CN109496249A - 具有施加的扁平电导体的金属薄膜及使用所述薄膜生产的蜂窝状本体 - Google Patents

具有施加的扁平电导体的金属薄膜及使用所述薄膜生产的蜂窝状本体 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种金属薄膜(1)，该金属薄膜具有顶侧(2)、以及通过基底绝缘层(17)以电绝缘方式附接到其上的扁平电导体(14)，该基底绝缘层具有以电绝缘方式覆盖该导体(14)的覆盖层(18)，其中，该薄膜(1)具有至少一个边缘区域(11)，该至少一个边缘区域不带有该电导体(14)并且不带有绝缘层(17，18)，并且其中，该电导体(14)与这些绝缘层(17，18)一起的总厚度(D)小于80μm。

Description

具有施加的扁平电导体的金属薄膜及使用所述薄膜生产的蜂 窝状本体
本发明涉及可电加热的蜂窝状本体的领域，可电加热的蜂窝状本体尤其用于内燃发动机(优选机动车辆中)的排气净化。可电加热的蜂窝状本体在机动车辆中主要作为催化转化器基体本体使用，排气可以流经蜂窝状本体，并且在某些操作条件下，例如在冷启动期间，蜂窝状本体被电加热以快速达到用于催化反应的合适温度，或者即使在不利的条件下也能保持合适温度。
尽管存在高的热波动载荷、侵蚀性环境条件、以及可能的沉积物，但可电加热的蜂窝状本体及其部件必须以恒定的电功能实现长的使用寿命，这对材料和结构提出了高的要求。
在最近的发展中，正在考虑供电电压为24V、36V或者甚至48V[伏特]的系统，而不是迄今为止在机动车辆中广泛使用的供电网络中的12V。这也对电加热的蜂窝状本体中有待选择的电绝缘材料和电阻提出了特别要求。在较高的电压下，几乎不可能将蜂窝状本体作为整体配置为加热电阻器。必须提供单独的加热元件。
EP 0 618 842 B1披露了一种可电加热的蜂窝状本体，其中只有以电绝缘的方式安装在固持结构中的内部结构是可加热的，其结果是旨在实现合适的电阻和耐用的构造。
此外，已经从US 2014/0112850 A1(WO 2012/172033)中已知一种构造，该构造适用于24V或者更高的电压。在这种构造中，形成蜂窝状本体的片材金属层的一部分被用作加热元件并且被固持在合适的绝缘体中。
EP 0 603 227 B1也已经披露了在两个彼此夹紧的薄膜之间安排单独的扁平电导体。然而，这种安排需要相对较高的费用，并且导致只能相对困难地加工层状薄膜的蜂窝状本体。
此外，US 5,505,911披露了一种可电加热的蜂窝状本体，其中电导体以特定形式作为涂层施加到基体结构上。尽管此文件描述了针对这种导电涂层的接触连接的合适的可能性，但不包含适用于较高电压或者适用于典型现代结构形式的蜂窝状本体的部件。因此，本发明的目的是提供一种具有施加的扁平电导体的金属薄膜，该薄膜适用于生产可电加热的蜂窝状本体、尤其适用于在24V至48V的电压下操作。此外，本发明的目的是指定一种使用至少一个这样的薄膜生产的可电加热的蜂窝状本体，尤其是用于机动车辆的排气清洁系统。
此目的通过如独立权利要求1所述的金属薄膜并且通过如权利要求7所述的蜂窝状本体来实现。在各从属权利要求中指明了可以单独使用或者在技术上有利地彼此组合使用的有利改进。根据本发明的薄膜在其顶侧上具有通过基底绝缘层以电绝缘方式附接到其上的扁平电导体，该基底绝缘层具有以电绝缘方式覆盖该导体的覆盖层，其中，该薄膜具有至少一个边缘区域，该至少一个边缘区域不带有电导体并且不带有绝缘层，并且其中，该电导体与这些绝缘层一起的总厚度小于80μm、优选地小于60μm。