CN101489719B - 在金属薄板中产生开口的方法以及由此制成的用于排气处理的蜂窝体 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于在金属薄板(2)中产生开口(1)的方法，至少包括以下步骤：a)提供平的金属薄板(2)，b)在金属薄板(2)中产生至少一个弯曲部(3)，c)借助于切削加工方法在所述至少一个弯曲部(3)的区域内产生至少一个开口(1)。其中优选使用磨削刀具。本发明还涉及一种由此制成的用于移动式内燃机的排气处理单元。

Description

在金属薄板中产生开口的方法以及由此制成的用于排气处理的蜂窝体

技术领域

本发明涉及一种用于在金属薄板上产生开口的方法。这种金属薄板特别是用于构建例如用于减少机动车辆中的移动式内燃机的有害物质的排气处理单元。

背景技术

在这种金属薄板的制造方面已知按照蜂窝体的样式布置该金属薄板，其中形成多个排气可穿流的通道。在此金属薄板用作通道的界定部。为此能使用平滑和/或形成结构的金属薄板，其中由于金属板的结构或者布置形成通道的一定的构型。

此外还已知，为这种金属薄板配设开口，例如以便保证排气流在相邻流动通道中的交换和/或以便在蜂窝体中布置另外的元件(例如探测器、电连接端、导流板等)。

当前这样在波状金属薄板中制造这种开口，即首先以冲压方法对金属薄板开槽，随后相应的波纹辊子使金属薄板形成结构或者说成形。正是在用于排气处理单元的这种金属薄板的自动批量生产方面，已广泛地采用冲压方法。

在设计这种排气处理单元方面的较新的发展要求使开口的位置相对于金属薄板的结构特别精确地限定。特别是为此执行规范的工艺过程，以便保证这种开口例如在波峰上或者波谷中的精确的定位。金属薄板的总是重复出现的变形、材料不均匀性等导致仅能以高的技术消耗稳定地执行所述工艺过程。

发明内容

本发明的目的在于，至少部分地解决参照现有技术所述的技术问题。特别是应给出一种用于产生开口的方法，该方法能快速而经济地并以高的精度执行，使得这种方法特别是适合于应用在批量生产中。此外还应给出一种用于制造蜂窝体的方法，该方法同样至少部分地满足前述要求。此外，也应给出可特别有效地制造的产品。

所述目的通过根据权利要求1的特征的方法实现。本发明的其它有利的设计方案在从属权利要求中给出。应指出，在本专利权利要求中单独列出的特征能以任意的、技术上有意义的方式相互组合并构成本发明的另外的设计方案。此外，详细阐述或者说明专利权利要求中的一些特征的本说明书还公开了本发明的其它有利的设计方案。

按照本发明，用于在金属薄板中产生开口的方法至少包括以下步骤：

a)提供平的金属薄板，

b)在金属薄板中产生至少一个弯曲部，

c)借助于切削加工方法在所述至少一个弯曲部的区域内产生至少一个开口。

在步骤a)方面须注意，“平的”金属薄板基本上是指“未形成结构的”金属薄板。相应地，常常卷绕在所谓的卷筒上的金属薄板通常仅须展开并将其输入给加工站。其中，“未形成结构的”更确切地说涉及一种宏观观察方式，其中金属薄板的横截面基本上是(仍)未(特别是周期性)弯曲的线。

对于步骤b)须注意，在该方法步骤期间原则上也可同时或者快速连续地形成多个弯曲部。其中，所述弯曲部也可以是指暂时的、例如仅在步骤c)的时间段内实现的变形。但优选这样的实施方案，其中通过成形在金属薄板中永久地形成至少一个弯曲部，使得该金属薄板现在具有结构。

步骤c)表明，不使用典型的冲压方法。这里，开口现在通过切削加工方法形成。“切削”加工方法是指所述至少一个开口的产生特别是(几乎)仅在形成切屑的情况下发生的加工方法。切削加工方法的例子特别是铣削、钻孔、磨削等。

在这里，借助于弯曲实现了，能使用于执行切削加工方法的相应的刀具/工具局部接合/作用到金属薄板中，而不接触金属薄板的大面积的区域。其中提供弯曲本身能实现对待进行的加工非常精确地定位。在应用切削加工方法时，能实现高的产率，因此所述加工方法能特别经济地应用到批量生产范围内。

