CN112204231B - 蜂窝体以及用于生产蜂窝体的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于排气后处理的蜂窝体(20，23)，该蜂窝体包括堆叠在彼此上的多个互连的金属箔(1，6，30)，其中，该蜂窝体(20，23)具有在该蜂窝体(20，23)的轴向方向上延伸的作为流入区段的中央第一流动通道，并具有在各自情况下位于两个彼此相邻的金属箔(1，6，30)之间的多个第二流动通道(11，22)，其中，该第一流动通道与这些第二流动通道(11，22)处于流体连通，其中，形成在两个彼此相邻的金属箔(1，6，30)之间的这些第二流动通道(11，22)沿着该蜂窝体(20，23)的径向方向呈直线且彼此平行地延伸。本发明还涉及一种用于生产该蜂窝体的方法。

Description

蜂窝体以及用于生产蜂窝体的方法
技术领域
本发明涉及一种用于排气后处理的蜂窝体，该蜂窝体包括堆叠在彼此上的多个互连的金属箔，其中，蜂窝体具有在蜂窝体的轴向方向上延伸的作为流入区段的中央第一流动通道，并具有在各自情况下位于彼此相邻的金属箔之间的多个第二流动通道，其中，该第一流动通道与这些第二流动通道处于流体连通。本发明还涉及一种用于生产该蜂窝体的方法。
背景技术
为了排气后处理目的，使用不同的蜂窝体，这些不同的蜂窝体通常被称为催化转化器。蜂窝体的共同特征本质上是它们形成多个通道，流可以通过该多个通道，并且待清洁的排气可以沿着该多个通道流动。选择形成通道的壁的材料或材料的涂层，其方式为使得与排气的各个组分发生期望的化学反应，其结果是，排气的受影响组分被转化为危害较小的产物。
除了相应的通道几何形状之外，现有技术中已知的蜂窝体尤其在通流方向上也彼此不同。例如，现有技术披露了流沿轴向方向偏转地一次或重复地通过的蜂窝体、或者流在径向方向上一次或重复地通过的蜂窝体。
蜂窝体在此例如由堆叠在彼此上的不同形状的金属层形成，金属层之间的空腔形成了通道。
尤其是在流径向通过的蜂窝体的情况下，已知多个径向延伸的流动通道，从而允许流从中央轴向延伸的流动通道通过径向延伸的通道到达在径向方向上位于外侧的流动通道。在此，流动通道例如由波纹状金属层形成，这些波纹状金属层通过平滑的金属层彼此间隔开。例如，波纹状金属层例如是通过对圆形平滑的片状金属层进行深拉来产生的。
流径向流过的蜂窝体和用于生产该蜂窝体的生产方法的缺点尤其是，环形金属层的形成在片状金属层内产生应力，该应力甚至可能破坏片状金属层。通过压纹将通道模制成片状金属层限制了通道的最大高度，因为在压纹期间流入的材料受到明显限制。因此，相对平坦的通道在后续的焊接和涂覆期间可能导致所使用的焊接材料和载体涂层的沉积增加，这促进了各个通道的阻塞。另外，由于压纹是不连续的过程，并且为了实现通道的足够精确的压纹需要对片状金属层进行非常准确的定位，所以生产非常缓慢。这增加了周期时间，这进而导致高生产成本。
发明内容
因此，本发明的目的是产生一种蜂窝体，流可以径向通过该蜂窝体并且该蜂窝体具有优化的通道几何形状。另外，本发明的目的是提供一种用于生产根据本发明的蜂窝体的方法。
与蜂窝体有关的目的是通过具有权利要求1的特征的蜂窝体来实现的。
本发明的一个示例性实施例涉及一种用于排气后处理的蜂窝体，该蜂窝体包括堆叠在彼此上的多个互连的金属箔，其中，该蜂窝体具有在该蜂窝体的轴向方向上延伸的作为流入区段的中央第一流动通道，并具有在各自情况下位于两个彼此相邻的金属箔之间的多个第二流动通道，其中，该第一流动通道与这些第二流动通道处于流体连通，其中，形成在两个彼此相邻的金属箔之间的这些第二流动通道沿着该蜂窝体的径向方向呈直线且彼此平行地延伸。