电导体与绝缘层的相对较小的总厚度使得可以类似于在传统薄膜的情况下卷绕薄膜，以使其与其他薄膜分层放置，并且对其进行成形或甚至对其进行构造以形成蜂窝状本体、尤其是形成波纹状薄膜。扁平电导体(也称为导体条)的具体优点在于，与其导电截面面积相比，每单位长度的表面较大，其结果是在本情况中，导体中产生的欧姆热可以容易地消散在金属薄膜中并且穿过覆盖层向外消散。施加到基底绝缘层上的金属薄膜或其他金属涂层也适合作为扁平导体。绝缘层和电导体还可以例如通过已知的化学气相沉积方法/物理气相沉积方法(CVD/PVD方法)或通过印刷来应用。
在优选的实施例中，根据本发明的薄膜由耐高温的钢构成，并且对于蜂窝状本体的轴向长度的典型宽度为5cm至30cm[厘米]、优选地为10cm至20cm，薄膜厚度为20μm至100μm[微米]、优选地为25μm至50μm，其中，至少一个边缘区域的宽度至少为0.5cm。通过这些尺寸，可以使用薄膜来生产典型的蜂窝状本体，这些蜂窝状本体在薄膜的边缘区域中具有焊接在其端侧上的连接。
根据进一步优选的实施例，这些电绝缘体被配置和创建的方式使得这些电绝缘体可靠地防止在20V至72V[伏特]电压下的电击穿。根据应用，绝缘体的介电强度必须针对所使用的电压进行配置，即在具有24V的系统的情况下，必须承受至少24V加上安全裕度，在48V的情况下，必须承受至少48V加上针对在开关操作期间可能发生的过电压等的安全裕度。根据本发明的薄膜优选地是平滑的或波纹状的，具有适用于金属催化基体本体的结构，其中，该至少一个边缘区域被安排的方式使得其能够被定位在由该薄膜生产的蜂窝状本体的端侧上。优选地提供两个边缘区域，这两个边缘区域位于蜂窝状本体的两个端侧上。
在本发明的优选实施例中，该扁平电导体的长度、截面、以及轮廓被配置的方式使得其能够吸收500W至5000W的电功率。针对这种配置，可使用各种可以以合适的方式组合的参数。例如通过曲折的轮廓，可以几乎如所希望地选择电导体的长度。其厚度和宽度(即导体截面)也可以在宽的范围内选择。此处的厚度和/或宽度总体上不必相同，而是也可以根据所需的温度分布在区域上不同。电导体的U形的或曲折的构型使得其用于连接至电源的电连接能够放置在任何希望的位置。在本发明的进一步优选的实施例中，该扁平导体具有导体表面，该导体表面覆盖该薄膜的顶侧的10％至80％、优选30％至50％。可以更好地使用大表面的良好热传递的优点，因此，电导体的表面相对于薄膜的面积较大。然而，导体表面的不均匀分布在此也是有利的，例如，如果蜂窝状本体旨在在其用于排气的入口侧比在其他区域中被更大程度地加热。
本发明还涉及一种蜂窝状本体，气体能够从第一端侧经过该蜂窝状本体流到第二端侧，该蜂窝状本体是使用上述薄膜中的至少一个薄膜和使用至少一个另外的金属薄膜、通过卷绕和/或交替地分层放置这些薄膜生产的，其中，这些薄膜在该蜂窝状本体的至少一个端侧上焊接至彼此。如所提及的，可以将薄膜生产为平滑的或波纹状的薄膜，并且因此，先前由平滑的和波纹状的薄膜生产的典型蜂窝状本体也可以使用根据本发明的上述薄膜生产为平滑的和/或波纹状的薄膜。无论是使用带有电导体的波纹状薄膜还是使用带有电导体的平滑薄膜，在各自情况下使用多少都取决于所需的加热功率和其他结构细节。在制造方面，仅需要考虑电导体的电接触连接，该电接触连接通常通过围绕蜂窝状本体的套管进行。因施加电导体及其绝缘层而引起的薄膜的增厚很小，使得蜂窝状本体的压力损失几乎没有增加。
