CN101680340B - 具有电阻加大区域的可电加热的蜂窝体 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种可电加热的蜂窝体，它用至少一个卷绕的薄叠层构成，其中叠层的第一末端与导电接头连接，第二末端与电气材料连接。至少一个叠层具有多个相互导电接触的薄板，这些薄板至少部分形成构造，并且在构造方向确定至少一个叠层的高度。此外至少一个叠层具有至少一个包括小曲率半径和较大曲率半径的弯曲部，其中在包括至少一个弯曲部的弯曲段形成至少一个电阻加大的区域，该区域从小曲率半径出发在至少一个叠层的部分高度上延伸。

Description

具有电阻加大区域的可电加热的蜂窝体
技术领域
本发明涉及一种蜂窝体，该蜂窝体由部分形成构造的薄板的卷绕叠层构成，其中叠层通过一导电接头供电，其中存在用来导通流过蜂窝体的电流的路径，以加热蜂窝体。
背景技术
最近20年，申请人一直致力于开发可电加热的金属蜂窝体。对此，例如可以参阅WO92/02714A1，那里介绍了一种蜂窝体，它由分层设置的至少部分形成构造的薄板构成，薄板形成多个排气可流过的通道，这些通道从一个端面延伸到另一个端面。另外，许多从一个端面向另一个端面方向延伸的平的缝隙和/或绝缘层这样定位，使得产生至少一条相连的有导电能力的分布在横截面平面内的电流路径。薄板以其一端导电连接在第一导电触点上并在其第二末端导电连接在第二导电触点上，用这种方法特别是使得电流的输入和输出基本上可以在一个平面内实现。
由WO92/13635A1已知另一种蜂窝体，它通过按要求局部提高的电阻可以控制流过蜂窝体的电流的路径，使得在薄板的相应区段内可以形成通过加大的电流加热的区域，使蜂窝体可以非均匀加热。
在蜂窝体用作加热催化器方面的长期实践表明，电流沿叠层的单块薄板局部不均匀传导，而在卷绕的或盘卷的蜂窝体时力图沿导电接头和电气材料(elektrische Masse)之间的最短路径流动。其中特别是利用形成构造的和光滑的薄板之间的接触面，电流通过接触面特别是在弯曲区段内从外面的薄板转移到内部的薄板上，因此找到最短的流动路径。因此在蜂窝体横截面上产生不同的电流密度分布，从而造成不希望的不均匀热量分布。
特别是在近期越来越多地采用的大的蜂窝体中，由于大的叠层高度造成相对于蜂窝体横截面不均匀加热的加剧。这里，由于尺寸大，热对流效应也比做得小的蜂窝体中小得多，因此蜂窝体通较小电流的区段也保持长得多的冷态。
发明内容
因此本发明的目的是，至少部分解决结合现有技术所述的问题并且特别是提供一种蜂窝体，使得可以在蜂窝体整个横截面上均匀加热。同时还应该提供一种蜂窝体，由于均匀地通电，所述蜂窝体尽管经常使用(例如在车辆排气系统内)仍具有较长的使用寿命。
这个目的通过按权利要求1特征的蜂窝体实现，本发明另一些优良的结构在从属权利要求中给出。应该指出，在从属权利要求中所述的特征可以以任意在技术上有价值的方式相互组合并确定本发明的其他结构。此外在权利要求书中给出的特征在说明书中加以进一步细化和阐述，其中将表述本发明其他优选实施例。
为了实施这个目的，按本发明的蜂窝体用至少一个卷绕的薄板叠层构成，其中叠层的第一端与导电接头连接，第二端与电气材料连接，其中
-至少一个叠层具有多个相互导电接触的薄板，
-薄板至少部分形成构造，并在构造方向确定至少一个叠层的高度，
-至少一个叠层具有至少一个具有小曲率半径和大曲率半径的弯曲部，以及
-至少一个叠层在包括所述至少一个弯曲部的弯曲段内形成至少一个电阻加大的区域，该区域从小曲率半径出发在至少一个叠层的部分高度上延伸。
