CN101910576A - 包括具有一定结构的板材的蜂窝体 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于排气净化系统(4)的蜂窝体(1)，所述蜂窝体(1)具有至少一个壳体(2)和蜂窝结构(3)，所述蜂窝体(1)具有至少一个板材(5)，其中，所述板材(5)在至少一个部段(6)中具有凸出部(7)和包围所述凸出部(7)的边缘轮廓(8)，所述凸出部(7)在所述至少一个部段(6)中的面积百分比至少为80％。

Description

包括具有一定结构的板材的蜂窝体
技术领域
本发明涉及一种用于排气净化系统的蜂窝体，所述蜂窝体具有壳体和蜂窝结构，所述蜂窝体具有板材，所述板材在一部段中具有凸出部和包围所述凸出部的边缘轮廓。本发明还涉及这种蜂窝体在汽车领域中的应用。
背景技术
现有技术已公开了大量不同结构的金属排气净化部件，针对其各部件建议了各种不同的金属材料和/或形状。在此，例如将板材/金属板材用作壳体的组成部分、用作套管、用作中间层或者用于制造由具有一定结构的或平滑形式的薄的薄板/金属薄板组成的蜂窝结构。
对于壳体区域而言已知的是，在内侧上设有通道、沟槽等，所述通道、沟槽要能够影响壳体和蜂窝结构之间的焊剂的流动。对于为构造蜂窝结构而建议的薄板而言已知的是，设有导向叶片和/或微结构，其使得排气在通道内部产生局部的流动影响(例如转向)。
尽管在该技术领域已经存在很多变型，然而还不能满足关于稳定的、在流动技术方面以有利方式构造的、以廉价或者节省材料的方式制造的蜂窝体的所有需求。就此而言，这里还存在继续改进的需要。
发明内容
通过本发明要能至少部分地减少在现有技术中提出的问题，尤其是提供一种蜂窝体，该蜂窝体通过使用特殊的板材可以设计得较轻和较紧凑，其中同时还保证高效地进行排气净化和廉价地制造该蜂窝体。
该目的利用根据权利要求1的特征的蜂窝体来实现。本发明的其他有利实施形式以及优选的应用在从属权利要求中给出。要说明的是，从属权利要求中的单项特征能够以任意的、在技术上有意义的方式相互组合并限定本发明的其他实施形式。此外，在权利要求中给出的特征在说明书中较详细地阐明和解释，其中示出有本发明的其他优选实施形式。
本发明建议一种用于排气净化系统的蜂窝体，所述蜂窝体具有至少一个壳体和蜂窝结构，所述蜂窝体具有至少一个板材，其中，所述板材在至少一个部段中具有凸出部和包围所述凸出部的边缘轮廓，所述凸出部在所述至少一个部段中的面积百分比至少为80％。
在此，“蜂窝体”尤其是指可由流体沿一优选的流动方向流过的整体式蜂窝体，该蜂窝体具有流入侧的端侧和与该流入侧端侧间隔开的流出侧的端侧，其中，蜂窝体例如由分层布置的、至少在局部具有一定结构的(金属)板组成，这些(金属)板形成(大致)沿流动方向延伸的通道，所述通道的尺寸由所述(金属)板的一部分的波纹来确定。在这种情况下，蜂窝体主要仅包括金属部件，也就是说，壳体和蜂窝结构由(金属)板形成。然而在本发明的范围中也可使用至少局部由陶瓷材料制成的蜂窝体，这些陶瓷材料用于构造蜂窝结构。
在此，壳体规则地构成蜂窝体的外周面并在该壳体中容纳有至少一个蜂窝结构，从而形成可由流体流过的蜂窝结构。设置在蜂窝体中的板材在其表面的至少一个部段中的特征在于具有凸出部，所述凸出部分别被边缘轮廓包围。凸出部(在横截面中)尤其是隆起、山峰、拱起等，其中，优选在所述凸出部的中央区域(相对所有边缘轮廓都具有相等间距)存在所述凸出部的(局部定义的)最大值，即，尤其没有形成大面积的“高地”。特别优选的是，所述部段中的所有凸出部在其面积、高度和形状方面都相同。此外，这也意味着，所述凸出部由边缘轮廓包围或者说所述凸出部相对于边缘轮廓设置在内部。在此，所述凸出部可具有任意的周边轮廓或者说边缘轮廓，尤其是可以是三角形、四边形、五边形的，此外也可以是多边形或者是圆形、卵形等。因而边缘轮廓形成各凸出部的封闭的周缘，并且在(直接)相邻的凸出部之间形成一种(线形)边界。
