CN101981289B - 蜂窝体和用于制造钎焊蜂窝体的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种蜂窝体(1)，其具有至少一个壳体(2)和金属薄板(3)，所述金属薄板形成通道结构(4)，其中所述通道结构(4)利用多个线形钎焊连接部(5)固定在壳体(2)上。此外本发明提出一种方法，所述方法用于在所述通道结构(4)和壳体(2)之间形成线形钎焊连接部(5)。

Description

蜂窝体和用于制造钎焊蜂窝体的方法
技术领域
本发明涉及一种蜂窝体，其至少具有壳体和金属薄板，所述金属薄板形成通道结构。这种蜂窝体特别是用作移动式发动机的排气系统中的排气净化单元。
背景技术
这种类型的蜂窝体大多包括一单体式和/或多件式的壳体，所述壳体具有较大的材料厚度，使得该壳体能够形成外部形状或者说构型和/或甚至是排气管本身的一部分。而人们尽力将用于构成通道结构的金属薄板实施成相对薄壁的结构，以便在相同的结构空间上实现尽可能大的表面。所述表面例如用于施加与流经通道结构的排气进行接触的催化剂。因此确保了排气成分与催化剂的紧密接触，进而确保了排气的有效净化。
问题在于，在移动式排气系统中常见的交变热负荷和/或交变动力负荷下，很薄的金属薄板与壁较厚的壳体的表现不同。所以在壳体和金属薄板之间的连接尤其是在技术方面形成挑战。
已知在这种蜂窝体的壳体中，在插入金属薄板或通道结构前将焊料条、或所谓的焊片施加在内表面上，然后插入通道结构。同样已知，将这种焊片卷绕在通道结构上，并将该组合物(焊片和通道结构)插入壳体中，使得整个焊片贴靠在壳体的内表面上。已经提出相同的方法，其中钎焊区域不是在整个周向上的带状区域，而是由较大的部分区域/点式区域(Flecken)形成。仅示例性地，在图3中示意性示出相应的蜂窝体。
这种连接技术或焊料施加方式使得很多焊料在未被使用的情况下设置在壳体的内表面上，由此不仅提高了材料需求、进而提高了制造成本，而且还会在壳体或金属薄板的表面上出现焊料聚集，其可能会引起金属薄板和/或壳体的合金元素(legierungselementen)的不希望的扩散过程。此外应当考虑到，由此在壳体和/或金属薄板的热膨胀行为和/或动力膨胀行为方面仅实现了钎焊连接区域的受限匹配。
发明内容
因此本发明的目的是：至少部分地解决关于现有技术所述的问题。特别是提出一种蜂窝体，其在考虑到移动式发动机的排气系统中的这种蜂窝体的交变热负荷和/或交变动力负荷的情况下具有改进的耐久性。同样提出一种更为节约焊料成本的制造方法。
所述目的通过具有权利要求1特征的蜂窝体以及根据权利要求8所述的、用于制造蜂窝体的方法来实现。蜂窝体和/或制造方法的其它优选设计方案以及这种蜂窝体的优选应用在从属权利要求中给出。需要指出的是，在权利要求中给出的特征能以任意的、技术上合理的方式彼此组合，并得出本发明的其它设计方案。特别是结合附图的说明书进一步对本发明进行说明并给出另外的实施例变型。
根据本发明的蜂窝体至少具有壳体和金属薄板，所述金属薄板形成通道结构，其中所述通道结构利用多个线形钎焊连接部固定在壳体上。
在此，所述壳体优选是单体式的，并且可以具有柱形的或其它的剖面形状。金属薄板优选包括至少部分地具有一定结构的金属薄板，所述金属薄板被最终卷绕、覆层和/或卷曲以形成一例如蜂窝结构式的通道结构，该通道结构具有多个基本上彼此平行延伸的通道。壳体通常具有大于1mm的材料厚度，而金属薄板的材料厚度例如在小于0.12mm的范围内、例如甚至小于0.08mm。
