CN1272161A - 有支承段的蜂窝体结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种蜂窝体结构,包括一个金属外壳(8),外壳内装有一个具有许多用隔板(6、7)彼此隔开的通道(5)的蜂窝体(1),沿蜂窝体的周边(U)有不同的径向强度,以及至少在周边(U)的部分区内在外壳(8)与蜂窝体(1)之间设有补偿层(2),其中,补偿层(2)沿蜂窝体(1)的周向(U)至少有两个支承段(3),它们沿径向(R)作用在蜂窝体上的力大于支承段(3)之外其余周边区(4)内作用的力,支承段(3)位于蜂窝体(1)径向强度较高的区域内。支承段(3)可通过在补偿层(2)上采取措施、通过在外壳(8)上的支承区和/或通过在蜂窝体(1)上的隆凸分别在强度较高的周边区内构成。本发明特别适用于将挤压的薄壁蜂窝体容易和稳定地装入金属外壳内。

Description

有支承段的蜂窝体结构
本发明涉及一种主要用作汽车排气净化的催化剂载体的蜂窝体结构。
蜂窝体结构有一外壳，其中装有蜂窝体，蜂窝体沿其周向有不同的径向强度，以及在外壳与蜂窝体之间设有补偿层，这些蜂窝体结构由实用新型G7401002是已知的。
这种蜂窝体有许多用隔板彼此隔开的通道。这些通道有正方形、矩形或其他多边形的截面。在US-PS 3853485中介绍了不同的截面形状。
基于通道几何形状的设计和通道在蜂窝体横截面内的布局，这种蜂窝体沿周边分布地有不同的径向强度。蜂窝体的这些不同的强度还影响蜂窝体的断裂特性和弹性特性。由WO 94/15712已知一种蜂窝体，它有更高的弹性，其中尤其是沿不同方向的弹性特性没有区别。按WO 94/15712的建议，蜂窝体至少在一个外部区有隔板，它们布置和成形为在通过蜂窝体的横截面内它们不构成任何沿径向刚性的结构和/或不构成沿周向延伸的刚性的支承结构。
这样一种用陶瓷和/或金属材料制成的蜂窝体的优点在于，当受到从外壳沿径向作用在蜂窝体上的力时它不容易破坏，因为它沿其周向有均匀的径向强度。
采用WO 94/15712解决了蜂窝体受到从外壳沿径向均匀地作用在蜂窝体上的力而损坏的基本问题。
以此为出发点，本发明的目的是提供一种蜂窝体结构，其中，即使催化剂载体沿其周向有不同的径向强度特性，也仍能避免受从外壳沿径向作用的力时被破坏。
按本发明通过具有权利要求1特征的蜂窝体结构达到此目的。可单个或互相组合采用的有利的发展和设计是从属权利要求的内容。
本发明的基本思想是，蜂窝体沿周向不同的径向强度特性，通过适当地设计布置在蜂窝体与外壳之间的补偿层，可利用来稳定地固定在外壳内。设在外壳与蜂窝体之间的补偿层沿蜂窝体的周向至少有两个支承段，它们沿径向在蜂窝体上施加的力，比在支承段之外的其余周边区内施加在蜂窝体上的力大。补偿层的这些支承段设计在蜂窝体径向强度较大的区域内。从外壳作用在蜂窝体上的力基本上在支承段的区域内吸收，并引入蜂窝体刚性较大的结构内。位于补偿层每两个相邻支承段之间的其余周边区只在蜂窝体内引入较小的力或不引入力。通过在外壳内部设计补偿层，蜂窝体在横截面内似乎支承在至少两个点上或两个区域内。
采用按本发明的蜂窝体结构的设计，保证在制造这种蜂窝体结构的过程中，也就是说在外壳内装入时不会造成蜂窝体的破坏。这种设计的另一个优点是，在蜂窝体结构工作时由于热膨胀产生的力主要由支承段并因而沿蜂窝体最稳定的方向承受。
