積，而大量孔則在相當大的程度上使表面積減小，此外，至少當是通過去除材料形成孔時，這意味著原材料消耗加大而表面積不會相應地增加，這同樣與趨勢相矛盾。因此只有當孔應在蜂窩體的一確定部位具有一確定的功能時，才考慮采用孔，例如橫向混合功能和/或相對于其它區域減小熱容量。
這種考慮僅對于金屬蜂窩體才確實是合適的，但是不應忽視，以后金屬蜂窩體還要用涂層材料涂覆，這種材料在許多情況下還包含昂貴的貴金屬作為催化活性組分。因此大的表面積始終意味著使用大量的貴重涂覆材料。通過試驗令人驚訝地發現，在一蜂窩體上分布有大量具有確定的尺寸大小、分布和密度的孔時，在較小表面積時得到和在沒有孔和具有較大量的涂層材料的蜂窩體時同樣好的催化轉化性能。

發明內容
因此本發明的目的是，提供一種金屬蜂窩體，它由于具有合適數量、尺寸和分布的孔特別適合于作為-特別是在節省使用涂層材料時一一涂層的基體。
一按權利要求1的金屬蜂窩體用于實現這個目的。這種具有一軸向長度的蜂窩體由形成這樣表面結構的板層組成，即，使得蜂窩體可以由流體，特別是由內燃機的廢氣沿流動方向從流入側到流出側流過，其中板層至少在局部區域內具有多個孔，這種蜂窩體的特征是，蜂窩體在其軸向長度的至少55％和至少20mm的徑向尺寸的部分體積內在所有板層中具有孔，其中有孔分別具有1和120mm2(之間)的面積，在所述部分體積內與沒有孔的板層相比板層表面積由于孔減小10至80％，尤其是35至60％，部分體積離蜂窩體端側分別具有一定距離，因此沒有孔與板層端側邊緣接觸或相交。
試驗表明，按本發明的帶有孔的蜂窩體由于在其內部較好的流動性能和由此形成的流和表面之間較好的物質交換性能在其效果上和沒有孔的蜂窩體相當，或者甚至更好，盡管使用了較少的涂層材料。孔的大小是這樣的，即它一方面在涂覆時不會被涂層材料封閉，另一方面不會被待凈化的流體中的顆粒堵塞。也就是說不是一種象用來截留顆粒的過濾器中的那種孔，而是可以由待凈化流體，特別是由內燃機廢氣自由流過的開口。由于加工工藝的原因和以后的耐久性，重要的是，端側邊緣不被孔或孔的一部分打斷(anfransen)，因此孔應該離端側有一定距離。
如上所述，孔具有優點而不是缺點，因此設有孔的部分體積應該大于蜂窩體總體積的60％，尤其是90％。這樣可以最大程度地發揮有利作用。
出于機械和流體技術的原因，孔分別具有5至60mm2的面積是有利的。在這種尺寸范圍內可以方便地制造孔，不妨礙涂覆過程并發揮上述較好的物質交換的優點。這種尺寸的孔允許良好的橫向混和，并允許不僅通過熱傳導，而且通過熱輻射從蜂窩體內部向外部散熱，熱量穿過孔到達較靠外部的區域。孔的總面積與剩余的板層總面積相比越大，當然這種效果便越強。
在現有技術中對于類似的應用場合多數只說明在具有多邊形輪廓的板層內的孔。從力學觀點看在高的交變載荷下這是不利的，因為這可能引起形成從孔的角部出發的裂紋。因此在本發明中優選采用圓形輪廓的孔，從而孔的邊界線沒有拐角，特別是沒有尖角。應該特別優選采用圓形、橢圓形或卵形的孔，其中建議，在采用非圓形孔時長徑和短徑之比不超過2。
然而這種孔不能如在例如拉制金屬件時那樣節省材料地制造，而必須通過從一整面的板層上去除材料來制造。但是尤其是沖裁或切割掉的材料可以重新用來制造新的板層。
根據板層制造方法的不同，孔優選在(板層的)制造過程中便已制出，特別是對于電鍍制造的材料可以考慮這種方法。在采用首先制造廉價材料然后通過用例如鋁和/或鉻涂覆精制的制造方法時，在用其它材料精制之前就加工孔是適宜的。