(本发明)提出，替代已知的较大钎焊区域，设置多个线形的钎焊连接部。“多个”在此是指，特别是至少10个钎焊连接部、例如甚至多于30个或甚至是至少100个钎焊连接部。在此，钎焊连接部的线形构型优选如此取向，使得所述钎焊连接部横向于壳体的周向方向。特别是，线形连接部与在壳体中的金属薄板的延伸方向平行。“线形的”钎焊连接部特别是指，其长度明显大于宽度，其中所述宽度沿壳体的周向方向确定。尤其优选地，例如“线形”比通道结构的通道的最大宽度更窄。因此可见，利用多个这种小的线形钎焊连接部可以将金属薄板或通道结构更有针对性地连接到壳体上，例如根据通道结构的高负荷区域的位置，在所述位置中必要时可以设置与其它局部区域相比更多的线形钎焊连接部，或者当需要较高程度的柔性时在这些部位处设置较少数量的线形钎焊连接部。总之，多个钎焊连接部的这种线形构型允许灵活地设计在壳体和通道结构之间的钎焊图案。
在本发明中优选地，每个线形钎焊连接部在壳体的周向方向上的宽度最大为5mm。优选地，该宽度的值不超过3mm，甚至不超过1mm。这样节省地施加焊料使制造经济并防止在相邻区域中出现不希望的钎焊连接。
此外认为有利的是，将多个金属薄板布置成，使得所述金属薄板利用至少一个端部贴靠在壳体上并分别形成至少一个线形钎焊连接部。换句话说，例如通过对金属薄板进行相应的卷绕、卷曲和/或覆层，使金属薄板利用两个端部贴靠在壳体的内表面上。这时该端部贴靠在壳体的内表面上或者沿切向紧贴该内表面。因此，通过金属薄板的构型和/或布置形式能设定与壳体的接触区域和/或使端部压靠在壳体上的预紧作用。(本发明)提出，正是将这些接触区域和/或金属薄板的紧贴该接触区域的端部区域用于这种线形钎焊连接部。因此，线形钎焊连接部例如正是由金属薄板的端部界定，并从该端部延伸到相应金属薄板的内部区域中。
根据一种改进方案提出，壳体在与金属薄板相接触的接触区域中具有焊料。换句话说这特别是指，在二者之间不存在例如由于在壳体周向上设置传统的钎焊条而产生的剩余焊料。因此在这个区域中，仅准确地为接触区域设置焊料，从而可以进一步降低焊料的使用。
根据本发明的另一种设计方案提出，在壳体的周向方向上不设置无中断的、环绕的钎焊区域。这一点主要还表征为，在制成钎焊的蜂窝体后在壳体的内周上没有环绕的钎焊区域。对于在此所述的情况来说，这一点适用于整个蜂窝体，即壳体的被通道结构覆盖的整个内表面。
此外(本发明)有利地提出，在壳体的周向方向上设有一环绕的钎焊区域，所述环绕的钎焊区域包括多个彼此间隔开的、与周向方向垂直设置的线形钎焊连接部。这种钎焊区域例如在周向方向上具有至少20个线形钎焊连接部，所述线形钎焊连接部特别是沿周向方向彼此对齐(对准)、特别是彼此平行。必要时可以设置多个这种环绕的钎焊连接区域、特别是在通道结构的端侧附近设置一钎焊连接区域。通常在这种环绕的钎焊区域中，线形钎焊连接部在该环形钎焊区域内表面上的面积份额为至多50％、特别是至多20％、优选甚至至多10％。
根据本发明的一种改进方案提出一种这样的蜂窝体，其中壳体的被通道结构覆盖的内表面的至多10％的面积实施有线形钎焊连接部。尤其优选地，该份额甚至为至多5％或者甚至至多2％。换句话说，壳体的内表面是由通道结构覆盖的面，其中所述面通常在轴向上通过通道结构的端侧界定，所述面是指位于所述端侧之间的周向区域。由此，利用在此提出的钎焊连接部的线形结构，事实上仅有非常小的面积份额用于形成在通道结构或者说金属薄板与壳体之间的在接合技术上的连接。