这里所述的多个相互导电接触的薄板的叠层特别是可以与导电接头连接，该导电接头设置在一包围蜂窝体的壳体上，其中此壳体有时在其周面上可以具有多个段，以便由此使每个叠层有电流流过。此外电气材料既可以设置在周面上也可以设置在蜂窝体横截面中心，在这里它应和所有板层连接。开头所述的申请人的两份资料特别是还可以用来表示和详细说明电流输入。
薄板的构造优选由波纹形状构成，波纹平行于蜂窝体的纵向或流通方向延伸，其中波纹形状特别是设计成Ω或正弦波或者Z字形(尖峰)。原则上一个叠层可以由多块薄板构成，这些薄板相互平面贴合，使得所述构造形成多个沿其表面例如用于排气的流动路径。因此，所述构造使相邻的薄板离开一定距离，使相互平放的薄板最终形成整个叠层的高度，该高度特别是取决于所述构造高度之和以及薄板的厚度。原则上许多叠层可以构成一个蜂窝体，但是这里对于简单的结构优选采用唯一一个叠层(或者最多两个叠层)，该叠层通过例如曲折的布局填满蜂窝体的横截面。
至少一个特别是应该建立在叠层内层薄板的弯曲部的内部区段内的电阻加大区域用来防止电流沿弯曲段内的最短路径流动，并优选通过弯曲段内的叠层的外侧薄板引导电流，以便在弯曲部的区段内也达到相匹配的电流密度从而使蜂窝体均匀地加热。现在为此特别是这样进行，使得例如薄板、薄板的布局和/或相互的导电接触在一规定的弯曲段内相对于叠层的另一些区段有所不同。在这个弯曲段内，换言之也就是说在“内部的较小”曲率半径附近，形成与“外部的较大”曲率半径相比电阻加大的区域，因此这个区域仅仅在叠层的部分高度上延伸，例如在叠层的高度的最多60％或者甚至仅仅30％上延伸。这里至少一个区域延伸的高度(与叠层的高度)的比例优选根据弯曲部的造型(曲率半径，弯曲段长度......)选择，例如如果存在较强的弯曲的话，则所述比例增加。这里此区域在许多层薄板上延伸，使得只有在电阻和/或各块薄板导电接触的共同作用下才形成这个区域。
按照本发明的一种改进结构建议，至少一个区域用最小弯曲半径小于80mm的薄板构成。甚至这个区域最好在这样的薄板中形成，它们在弯曲段的区段内具有小于50mm、特别是在至少一个区域内具有最好小于20mm的弯曲半径。弯曲半径用来描述各块薄板的(中心平面或中心面的)弯曲轮廓。对于考察形成构造的薄板的情况，考察中心面的弯曲轮廓。在弯曲段内薄板的弯曲半径可以是变化的，因此在这里使用最小弯曲半径，并且如果薄板最小弯曲半径仅仅在一个部位低于上述极限值、或者仅仅正好对于那些区域具有小于例如80mm的弯曲半径，则薄板本身可以在整个弯曲段变化。
按照本发明另一种结构，至少一个区域位于从曲率半径的起点出发的角度内。换言之，蜂窝体特别是具有至少一个电阻加大区域，其中该电阻加大区域位于从小曲率半径的起点出发的角度内。因此在各块薄板内的电阻应该做成这样，使电流不完全脱离所述至少一个区域，而是少量流过特别是在最小曲率半径附近的薄板。因此此角度限制例如每块薄板的长度，在这个长度上薄板具有加大的电阻，以便将强的电流从最好是流入最小曲率半径的区段转引到叠层的设置在外侧的薄板内。这里角度可以是一个常数并具有从0至360°的范围，优选具有从90至180°的范围，特别优选具有120至160°的范围。角度也可以随薄板相应的弯曲半径或弯曲段的(最小)曲率半径变化，因此可看作变化的弯曲半径的函数。特别是对于具有较小弯曲半径的薄板，角度应选择得较大。
按照蜂窝体的另一种结构，至少部分薄板在至少一个区域的范围内具有不同长度的区段。这特别是指，所述区域在叠层的高度方向不须具有连续的轮廓，也就是说不需要例如形成矩形、半圆形或圆锥形区域。而是可以(但是不是必须)使形成至少一个区域的每块薄板在规定的区段上在其对于电流的流通性能和接触性能方面有所不同，所述区段有时还不同于(所有)相邻薄板。
原则上，薄板内的电阻或多块薄板相互接触电阻在至少一个区域内以不同的方式提高。