本發明的另一個優點是，帶孔蜂窩體的熱容量當然小于不帶孔的蜂窩體的熱容量。這反過來允許按本發明的蜂窩體由較厚的板層制成，而和由未有孔的薄板制成的蜂窩體相比熱容量不增加。按照本發明板層厚度可以在20至80μm之間，但是厚度優選為40至60μm。優選范圍使得特別是蜂窩體端側具有較高的機械穩定性，并允許采用對于非常薄的薄板不再能可靠地使用的經過驗證的制造方法。盡管如此，所形成的蜂窩體的熱容量仍等于或小于由不帶孔的薄板制成的蜂窩體。
為了確保按本發明的蜂窩體的機械穩定性，所述孔應該具有0.5mm的最小距離，其中孔之間的所有距離最好應該是大致一樣大的，由此不形成機械上的薄弱部位。這樣設計的薄板可以毫無問題地形成波紋，并在其余工步中用來制造螺紋形的或分層和纏繞的蜂窩體。
如主要在現有技術中已知的那樣，按本發明的蜂窩體也特別優選地由交替設置的光滑和波紋板層或交替的形成不同波紋的板層組成。通過這種結構在蜂窩體內形成常見的流道。
由于孔的有利效果，不再要求本發明的蜂窩體具有特別高的單元密度以實現以后由蜂窩體制成的催化轉化器的良好轉化性能。按本發明單元密度優選在200至1000cpsi(每平方英寸單元數)，特別是單元密度為400至800cpsi。
按本發明在板層中采用孔不影響板層對于多數目前已知的如在現有技術的說明中所述的用于影響流動的附加結構的可應用性。特別是有孔的板層也可以設有橫向的結構，突起和/或導流面。通常孔還有利于所述結構的效果，因為在通道內可能產生的壓差通過孔得到平衡，形成附加的渦流，并促使蜂窩體內的流分布的均勻化。
對于如現有技術中推薦的那樣采用一安裝在蜂窩體一空腔內的探測器，特別是λ-探測器，按本發明的蜂窩體結構起特別有利的作用。因為測量探測器，特別是氧氣測量探測器應測量在蜂窩體內流動的流體的盡可能有代表性的數值，在探測器之前進行橫向混合有很大的好處。因此本發明的蜂窩體特別適用于應該在蜂窩體的一空腔內安裝λ-探測器的應用場合。
在制造工藝上，為了使板層在裝配后形成一合適的空腔，這要求在板層制造時付出一定的耗費。但是在當今所述耗費用數控加工設備是可以控制的。這同時也允許在限定空腔的板層邊緣附近不設置孔，以避免在那里弱化邊緣。因此特別優選在用于一測量探測器的空腔周圍1至5mm的范圍內沒有孔。
如果單塊板層是利用接合技術相互連接的，尤其是通過通常在蜂窩體端側上進行的硬釬焊相互連接的，對于蜂窩體的耐久性是有利的。這也是孔不應該與板層端側的邊緣區相交的原因。另一方面孔也可以完全按要求地防止涂在端側上的粘接劑或涂覆在端側上的焊料沿板層之間的接觸線滲入蜂窩體內部，由于機械上的原因這常常是不希望的。這里孔使毛細作用中止，因此孔離蜂窩體端側的距離也可以完全按要求地用來限制通過釬焊連接的區域。
對于板層與一套管的連接情況也是這樣。在這里為了實現與套管希望的非常穩固的連接，如果邊緣區域沒有與孔相交，則是有利的。此外這里孔也使得焊料不可能通過毛細作用滲入蜂窩體內部太遠，而是正好停留在固定板層所需要的位置。