根据本发明的另一方面还提出一种用于制造蜂窝体的方法，其中蜂窝体至少具有壳体和金属薄板，所述金属薄板形成通道结构。所述方法至少包括下述步骤：
(a)制备多个金属薄板，
(b)将多个粘合剂条放置在所述金属薄板的至少一部分上，
(c)将所述金属薄板装入所述壳体中，从而形成通道结构并使粘合剂条的至少一部分与所述壳体接触，
(d)对蜂窝体施加焊料，使得焊料被设置在贴靠所述壳体的粘合剂条上，
(e)加热蜂窝体以在所述金属薄板和所述壳体之间形成多个线形钎焊连接部。
所述方法特别是用于制造根据本发明所述的蜂窝体。
步骤(a)特别是涉及制备至少部分具有一定结构的金属薄板，尤其优选地涉及制备多个平滑的金属薄板和多个波纹状的金属薄板。
步骤(b)涉及在金属薄板的具体给定的区域上施加粘合剂。尤其优选地，主要对于在金属薄板和壳体之间的连接，将粘合剂条定位在端部的边界区域中或随后朝向壳体的接触区域的边界区域中。对于施加粘合剂优选使用印刷技术，特别是利用印刷装置(例如按照喷墨法的方式)。利用这种印刷装置，特别是能精确地、以确定的大小形成粘合剂条，所述粘合剂条例如还基本上与钎焊连接部的最终线形形状相应。
在步骤(c)中，将金属薄板(至少部分地)装入壳体中。为此，金属薄板可以在此前被覆层、堆叠和/或卷绕和/或盘绕。可以通过以下方式将金属薄板装入壳体：将金属薄板(必要时部分地)压入(例如单体式的)壳体中；但也可以将金属薄板放入(分体式的或打开的)壳体中，再封闭壳体。总之，优选形成通道结构，该通道结构的通道基本上平行于壳体的延伸方向延伸。同时，将金属薄板安装成，使得粘合剂条的至少一部分、即不是用于金属薄板间的彼此连接的粘合剂条贴靠在壳体上、或者说直接邻接该壳体。
步骤(d)特别是涉及下述方法步骤：其中从蜂窝体的一端侧引入焊料使之穿过通道结构并与粘合剂条相接触。这时焊料、特别是粉末状焊料粘附在粘合剂条上，并且实际上以希望的量固定在粘合剂条上以用于下一步骤。
步骤(e)是一热接合过程。在此优选地，蜂窝体被高温钎焊，例如在高于800℃的温度下、可能在确定的环境(真空或保护气体)中进行钎焊。这使得粘合剂(胶合剂)基本上被气化，而焊料被液化。在加热后，最后冷却焊料，从而形成金属薄板、焊料和壳体间的材料结合的(stoffschlüssig)连接。
尤其优选地，制备不含粘合剂和焊料的壳体。除去通过步骤(c)或(d)从金属薄板传递到壳体上的粘合剂或焊料外，这一点特别是在步骤(e)之前一直满足。在这方面尤其优选地，壳体在内表面上例如具有钝化结构，所述钝化结构防止粘合剂和/或焊料不希望地堆积在与通过金属薄板确定的区域不同的区域中。
特别优选地，根据本发明制造的和/或根据本发明设计的这种蜂窝体在机动车的排气系统中用作排气处理部件。
附图说明
借助附图详细阐述本发明及其技术领域。需要指出的是，附图是示意性的并示出本发明的特别优选的实施例变型，而不应对本发明形成限制。附图示出了：
图1示出排气系统的基本结构，
图2示出蜂窝体的剖视图，
图3示出根据现有技术的在壳体和金属薄板之间的钎焊区域，
图4示出根据本发明的蜂窝体的实施例变型，
图5至图10示出根据本发明的方法的优选实施例变型，
图11示出用于制造蜂窝体的具有一定结构的金属薄板的可能设计方案，和
图12示出具有线形钎焊连接部的平滑的金属薄板的细节。
具体实施方式
图1示意性示出机动车17、例如乘用车或载货车。机动车17具有发动机18，例如压燃式发动机或火花点火式发动机。在发动机18中产生的排气穿流过排气系统16，所述排气系统通常具有排气管和多个排气处理部件15。所述排气处理部件特别是包括：催化剂载体、过滤器、分离器、吸附器、等离子反应器、转化器等。在此示意性地示出，排气处理部件15具有蜂窝体1。
