CN1229371A - 制造带波纹和横向于此波纹的微结构的金属薄板的方法和设备 - Google Patents

制造带波纹和横向于此波纹的微结构的金属薄板的方法和设备 Download PDF

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Abstract

本发明涉及制造带波纹的金属薄板(1)的设备,波纹有第一个给定的波纹高度(A),其中,薄板(1)有横向于此波纹或相对于此波纹成一个角度的微结构(6、7),它有第二个很小的波纹高度(B),此设备包括一个用于制成微结构(6、7)的装置(2a、2b)以及一对互相啮合的波形辊(3a、3b),后者布置在制造微结构的装置(2a、2b)的下游,其中,波形辊(3a、3b)的外表面有一些凹槽(8),它们恰当地安徘并有足够大的尺寸用于容纳微结构(6、7),所以在金属薄板(1)压制波形时波形辊(3a、3b)不会使这些微结构(6、7)变形。

Description

制造带波纹和横向于此波纹 的微结构的金属薄板的方法和设备
本发明涉及制造带波纹的金属薄板的方法和设备，波纹有第一个给定的波纹高度，其中，薄板有横向于此波纹或相对于此波纹成一角度的微结构，它有第二个很小的波纹高度。这种金属薄板首先加工用作催化转化器的蜂窝体，例如尤其可见它们使用在汽车排气装置中。不过本发明不仅限于这种用途，因为例如也可以用在换热器中。
此类微结构的形状及优点的详细情况例如在WO 90/08249或在WO 96/09892中作了说明。在波形薄板中的微结构正如已在先有技术中所理解的那样是这样一种结构，即它有远小于薄板波纹的高度。具体而言，微结构可以从薄板的一侧或两侧凸出，并例如至少为15μ或是金属薄板波纹高度的0.01至约0.3倍。
按先有技术，金属波纹板通常借助于互相啮合的波形辊制造，它们最好有渐开线齿或类似设计的齿。但还已知其他一些波纹形状，例如梯形、锯齿形等。在一种流过废气的蜂窝体中，尤其在催化转化器中，横向于或斜向于流动方向延伸的微结构，即所谓横向结构(TS设计)，促使废气与蜂窝体之间有更好的热传导和改善扩散过程，这些对于蜂窝体的催化效果至关重要。
因此，按先有技术规定，微结构沿流动方向按一定的间距连续排列，此间距具体而言小于20mm，尤其小于10mm。
因为微结构与用于蜂窝体的薄板典型的厚度相比相当小，所以人们一直认为它们基本上不干扰进一步的加工过程，所以用一般的波形辊和此外通过已知的生产工序进行加工，以构成蜂窝体。
但事实证明，在已有微结构的薄板压成波形时，这些微结构有一部分被重新压平，除此之外在这种情况下还出现取决于波形辊相互之间的间隙的不规则性。在这种类型的加工中，微结构起先必须制成比所期望的最终结果有更大的波纹高度，以便补偿上述影响。在这种情况下产生的冷变形对于有些原材料很难做到没有伤害。随着薄板变得越来越薄和波纹高度越来越小，这一问题更加严重。因为与此同时蜂窝体应制成每平方英寸的巢室数(cpsi)例如有500个和500个以上，在这种情况下薄板也可能拉伸至厚度小于30μm，因而始终遇到越发尖锐的加工技术难点。
因此本发明的目的是创造一种加工方法和一种与之相应的设备，借助于它们可以经济和没有不允许的冷变形地制造具有横向于或斜向于波纹延伸的微结构的波形金属薄板。
按照权利要求1的设备和按照权利要求9的方法用于达到此目的。在各从属权利要求中列举了有利的设计。
按本发明用于制造带波纹的金属薄板的设备，其中此波纹有给定的第一个波纹高度，薄板有横向于此波纹或相对于此波纹成一角度并具有第二个很小的波纹高度的微结构，此设备含有用于制成此微结构的装置和有一对互相啮合布置在制造微结构装置下游的波形辊，其中，波形辊外表面有一些凹槽，它们恰当地安排并有足够大的尺寸用于容纳微结构，所以在金属薄板压制波形时，波形辊不会使微结构变形。虽然制造这种尤其用于倾斜延伸的微结构的成对波形辊成本相当高，但却带来决定性的优点，即，制成的微结构可以具有精确确定和处处一致的高度，无须先发生很严重的冷变形以后再通过制造波形的过程重新部分地压平。因此，这种设备尤其还可以顺利地应用于在厚度例如为25至50μm的波形薄板层中制造微结构。