按照本发明蜂窝体一个适宜的实施形式，至少部分薄板在至少一个区域内厚度各不相同。在原则上从这样的原理出发，即较厚的薄板的电阻比较薄的薄板(在材料相同和长度相同的情况下)小。当然薄板普遍做得具有相应的厚度，这时薄板在另一些弯曲区段可以通过另一种电阻加以区别，或者薄板分别由不同厚度的材料并接而成。
按照另一种实施形式设想，薄板至少部分配备一种构造，并且至少部分薄板在至少一个区域内在构造方面各不相同。这里特别是指，一方面薄板在其构造的高度方面另一方面在其形状方面可以是不同的。例如具有正弦或Ω形构造的薄板比形成曲折形(尖峰)构造的薄板与相邻薄板具有更大的接触面。这些不同的接触面造成在电流从一块薄板向另一块转移方面较大或较小的(接触)电阻。
按照另一种实施形式设想，至少一部分薄板具有孔、槽、板片和流动转向元件中的至少一种。这些元件可以单独或组合地设置，也可以采用具有不同尺寸的元件。特别是在叠层的具有较小弯曲半径的薄板中可以设置槽，以形成希望的区域，所述槽特别是垂直于电流的主流通方向设置，从而强制电流流过较长的路径，由此优选偏离出相邻板层。孔和/或槽仅仅在薄板的平面内延伸，而板片和/或流动转向元件则突出于薄板平面，从而可以用于与相邻薄板附加地导电接触和/或用来控制流体(特别是排气)流过蜂窝体或其通道的流动性能。
按照本发明另一种优良的实施形式，在至少一个区域内各个相邻薄板之间的接触面的大小是不同的。作为已经提到的特征的补充这里应该提醒，相邻表面之间的接触面也可以是中断的，例如通过板片、流动转向元件、孔或槽，它们设置在形成构造的薄板的最高点或设置在光滑薄板上形成构造的薄板的最高点的区段内。
按照另一种优良的实施形式，至少一块薄板在至少一个区域内至少局部具有一绝缘涂层。这个涂层可以例如通过火焰喷射、扩散或其他方法涂覆在否则能导电的薄板上，因此特别适合于用来控制与相邻薄板的接触电阻。
如果至少一块薄板在至少一个区域内至少局部包含非导电材料，同样是有利的。因此对于设置在叠层内最大曲率半径区段内的薄板，电流可以保持在薄板内，而不会偏转到沿最小曲率半径方向铺放的薄板上。
按照另一种优良的实施形式，至少一部分薄板在至少一个区域内可以由不同的材料制成。通过协调地选择合适的材料，可以调整在该区域内的单位面积电阻。薄板最好具有钢基材，并具有可观数量的铬和/或铝和/或镍。薄板的成分还可以例如通过改变表面做得在这个区域的区段内与薄板的其他区段不同。
本发明的蜂窝体的至少一个叠层的高度最好为至少10mm，在另一些实施形式中这个高度达到至少20mm的数值或者甚至至少50mm。在这样大的叠层高度时加剧出现“流通电流减小”效应，使得尤其在厚的、在弯曲段内没有这里所推荐的加大的电阻的叠层内，仅仅小的内部区段由于电阻加热而得到加热。因此这里在厚叠层时可证实特别大的本发明的作用。
本发明的蜂窝体特别考虑用在车辆中，它例如用作用于流过它的排气、至少部分设置在它上面的(起催化作用的)涂层和/或设置在它后面的其他排气处理装置的加热元件。
附图说明
下面借助于附图详细说明本发明及其技术的背景。应该指出，附图表示本发明特别优选的实施方案，但是本发明并不局限于这些方案，附图示意表示：
图1示出蜂窝体的横截面，该蜂窝体具有S形卷绕的、部分相互绝缘的叠层，该叠层由确定S形流动路径的交替的光滑和波纹薄板组成；
图2示出具有S形卷绕的叠层的另一蜂窝体的横截面；
图3示出叠层第一实施方案的一部分；
图4示出叠层的第二实施方案的局部；以及
图5示出叠层的第三实施方案的局部。
具体实施方式