在所述部段中，凸出部优选仅通过边缘轮廓本身来分隔开并且设置成彼此相邻的，从而尤其是通过边缘轮廓和凸出部形成例如周期性的、规则的、重复的结构。在此，视凸出部的形状而定，每个单独的凸出部直接与至少一个、两个或者多个凸出部相邻。因此，例如在凸出部的八角形实施形式中，高达八个的其他凸出部可以设置在该第一凸出部的紧邻处，仅通过包围所述凸出部的边缘轮廓来分隔开。
在此，相对于所述部段——凸出部和边缘轮廓布置在其中——的总面积所测得的凸出部面积的面积百分比至少为所述部段总面积的80％。凸出部相对于所述部段总面积的面积百分比尤其大于所述部段总面积的85％，优选大于90％，特别优选大于95％。因而很清楚，所述部段(其优选在板材的整个表面上延伸)的面积主要由凸出部构成，也就是说，边缘轮廓仅设计成条带形和/或线形的。
凸出部和边缘轮廓在板材上的这种布置结构的效果例如在于，与用于蜂窝体的其他的具有一定结构的或者平滑的板材相比增强了所述板材。通过板材的、凸出部和边缘轮廓形式的三维结构，获得极其抗弯刚性的和形状稳定的结构，因而可以采用材料厚度比较小的板材。同时，在应用这种板材时对于蜂窝体而言，当在排气设备中使用期间获得有利的声学特性，这是因为尤其衰减了低频共振。特别是通过这种具有一定结构的板材，排气系统的最高为500赫兹及以下的范围内的频率被衰减。此外，通过所述板材，蜂窝体获得高的热稳定性，这尤其是因为通过板材的三维结构可以补偿由热膨胀产生的应力。
具有凸出部和包围的边缘轮廓的所述板材优选与本发明蜂窝体的其他部件或薄板仅具有线形和/或点状的接触部位。在板材的、边缘轮廓是板材的从板平面伸出得最远的点的一侧上，接触部位优选是线形的，而在板材的、凸出部从板平面伸出得最远的一侧上，接触部位优选呈点状。尤其优选的是，薄板与本发明蜂窝体的其他部件或薄板没有面状的接触部位。
根据蜂窝体的另一有利实施形式，在具有所述凸出部和包围所述凸出部的所述边缘轮廓的所述部段中，所述板材具有统一的变形度。在此，“统一的变形度”尤其意味着，尽管发生了使初始时平滑的板变成具有凸出部和边缘轮廓的板材的变形，但是在板材的所有点上都存在相同的壁厚度。所述板材的这种特殊特征导致在材料壁厚度减小的同时进一步提高了抗弯刚性和形状稳定性，这是因为材料在所述部段中的任何点上都没有材料薄弱部。同时以这种方式形成的板材对于继续变形(例如对于变形成板材的波纹层或者其他结构)具有较大的塑化储备(Plastifizierungsreserve)。
在此，板材在一部段中的形成凸出部和边缘轮廓的变形根据一特殊方法产生，在该方法中，所述板材在边缘轮廓的区域中通过工具来支承，并从外部由压力介质加载，从而在板材中相对于边缘轮廓形成凸出部。通过压力介质的均匀的压力施加，得到板材的均匀流动，从而不仅在边缘轮廓的区域中而且在凸出部的区域中也能得到相同的材料厚度。在此，支承工具大体具有围绕凸出部延伸的边缘轮廓的结构。
根据蜂窝体的一种特别的实施形式，所述板材是用于构造所述蜂窝体的所述蜂窝结构的结构薄板。这尤其意味着，板材能够以分层的方式设置，以便生成沿流体的流动方向延伸的通道。在这种情况下，板材尤其用于通过蜂窝结构影响排气的流动特性。
由于这种具有凸出部和边缘轮廓的板材的特殊的结构化，还可通过流体流动的自引发的流动分配(涡流)来改善蜂窝结构中的传热和传质。尤其是，通过将板材与例如平滑的薄板相组合，在相应通道内产生不同的流动速度，进而使流过的流体获得涡旋/涡流成分，该涡旋成分有助于将层流转变为湍流，并因此促进通道内的质量输送。
此外，通过板材的特殊形状更好地补偿了材料的热膨胀。由于这种具有凸出部(其具有大的面积百分比)的三维结构，所述板材尤其是比其他已知薄板更小地膨胀，从而降低了在蜂窝结构的边缘区域和核心区域之间出现的热应力，进而优化了蜂窝体在机械故障方面的的耐久性。
