CN1296119C - 耐热过滤层、过滤体及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

在净化车辆用内燃机的废气的领域内过滤材料经受特别大的热负荷和动态负荷，因此应该有利地在相互牢固和持久地连接的状态下使用这些材料。为此建议一种由一至少部分对于流体可流通的材料制成的、具有至少一个过滤段和至少一个边缘区的耐热过滤层，在这种过滤层中在至少一个边缘区内设有一与至少一个过滤段不同的层厚。此外还介绍一种相应的过滤体及其制造方法。

Description

耐热过滤层、过滤体及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种由至少局部对于流体可流通的材料制成的耐热过滤层、带有至少一个这种耐热过滤层的过滤体以及制造这种过滤体的方法。这种过滤体特别是用来净化汽车制造中的车辆用内燃机的废气。
背景技术
考察德国新机动车牌照情况，那么可以确定，在2000年总共有三分之一的所有新发牌照的汽车具有柴油机。这里这个份量按照传统明显高于例如在法国和奥地利。这种对柴油机汽车的兴趣的增长其起因例如是比较少的燃料消耗，目前比较低的柴油价格，但是还有这种汽车改善的行驶性能。从环境方面的观点来看柴油机汽车也是非常吸引人的，因为它相对于汽油驱动的汽车具有明显降低的CO2排放量。然而也必须肯定，在燃烧时产生的炭黑颗粒的成分也明显高于汽油驱动的汽车。
现在如果考察特别是柴油机的废气的净化，那么废气中的碳氢化合物(HC)以及一氧化碳(CO)可以用已知方法氧化，例如通过使它们和催化活性的表面相接触。然而在富氧条件下使氮氧化物(NOx)还原则比较困难。例如如在汽油发动机中所用的三元催化器没有带来希望的效果。由于这个原因开发了选择性催化还原法(SCR：“selective catalyticreduction”)。此外NOx-吸附器在其在氮氧化物还原方面的应用中得到了验证。
目前关于是颗粒还是长链碳氢化合物对人类健康产生有害作用的讨论已经进行了很长时间，而迄今为止没有得出最终结论。尽管有这样的争论仍然看到这样的愿望，即不应该向环境中排放超过一定允许范围的这种排放。在这方面提出了这样的问题，为了在将来也能符合迄今为止已知的法律上的准则实际上需要怎样的过滤效果。如果考察联邦德国在交通中的汽车目前的废气状况，那么可以断定，大多数在1999年按欧洲III号标准认证的乘用车也能满足欧洲IV号标准的要求，如果它们配备至少具有30-40％效率的过滤器的话。
为了减少颗粒排放，已知一种由一种陶瓷基质构成的颗粒陷阱。所述颗粒陷阱具有通道，以使待净化的废气可以流入颗粒陷阱内。相邻通道交替地关闭，使废气从入口端进入通道，穿透陶瓷壁，并经过相邻通道重新在出口端排出。这种类型的过滤器达到在所出现的颗粒尺寸的整个范围内的约95％的效率。
除采用添加剂和特殊涂层的化学的交互作用外汽车排气系统内的过滤器的可靠再生始终是一个问题。颗粒陷阱需要再生，因为在待流过的通道壁内积聚越来越多的小颗粒导致对发动机效率产生不利影响的不断加大的压力损失。再生主要包括对颗粒陷阱和积聚在它里面的颗粒进行短时间的加热，使炭黑颗粒转化成气体成分。然而颗粒陷阱这种大的热负荷对使用寿命起不利影响。
为了避免这种断续和造成严重热磨损/疲劳的再生，开发了一种用于连续再生的过滤器系统(CRT：“连续再生陷阱”)。在这种系统中颗粒在高于200℃的温度下借助与NO2的氧化就已经燃烧了。这里所需要的NO2常常通过设置在颗粒陷阱的上游的氧化催化器产生。但是这里正是在柴油燃料的汽车中的应用上出现问题，即在废气中存在的可以转变为所希望的二氧化氮(NO2)的一氧化氮(NO)的成分不够。因此迄今不能保证，在排气系统内进行颗粒陷阱的连续再生。