图1表示一作为车辆18排气装置32的组成部分的本发明的蜂窝体1，其中排气的流动方向平行于蜂窝体1的纵向轴线24分布。蜂窝体1由两个叠层2构成，这两个叠层分别由光滑的薄板7和具有构造8的薄板7组成，这些薄板相互交替设置；两个叠层2相互S形缠绕。两个叠层2通过绝缘体19相互隔开，并放在壳体21内。电流22的输入通过导电接头4进行，电流的输出通过电气材料6进行。电流22首先通过导电接头4和壶嘴形地(schnabelartig)包围第一叠层2的第一末端3的电流分配结构20流入第一叠层2，并走过一S形路径，以便被同样壶嘴形地包围第一叠层2的第二末端5的电流分配结构20接收。在这里，电流22经由壶嘴形地包围第二叠层2的第一端3的流分配结构20输入第二叠层2，以便接着以与第一S形路径相反的方向流过第二叠层2，在第二叠层的第二末端5，电流22重新被壶嘴形地包围第二叠层2的第二末端5的电流分配结构20接收。然后电流22从这里出发通过套管向外引至电气材料6，电流流动在图1中用小的箭头原理性地表示。电流分配结构20的一部分在壳体21的套管对面的一侧上延伸到座部33的内部，其中电流输入线4和电气材料6在这个帽件内部通过绝缘体19与在套管中一样相互隔开。绝缘体19(空隙或绝缘材料)还在蜂窝体1内部使各个分区相互绝缘。
在这里所示的蜂窝体实施形式中，电流22优先流过各个叠层2的最小弯曲半径区段，例如紧靠弯曲半径11的起点15处，因此在叠层的具有最大弯曲半径的区段内，不存在足够的电流密度，由此引起蜂窝体1的不均匀加热。因此特别在最小弯曲半径区段内设置区域14，在它里面存在加大的电阻，使得电流22强制性更多地在叠层2外侧薄板7内流过。所述的具有不同的电阻的区域14除了优选设置在叠层2的弯曲区段中之外，当然也可以按不同的结构沿蜂窝体1的纵向轴线24设置，使得除了均匀加热蜂窝体1的整个横截面25外，还达到沿蜂窝体1纵向轴线24的均匀和迅速的加热。
图2同样以一横截面25示意表示蜂窝体1的另一实施例，其中为了更好地表示可电加热的蜂窝体1的功能，仅仅表示了一个叠层2。这里叠层2从一设置在壳体21上的带第一末端3的导电接头4经过包括一弯曲部10的弯曲段13延伸到叠层2的第二末端5，该第二末端与同样分接在壳体21内的电气材料6连接。叠层2由光滑的薄板7和形成构造的薄板7构成，这些薄板沿构造8突起方向重叠设置，以形成一高度9，其中叠层2在弯曲段13的区段内具有一从起点15出发的小曲率半径11和大曲率半径12。在弯曲段13内设置一区域14，该区域在一侧由从起点15出发的小曲率半径11限制、仅仅到达叠层2高度的一个规定部分、并位于角23内。
在该区域14内，电阻与薄板7一起形成，使得电流22特别是不通过可想像的沿最小曲率半径的最短路径流动，而是通过这个区域在大曲率半径12附近引入外侧的薄板7，使得形成一匹配的电流密度并由此均匀地加热整个叠层横截面。
图3示意表示具有一高度9和一区域14(由虚线围成)的叠层2的一部分，所述区域由薄板7的单个区段26构成，其中每块薄板7区段26的长度不同。这里区段26设置在角23之内，该角从叠层最内部的薄板7的小曲率半径11的起点15延伸出。各块薄板7可以具有不同的构造8，从而构成具有相应的接触电阻的优选接触面29。叠层2的各块薄板7分别具有一弯曲半径16，它沿薄板7即使在同一个弯曲段13内也可以是变化的。
图4示意表示叠层2的一个局部，其中薄板7部分具有波浪形构造8和附加的孔27，该孔也可以做成细长的槽。此外在这个例子中，薄板7配备绝缘涂层30并具有一厚度17。
图5示意表示叠层2的另一局部，其中薄板7部分具有构造8以及流动转向元件28。波浪形构造8通过接触面29与光滑薄板7导电接触。这里通过在流动转向元件28区域内省略接触面29来提高薄板7之间的接触电阻。
这里所示的蜂窝体的不同实施形式仅仅表示在蜂窝体的卷绕或电流供给或其他细节方面的实施形式的有限选择。