在催化轉化器中蜂窩體體積的大小(板層以及由它包圍的或形成的通道、開口、孔等的體積之和)取決于例如在排氣管路中的位置如果它設置在發動機艙內或緊鄰發動機(不超過0.5米)，那么通常它小于發動機的排量，例如小于排量的50％，特別是小于1升或0.5升。如果它設置在乘用車的地板內，則蜂窩體體積也可以大于發動機的排量，尤其是在1至5升之間。也就是說在其它應用場合可以有與此不同的數值。例如在用于卡車、兩輪機動車、割草機、手動工具(修剪樹枝的裝置、電鋸等)等時，其中這里相關領域的技術人員可以進行相應的匹配。對于在排氣系統中用作熱交換器、混流器、吸附器、顆粒陷阱、炭黑過濾器、電加熱器的蜂窩體也一樣。這里相關領域的技術人員對一系列允許對蜂窩體體積進行匹配的試驗也是熟知的。
在設計和布置板層中的孔圖案時同樣應根據所希望的蜂窩體的使用目的進行設定。因為在這種情況下不能參考經驗數據，試驗表明，對于帶有其最長的尺寸大于波紋的結構寬度的孔的薄板，特別是對于帶有孔的相對的輪廓(邊緣)的最小距離也大于結構寬度的孔的薄板，在顯著減少催化劑材料使用量的同時混合和催化轉化的效果出人意料地好。尤其是至少局部形成表面結構的板層的孔是這樣，因此波紋或表面結構與孔相疊加。在所述至少一個部分體積內的所有的孔都具有大于結構寬度的尺寸是特別有利的。利用在其薄板中孔的尺寸至少是結構寬度的兩倍，尤其是四倍，特別是六倍的蜂窩體可以達到令人驚訝的良好結果。
按照蜂窩體的一種優良改進結構至少一部分孔設計成長孔，其最大尺寸分別沿自己的主軸線方向延伸，其中設計成長孔的孔這樣布置，使得蜂窩體具有具有不同剛度的區域。在這種情況下長孔特別是指這樣的孔，它具有兩個相對的圓滑的，尤其是半圓形的尖端區，其主軸線由其最高點或者說轉折點限定，其中長孔在其尖端區域之間最好具有相互平行分布的棱邊。沿主軸線方向的最大尺寸優選至少是垂直于主軸線方向的尺寸的兩倍。這使得，在相鄰長孔之間形成腹板。現在這里建議，所述長孔相對于蜂窩體或板層的周向、半徑、中線方向，或者至少其中兩個方向這樣布置，以使得蜂窩體的剛性在多個區域內各不相同。在這種情況下剛性是指所述區域在沿上述方向中的至少一個的外力作用下的偏移特性。即例如長孔在第一(特別是氣體入口端)和在一些情況下還在第三(特別是氣體出口端)區內這樣地設置，使得蜂窩體具有非常小的剛性，而在第二(特別是在內部的)區內蜂窩體設計得剛性較大。如果例如考慮到這種蜂窩體在一汽車排氣系統內的熱膨脹性能，那么可以確定，端側由于交變熱負荷明顯地比蜂窩體的中部區域膨脹或收縮得更劇烈。通過不同的區域可以補償或中斷這種熱膨脹的差別或(例如通過廢氣脈沖)傳入的不同的力。
這里優選使設計成長孔的孔至少部分地在周向和/或半徑和/或中線方向相互錯開，和/或在其主軸線上成一角度地布置。這意味著例如-所述孔平行于邊緣區域成行地設置，并且沿平行于連接區域方向相鄰的行(或相鄰行的組)沿邊緣區域的方向(以相互相同或不同的距離)相互錯開；-所述孔平行于連接區成行設置，并且沿平行于邊緣區方向相鄰的行(或相鄰行的組)沿連接區域的方向(以相互相同或不同的距離)相互錯開；-孔相互傾斜地定向，特別是以主軸線傾斜地定向，主軸線相對于邊緣區域或連接區域的定向不垂直地成一角度；-孔至少在所述區域的分區內構成一種網格
-孔相對于蜂窩體形成不同厚度的腹板和/或不同定向的腹板；或-孔按這里所述(情況)的部分組合設置，以便使蜂窩體在其軸向長度和/或半徑和/或周向上產生不同的剛度特性。


下面借助于附圖較詳細地說明本發明的實施例和細節，但是本發明并不局限于此，附圖表示圖1用來制造一根據本發明的蜂窩體的板層，圖2根據本發明的蜂窩體的局部斷開的透視圖，圖3以示意性側視圖表示帶一按本發明的蜂窩體和一用于λ-探測器的空腔的局部斷開的催化轉化器，圖4一帶孔的波紋板的示意性透視圖，圖5示意表示用來制造按本發明的蜂窩體的方法的流程，圖6示意性示出一帶長孔的板層的結構，和圖7示意表示帶多個具有不同剛性的區域的蜂窩體。