此外，所述板材的使用导致了金属基体有利的声学特性和改进了共振性能，这是因为，由于这种具有凸出部和围绕凸出部的边缘轮廓的特殊的结构化，振动和阻尼特性明显好于具有传统板材的类似的蜂窝结构的振动和阻尼特性。
尤其是在材料厚度相同的情况下，所述板材相对于特别平滑的金属层获得高得多的强度。所述强度可以比平滑的或者具有一定结构的金属薄板的强度大高达30％。
此外，通过在凸出部和边缘轮廓区域中相应地具有统一的变形度的板材的特别和缓的变形，可以排除板材的微观损伤(例如通过微细裂纹等造成的)。
通过板材的非常均匀的变形(变形之后材料厚度相同)，可以基本避免损坏实际存在的表面结构或涂层，这是因为所述材料在变形形成凸出部和边缘轮廓的部段中的所有点上都可均匀变形。
此外，通过这种在基本不出现材料薄弱部的情况下进行的变形，尤其为随后的变形步骤获得很高的塑化储备。
根据所述蜂窝体的另一实施形式，所述蜂窝体的所述蜂窝结构的至少一个通道的至少一个第一壁至少局部地包括所述结构薄板，另外，所述通道的至少一个第二壁至少局部地至少包括选自波纹层、平滑层和非织造织物的组的元件。
通过蜂窝体的蜂窝结构的至少一些通道的这种构造方式，在通道壁附近产生流过的流体的不同的流动速度。在此，所述速度在具有凸出部和边缘轮廓的板材的区域中提高，从而尤其在对置有平滑通道壁的情况下生成排气的“波状”的横向涡旋，进而获得流体流动的持久混合。由此尤其是通过增大通道与通道壁之间的污染物梯度和浓度梯度来改进质量输送。
所述板材和/或这里所述的(尤其是金属)元件特别是可具有涂层，该涂层尤其是催化活性的，并且适于转化排气流中的污染物质。
根据蜂窝体的另一有利实施形式，所述结构薄板和/或所述元件具有开口，并且没有装入件/内嵌结构。通过所述结构薄板内或所述元件内的开口(孔、小孔等，然而优选具有至少1平方毫米或者甚至1平方厘米的横截面)，可越过/摆脱单独的通道而促进流体流动的混合。尤其是，这样可以在蜂窝体中获得流体流动或污染物分布的均匀分配。同样地，可以不使用伸入通道中的装入件，例如导向叶片等。因而在不会在通道上出现显著压力下降的情况下获得湍流。因而，将所述板材用作构造蜂窝结构的结构薄板消除了使用附加的装入件的需要，该装入件适用于产生流体流动的涡旋、混合、偏转等。
所述蜂窝体优选设计成使得所述结构薄板具有板厚度，而所述凸出部的高度从所述结构薄板的所述边缘轮廓起测得，其中，所述高度最大相当于所述板厚度的六倍，优选最大为四倍，特别优选最大为三倍。在此，在将板材用作结构薄板的情况下，尤其使用了在30μm至120μm范围内的板厚度，尤其是在60μm至80μm范围内的板厚度。限制凸出部的高度尤其是要保证和缓的变形过程并产生这里所述的效果(例如没有大的压力损失的涡流)。
根据所述蜂窝体的另一特别的实施形式，所述板材形成所述蜂窝体的壳体。尤其在被用作壳体的情况下，通过板材的由凸出部和边缘轮廓造成的所述特殊设计，获得很高的形状稳定性，所述形状稳定性可比类似壳体的大高达30％。由于提高了形状稳定性，可进一步降低壳体所需的材料使用。
除了与将板材用作结构薄板有关的所述优点之外，在用作为壳体的情况下恰好还获得排气净化部件的有利的声学影响。尤其在此产生在0至500赫兹区间内的低频共振的衰减。在此，如此使板材在一部段中具有一定结构，使得该一定结构在壳体的轴向区域中在整个周缘上延伸并且沿周向周期性地布置。
在此，周期性的布置尤其意味着，由板材的凸出部和边缘轮廓组成的结构沿周向不终止或者无中断地连续设置，从而沿周向不存在非周期性的结构。
所述壳体尤其在一个或者两个端侧上具有在周向上平滑的表面，从而可以利用相应的法兰尽可能简单地连接在其他排气净化部件、例如排气管路上。