还需要考虑，除不可转化的颗粒以外在颗粒陷阱内还沉积有油或还有添加剂残留物，它们不能毫无问题地被再生。由于这个原因已知必须定期更换和/或清洗过滤器。做成板式的过滤系统试图用这样的方法解决这个问题，即使得可以进行类似振动的激振，它促使这些组成成分从过滤器中排出。然而从而也使得不可再生的颗粒成分部分地未作进一步处理便直接进入环境中。
除最低反应温度和一定的停留时间以外，为了用NO2使颗粒连续再生必须提供足够的一氧化氮。一氧化氮(NO)和颗粒的动态排放试验清楚地表明，当在废气内没有或只有很少一氧化氮或一氧化氮太多时，正是排放颗粒的时候。由此得出结论，真正连续再生的过滤器基本上必须起补偿器或存储器的作用，以保证，两种反应物在规定时刻以必要的数量在过滤器内停留。此外过滤器应尽可能靠近内燃机设置，以便直接在冷起动后就能获得尽可能高的温度。为了提供要求的二氧化氮，在过滤器前连接一氧化催化器，它使一氧化氮(CO)和碳氢化合物(HC)转化，特别是使一氧化氮(NO)转化成二氧化氮(NO2)。这种由氧化催化器和过滤器组成的系统设置在发动机附近涡轮增压器之前的位置特别合适，涡轮增压器在柴油机汽车中常常用来提高燃烧室中的进气压力。
如果考察这种基本设想，那么对于在汽车制造中的实际应用便会出现这样的问题，即如何设计一个这种类型的过滤器，该过滤器在这样一个位置并且在存在极高的热负荷和动态负荷情况下具有令人满意的过滤效果。这里特别是应该考虑决定过滤器的新设计的空间状况。在设置在汽车底板内的通用过滤器中存在尽可能大的容积是十分重要的，以保证还未转化的颗粒在过滤器内有长的停留时间，从而达到高的效率，而对于靠近发动机设置的情况，不具备足够的位置或空间。
为此开发了一种新的设计概念，它基本上以“开放式过滤系统”的概念广为人知。这种开放式过滤系统的特征为，可以放弃过滤通道结构上的的交替封闭。这里设想，通道壁至少部分由多孔或高度多孔的材料制成，并且开放式过滤器的流道具有转向和导向结构。这种内置构件促使，气流和包含它里面的颗粒转向由多孔或高度多孔材料组成的区域。这时出人意料地显示，颗粒通过拦截和/或冲击附着在多孔的通道壁上和/或内。对于这种效果的同时出现的流动的废气流截面内的压差具有重要意义。通过转向可能附加地形成局部的低压状态或超压状态，它们造成穿过多孔壁的过滤效应，因为必须平衡上述压差。
与已知封闭的筛网或过滤系统不同这里颗粒陷阱是开放的，因为不存在流动死巷。因此这种性能也可能用来表示这类颗粒过滤器的特征，使得例如参数“流动自由度”适合于用来描述这种系统。“流动自由度”为20％意味着，在横截面内观察约20％的面积是可看透的。在通道密度约为600cpsi(每平方英寸单元数)液力直径为0.8mm的颗粒过滤器中这个流动自由度相当于0.1mm2以上基本上聚合的面积。为了解释得更清楚也可以说，如果比本身应该被滤掉的颗粒大得多的颗粒基本上可以流过所述过滤器，那么这种颗粒过滤器称为开放式的。因此在运行期间即使在发生颗粒结块时这种过滤器本身也不会被堵塞。用来测量颗粒过滤器开放度的合适的方法例如是测试直至多大直径球形颗粒还能缓慢流过(rieseln)这种过滤器。对于所述应用场合如果直径大于或等于0.1mm的球，尤其是0.2mm以上直径，特别是0.3mm以上直径的球，还能流过，那么此过滤器便是开放式的。
发明内容
正是鉴于实现这种开放式过滤系统现在本发明的目的是，提供一种耐热的过滤层，它正好特别良好地适用于连续再生和由此产生的要求。在这方面过滤系统必须耐乘用车排气系统内的高热和动态负荷，这种负荷来源于非常热的废气的脉冲式排出。其次应该提供相应的过滤体，它适合于显著地还原排气系统内的颗粒。此外还应提供一种制造过滤体的方法。这里应该这样设计过滤层，使得有利于形成接合连接，特别是钎焊连接或焊接/熔焊连接。