其中特别优选的是，步骤c)包括借助于下列具有未界定(undefiniert)刀刃的刀具进行磨削去除：

——磨盘，

——磨丝。

在这些带有未界定刀刃的刀具中，材料去除这样实现，即(或多或少的)由硬质材料不规则地形成的粒状结构与金属薄板作用，通过这些粒状结构进行切削加工。这些通过不确定的刀刃的加工方法通常是能得到很高的表面质量和尺寸精度的精加工方法。“磨盘”通常是指旋转的盘状刀具。在磨盘的表面上至少部分地施加有执行切削加工的相应的磨粒。这里优选用于执行这种方法的另一种刀具是所谓的“磨丝”。该磨丝包括大致线状的基体，在该基体的表面上又施加有(或多或少的)由硬质材料不规则地形成的粒状结构。在磨丝与金属薄板接触时，通过磨丝和金属薄板之间的(特别是平移的)相对运动执行切削加工，通过该切削加工能在金属薄板的至少一个弯曲部的区域内精确地形成开口。

此外提出，金属薄板在步骤c)期间执行进给运动。这特别是指，金属薄板连续地、特别是以一致的进给运动执行步骤a)至c)，使得产生连续的过程。用于执行切削加工方法的刀具也可以特别是间歇地相对于金属薄板运动。

优选这样的方法变型，其中步骤b)包括产生具有多个弯曲部的永久结构。在这里特别是指波状的或者类似的结构，其中该结构的极端的走势优选基本上垂直于或者倾斜于进给运动定向。因此，永久的结构例如能利用成型辊轮通过轧制变形过程来制造。“永久”特别是指，所述结构的成形不仅发生在金属薄板的弹性范围内。在此，所述结构在极端中提供多个适合于与用于执行切削加工方法的刀具作用的弯曲部。

另外被认为有利的是，用于产生所述至少一个弯曲部的装置也用作金属薄板在步骤c)期间的引导装置。这特别是指，金属薄板在一个工具中首先被配设一结构，其中在用于执行切削加工方法的刀具作用时，所述工具在一侧进入到形成结构的金属薄板中，而在相对的一侧上用于成形的刀具使金属薄板的结构稳定。

最后还提出，执行步骤d)，其中将所述至少一个开口的至少一个边修平。“边”特别是指开口的边界区域。所述边的修平——例如为了去除那里的毛刺——可通过刷刮、冲洗等方法进行。

此外，这里提出一种用于制造包括至少一个波状金属薄板和一扁平金属带的蜂窝体的方法，该方法至少具有以下步骤：

A)制造至少一个带有按照本发明这里所述类型的开口的波状金属薄板；

B)将所述至少一个波状金属薄板与至少一个扁平的金属带布置成至少一个叠层；

C)缠绕所述至少一个叠层；

D)将所述至少一个叠层装入壳体中；

E)至少使金属薄板和金属带相互接合，或者至少使金属薄板或者金属带与壳体接合。

其中，蜂窝体通常具有多个彼此相邻布置的、彼此大致平行延伸的、流体可穿流的通道。为此，波状金属薄板和扁平的金属带(或者多个这样的金属薄板和/或这样的金属带)以有利的方式彼此交替布置，使得它们分别形成通道壁的一部分。交替布置的金属薄板和/或金属带可彼此对齐并布置成一个叠层。然后，优选卷绕或者弯曲至少两个或者三个这样的叠层，并接着将其这样装入壳体中，使得金属薄板或者金属带的所有端部以有利的方式贴合在壳体的内侧上。为了使部件不再改变其相对位置，还提出，至少使金属薄板和金属带相互固定，其中金属薄板和/或金属带还有利地与壳体连接。在接合方法方面，特别地提出硬钎焊或者类似的方法(例如，产生熔合连接、焊接等)。

关于步骤B)被认为有利的还有，在步骤B)之前在所述至少一个扁平金属带中产生至少一个局部凸起，该凸起至少在步骤B)期间与所述至少一个波状金属薄板的至少一个开口协同作用。换言之，特别是波状金属薄板中的所述至少一个开口能用于在形成叠层期间进行固定，进而用于防止弄混地布置波状金属薄板和扁平的金属带，和/或能在步骤C)期间防止金属薄板或者金属带相对于叠层不希望地发生相对运动。因此，局部凸起和开口提供一种形锁合作用，该形锁合作用确定金属带或者金属薄板相互间的相对位置。

此外还提出一种排气处理单元，该排气处理单元包括至少一个用这里根据本发明所述的方法制成的金属薄板并且还具有由金属线丝组成的无纺织物，其中金属薄板和无纺织物共同形成具有通道的蜂窝体，其中通道的至少一部分至少部分地封闭。这种排气处理单元特别是用作机动车排气系统的所谓过滤器。为此，多个这样的波状金属薄板以有利的方式与大致扁平的无纺织物交替地层叠并按照蜂窝体的形式接合。通道现可在通道端部区域和/或通道端部之间的区域在一个或多个位置(部分)地封闭。由此形成流动狭道，该流动狭道引起排气流部分偏转穿过无纺织物，使得其中携带的颗粒能汇集在金属线丝或者无纺织物中。这样积聚的颗粒然后能被(例如也催化辅助地)转化。