流可以通过蜂窝体，其方式优选地为使得排气在轴向方向上流过中央第一流动通道，然后排气被偏转90度并在径向方向上流过第二流动通道。在离开第二流动通道时，排气最终流入环形间隙中，该环形间隙形成在蜂窝体与包围蜂窝体的壳体之间。然后排气可以例如在轴向方向上从所述环形间隙流出。
第二流动通道沿着蜂窝体的径向方向彼此平行地并且与第一流动通道成90度角延伸。
因此，第二流动通道显然不像现有技术的蜂窝体的情况那样以星形形状的方式背离蜂窝体的中心轴向轴线朝向蜂窝体的径向外部区域延伸。因此，在根据本发明的示例性实施例中，第二流动通道没有在公共点处居中地汇聚，而是彼此平行地从蜂窝体的一侧延伸到相反侧。
特别有利的是，彼此相邻的金属箔之间的这些第二流动通道由这些金属箔中的波纹形成，其中，在各自情况下彼此直接相邻的金属箔布置成绕该蜂窝体的中心轴线相对于彼此旋转至少5度的角度。
特别地，如果在波纹状金属箔之间不存在非波纹状平滑层，则各个金属箔必须布置成彼此旋转一定角度偏移，使得金属箔不会滑动到彼此中。通过使各个金属箔绕着在蜂窝体的轴向方向上居中延伸的中心轴线旋转最小角度，由金属箔形成的相邻层之间的第二流动通道也相对于彼此旋转。
与每层中的第二流动通道呈直线且彼此平行地延伸的特性相配合，通过此偏移实现的效果是彼此相邻的层的第二流动通道也以相对于彼此旋转一定旋转角度的方式通向包围蜂窝体的环形间隙。以这种方式，例如，可以实现排气在环形间隙中的改善的分布。
还有利的是，该第一流动通道由堆叠在彼此上的这些金属箔中的切口形成，其中，每个金属箔具有相应的切口。
第一流动通道优选地在蜂窝体的轴向方向上并且在蜂窝体的中心轴线的区域中延伸。金属箔中的每个在此区域中具有切口。通过将金属箔堆叠在彼此上，从而通过各个金属箔中的切口产生第一流动通道。
优选的示例性实施例的特征在于：相应金属箔中的相应切口在与由该金属箔的波纹形成的这些第二流动通道的延伸方向横向的方向上比在与由该金属箔的波纹形成的这些第二流动通道的延伸方向平行的方向上的切口的第二范围具有明显更长的第一范围。
沿着第二流动通道的方向并且相对于所述方向横向地具有不同长度范围的切口是特别有利的，以便使得尽可能多的第二流动通道与形成第一流动通道的切口相交。
由于第二流动通道或金属箔的波纹的根据本发明的布置，流可以仅在与切口相交的第二流动通道处从第一流动通道直接转移到第二流动通道中。因此，优选的是，每层尽可能多的第二流动通道与第一流动通道或切口相交。
因此，切口优选地在相对于第二流动通道的延伸方向横向的方向上具有相当大的范围，所述范围理想地与尽可能多的第二流动通道相交。
还优选的是，该切口沿其较长的第一范围与形成在相应金属箔中的这些第二流动通道的至少70％、特别优选为至少80％、尤其为至少90％相交。如已经描述的，与更多数量的第二流动通道相交是更有利的。然而，这也必须从单独金属箔和整个蜂窝体的稳定性的背景下来看。为了防止金属箔在径向外端部区域中撕裂，必须在切口和径向外端部区域之间保留足够宽的边缘。
来自第一流动通道的排气不能直接作用在所述边缘区域中的第二流动通道。然而，取决于蜂窝体的结构，可能发生来自相邻层的第二流动通道的溢流。来自包围蜂窝体的环形间隙的排气也可以流过所述第二流动通道，所述第二流动通道不与切口相交，这可以产生排气更好的均匀分布。
此外，有利的是，形成该蜂窝体的这些金属箔是波纹状的，其中，彼此直接相邻布置的金属箔被布置为在各自情况下绕该中心轴线相对于彼此旋转90度。为了获得特别稳定的蜂窝体并且防止各个金属箔滑动到彼此中，这是有利的。
此外，通过蜂窝体排他地具有相对于彼此旋转90度布置的波纹状金属箔的结构而实现的效果是彼此直接相邻的第二流动通道之间的溢流成为可能。彼此直接相邻的金属箔的第二流动通道在蜂窝体中彼此交叉，使得在各个第二流动通道之间的溢流是可能的。