然而，特别优选的蜂窝状本体是，其中该具有电导体的至少一个薄膜是平滑薄膜，该平滑薄膜与相邻安排的且具有波峰和波谷的至少一个波纹状薄膜一起形成蜂窝状本体，其中，该平滑薄膜的具有该电导体和其绝缘体的内部区域比该波纹状薄膜的边缘区域厚，该至少一个波纹状薄膜具有通过所述总厚度而变小的波纹高度，因此，在该波纹状薄膜的边缘区域中在这些波峰和这些波谷处，与该平滑薄膜的边缘区域产生金属接触并且能够通过焊接相连接。虽然与蜂窝状本体中的其他尺寸相比，电导体与其绝缘体的总厚度在制造期间不会引起任何特殊问题，但是，如果通过适当改变相邻波纹状层的波纹高度来平衡所述厚度，则是有利的，因为于是在蜂窝状本体的一个或多个端侧上产生可易于焊接的金属接触点。
由此可以形成多个平滑的和波纹状的薄膜，该多个平滑的和波纹状的薄膜中的至少一个具有电导体，彼此交替地分层放置的且彼此交错的该多个平滑的和波纹状的薄膜形成蜂窝状本体，如在现有技术中在各实施例中已知的。
下面将参考附图更详细地描述本发明的进一步细节和示例性实施例，其中，甚至在不同附图中展示的细节可以在根据本发明的蜂窝状本体中彼此组合地发生。在附图中：
图1示意性地示出了穿过根据本发明的具有扁平电导体的薄膜的截面，
图2示出了根据图1的不具有电绝缘覆盖层的薄膜的俯视示意图，
图3示意性地示出了根据本发明的蜂窝状本体的透视图，并且
图4示意性地示出了穿过根据本发明的蜂窝状本体的一部分的透视纵截面。
图1以局部透视图示出了穿过根据本发明的薄膜1的截面，该薄膜具有顶侧2。薄膜1的膜宽度FB例如为5cm至30cm，并且其膜厚度d1例如为20μm至100μm、优选为25μm至50μm。在薄膜1的顶侧2上，施加有基底绝缘层17，在该基底绝缘层上又安排有例如以U形或曲折形式延伸的扁平电导体14，其中优选地在薄膜1的两侧留有边缘区域11，该基底绝缘层的最小厚度d2例如为10μm至20μm。电导体14的宽度LB例如为1cm至3cm，其平均长度LL(此处未展示)例如为20cm至100cm，并且其厚度d3例如为5μm至20μm。导体宽度LB与导体厚度d3的乘积产生导体截面16，如阴影所展示的。基底绝缘层17和电导体14被电绝缘覆盖层18覆盖，该电绝缘覆盖层的最小厚度d4例如为10μm至20μm。在各自情况下，最小厚度应理解为电导体14之上和之下的层厚度d2、d4，所述层厚度必须足以确保在24V、36V或者48V的供电电压下的电击穿。
图2示出了图1中所展示的省略了覆盖层18的薄膜1的俯视图。在此示例性实施例中，电导体14以U形延伸，其结果是其平均长度LL几乎是薄膜1的长度的两倍。在导体在薄膜1上以曲折的方式前后延伸的情况下，因此，可以设定电导体14的几乎任何希望的长度。电导体14的导体表面15(以阴影展示)覆盖了例如薄膜1的顶侧2的10％至80％。在本示例性实施例中，基底绝缘层17在薄膜1的两侧留有相应的边缘区域11，当薄膜1用于构造蜂窝状本体时，所述边缘区域随后搁靠在第一端侧9和第二端侧10上。只有薄膜1的内部区域13被电导体14和其绝缘层17、18加厚。
图3示意性地示出了根据本发明的具有第一端侧9和第二端侧10的蜂窝状本体5的透视图。由平滑薄膜3和波纹状薄膜4形成的通道8使得气体能够从第一端侧9经过蜂窝状本体5流到第二端侧10。波纹状薄膜4形成波峰6和波谷7，波谷的端侧接触相邻的平滑薄膜3并且通过焊接连接19而至少部分地连接在那里。蜂窝状本体5被安排在套管20中，通过该套管，在穿通件21处，可以产生位于电连接件22与蜂窝状本体5内部中的至少一个电导体14之间的电连接。
图4示意性地示出了本发明的优选示例性实施例，其中具有安排在绝缘层17、18之间的电导体(此处未展示)的至少一个平滑薄膜3邻近波纹状薄膜4来安排。穿过蜂窝状本体5的一部分所示的纵截面示出了，波纹状薄膜4的波纹具有两个不同的波纹高度H和h，即波纹状薄膜4的边缘区域12的波纹高度H和蜂窝状本体5的内部区域13的减小的波纹高度h，平滑薄膜3的具有绝缘层17、18(以及电导体，未展示)的内部区域比其边缘区域11厚。借助于不同的波纹高度H和h，蜂窝状本体5中的平滑薄膜3和波纹状薄膜4在端侧处的接触允许借助于焊接点19的连接。因此，产生稳定的可电加热的蜂窝状本体。