具體實施例方式
圖1表示一板層1，它可以是光滑或有波紋的，它例如可以用來制造一根據本發明的蜂窩體15。這些板層1具有一以后確定由板層制造的蜂窩體15軸向長度的寬度L。板層1在其它方向的尺寸取決于所制造的蜂窩體15的結構類型。如果應該用它制造螺旋形卷繞的蜂窩體15，那么它可以非常長，或者如果它屬于一包括多個這種板層1的以后纏繞成一蜂窩體15的堆疊，那么它可以比較短。板層1的厚度26可以在20至80μm之間，尤其是40至60μm之間。
板層1在一分區(這里表示為區段29)內具有大量的孔6，它們分別具有一1和120mm2之間的孔面積23。孔6優選具有一3至8mm，尤其是4至6mm的直徑。這些孔6至少部分地按一規則的圖案設置，并且相互具有最好相同的距離D7。但是這里圖案也可以從流入側的端側12到流出側的端側13是變化的，其中例如孔數量(Lchrigkeit)、孔徑和/或孔距D7越來越大。這種加大可以連續或者跳躍地進行。對于確定的使用目的在所述值加大后在中部區域重新向流出側的端側13縮小是有利的。孔6最好是具有小于等于8mm的最大直徑R6的圓形或橢圓形或卵形。這樣選擇孔6的距離D7，使得板層表面積24比沒有孔的表面積減小10-80％，尤其是30-60％。
板層1具有一不帶孔6的流入側邊緣區2。流出側的邊緣區3最好同樣不帶孔6。這便于板層1的加工，從而在這些邊緣區內板層可相互連接，并防止在制造蜂窩體15時形成不規則成形的(斷續的)流入側端側12或流出側端側13。流入側邊緣區具有一1至5mm的寬度R2，流出側邊緣區3具有一1至5mm的寬度R3。此外板層1具有至少一個連接區4，板層1以后可以利用該連接區固定在一套管14上。這個寬度為R4的連接區4最好也不帶孔6，對于板層1以兩端固定在一套管14上的蜂窩體15的結構形式，一寬度為R5的第二連接區5也是不帶孔6的。
如果應該由板層1制造具有一用來接納一測量探測器9的空腔7的蜂窩體15，那么在板層1上設有一相應的空腔7。按照本發明此空腔被不帶孔的邊緣8包圍，這個邊緣又有利于較方便地加工板層1和制造均勻的空腔7。可以流過蜂窩體15的流體以后的流動方向S在圖中用箭頭表示。不帶孔的邊緣8的寬度B最好在空腔整個周邊上至少為1mm。
圖2示出根據本發明的蜂窩體15的一透視圖，其中示意性示出了有孔的部分體積T的尺寸22。這里尺寸22從蜂窩體橫截面的中心出發，但是部分體積T也可設計成一種位于內部的環形空心圓柱體，其中尺寸22是橫截面的直徑或半徑的任意一段。示例性示出的蜂窩體15由一塊光滑板層10和一波紋板層11螺旋形卷繞而成，它們在一連接區4內與二套管14連接。
圖3以局部斷開的側視圖示意表示一帶一用來接納一λ-探測器9的空腔7的催化轉化器28。廢氣可以沿流動方向S從流入側端側12開始到流出側端側13流過催化轉化器28。在流入側端側12處有一不帶孔的邊緣區2，在流出側的端側處有一不帶孔的邊緣區3。在這兩個區之間有一有孔的部分體積T，因此該體積幾乎在蜂窩體15的整個軸向長度L上延伸。蜂窩體15具有一空腔7，它在蜂窩體15制造完成后或者在此前通過空腔7的適當定位而在各單個板層10、11上制造出來。在這個空腔7內可以安裝一測量探測器9，特別是一氧測量探測器9。為了保證空腔7具有均勻的邊緣，一不帶孔的邊緣8包圍此空腔7，在邊緣內板層10、11沒有孔6。這里所示的帶孔6的蜂窩體15和用于測量探測器9的空腔7的組合是特別有利的，因為孔6允許在測量探測器9的上游在蜂窩體15內進行橫向混和，因此測量探測器9可以測量對整個蜂窩體15內的流體成分有代表性的測量值。