典型地采用渐开线齿型的波形辊，但本发明不限于此类波形辊。通常，任何类型的波形辊相互之间都有一定的间隙，因此，在齿面处和/或在齿顶上亦即在齿之间的间隙内，在加工过程可能产生重复性很差的间距。但在按本发明制有凹槽的波形辊中，这种间隙对微结构的高度一点影响也没有。
特别简单的是，凹槽设计为槽形，它们的宽度和深度应至少相当于微结构的宽度和高度。但也可以使这些微结构通过恰当成型的槽必要时再次补充定形。
在按本发明的设备中重要之点还有，制造微结构的装置和波形辊可按此方式互相调整，即，使得制成的微结构总是进入波形辊的凹槽中。达到这一点最简单的方法是可以采用一种非常接近的空间结构，但在间距较大时也可以采用恰当的调整装置来达到。
蜂窝体典型地由交替的平薄板层和波形薄板层或由交替的不同波形薄板层构成，在这种情况下已知不同的结构形式，例如螺旋形卷绕的、S形缠绕的或按渐开线方式缠绕的薄板层。
若这些互相叠置的薄板层应互相钎焊在一起，则这些微结构，取决于它们的高度，在一定情况下可能导致在薄板层之间出现易出故障的间距。由于有微结构而在相邻薄板层之间形成的间距超过某个量后将很难再通过钎料将它们矫接起来，因此，波形薄板层两侧在波蜂上的微结构有时可能是不希望有的。针对这一情况，提供了按本发明的设备的一种特殊的实施形式，即在波形辊的下游至少设置一个整平装置，它可以在一侧或在两侧将在波形金属薄板波峰上的微结构重新压平。这种设备可例如是一个带槽的波形混，它与一个平辊反向运转。因此，只是在波峰上的微结构被压平，在那里它们对以后在蜂窝体内流体的流动本来就没有什么影响，这样一来借助于钎料进行连接便容易得多。其余的微结构则保持不变，并可以在对生产过程没有其他干扰的情况下履行其规定的功能。
按另一种可供选用的方案，也可以采用特殊的波形辊以替代波形辊和在其下游的整平装置，这些特殊的波形辊在其波谷中没有凹槽，所以微结构在那里可被压平。这尤其是可以这样来令人满意地做到，即，只要这些波形辊在彼此对置的波谷与波蜂之间只有微小的间隙。
按本发明用于制造带波纹和微结构的金属薄板的方法具有下列步骤：
a)在一块起初无波纹的金属薄板上制造微结构；
b)将金属薄板向一对互相啮合的波形辊输送，它们有相对于微结构位置准确地布设用于容纳微结构的凹槽；
c)在不压平微结构的情况下压出薄板带的波纹。
如上所述，采取这些措施形成了规定的微结构，在其形成后它不再变形，因此能非常确定和具有重复性地制造。为避免彼此叠置应互相钎焊的薄板层之间的间隙，在两面中至少一面处的波峰上的微结构，可以在波形辊或在紧接着的整平装置中被压平。
下面再借助于附图详细说明本发明的优先实施例及其优点。其中：
图1  示意表示按本发明的压制波纹设备；以及
图2  示意表示按本发明的生产过程。
图1是本发明的核心部分，亦即表示金属薄板的压波纹设备。已经在一制造微结构的装置内制有向下指的微结构6和向上指的微结构7的金属薄板1被输入一对波形辊3a、3b。这些波形辊在其表面有凹槽8，这些凹槽尤其设计为槽的形状。这些在图中表示了一个的凹槽8容纳事先制好的微结构，所以在通过压波纹的过程给薄板压制波形时不会影响这些微结构。由此产生了具有第一个波纹高度A的波形薄板，它在上侧和下侧有波峰9、10。微结构6、7的高度B比波形金属薄板1的第一个波纹高度A小得多。
图2中示意表示制造带微结构的波形薄板的生产过程。金属薄板1起先通过制造微结构的装置2a、2b移动，如由先有技术已知的那样。这一装置尤其可涉及具有相应表面结构的圆柱辊，或涉及一个个互相并列成排的窄盘，它们通过冷变形在金属薄板1上施加微结构。然后将金属薄板输入一对波形辊3a、3b，如在图1中详细表示的那样。当在波形金属薄板1波峰9、10上不希望有微结构时，可通过整平装置4a、4b或5a、5b将它们整平。这种整平装置例如由一具有光滑表面的圆柱形辊4a或5b组成，它与波形辊4b或5a反向运转，在这种情况下这些波形辊最好有与用于压制波纹时的那些同样的凹槽。
因此，制成的带有微结构的波形金属薄板可尤其应用于排气装置中的蜂窝体。它们加强了蜂窝体与一种通过它流动的流体之间的热传导和加速了扩散过程，这一结果尤其对于催化转化器的有效性是有利的。