同样可取的是，这些第二流动通道横跨该蜂窝体在相同方向上对齐，并且平滑金属箔布置在具有波纹的每两个金属箔之间。
另外，有利的是，这些波纹状金属箔具有波纹，该波纹具有波峰和波谷，这些波峰和波谷彼此平行地延伸并且在这些金属箔的整个宽度上延伸。特别地，波谷和波峰从外周上的一侧延伸到外周上的相反侧。
与该方法有关的目的通过具有权利要求10的特征的方法来实现。
本发明的一个示例性实施例涉及一种用于生产蜂窝体的方法，其中，进行了以下生产步骤：
■冲压出金属箔，
■在该金属箔中压纹出该波纹，
■堆叠这些金属箔，
■用焊料焊接这些金属箔，以及
■焊接金属箔以形成蜂窝体。
这种方法是有利的，以便在尽可能少的时间内以可能最高的自动化程度生产可能最多数量的蜂窝体。
此外，优选的是，冲压出后的这些金属箔具有椭圆形轮廓，其中，对该波纹进行压纹产生材料的迁移，其结果是，在对该波纹进行压纹之后这些金属箔具有圆形轮廓。
由于规则的非常薄的金属箔，出现的问题是在压纹成形过程期间只能流入非常有限量的材料。因此，在金属箔中可能迅速产生裂纹。如现有技术中已知的，这在生产具有从中心以星形形状方式出现的流动通道的金属箔时也是特别的问题。另外，波峰和波谷的最大可实现的高度受到流入的有限量的材料的限制，这就是由此产生的流动通道的尺寸受到限制的原因。
根据本发明的方法确保了在被冲压出后的金属箔具有特定附加部分的材料，该材料然后可以在压纹期间流入。用于流动的材料的此部分由冲压出的椭圆形金属箔与成品压纹的圆形金属箔之间的面积差限定。
压纹可以优选地通过压纹辊来进行，压纹辊将波纹的图案连续地转移到各个金属箔上。因此，该过程可以在很大程度上实现自动化，并可以用于大规模生产。
另外，优选的是，这些波纹状金属箔在各自情况下相对于彼此旋转90度地堆叠在彼此上，其中，形成该蜂窝体的所有这些金属箔是相同的。为了产生允许第二流动通道之间溢流的蜂窝体，这是有利的。
还有利的是，将波纹状金属箔和非波纹状平滑金属箔交替地堆叠在彼此上，其中，这些第二流动通道在相同的方向上相对于彼此对齐。这可以使得蜂窝体具有增加的强度。在此，平滑层也可以具有较小的开口和/或引导结构，以便即使在这种结构的情况下，也能够实现在第二流动通道之间限定程度的溢流。
在从属权利要求中并且在以下附图说明中描述了本发明的有利发展。
附图说明
在下文中将基于参照附图的示例性实施例详细解释本发明。在附图中：
图1示出了两个波纹状金属箔的俯视图，其中，左侧金属箔具有圆形的中央切口，右侧金属箔具有菱形形状的切口，
图2示出了波纹状金属箔的透视图，
图3示出了由堆叠在彼此上的多个金属箔组成的蜂窝体的透视图，
图4示出了由堆叠在彼此上的多个金属箔组成的蜂窝体的透视图，其中，在波纹状金属箔之间还布置有非波纹状平滑金属箔，并且
图5示出了阐明方法顺序的视图，其中，示出了从椭圆形基础箔到波纹状圆形金属箔并且最后到堆叠的蜂窝体的加工路径。
具体实施方式
图1在左侧区域中示出了具有压纹波纹2的结构化金属箔1。波纹2产生波峰和波谷，波峰和波谷彼此平行地延伸并在金属箔1的整个宽度上延伸。
金属箔1具有中央切口3。金属箔1和切口3具有圆形外周，这是波纹2由最初的椭圆形金属箔进行压纹的结果。
框4指示金属箔1的区域，流可以从形成第一流动通道的切口3通过该区域，因为由波纹2产生的第二流动通道在此区域中通向切口3或者与所述切口相交。箭头5指示了通过第二流动通道的可能流动。在此可以看出，只有通过通向切口3的第二流动通道的直线流动是可能的。
在图1的右侧部分，示出了具有圆形外周的金属箔6。与图1的左手部分形成对照，金属箔6具有菱形形状的切口7，该菱形形状的切口在与第二流动通道的延伸方向9横向的方向上比在与第二流动通道的延伸方向9平行的方向上具有明显更大的空间范围8。箭头10指示了通过第二流动通道的可能流动。