圖4示出一帶孔6的波紋板層1的一示意性透視圖。板層1的波紋或結構例如可以通過一結構高度H和一結構寬度A描述。如果孔6的最大尺寸R6大于結構寬度A，上述優點-特別是在廢氣流的橫向混和以及這種蜂窩體15的經濟地制造上的優點一可以以特別好的程度實現。在所示實施例中孔6具有一大致相當于板層1的正弦形波紋的結構寬度A的三倍的尺寸R6直徑。其中孔6這樣地設置，使得存在一規則圖案，其中在由板層1的不帶孔的邊緣R3、R2、R5(R4未畫出)限定的并在蜂窩體15內形成所述部分體積T的區段29內的軸向長度上每個波峰或波谷至少被一個孔6中斷。對于孔6在板層表面積24中的比例，應該指出，特別是區段29內的板層表面積24減小30-60％，最好整個板層表面積24(即包括所述邊緣)減小20-40％。
為了在區段29內實現盡可能高的孔數量，如圖4所示，孔之間的距離D7做得不大于幾個結構寬度A，特別是小于5個，尤其是小于3個板層1的結構寬度A是有利的。由于穩定性的原因，在蜂窩體5的特殊應用場合在一些情況下也可以在不同方向(例如縱向和橫向)上將距離D7設計成數值上互不相同的，其中在一個方向上孔6之間的距離D7最好保持相同。
此外在邊緣R2附近示出一個高度明顯小于結構高度H的微結構27。其所述微結構例如用來限制連接區，因為用這種方法在相鄰設置的板層1之間形成一小的縫隙，該縫隙在釬焊過程中防止液態的焊料由于毛細作用積聚在區段29內，并防止在那里在一些情況下產生不希望的連接。
圖5中示意性示出一種可能的特別適于用來制造催化轉化器的方法。在第一個步驟中在板層1中加工出孔6，其中這里借助于一沖壓裝置16機械地完成該步驟。在下一個步驟中借助于兩個相互接合的成型工具在有孔的板層1上產生結構，從而形成具有一結構高度H和一結構寬度A的波紋板層11。然后將所述至少局部有孔的波紋板層11和光滑板層10(有孔或無孔的)堆疊成一蜂窩體15。現在將這些板層10、11相互卷繞并將其將裝入一套管14。在一些情況下在板層10、11堆疊和/或卷繞后相鄰板層10、11上的孔6怎樣布置是重要的。原則上存在這樣的可能性，使這些孔相互對齊，使它們(幾乎完全)相互重疊。例如如果應該避免較大的壓力損失(如在強烈的渦流中可能出現的壓力損失)，則這是有利的。相反如果在進入蜂窩體15時存在基本上均勻的流動，則在蜂窩體15內部設置盡可能多的引起渦流的入流邊是有利的。在這種情況下相鄰板層10、11的孔6相互錯開設置也是有意義的。除了改變孔6的相對位置的變型可能性外，即使在重疊或搭接孔6時也考慮使孔6具有不同的形狀也是有利的。例如可將彼此不同的孔距D7、孔6本身的最大尺寸R6或輪廓25、以及相鄰設置的板層10、11的相對位置相互組合。
按照一種特別是給不帶孔的區域或邊緣R1，R2，R3，R4設置焊接材料(未示出)的施加焊料方法，將各板層一起以及和套管14一起在爐子18內進行熱處理，特別是在真空和/或保護氣氛中對其進行高溫釬焊。現在在給這樣制成的基體19設置催化活性的涂層20，以最終可將其作為催化轉化器用于汽車排氣系統內。