板材的凸出部优选指向壳体内部，从而中间层或者蜂窝结构或者其他装置可在凸出部的极值区域中与壳体连接。此外，蜂窝结构——在必要时还包括其自身的壳体——也可设置在本发明壳体的较小横截面中，从而在蜂窝结构与由本发明板材组成的壳体之间产生空腔。在作为壳体的本发明板材向内指向地隆起时，尤其形成与形成蜂窝体通道结构的层或金属薄板(相接触)的点状接触部位。当作为壳体的板材的凸出部向外指向时，优选存在与形成蜂窝体通道结构的层或金属薄板(相接触)的线形接触部位。
根据所述蜂窝体的另一优选实施形式，所述壳体具有板厚度，而所述凸出部的高度从所述边缘轮廓起测得，其中，所述高度最大相当于所述板厚度的四倍，优选最大为三倍，特别优选最大为两倍。在此，所述板厚度明显大于结构薄板的厚度，例如在0.6mm至2.0mm(毫米)的范围内，尤其在0.8mm至1.5mm的范围内。
本发明还涉及的、本发明蜂窝体的本发明应用的特征在于，将所述蜂窝体用作用于发动机排气处理的颗粒分离器或者催化转化器载体/催化剂载体。在此，蜂窝体同样也可用作被涂层的颗粒分离器。
此外，本发明还涉及一种具有本发明蜂窝体的机动车。
附图说明
下面结合附图较详细地阐述本发明以及技术领域。应当指出，附图示出了本发明特别优选的实施变型，然而本发明并不局限于所述变型。图中(示意性)示出：
图1示出具有包括本发明板材的壳体的蜂窝体；
图2示出图1的壳体的剖视图；以及
图3示出蜂窝结构的由流体流过的通道。
具体实施方式
图1示意性示出蜂窝体1，其作为机动车15(此处仅示意出)的排气净化系统4中的部件。这里，蜂窝体1由壳体2和设置在壳体2内的蜂窝结构3(此处仅示意出)形成。在这种情况下，该壳体由板材5形成，该板材5具有凸出部7和规则的边缘轮廓8(仅局部示出)。
在此，壳体2具有沿壳体2的周向环绕的部段6，在该部段6中，板材5仅由凸出部7和边缘轮廓8形成。在此，边缘轮廓8各自完全在周缘
Figure BPA00001182158200081
包围凸出部7。部段6终止于壳体2与变宽的边缘轮廓8(相连接)的连接区域16处。图2以沿着图1的线A-A剖开的横截面示例性示出凸出部7和边缘轮廓8的此处所选的形状。无论如何，凸出部7在部段6中的面积百分比至少为80％(总面积减去边缘轮廓)。
图2示意性示出沿着图1的线A-A剖开蜂窝体1的壳体2的横截面图。在此，板材5在部段6中具有凸出部7和边缘轮廓8，边缘轮廓8将凸出部7分别彼此分隔并同时完全在周缘包围这些凸出部7。这些边缘轮廓设计成相对于凸出部7基本扁平并尤其是平坦的，其中，这些边缘轮廓当然匹配于壳体2的相应外形。
在此，板材5具有厚度D，而板材5的凸出部7具有高度H，高度H是从板材5的朝向凸出部7的一侧直至凸出部7的板材5的板材外表面测量的。图2显示，根据板材5的一种特别有利的实施形式，凸出部7在壳体2的周向上是以彼此错开的方式布置的，从而使壳体2具有较高的抗弯刚度和形状稳定性。
在根据图1和图2的壳体2中，在沿轴向界定的部段6内，凸出部7和边缘轮廓8在壳体2的整个周缘上延伸，其中，凸出部7和边缘轮廓8的周期性的排列在周向上是不中断的。
图3示意性示出蜂窝体1内的蜂窝结构3的通道11，排气流17流过该通道11。通道11包括各种不同的壁部，在第一壁10上通道11包括具有一定结构的薄板9，该薄板在通道壁的至少一个部分区域中具有凸出部7和边缘轮廓8。通道11的与第一壁10相对布置的第二壁12由一金属元件13形成，金属元件13例如可以是(金属薄板形式的)平滑层、(金属薄板形式的)波纹层、或者也可以是(由金属丝单丝组成的)非织造织物。第二壁12尤其是设计成相对于具有一定结构的结构薄板9是平滑的或者平坦的或者是不具有一定结构的/非结构化的。这种布置结构导致在通道11内产生排气流17的各种不同的流动速度和流动剖面，如在图3中通过不同的箭头长度和箭头方向所示的。在此，排气流17在通道11的由结构薄板9形成的第一壁10的区域中加速，从而使排气流17朝向第二壁12的方向偏转。通过结构薄板9的凸出部7，促使层流转变为湍流。在此，尤其是在通道11中产生排气流17的波状涡流，从而在通道11与可能被涂层的通道壁10、12之间使得排气流17的质量输送得到改善。