所述目的首先通过一种耐热过滤层，所述耐热过滤层由一至少局部对于流体可流通的材料组成，并具有至少一个过滤段和至少一个边缘区，其特征为：过滤层在所述至少一个边缘区内具有一与所述至少一个过滤段不同的层厚。
根据本发明所述目的还通过一种用来净化内燃机废气的过滤体来实现，所述过滤体包括至少局部形成表面结构的层，所述层这样地堆叠和/或卷绕，以形成对于废气可流通的通道，其特征为：所述层包括至少一个上面所述的耐热过滤层。
耐热过滤层至少部分由对于流体可流通的材料制成，并具有至少一个过滤段和至少一个边缘区。按本发明的过滤层的特征为，它在所述至少一个边缘区内具有一与所述至少一个过滤段不同的层厚。在这方面过滤层具有分别具有不同功能的不同区域。过滤段主要用来滤出包含在废气中的颗粒等，并使其积存或沉积在空腔、孔隙等内或过滤材料上，而所述至少一个边缘区起形成接合连接(fügetechnische Verbindung)的作用。在这些区域内具有不同层厚的过滤层的设计形成可以明显看出的空间界线，从而例如在具有这种过滤层的过滤体的制造上避免装配误差/差错。
为了相对于过滤层在空间上布置所述至少一个边缘区和所述至少一个过滤段，还应该注意，过滤段优选地设置在过滤层的中央区域内。所述至少一个边缘区优选地在棱边附近形成，但是也许也可以，将边缘区设计成象一个框一样环绕所述至少一个过滤段。在这方面存在这样的可能性，即形成一比较大面积的设置在中央的过滤段，它被所述至少一个边缘区包围，但是作为另一种选择有时设置多个过滤段，象棋盘图案一样使它们分别通过所述至少一个(特别是做得类似于框架)边缘区隔开，也是适当的。耐热过滤层的具有多个分别被至少一个边缘区包围的过滤段的结构方案允许在相应的过滤体内比较牢固(steif)的连接，因为相邻过滤层的连接在许多也设置在过滤层中的区域内的边缘区内造成一(大)面积的和均匀分布的结合。
按照过滤层的另一种结构方案，在所述至少一个边缘区内的层厚小于所述至少一个过滤段内的层厚，特别是小于其60％，最好50％或者甚至35％。过滤层的这种结构的优点是，在所述至少一个设计成厚壁的过滤段内提供较大的体积，这促使在这个至少一个过滤段内提供足够的用来容纳或沉积例如炭黑颗粒的孔隙、空腔等。这时在这种大的孔隙内积存特别是具有100nm至250nm的颗粒直径的颗粒。耐热过滤层优选地由纤维材料制成，它例如是一种比较松散的由纤维制成的复合材料，这种复合材料例如可以是由陶瓷纤维制成的纤维织物或纤维针织品，备选地或附加地也可以采用金属纤维、烧结材料、金属丝织物等。
所述至少一个边缘区基本上由与所述至少一个过滤段相同的材料制成，其中边缘区优选地包括一压缩或致密化的复合纤维。在至少一个过滤段区域内过滤材料对于流体特别是废气流是可流通的，而所述至少一个边缘区最好对于流体是基本上不可穿透的。这意味着，对纤维材料进行这样的至少局部的致密化，使得大量空腔、开口、孔隙、通道(Durchlass)等被封闭。就此而言减小的层厚是过滤材料压缩过程的结果。
过滤材料在所述至少一个边缘区内的不可穿透性促使，例如结合剂或辅助材料(焊料、焊接添加剂等)可以有目的地施加在至少一个边缘区的表面上，这时在结合剂或焊接辅助材料加热时防止这些材料积累在纤维材料内部且从而不能为相邻过滤层的连接提供所述结合剂或焊接辅助材料。根据用来形成接合连接所需要的结合剂的不同进行适当的压缩，使得在至少一个边缘区内有利地实现至少40％，特别是至少50％，或者甚至65％以上的层厚减小。这里在至少一个边缘区内产生在小于1mm特别是小于0.5mm，和在某些情况下甚至小于0.1mm范围内的层厚。