蜂窝体可以是金属和/或陶瓷体。通道截面可以有比较简单的几何形状，它们导致构成蜂窝体与方向有关的径向强度。典型地，本发明特别适用于尤其有正方形通道截面的壁厚非常薄的挤压的陶瓷蜂窝体，其中最好固持在四个支承段内，它们分别将力沿通道壁的方向作用在蜂窝体上。
蜂窝体不同的强度可通过恰当选择补偿层本身的特性来校正。在这里，一种补偿层的设计是优选的，即，其中支承段相对于补偿层的其他段有更大的单位面积重量。尤其是，支承段相对于其他段有更大的密度。采用补偿层的这种设计可获得支承段与其余周边区不同的变形特性。通过支承段至少部分由至少一个垫层构成，可以使支承段达到更高的强度。
在这里，垫层可例如有一种夹层结构，由此，从外壳沿径向朝蜂窝体方向的力由此垫层承受。
作为替换形式或附加地，此垫层可用一种与补偿层其他段的材料相比有更高强度的材料制成。在这里优选使用一种金属材料。当蜂窝体应是一种可电加热的蜂窝体时，此垫层还可以作为用于电连接的接触部位。
布置在蜂窝体与外壳之间的补偿层最好至少部分设计为席垫状的，由此还可实现蜂窝体与外壳之间隔热。补偿层最好至少包含一个陶瓷纤维制的席，在这种情况下优选使用所谓的膨化席，由于其晶体结构它们可通过吸水膨胀充填空腔。
还可采取下列措施校正蜂窝体沿周向不同的径向强度，即令支承段由补偿层的至少两个最好三个盘旋层构成。在这种情况下补偿层设计为一体，盘旋层通过补偿层的彼此折叠构成。这为简单和经济地实施本发明提供了可能性。
按本发明的另一个思想建议，蜂窝体沿周向不同的径向强度特性可通过外壳的适当设计校正。为此，沿蜂窝体的周向外壳至少有两个沿径向向内的支承区，它们设计在蜂窝体径向强度较高的区域内。在支承区的所在部位，从外壳作用在蜂窝体上的力引入蜂窝体有较高径向强度的区域内。由此做到，使蜂窝体中径向强度较低的区域不必承受或只需承受很小的力。在这种设计中在外壳与蜂窝体之间也最好有用纤维席构成的补偿层，它在支承区被压缩得甚于在其他周边区，从而在支承区又构成支承段。
支承段可沿蜂窝体的全部轴向长度延伸。不过并不是非这样做不可。尤其对于沿轴向长度大和不是制成完全直的蜂窝体，有利的应该是支承段仅沿蜂窝体轴向长度的一部分延伸，例如只布置在端面附近。支承段也可以设置为在蜂窝体表面上分布。不过在这种情况下支承段的数量和尺寸应设计为能保证蜂窝体牢固和稳定地固定在外壳内。
按本发明另一项有利的设计建议，对于在蜂窝体结构的横截面内具有偶数支承段的蜂窝体结构，支承段布置为总是两个支承段沿直径相对。无论如何支承段都应沿蜂窝体周边均匀分布。
为简化蜂窝体结构的装配以及保证补偿层的支承段安排在蜂窝体径向强度较高的区域内，规定蜂窝体和/或补偿层和/或外壳有定位辅助器。为此，具体建议定位辅助器设计为至少一个光学标记的形式，这样一来蜂窝体结构的组装还可以自动化。还建议辅助定位器由凸起或凹槽构成，于是它也可以机械地探测到。
按另一个发明思想建议，蜂窝体在其面朝补偿层的一侧至少有两个在横截面内沿径向向外的隆凸，其中，这些隆凸设计在蜂窝体径向强度较高的区域内。采用这种方案也做到了使蜂窝体径向强度较低的区域不必承受或只承受很小的力。在特别有利的形式中，各隆凸设计为沿轴向延伸的扁平凸缘，因为这样做可在蜂窝体内造成最佳的力量分布。隆凸在补偿层内形成支承段，并在外壳是圆形截面以及蜂窝体除隆凸外是圆形截面的情况下，导致蜂窝体可按任意方向装入和支承段始终设在径向强度高的区域内。沿轴向延伸的隆凸可在挤压蜂窝体时通过稍加修改挤压截面已一起制成，无需额外的费用。