此外，元件13设有多个分布在通道长度上的开14，所述开14可以将由壁部10、12(在必要时根据流动技术)分隔开的各通道11之间的排气流17相混合，所述开口14从而有助于排气流17在蜂窝结构3的整个横截面上的均匀化。
本发明并不局限于所述实施例，而是在权利要求的范围内可以对本发明做出大量变更/修改。
附图标记列表：
1蜂窝体                          11通道
2壳体                            12第二壁
3蜂窝结构                        13元件
4排气净化系统                    14开口
5板材                            15机动车
6部段                            16连接区域
7凸出部                          17排气流
8边缘轮廓                        H高度
9结构薄板                        D板厚度
10第一壁

Claims (10)

1.一种用于排气净化系统(4)的蜂窝体(1)，所述蜂窝体(1)具有至少一个壳体(2)和蜂窝结构(3)，所述蜂窝体(1)具有至少一个板材(5)，其中，所述板材(5)在至少一个部段(6)中具有凸出部(7)和包围所述凸出部(7)的边缘轮廓(8)，所述凸出部(7)在所述至少一个部段(6)中的面积百分比至少为80％。
2.根据权利要求1所述的蜂窝体(1)，其特征在于，在具有所述凸出部(7)和包围所述凸出部(7)的所述边缘轮廓(8)的所述部段(6)中，所述板材(3)具有统一的变形度。
3.根据权利要求1或2所述的蜂窝体(1)，其特征在于，所述板材(5)是用于构造所述蜂窝体(1)的所述蜂窝结构(3)的结构薄板(9)。
4.根据权利要求3所述的蜂窝体(1)，其特征在于，所述蜂窝体(1)的所述蜂窝结构(3)的至少一个通道(11)的至少一个第一壁(10)至少局部地包括所述结构薄板(9)，另外，所述通道(11)的至少一个第二壁(12)至少局部地至少包括这样的元件(13)，所述元件(13)选自包括波纹层、平滑层和非织造织物的组。
5.根据权利要求3或4所述的蜂窝体(1)，其特征在于，所述结构薄板(9)和/或所述元件(13)具有开口(14)，所述结构薄板(9)和/或所述元件(13)没有装入件。
6.根据权利要求3至5之一所述的蜂窝体(1)，其特征在于，所述结构薄板(9)具有板厚度(D)，而所述凸出部(7)从所述结构薄板(9)的所述边缘轮廓(8)测起具有高度(H)，其中，所述高度(H)最大相当于所述板厚度(D)的六倍。
7.根据权利要求1至6之一所述的蜂窝体(1)，其特征在于，所述板材(5)形成所述蜂窝体(1)的所述壳体(2)。
8.根据权利要求7所述的蜂窝体(1)，其特征在于，所述壳体(2)具有板厚度(D)，而所述凸出部(7)从所述边缘轮廓(8)测起具有高度(H)，其中，所述高度(H)最大相当于所述板厚度(D)的四倍。
9.根据前述权利要求之一所述的蜂窝体(1)作为用于发动机排气处理的颗粒分离器或者催化转化器载体的应用。
10.一种具有根据权利要求1至8之一所述的蜂窝体(1)的机动车(15)。
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