Claims (10)

1.制造带波纹的金属薄板(1)的设备，波纹有第一个给定的波纹高度(A)，其中，薄板(1)有横向于此波纹或相对于此波纹成一个角度的微结构(6、7)，它有第二个很小的波纹高度(8)，其特征在于
a.用于制成微结构(6、7)的装置(2a、2b)；
b.一对互相啮合的波形辊(3a、3b)，它们布置在制造微结构的装置(2a、2b)的下游；
c.其中，波形辊(3a、3b)的外表面有一些凹槽(8)，它们恰当地安排并有足够大的尺寸用于容纳微结构(6、7)，所以在金属薄板(1)压制波形时波形辊(3a、3b)不会使微结构(6、7)变形。
2.按照权利要求1所述的设备，其特征为：波形辊(3a、3b)有类似于渐开线齿的齿形。
3.按照权利要求1或2所述的设备，其特征为：波形辊(3a、3b)有沿周向或相对于周向倾斜延伸的槽(8)作为凹槽，它们的宽度和深度至少相当于微结构(6、7)的宽度或高度。
4.按照权利要求1、2或3所述的设备，其特征为：制造微结构的装置(2a、2b)和波形辊(3a、3b)可按此方式互相调整，即，使得已制成的微结构(6、7)总是进入波形辊(3a、3b)的凹槽(8)中。
5.按照前列诸权利要求之一所述的设备，其特征为：在波形辊(3a、3b)的下游至少设置一个整平装置(4a、4b；5a、5b)，它可以在一侧或两侧将在波形金属薄板(1)波峰(9、10)上的微结构重新压平。
6.按照权利要求5所述的设备，其特征为：整平装置有一个带凹槽的波形辊(4b；5a)和一个反向运转的平辊(4a；5b)。
7.按照权利要求1至4之一所述的设备，其特征为：波形辊(3a、3b)在其波谷中没有凹槽(8)，所以微结构(6、7)在那里会被压平。
8.按照权利要求7所述的设备，其特征为：波形辊(3a、3b)在彼此对置的波谷与波峰之间有微小的间隙。
9.制造带波纹的金属薄板(1)的方法，波纹有第一个给定的波纹高度(A)，其中，金属薄板(1)有横向于此波纹或相对于此波纹成一个角度的微结构(6、7)，它有第二个很小的波纹高度(B)，其特征在于下列步骤：
a.在一块起初无波纹的金属薄板(1)上制造微结构(6、7)；
b.将金属薄板(1)向一对互相啮合的波形辊(3a、3b)输送，它们有相对于微结构(6、7)位置准确地布设用于容纳微结构(6、7)的凹槽(8)；
c.在不压平微结构(6、7)的情况下压出薄板带(1)的波纹。
10.按照权利要求9所述的方法，其特征为：紧接着在金属薄板(1)两面的至少一面压平在波峰(9、10)上的微结构(6、7)。
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