用具有裂紋非常多的表面的所謂的載體涂料(Washcoat)涂覆基體19。這種多裂紋的表面一方面保證提供足夠大的用于固定催化劑(例如鉑、銠等)的空間，另一方面用來使流過的廢氣產生渦流，這時形成與催化劑特別強烈的接觸。載體涂料通常包括一過渡系列的氧化鋁和至少一種促進劑氧化物，例如稀土氧化物、氧化鋯、氧化鎳、氧化鐵、氧化鍺和氧化鋇的混合物。
按已知的方式進行催化所需要的大表面載體涂料層的涂覆，即，將蜂窩體15或基體19浸入液態載體涂料分散劑內或用所述分散劑噴涂。但是現在特別是對于帶孔板層11存在這樣的危險，即載體涂料分散劑覆蓋孔6并使它封閉。從而在蜂窩體15的部分體積T內形成比希望的少的孔數量，由此一方面減小了通過出現在蜂窩體15端側12上的蜂窩形結構上的廢氣形成的廢氣支流的橫向混和，另外需要過多的載體涂料分散劑，由于這個原因，利用一在載體涂料分散劑和基體19之間產生一相對運動的振動設備21進行涂覆過程。這種相對運動包括特別是連續和/或斷續的振動、脈沖式激振(例如類似于撞擊)或對基體19進行類似的激勵，它們也可以相互以任意的順序和/或沿不同的方向進行組合。
如果對載體涂料分散劑直接進行激振，則在超聲波范圍內的頻率證明是特別有利的。激振在20kHz至10MHz的頻率范圍內進行。特別是在間接激振時，即例如由于基體19的振動(形成的激振)，在可聽范圍內的頻率證明是合適的，其中特別是具有20Hz至15kHz之間的頻率的激振確保在一非常長的時間段內載體涂料分散劑的粘度下降。從而保證分散劑的均勻分布。此外在最后，特別是在從涂覆池中取出以后，對基體19再次進行脈沖式激振，以便確保不再有孔6被載體涂料分散劑覆蓋，這證明是特別有利的。
在除去多余的載體涂料分散劑之后，使蜂窩體內的載體涂料干燥，最后在大多超過450℃的溫度下焙燒。在焙燒期間將載體涂料分散劑中的揮發性成分排出，從而形成一耐高溫和促進催化作用的具有高的單位表面積的涂層。必要時多次重復這個過程，以達到希望的涂層厚度。
圖6示意性示出一帶有設計成長孔的孔6的板層1的結構。這里板層1和其連接區4、5及其邊緣區2、3一起示出，這里應該指出，孔6不必在板層1的整個長度和/或寬度上延伸。板層1示意性地分成四個分區(用I、II、III、IV表示)。設計成長孔的、其最大尺寸R6分別沿自己的主軸線30方向延伸的孔6相互不同地設置在所述分區內。做成長孔的孔6至少部分沿周向37和/或半徑36和/或中線35方向相互錯開和/或以其主軸線30成一角度31地設置。在第一個分區內其主軸線30有相同的定向，因此它們相互平行。現在所示的孔6的行可以在區域32、33、34中的一個區域內不斷重復，但所述行也可以相互傾斜設置和/或行中的孔6也可相互錯開。在第二個分區內示出的長孔與第一個分區內的長孔相比具有不同的走向，其中在第二個分區內的行相互錯開。在第三個分區內可以看到，長孔的所述布置形式還可以相互組合。
在第四個分區內示出長孔一種剛性較大的布局一種網格結構。這里相鄰孔6的主軸線30相互成一優選在30°至60°范圍內的角度31。這種桁架結構也可以通過這樣的方法形成，即設計成長孔的孔6成行地并以其主軸線30傾斜于邊緣區2、3布置，其中在行內所有的長孔具有相同的取向，而平行分布的相鄰行則錯開設置，其中長孔相對于邊緣區2、3具有一不同的角度。相鄰行的長孔最好這樣設置，使得第一行內的長孔6的主軸線布置成垂直于設置在相鄰行內的長孔的主軸線和/或第一行的長孔的主軸線和相鄰長孔的長孔中心相交。