另外提出一种具有至少一个蜂窝体的排气处理单元，该蜂窝体根据文中所述的制造方法制成，其中金属薄板和金属带至少部分地配设有选自下列集合的涂层：用于氧化排气组分的涂层、用于还原排气组分的涂层、用于储存排气组分的涂层。必要时，设置这些涂层的组合也是有利的，其中优选存在不同催化活性的彼此隔开的区域。

最后，包括至少一个用这里所述的方法制成的蜂窝体的排气处理单元也被认为是有利的，其中蜂窝体包括至少局部配设有流动转向部的通道，所述流动转向部封闭通道横截面的至少一部分。在此，流动转向部例如与波状金属薄板的开口直接相邻地形成。在此，流动转向部至少部分地封闭通道横截面，使得部分排气流在此偏转到相邻通道中。

特别有利的是，至少一个这种如前面在不同实施方式的变型中所述的排气处理单元在机动车辆中的应用。

附图说明

下面根据附图更详细地阐述本发明以及相关技术领域。在此，图示出本发明的特别优选的实施方式的变型，但本发明并不局限于此。图中示意性示出：

图1示出用于阐述在金属薄板中产生开口的第一方法的原理图，

图2示出用于借助于磨盘在波状金属薄板中产生开口的方法变型，

图3示出在执行完本发明方法的步骤b)之后的金属薄板的实施方式的变型，

图4示出在波状金属薄板中产生多个开口，

图5示出在波状金属薄板中产生流动转向部，

图6示出在开口区域内相互协同作用的金属薄板和金属带的叠层，

图7示出带有开口的、波状金属薄板的局部视图，

图8示出构造成所谓的分流过滤器的排气处理单元的局部视图，

图9示出具有排气系统的机动车辆。

具体实施方式

图1在原理上示出用于在金属薄板2中产生开口1的方法。为此，金属薄板2借助于辊子被这样驱动，使其获得进给运动6。此外，这里设有引导装置8，其中将弯曲部3引进到金属薄板2中。在该弯曲部3的区域内，使磨丝5与金属薄板2以切削的方式接触，使得形成开口1。为制造这种开口1，磨丝5可实现不同的运动方向32，以便在适当的部位产生相应的开口1。

图2示出在构造有永久结构7的金属薄板2中引进这种开口。为此，金属薄板2沿其进给运动6的方向首先通过两个相互啮合的成型轮34引导，使得形成包括多个布置在两侧的弯曲部3的结构7。接着设置一用于切削加工方法的加工站。在这里，该加工站一方面包括同样设计成成型轮34的引导装置8，与该引导装置相对地设置一磨盘4。通过例如在成型轮34的周面中的相应的槽，磨轮4进入金属薄板2中，使得之后——这里仅在金属薄板2的上侧上——形成开口1。如此被穿孔的金属薄板2可以受到另一个变形加工步骤，其中金属薄板2被输入给另一对成型轮34，该成型轮在开口1的区域内形成流动转向部20。

图3以透视图示出具有永久结构7的波状金属薄板2，该永久结构具有多个弯曲部3。其中，弯曲部3交替地形成在突起部23和下沉部24的区域内并可分别配设有开口1。

现在在图4中示出在这种波状金属薄板2中同时制造多个开口1。为此，使金属薄板2与多个按照磨丝5的形式设计的刀具相接触，所述刀具(同时并彼此偏置地)以切削的方式在弯曲部3的区域内产生开口1。这里，磨丝5进行相对金属薄板2的相对运动31。

例如根据图4预处理的波状金属薄板2现在可在后面的加工步骤中被这样附加地配设流动转向部20，即将金属薄板2的、位于刚才产生的开口1之间的区域压下(见图5)。因此金属薄板2的所述流动转向部20伸入到稍后由金属薄板形成的通道18中并产成流动狭道。

图6示出叠层12的一部分，其中交替地堆叠扁平的金属带11和波状金属薄板2。可以看出，由于波状金属薄板2与扁平的金属带11接触而形成通道18，这些通道基本上彼此平行地延伸并形成预定的通道横截面21。在这里示出的实施方式的变型中，在波状金属薄板2的突起部23和下沉部24的区域内设有开口1。这些开口用于接纳在扁平金属带11中形成的凸起14。由此形成形锁合作用，该形锁合作用防止金属薄板2和金属带11移动，使得这些部件特别是相对于其端侧30不能相互移动，并且这种结构即使在缠绕期间或者在将部件装入壳体期间也被保持。