本发明尤其适用于机动车辆的排气净化系统、尤其在24V、36V、或48V电源的情况下，并且例如在沉积或腐蚀的情况下，几乎不易受到电击穿的影响。

Claims (9)

1.一种金属薄膜(1)，该金属薄膜具有顶侧(2)、以及通过基底绝缘层(17)以电绝缘方式附接到其上的扁平电导体(14)，该基底绝缘层具有以电绝缘方式覆盖该导体(14)的覆盖层(18)，其中，该薄膜(1)具有至少一个边缘区域(11)，该至少一个边缘区域不具有该电导体(14)并且不具有绝缘层(17，18)，并且其中，该电导体(14)与这些绝缘层(17，18)一起的总厚度(D)小于80μm。
2.如权利要求1所述的金属薄膜(1)，其中，该薄膜(1)由耐高温的钢构成，并且膜宽度(FB)为5cm至30cm，膜厚度(d1)为20μm至100μm，其中，该金属薄膜(1)的至少一个边缘区域(11)的宽度至少为0.5cm。
3.如权利要求1或2所述的金属薄膜(1)，其中，这些电绝缘体(17，18)被配置和创建的方式使得这些电绝缘可靠地防止在20伏特至72伏特电压下的电击穿。
4.如前述权利要求之一所述的金属薄膜(1)，其中，该薄膜(1)是平滑的或波纹状的，具有适用于金属蜂窝状本体(5)的结构，并且其中，该至少一个边缘区域(11)被安排的方式使得该至少一个边缘区域能够被定位在蜂窝状本体(5)的与该薄膜(1)一起生产的端侧(9，10)上。
5.如前述权利要求之一所述的金属薄膜(1)，其中，该扁平电导体(14)的导体长度(LL)、导体截面(LQ)、以及轮廓被配置的方式使得该电导体能够在运行期间吸收500W至5000W的电功率。
6.如前述权利要求之一所述的金属薄膜(1)，其中，该扁平导体(14)具有导体表面(LF)，该导体表面覆盖了该薄膜(1)的顶侧(2)的10％至80％。
7.一种蜂窝状本体(5)，气体能够从第一端侧(9)经过该蜂窝状本体流到第二端侧(10)，该蜂窝状本体是使用至少一个如权利要求1至6之一所述的薄膜(1)和使用至少一个另外的平滑金属薄膜(3)和/或波纹状金属薄膜(4)通过卷绕和/或交替地分层放置这些薄膜(1，3，4)生产的，其中，这些薄膜(1，3，4)在该蜂窝状本体(5)的至少一个端侧(9，10)上通过焊接连接(19)彼此连接。
8.如权利要求7所述的蜂窝状本体(5)，其中，该具有电导体(14)的至少一个薄膜(1)是平滑薄膜(3)，该平滑薄膜与相邻安排的且具有波峰(6)和波谷(7)的至少一个波纹状薄膜(4)一起形成具有通道(8)的蜂窝状本体(5)，气体能够流经这些通道，其中，该平滑薄膜(3)的具有该电导体(14)和其绝缘体(17，18)的内部区域(13)比该波纹状薄膜(4)的边缘区域(12)厚，该至少一个波纹状薄膜(4)具有通过所述总厚度(D)而减小的波纹高度(h)，因此，在该波纹状薄膜(4)的边缘区域(12)中在这些波峰(6)和这些波谷(7)处，与该平滑薄膜(3)的边缘区域(11)产生金属接触并且能够借助于焊接连接(19)而连接。
9.如权利要求8所述的蜂窝状本体(5)，其中，彼此交替地分层放置的且彼此交错的多个平滑的和波纹状的薄膜(3，4)形成该蜂窝状本体(5)，该多个平滑的和波纹状的薄膜中的至少一个具有电导体(14)。
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