下面借助于附图表示的实施例说明本发明的其他详情和优点，但本发明不受这些实施例的限制。其中：
图1蜂窝体结构第一种实施形式横截面；
图2补偿层支承段第一种实施形式横截面；
图3补偿层支承段第二种实施形式横截面；
图4蜂窝体结构第二种实施形式横截面；以及
图5蜂窝体结构第三种实施形式横截面。
图1表示按本发明的蜂窝体结构的横截面。蜂窝体结构在外壳8内有一个具有许多通道5的蜂窝体1。通道5沿蜂窝体1轴向延伸。每个通道5以隔板6、7为界。在所表示的实施例中，隔板6、7在互相平行或垂直的平面内延伸，因此蜂窝体1沿其周边U有不同的沿径向R的刚度。用箭头表示蜂窝体1沿此方向有最大的径向强度。
蜂窝体1被补偿层2围绕，在所表示的实施例中设计为陶瓷纤维席形式的补偿层2贴靠在外壳8的内壁9上。
补偿层2有支承段3，它们沿径向R的强度高于补偿层2的其他段4。支承段3布置在蜂窝体1径向强度较高的区域内。在所表示的实施例中设计为总是两个支承段3沿直径相对。支承段3的布局取决于蜂窝体1的强度分布状况。例如尤其在横截面设计为六边形的通道或通道结构(图中未表示)的情况下有利的是，沿蜂窝体结构的周边U，在蜂窝体1总是有其最大径向强度的地方，设六个沿周向U彼此相隔60°角向距离的支承段3。
从外壳8沿径向向内方向的力主要通过补偿层2的支承段3引入蜂窝体1内。支承段3至少部分地沿蜂窝体1的轴向延伸。支承段3最好沿蜂窝体1的全部轴向长度延伸。
图2示意表示了补偿层2支承段3的一种设计。此支承段通过垫层10构成。垫层10用金属材料制成。
图3表示补偿层2支承段3的另一种实施例，它由补偿层2的三个互相折叠的盘旋层11、12、13构成。
图4表示蜂窝体结构第二种实施形式横截面。在此实施形式中，外壳8沿蜂窝体1的周向U有一些沿径向向内的支承区16。支承区16设计在蜂窝体1径向强度较高的区域内。从外壳8沿径向向内作用的力主要通过支承区16以及由此在补偿层2内形成的支承段3引入蜂窝体1径向强度较高的区域内，因此当蜂窝体1装入外壳8内时和在以后工作时均可避免损坏蜂窝体1。
在按图1和4的实施形式中，要求蜂窝体以正确的相对位置装入外壳8内。存在许多可能性保证即使在自动化的大量生产中也能做到这一点。一种特别有利的方法是，在蜂窝体1上设可光学和/或机械探测的定位辅助器。当然，在本发明同样适用的蜂窝体1和外壳8的非圆形截面的情况下这是多余的，因为它们的相对位置由横截面形状(例如椭圆形或卵形)确定。
图5表示按本发明的催化剂结构另一种实施形式的横截面。在这种实施例中，蜂窝体1在其径向强度最高的周边区内有沿径向向外的隆凸17，它们在补偿层2内造成支承段3。隆凸17优选设计为扁平的沿蜂窝体1全长轴向延伸的凸缘，所以可以通过挤压制造。凸缘在补偿层2中造成的效果与图4中的支承区16带来的效果相同，只是隆凸17总是位置正确地布置在蜂窝体1上，反之，支承区16必须首先位置正确地相对于蜂窝体1布设。
当然，在补偿层2内的支承段3可以通过在补偿层2和/或外壳8和/或蜂窝体1上同时采取措施构成。例如尤其可以规定，通过在外壳8、蜂窝体1和/或补偿层2上采取措施交替地形成支承段3。
本发明特别适用于大量生产例如在汽车制造中排气净化所需的蜂窝体结构。尤其是薄壁的陶瓷蜂窝体按本发明可以方便和稳固地装入金属外壳内。在采用这种蜂窝体结构作为催化剂时，通过本发明还提高了结构的交变热荷载的承受能力，从而更利于安装在发动机附近。本发明也适用于那些用作其他排气净化装置载体的蜂窝体，这些装置如减少碳氢化合物排放装置、氮氧化物存储装置、水排放装置等。