長孔6的這種布局使得板層1在各分區內對外力反應的靈敏度不同。第一分區對于來自連接區5、4方向的力剛性較大，然而對于垂直于上述力的力具有較大的彈性。分區II的特性正好相反。因此根據孔6的走向可以按區域32、33、34地調整蜂窩體15的剛度特性。區域32、33、34可以沿軸向長度L，周向37或半徑36方向分割蜂窩體。盡管圖7僅示出三個區域，但是在一些情況下也可以設置兩個或更多個區域。
對于大多數已知的蜂窩體的結構形式，本發明允許使用較少的涂層材料實現涂層對于流體的處理的高效率，此時蜂窩體的機械穩定性、熱容量、導熱性等方面的性能可以按要求與各應用場合的要求相匹配。
附圖標記表1 板層 2 流入側邊緣區3 流出側邊緣區 4 連接區5 連接區 6 孔7 空腔 8 不帶孔的邊緣9 λ-探測器10光滑板層11 波紋板層 12流入側端側13 流出側端側 14套管15 蜂窩體 16沖壓裝置17 成型工具 18爐子19 基體 20涂層21 振動設備 22尺寸23 孔面積 24板層表面積25 輪廓 26厚度27 微結構 28催化轉化器29 區段 30主軸線31 角度 32第一區33 第二區 34第三區35 中心線 36半徑37 圓弧 38腹板39 錯位量A 結構寬度 H 結構高度B 寬度 L 軸向長度R2 流入側邊緣區寬度 R3流出側邊緣區寬度R4 連接區寬度 R5連接區寬度R6 孔的最大尺寸 D7兩個孔6之間的距離S 流動方向 T 部分體積
權利要求
1.具有一軸向長度(L)的由板層(1；10、11)構成的金屬蜂窩體(15)，所述板層這樣形成表面結構，以使蜂窩體(15)可由流體—特別是內燃機廢氣—沿流動方向(S)從一流入側端側(12)到一流出側端側(13)流過，其中板層(1；10、11)至少在部分區域內具有多個孔(6)，其特征為蜂窩體(15)在一個具有軸向長度(L)的至少55％和至少20mm的徑向尺寸(22)的部分體積(T)內在所有板層(1；10、11)中具有孔(6)，其中有-所述孔(6)分別具有一在1和120mm2之間的孔面積(23)，-在所述部分體積(T)內板層表面積(24)由于所述孔(6)與不帶孔的板層相比減小10-80％，尤其是減小35-60％，-所述部分體積(T)離蜂窩體的端側(12、13)分別有一定距離(R2、R3)，從而沒有孔(6)與板層的端部邊緣接觸或相交。
2.按權利要求1所述的蜂窩體(15)，其特征為所述部分體積(T)大于蜂窩體總體積(W)的60％，尤其是大于90％。
3.按權利要求1或2所述的蜂窩體(15)，其特征為所述孔(6)分別具有一5至60mm2的孔面積(23)。
4.按權利要求1、2或3所述的蜂窩體(15)，其特征為所述孔(6)具有圓滑的輪廓(25)。
5.按權利要求1、2或3所述的蜂窩體(15)，其特征為所述孔(6)是圓的、卵形的或橢圓的。
6.按上述權利要求之任一項所述的蜂窩體(15)，其特征為所述孔(6)通過從整面板層(1)中去除材料而制成。
7.按權利要求1至5之任一項所述的蜂窩體(15)，其特征為所述孔(6)在制造板層(1)時已經制出。
8.按上述權利要求之任一項所述的蜂窩體(15)，其特征為板層(1；10、11)的厚度(26)為20至80μm，尤其是40至60μm。
9.按上述權利要求之任一項所述的蜂窩體(15)，其特征為所述孔(6)相互之間分別具有一0.5mm的最小距離，尤其是孔之間的所有距離(D7)分別都大致是相等的。