图2以纵向剖视图示出蜂窝体1的设计方案。在此，由外部示出壁较厚的、单体式的柱形壳体2。在壳体2内，壳体2形成与布置在该壳体内的通道结构4相接触的接触区域9。通道结构4利用多个平滑的金属薄板3和具有一定结构的金属薄板3形成。在此形成的通道23的通道延伸方向26基本上与蜂窝体的轴线19平行。通道结构4的壁部的一部分还可以利用其它材料、例如过滤材料形成。金属薄板3还可以具有穿孔，使得沿流动方向25到达的排气流在第一端侧24上被分配，并在通道结构4内彼此混合。
在此还示出，通道结构4或者是形成该通道结构的金属薄板3并非沿轴线19方向在整个长度27上彼此连接。而是在端侧24附近形成其中产生钎焊连接的前部段28和后部段29。
图3示意性示出如何根据现有技术制造在通道结构4和壳体2之间的连接。为此在周向6方向上设置不同的、较大面积的钎焊区域11。在此，钎焊区域11可以设计成环绕式的和/或部分式的。总之，钎焊区域11沿周向6方向具有明显的尺寸。
与此相反，图4示出根据本发明的蜂窝体1的一种实施例变型。如在右上部的剖开处可见，蜂窝结构4利用多个平滑金属薄板和波纹状金属薄板3形成。所述金属薄板3的端部8贴靠在壳体2的内表面12上。正是在该接触区域9中，通过相应地提供焊料10在希望的位置处实现线形钎焊连接部5。在此可见，沿周向6方向不是形成无中断的钎焊区域，而是形成一组具体的、彼此间隔开的线形钎焊连接部5。在此，线形连接部5的宽度7优选小于2mm。
图5至图10示出这种蜂窝体1的优选制造方法。图5示出具有对置端部8的平滑金属薄板3。图6示出粘合剂14(例如胶合剂)的施加。在此，一印刷装置21在金属薄板3上运动，从而在具体位置处、例如在端部8附近形成粘合剂条13。应当考虑到，粘合剂条13在端部8上的位置不必对称，而是可以形成任意的图案。
这时可以将多个这种平滑的金属薄板3以及另外的波纹状金属薄板3(在此未详细示出)堆叠并彼此卷曲，从而形成通道结构4。这时可以将该通道结构4插入单体式壳体2(在图7中示出为柱状)中。在此，金属薄板3的端部8贴靠在壳体2的内表面12上。
图8示出：将这样制备的蜂窝体1的端侧24浸入例如焊料10中。通过确定的振动机构和/或承载物(空气)可将例如粉末状的钎焊料输入通道结构4的内部区域中、特别是朝向粘合剂条13输送。从而使焊料10积聚在希望的粘合剂条13上。
这时将这样制备的蜂窝体传送到例如一炉22，并在该炉处进行热处理。在此形成线形钎焊连接(参见图9)。
必要时还可以进行图10所示的覆层过程，其中将已钎焊的蜂窝体1输送至一覆层装置35。蜂窝体1特别是可以被覆盖所谓的中间层和/或催化剂。
图11示出一波纹状金属薄板3的实施例变型，所述波纹状金属薄板3可以例如与平滑的金属薄板(如图6所示)交替地设置。波纹状金属薄板3具有结构20，所述结构20利用周期性重复的突出部30和凹部31形成沿通道延伸方向26的通道。波纹状金属薄板另外具有翻起部18，所述翻起部18延伸至通道内，进而引起部分排气流的转向。与所述(冲压的)翻起部18相邻地设有开口32，通过所述开口使排气在必要时能流入相邻的通道，如流动方向25的相应箭头所示。在此，不仅可以实现左右流动混合，而且可以实现上下流动混合。
图12示出平滑的金属薄板3的放大细节，例如在弯曲的状态下贴靠在壳体(未示出)的内表面上。在此(示意性)示出线形钎焊连接部5，所述钎焊连接部5直接邻接金属薄板3的端部8。在此，线形钎焊连接部5具有例如1～2mm的宽度7和5～10mm的长度34。