Claims (20)

1.蜂窝体结构，包括一个金属外壳(8)，外壳内装有一个具有许多用隔板(6、7)彼此隔开的通道(5)的蜂窝体(1)，沿蜂窝体的周边(U)有不同的径向强度，以及至少在周边(U)的部分区内在外壳(8)与蜂窝体(1)之间设有补偿层(2)，其特征为：补偿层(2)沿蜂窝体(1)的周向(U)至少有两个支承段(3)，它们沿径向(R)作用在蜂窝体上的力大于支承段(3)之外其余周边区(4)内作用的力，其中，支承段(3)位于蜂窝体(1)径向强度较高的区域内。
2.按照权利要求1所述的蜂窝体结构，其特征为：蜂窝体是一种有平隔板(7)的陶瓷的尤其挤压的蜂窝体，它的径向强度沿隔板(7)方向大于沿其他方向。
3.按照权利要求1或2所述的蜂窝体结构，其特征为：支承段(3)相对于其余周边区(4)有更大的单位面积重量。
4.按照权利要求3所述的蜂窝体结构，其特征为：支承段(3)相对于其余周边区(4)有更大的密度。
5.按照权利要求1、2、3或4所述的蜂窝体结构，其特征为：支承段(3)至少部分由至少一个垫层(10)构成。
6.按照权利要求5所述的蜂窝体结构，其特征为：垫层(10)有一种使支承段(3)与其余段(4)相比强度更高的结构。
7.按照权利要求5或6所述的蜂窝体结构，其特征为：垫层(10)用一种与其余周边区(4)的材料相比强度更高的材料制成。
8.按照权利要求5、6或7所述的蜂窝体结构，其特征为：垫层(10)用金属材料制成。
9.按照权利要求1至8之一所述的蜂窝体结构，其特征为：补偿层(2)至少部分设计为席垫状的。
10.按照权利要求9所述的蜂窝体结构，其特征为：补偿层(2)是用陶瓷纤维构成的席，尤其是膨化席。
11.按照权利要求9或10所述的蜂窝体结构，其特征为：支承段(3)由至少两个最好三个补偿层(2)的盘旋层(11、12、13)构成。
12.按照权利要求1至11之一所述的蜂窝体结构，其特征为：外壳(8)沿蜂窝体(1)周向(U)有至少两个沿径向向内的支承区(16)，用于构成支承段(3)。
13.按照权利要求1至12之一所述的蜂窝体结构，其特征为：当支承段(3)为偶数时，在横截面内总是两个支承段(3)沿直径相对。
14.按照权利要求1至13之一所述的蜂窝体结构，其特征为：蜂窝体(1)和/或补偿层(2)和/或外壳(8)至少有一个定位辅助器(18)，用于蜂窝体(1)与外壳(8)或补偿层(2)正确地相对定位。
15.按照权利要求14所述的蜂窝体结构，其特征为：定位辅助器设计为光学标记的形式。
16.按照权利要求14或15所述的蜂窝体结构，其特征为：定位辅助器由至少一个凸起或一个凹槽构成。
17.按照权利要求1至16之一所述的蜂窝体结构，其特征为：支承段(3)至少沿蜂窝体(1)轴向长度的一部分延伸。
18.按照权利要求1至17之一所述的催化剂装置，其特征为：蜂窝体(1)在其面朝补偿层(2)的一侧至少有两个沿径向向外的隆凸(17)，用于构成支承段(3)，其中，隆凸(17)设计在蜂窝体(1)径向强度较高的区域内。
19.按照权利要求18所述的蜂窝体结构，其特征为：隆凸(17)设计为沿轴向连续的凸缘。
20.按照权利要求18或19所述的蜂窝体结构，其特征为：隆凸(17)借助于相应成形的挤压工具通过挤压蜂窝体(1)制成。
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