图7再次详细示出具有例如在0.02至0.08mm范围内的预定厚度29的波状金属薄板2。示出在弯曲部3的区域内的开口1。具体而言，在用磨丝或者磨盘加工这种开口1时，形成基本上横向于弯曲部3的走势延伸的例如呈槽状的开口1。其中，开口1可制成具有例如在小于1mm直至几毫米例如10mm的范围内的宽度28。对于期望形成特别高质量的开口1的情况，还可再对开口1的边9去除毛刺等。

图8示出所谓的分流过滤器的局部视图，其中排气沿流动方向26穿过排气处理单元15。该排气处理单元15通过交替布置的波状金属薄板2和具有金属线丝17的无纺织物16形成。波状金属薄板2又具有突起部23和下沉部24，使得与无纺织物16共同形成可穿流的通道18。现在排气连同包含在其中的颗粒27一同穿流通道18，其中用金属薄板2形成的流动转向部20致使流动方向26偏转。由此使颗粒27沉积在无纺织物16上。在金属薄板2和/或无纺织物16上还设有涂层19，该涂层能使这些颗粒转化。

现在，图9示出一具有内燃机25的机动车辆22。从产生排气的所述内燃机25出发，排气穿流不同的排气处理单元15，其中这里示例性示出具有两个蜂窝体10的壳体13。

附图标记表

1    开口

2    金属薄板

3    弯曲部

4    磨盘

5    磨丝

6    进给运动

7    结构

8    引导部

9    边

10   蜂窝体

11    金属带

12    叠层

13    壳体

14    凸起

15    排气处理单元

16    无纺织物

17    金属线丝

18    通道

19    涂层

20    流动转向部

21    通道横截面

22    机动车辆

23    突起部

24    下沉部

25    内燃机

26    流动方向

27    颗粒

28    宽度

29    厚度

30    端侧

31    相对运动

32    运动方向

33    辊子

34    成型轮

Claims (10)

1.一种用于在金属薄板(2)中产生开口(1)的方法，至少包括以下步骤： 

a)提供平的金属薄板(2)， 

b)在金属薄板(2)中产生包括多个布置在两侧的弯曲部(3)的结构，该金属薄板的厚度在0.02-0.08mm的范围内， 

c)借助于切削加工方法在所述弯曲部(3)的区域内直接产生至少一个开口(1)，而不需首先对金属薄板开槽之后再通过该槽来制造开口， 

其中，步骤c)包括借助于下列具有未界定刀刃的刀具中的一个进行磨削去除： 

磨盘(4)， 

磨丝(5)，以及 

其中，所述至少一个开口(1)基本上横向于该弯曲部(3)的走势延伸，以及金属薄板(2)以一致的进给运动(6)连续地执行步骤a)至c)。 

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤b)包括产生具有多个弯曲部(3)的永久结构(7)。 

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，用于产生所述弯曲部(3)的装置在步骤c)期间也用作金属薄板(2)的引导装置(8)。 

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，执行步骤d)，其中将所述至少一个开口(1)的至少一个边(9)修平。 

5.一种用于制造包括至少一个波状金属薄板(2)和一扁平金属带(11)的蜂窝体(10)的方法，至少具有以下步骤： 

A)制造至少一个带有按照权利要求1或2所述的方法制造的开口(1)的波状金属薄板(2)； 

B)将所述至少一个波状金属薄板(2)与至少一个扁平的金属带(11)布置成至少一个叠层(12)； 

C)缠绕所述至少一个叠层(12)； 

D)将所述至少一个叠层(12)装入壳体(13)中； 

E)至少使金属薄板(2)和金属带(11)相互接合，或者至少使金属薄板(2)或金属带(11)与壳体(13)接合。 

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在步骤B)之前在所述至少一个扁平金属带(11)中产生至少一个局部凸起(14)，该凸起至少在步骤B)期间与所述至少一个波状金属薄板(2)的至少一个开口(1)协同作用。 

7.一种排气处理单元(15)，包括至少一个根据权利要求1至4中任一项所述的方法制成的至少一个金属薄板(2)和至少一个由金属线丝(17)组成的无纺织物(16)，所述金属薄板和无纺织物共同形成具有通道(18)的蜂窝体(10)，其中通道(18)的至少一部分是至少部分封闭的。 

8.一种排气处理单元(15)，包括至少一个用根据权利要求5或6所述的方法制成的蜂窝体(10)，其中至少金属薄板(2)或金属带(11)至少部分地配设有选自下列集合的涂层：用于氧化排气组分的涂层、用于还原排气组分的涂层、用于储存排气组分的涂层。 

9.一种排气处理单元(15)，包括至少一个用根据权利要求5或6所述的方法制成的蜂窝体(10)，其中蜂窝体(10)包括至少局部配设有流动转向部(20)的通道(18)，所述流动转向部封闭通道横截面(21)的至少一部分。 

10.一种机动车辆(22)，具有至少一个根据权利要求7至9中任一项所述的排气处理单元(15)。 

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