由于切口7的明显更大的范围8，明显更大的大量第二流动通道与切口7相交，使得与图1的左侧部分相比，来自由切口7形成的第一流动通道的溢流进入更多第二流动通道是可能的。
扩大的切口7所引起的表面积的损失由第二流动通道中的流动在其上额外流动的表面补偿，该流动额外通过该表面。
图2示出了如已经在图1的左侧部分所示的波纹状金属箔2的另一视图。在图2的透视图中，可以清楚地看到由金属箔2的波纹产生的第二流动通道11。在图2中可以尤其容易地看到相对于具有径向对齐的流动通道的金属箔的区别。
尽管在此类金属箔的情况下，所有流动通道都受到来自由中央切口形成的流动通道的排气的作用，但是在具有线性第二流动通道11的金属箔2的情况下，只有第二流动通道11受到来自中央切口3的排气的作用，所述流动通道与切口3相交。相应地，流也仅可能在四个空间方向中的两个方向上通过第二流动通道11。在与第二流动通道11的走向横向的方向上，金属箔2的波纹防止了排气的流动。这由交叉箭头12示出，这些箭头示出了被阻挡的流动方向。箭头13示出了排气可以沿其流动的方向。
图3示出了由多个金属箔6(如在图1的右侧部分可以看到的)形成的蜂窝体20。
蜂窝体20由多个金属箔6的堆叠体形成，其中，彼此直接相邻的金属箔6在各自情况下相对于彼此旋转90度布置。这产生以下事实：由波纹21形成的第二流动通道22同样布置在相对于彼此旋转90度的层中。因此，第二流动通道22以交叉的方式交替地位于彼此上方。通过这种布置还有利地实现的效果是，排气可以在相对于彼此旋转90度的第二流动通道22之间流过，使得流动也可以流过与中央切口7不相交的第二流动通道22。结果，第二流动通道22的流动通过的部分总体增加，其结果是，显著改善了对各个层的流动作用。
另外，通过第二流动通道22的流动变得更呈湍流，因为特定部分的排气将在交叉重叠的第二流动通道22之间来回流动。此外，有利的是，通过在波纹状金属箔6之间省却分离的平滑层，实现了材料的节省。
图4示出了蜂窝体23的替代改进方案。与图3中的蜂窝体22形成对照，在此各个波纹状金属箔6通过平滑层24彼此分开。因此，第二流动通道形成在金属箔6的面对平滑层24的那些相应表面和平滑层24之间。金属箔6沿相同方向对齐，使得所有第二流动通道彼此平行地延伸。
蜂窝体23同样具有菱形形状的切口7。平滑层24意味着不同金属箔6的第二流动通道之间的溢出是不可能的。因此，排气不能流过不与切口7相交的第二流动通道。
至少只要平滑层24不具有允许第二流动通道之间的定向溢流的任何其他类型的任何开口或引导元件，这就适用。
图5在左侧部分中示出了已经由从线圈上解绕的金属条中冲压出后的金属箔30。可以看出，金属箔具有椭圆形轮廓，切口31也为椭圆形。在中间部分中，以两个视图示出了金属箔30，其中，金属箔30在此已经具有波纹。可以看出，金属箔30以及切口31现在具有圆形轮廓。在右侧部分中，示出了多个金属箔30的堆叠体。为了防止各个金属箔30滑动到彼此中，将它们布置成绕中心轴线相对于彼此旋转至少5度。
这些单独的示例性实施例的不同特征还可以彼此组合。图1至图5的示例性实施例尤其不具有限制性质、并且用于展示本发明的概念。

Claims (13)