10.按上述權利要求之任一項所述的蜂窩體(15)，其特征為蜂窩體(15)由交替的光滑(10)和波紋(11)板層或交替的形成不同波紋的板層組成。
11.按上述權利要求之任一項所述的蜂窩體(15)，其特征為蜂窩體(15)具有200至1000cpsi(每平方英寸單元數)，尤其是400至800cpsi的單元密度。
12.按上述權利要求之任一項所述的蜂窩體(15)，其特征為板層(1；10、11)具有用來影響流動的附加微結構(27)，特別是橫向的表面結構和/或突起和/或導流面。
13.按上述權利要求之任一項所述的蜂窩體(15)，其特征為蜂窩體(15)具有一用來接納一傳感器—特別是一λ-探測器(9)—的空腔(7)，其中空腔(7)設置在部分體積(T)內或部分體積(T)的上游。
14.按權利要求13所述的蜂窩體(15)，其特征為板層(1；10、11)與空腔(7)鄰接的邊緣(8)在離空腔(7)1-5mm的一寬度(B)內沒有孔。
15.按上述權利要求之任一項所述的蜂窩體(15)，其特征為板層(1；10、11)至少在端側(12，13)處的部分區域內—特別是在不帶孔的邊緣區域(2、3)內—利用接合技術地相互連接，尤其是通過硬釬焊相互連接。
16.按上述權利要求之任一項所述的蜂窩體(15)，其特征為蜂窩體(15)設置在一套管(14)內，板層(1；10、11)的連接區(4，5)的內側利用接合技術特別是通過硬釬焊固定在該套管上，其中所述部分體積(T)與套管(14)不接觸，即在板層(1；10、11)的貼合在套管(14)上的連接區(4，5)內不存在孔(6)。
17.按上述權利要求之任一項所述的蜂窩體(15)，其特征為一孔(6)的最大尺寸(R6)大于結構寬度(A)，特別是每個尺寸(R6)都大于結構寬度(A)。
18.按權利要求17所述的蜂窩體(15)，其特征為在所述至少一個部分體積(T)內的所有孔(6)都具有一大于結構寬度(A)的尺寸(R6)。
19.按權利要求17或18所述的蜂窩體(15)，其特征為孔(6)的尺寸(R6)至少是結構寬度(A)的兩倍，尤其是四倍，特別是六倍。
20.按上述權利要求之任一項所述的蜂窩體(15)，其特征為至少一部分所述孔(6)設計成長孔，所述長孔的最大尺寸(R6)分別沿一自己的主軸線(30)方向延伸，其中設計成長孔的孔(6)設置成使蜂窩體(15)包括具有不同剛性的區域(32、33、34)。
21.按權利要求20所述的區域，其特征為設計成長孔的孔(6)至少部分沿周向(37)和/或半徑(36)和/或中線(35)方向相互錯開，和/或以其主軸線(30)相互成一角度(31)地設置。
全文摘要
本發明設計一種具有一軸向長度(L)的由板層(1；10、11)構成的金屬蜂窩體(15)，所述板層這樣形成表面結構，以使蜂窩體(15)可由流體—特別是內燃機廢氣—沿流動方向(S)從一流入側端側(12)到一流出側端側(13)流過，此外，蜂窩體(15)在一個具有軸向長度(L)的至少55％和至少20mm的徑向尺寸(22)的部分體積(T)內在所有板層(1；10、11)中具有孔(6)，其中有所述孔(6)分別具有一在1和120mm
文檔編號F01N7/00GK1675455SQ03819119
公開日2005年9月28日 申請日期2003年7月16日 優先權日2002年8月16日
發明者W·毛斯, R·布呂克, P·希爾特 申請人:排放技術有限公司