附图标记列表
1  蜂窝体
2  壳体
3  金属薄板
4  通道结构
5  线形钎焊连接部
6   周向
7   宽度
8   端部
9   接触区域
10  焊料
11  钎焊区域
12  表面
13  粘合剂条
14  粘合剂
15  排气处理部件
16  排气系统
17  机动车
18  发动机
19  轴线
20  结构
21  印刷装置
22  炉
23  通道
24  端侧
25  流动方向
26  通道延伸方向
27  尺寸
28  前部段
29  后部段
30  突出部
31  凹部
32  开口
33  翻起部
34  长度
35  覆层装置

Claims (9)

1.一种用于制造蜂窝体(1)的方法，所述蜂窝体具有至少一个壳体(2)和金属薄板(3)，所述金属薄板形成通道结构(4)，所述方法至少包括以下步骤：
(a)制备多个金属薄板(3)，
(b)将多个粘合剂条(13)放置在所述金属薄板(3)的至少一部分的端部上，
(c)将所述金属薄板(3)装入所述壳体(2)中，从而形成通道结构(4)并使粘合剂条(13)的至少一部分直接邻接所述壳体(2)，其中所述多个金属薄板(3)布置成利用至少一个端部贴靠在壳体上，
(d)从蜂窝体的一端侧引入焊料使之穿过通道结构并与粘合剂条相接触，使得焊料(10)被设置在粘合剂条(13)上，
(e)加热蜂窝体(1)以在所述金属薄板(3)和所述壳体(2)之间形成多个线形钎焊连接部(5)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，提供的所述壳体(2)不带有粘合剂(14)和焊料(10)。
3.一种通过根据权利要求1所述的方法制造的蜂窝体(1)，该蜂窝体至少具有壳体(2)和多个金属薄板(3)，所述多个金属薄板形成通道结构(4)，其中所述多个金属薄板(3)布置成利用至少一个端部贴靠在壳体上，其中所述通道结构(4)利用多个线形钎焊连接部(5)固定在所述壳体(2)上，
其中，所述线形钎焊连接部(5)由金属薄板(3)的端部界定、并从该端部延伸到相应金属薄板(3)的内部区域中，
其中，所述壳体(2)仅在与金属薄板(3)相接触的接触区域(9)中具有焊料(10)。
4.根据权利要求3所述的蜂窝体(1)，其特征在于，每个所述线形钎焊连接部(5)在壳体(2)的周向(6)方向上的宽度(7)最大为5毫米。
5.根据权利要求3或4所述的蜂窝体(1)，其特征在于，所述金属薄板的贴靠在所述壳体(2)上的至少一个端部(8)分别形成至少一个线形钎焊连接部(5)。
6.根据权利要求3或4所述的蜂窝体(1)，其特征在于，在所述壳体(2)的周向(6)方向上不设置无中断的、环绕的钎焊区域(11)。
7.根据权利要求3或4所述的蜂窝体(1)，其特征在于，在所述壳体(2)的周向(6)方向上设有一环绕的钎焊区域(11)，所述环绕的钎焊区域包括多个彼此间隔开的、与周向(6)方向垂直设置的线形钎焊连接部(5)。
8.根据权利要求3或4所述的蜂窝体(1)，其特征在于，所述壳体(2)的被所述通道结构(4)覆盖的内表面(12)的至多10％的面积实施有线形钎焊连接部(5)。
9.根据权利要求3至8中任一项所述的蜂窝体(1)或者根据权利要求1或2制造的蜂窝体(1)作为在机动车(17)的排气系统(16)中的排气处理部件(15)的应用。
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