1.一种用于排气后处理的蜂窝体(20，23)，该蜂窝体包括堆叠在彼此上的多个互连的金属箔(1，6，30)，其中，该蜂窝体(20，23)具有在该蜂窝体(20，23)的轴向方向上延伸的作为流入区段的中央第一流动通道，并具有在各自情况下位于两个彼此相邻的金属箔(1，6，30)之间的多个第二流动通道(11，22)，其中，该第一流动通道与这些第二流动通道(11，22)处于流体连通，形成该蜂窝体(20)的金属箔(1，6，30)是波纹状的且具有波纹(2，21)，该波纹具有波峰和波谷，形成在两个彼此相邻的金属箔(1，6，30)之间的这些第二流动通道(11，22)沿着该蜂窝体(20，23)的径向方向呈直线且彼此平行地延伸，其特征在于，该第一流动通道由堆叠在彼此上的这些金属箔(1，6，30)中的切口(3，7，31)形成，其中，该蜂窝体(20，23)的轴向方向是这些金属箔(1，6，30)的堆叠方向，每个金属箔(1，6，30)具有相同的切口(3，7，31)，每个金属箔(6)中的相应切口(7)在与由该金属箔(6)的波纹(21)形成的这些第二流动通道(22)的延伸方向(9)横向的方向上比在与由该金属箔(6)的波纹(21)形成的这些第二流动通道(22)的延伸方向(9)平行的方向上的切口(7)的第二范围具有明显更长的第一范围(8)。
2.如权利要求1所述的蜂窝体(20)，其特征在于，彼此相邻的金属箔(1，6)之间的这些第二流动通道(11，22)由这些金属箔(1，6)中的波纹(2，21)形成，其中，在各自情况下彼此直接相邻的金属箔(1，6)布置成绕该蜂窝体(20)的中心轴线相对于彼此旋转至少5度的角度。
3.如权利要求1所述的蜂窝体(20，23)，其特征在于，该切口(7)是菱形形状。
4.如权利要求1所述的蜂窝体(20，23)，其特征在于，该切口(7)沿其较长的第一范围(8)与形成在相应金属箔(6)中的这些第二流动通道(22)的至少70％相交。
5.如权利要求4所述的蜂窝体(20，23)，其特征在于，该切口(7)沿其较长的第一范围(8)与形成在相应金属箔(6)中的这些第二流动通道(22)的至少80％相交。
6.如权利要求5所述的蜂窝体(20，23)，其特征在于，该切口(7)沿其较长的第一范围(8)与形成在相应金属箔(6)中的这些第二流动通道(22)的至少90％相交。
7.如权利要求1至6之一所述的蜂窝体(20)，其特征在于，彼此直接相邻布置的这些金属箔(6)被布置为在各自情况下绕该蜂窝体(20)的中心轴线相对于彼此旋转90度。
8.如权利要求1至6之一所述的蜂窝体(23)，其特征在于，这些第二流动通道横跨该蜂窝体(23)在相同方向上对齐，并且平滑金属箔(24)布置在具有波纹的每两个金属箔(6)之间。
9.如权利要求1至6之一所述的蜂窝体(20，23)，其特征在于，这些波纹状金属箔(1，6)的波峰和波谷彼此平行地延伸并且在这些金属箔(1，6)的整个宽度上延伸。
10.一种用于生产如前述权利要求之一所述的蜂窝体(20，23)的方法，其特征在于，进行以下生产步骤：
■冲压出金属箔(1，6，30)，
■在该金属箔(1，6，30)中压纹出波纹(2，21)，
■堆叠这些金属箔(1，6，30)，
■用焊料焊接这些金属箔(1，6，30)，以及
■焊接这些金属箔(1，6，30)以形成蜂窝体(20，23)。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，冲压出后的这些金属箔(30)具有椭圆形轮廓，其中，对该波纹进行压纹产生材料的迁移，其中，在对该波纹进行压纹之后这些金属箔(30)具有圆形轮廓。
12.如前述权利要求10和11中任一项所述的方法，其特征在于，这些波纹状金属箔(1，6)在各自情况下相对于彼此旋转90度地堆叠在彼此上，其中，形成该蜂窝体(20)的所有这些金属箔(1，6)是相同的。
13.如前述权利要求10和11中任一项所述的方法，其特征在于，将波纹状金属箔(6)和非波纹状平滑金属箔(24)交替地堆叠在彼此上，其中，这些第二流动通道(22)在相同的方向上相对于彼此对齐。
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