标号列表
1蜂窝体       5第二末端
2叠层         6电气材料
3第一末端     7薄板
4导电接头     8构造
9高度             22电流
10弯曲部          23角度
11小曲率半径      24纵向轴线
12大曲率半径      25横截面
13弯曲段          26区段
14区域            27孔
15起点            28流动转向元件
16弯曲半径        29接触面
17厚度            30绝缘涂层
18车辆            31排气流动方向
19绝缘体          32排气装置
20电流分配结构    33座部
21壳体

Claims (13)

1.一种蜂窝体(1)，该蜂窝体由至少一个卷绕的薄板叠层(2)构成，其中薄板叠层(2)的第一末端(3)与导电接头(4)连接，第二末端与电气材料(6)连接，其中
-所述至少一个卷绕的薄板叠层(2)具有多个相互导电接触的薄板(7)，
-薄板(7)至少部分形成构造并在构造(8)的方向确定所述至少一个卷绕的薄板叠层(2)的高度(9)，
-所述至少一个卷绕的薄板叠层(2)具有至少一个包括小曲率半径(11)和大曲率半径(12)的弯曲部(10)，和
-通过使得薄板(7)、薄板的布局和/或相互的导电接触在一规定的弯曲段内相对于薄板叠层(2)的另一些区段有所不同，所述至少一个卷绕的薄板叠层(2)在包含所述至少一个弯曲部(10)的弯曲段(13)内形成电阻加大的至少一个区域(14)，该区域从小曲率半径(11)出发在所述至少一个卷绕的薄板叠层(2)的部分高度(9)上延伸，
从而在弯曲部的区段内也达到相匹配的电流密度并因此使蜂窝体均匀地加热。
2.按权利要求1的蜂窝体(1)，其特征在于，所述至少一个区域(14)由薄板(7)形成，该薄板在所述至少一个区域(14)中的最小弯曲半径(16)小于80mm。
3.按权利要求1或2的蜂窝体(1)，其特征在于，所述至少一个区域(14)位于从所述小曲率半径(11)的起点(15)出发的角度(23)之内。
4.按权利要求1或2的蜂窝体(1)，其特征在于，至少一部分薄板(7)在所述至少一个区域(14)的范围内具有不同长度的区段(26)。
5.按权利要求1或2的峰窝体(1)，其特征在于，至少一部分薄板(7)在所述至少一个区域(14)内的厚度(17)各不相同。
6.按权利要求1或2的蜂窝体(1)，其特征在于，薄板(7)至少局部配备构造(8)，至少一部分薄板(7)在所述至少一个区域(14)内的构造各不相同。
7.按权利要求1或2的蜂窝体(1)，其特征在于，至少一部分薄板(7)具有孔(27)、槽、板片和流动转向元件(28)中的至少一种元件。
8.按权利要求1或2的蜂窝体(1)，其特征在于，在所述至少一个区域(14)内各个相邻薄板(7)之间接触面(29)的大小不同。
9.按权利要求1或2的蜂窝体(1)，其特征在于，在所述至少一个区域(14)内至少一个薄板(7)至少局部具有绝缘涂层(30)。
10.按权利要求1或2的蜂窝体(1)，其特征在于，在所述至少一个区域(14)内至少一块薄板(7)至少局部包含非导电材料。
11.按权利要求1或2的蜂窝体(1)，其特征在于，在所述至少一个区域(14)内至少一部分薄板(7)由不同的材料制成。
12.按权利要求1或2的蜂窝体(1)，其特征在于，所述至少一个卷绕的薄板叠层(2)的高度(9)至少为10mm。
13.一种具有至少一个按权利要求1至12中任一项的蜂窝体(1)的车辆(18)。
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