按照另一种结构，所述至少一个边缘区从过滤层的一条棱边起具有最大30mm，特别是最大20mm，尤其是最大10mm或甚至仅最大5mm的边缘宽度。这意味着，特别是过滤层的棱边区域用来形成接合连接。这特别有利，因为正好是这个区域由于脉冲废气流受到特别大的载荷。使过滤层在这个棱边区域具有比较强烈地压缩的过滤材料的这种设计避免松脱现象，因为那里存在纤维的明显比较牢固的结合。此外在相应过滤体内相邻过滤层在这个棱边区域内相互连接，从而还避免这个区域的振动或抖动，这里应考虑在应用中出现的动态负荷来设计边缘宽度，其中还应该考虑过滤层的热膨胀性能。就此而言如果过滤层受到适中的动态负荷和适中到高的热负荷，那么选择尽可能窄的边缘区是有利的。
此外建议，过滤层包括至少一个纤维层，它最好具有最多3mm，特别是最多1mm和尤其是最多0.5mm的纤维层厚度。特别是应该在考虑待净化的废气流或包含在其中的颗粒的情况下选择纤维层厚度。此外应该考虑，较大的纤维层厚度提供一个较大的储存容积或较大的纤维数量，使得这种过滤层不必经常再生，因此也可以安装在离发动机较远的区域内，例如汽车底板内。在这种远离发动机的位置废气在经过比较长的时间段后才达到再生所需要的温度，因此对于这个时间段必须提供足够的储存容量。如果希望过滤层布置在排气系统的温度非常高的区域内，特别是布置在发动机附近，在某些情况下可以保证连续再生，那么这里优选地采用具有非常小的纤维层厚度的过滤层。
过滤层一种有利的改进方案包括至少一个金属层，它尤其是向外限定过滤层的外部边界，并且特别是具有最多0.05mm，尤其是最多0.03mm或者甚至最多仅仅0.015mm的金属层厚度。其中这个金属层最好在至少一个过滤段内对于流体是可流通的，亦即具有开口、通道等。金属层最好一直延伸至或超过所述至少一个边缘区，其中金属层在至少一个边缘区内有利地设计成对于流体是不可穿透的。特别是采用铝铬合金作为这种金属层的材料，如由制造作为用来净化废气的催化器基体的金属蜂窝体所已知的那样。这里金属层可以做成涂层或单独的薄膜。
过滤层是夹层结构并具有至少一个纤维层和至少一个金属层，特别有利。这里金属层优选地形成一包围纤维层的外壳，以示纤维层不可遗失地设置在所述至少一个金属层的内部。在这种情况下外壳应理解为所述至少一种金属层的布置结构，在这种布置结构中所述至少一个金属层至少局部地延伸超出纤维层的边界，特别是完全包围纤维层。就此而言至少部分地在纤维层的整个周向上形成一个外壳。因此金属层这样地包围纤维层的边界促使，在至少一个方向上形锁合地防止纤维层相对于所述至少一个金属层的相对运动。
这种夹层结构的布置综合了多个优点，特别是考虑到这种过滤层在设置在发动机附近，这些优点具有重要意义。所述至少一个金属层是一种防护外壳，它保护位于内部的纤维层免受所出现的压力冲击和温度峰值的影响。纤维层和金属层相比是一种松散得多的由纤维制成的复合材料。这里纤维层可以具有很高的多孔度，因为由于对其起保护作用的一个金属层对该纤维层不必优先进行强度方面的设计。就此而言可以在纤维层内实现特别大的空腔、孔隙等。这特别是由此而得到支持，即由于至少一个金属层制成类似于带状或薄膜，也就是说提供比较大的贴合面。因此这里可以采用包装得比例如已知的金属丝网松得多的纤维材料，金属丝网迄今为止用来保持过滤层的形状稳定性。
目前为止这种夹层结构做成这样，即在过滤材料两侧分别设置一支承结构(特别是金属丝编织物)，接着将这种夹层结构弯曲或变形成希望的形状。这里这种夹层结构这样地设置在废气流内，使得过滤材料的边界(或端面)无保护地经受脉冲式废气流。这特别是在这个端部区域内造成松脱现象。为了确保，纤维材料在一较长的时间段内固定在金属丝织物之间，必须在高压下在大的面积上(有时甚至在整个表面上)压合这种夹层结构。由于由此造成的很小的用于积存颗粒的孔隙或空腔，这造成对过滤材料的效果明显的损害。在这里所推荐的夹层结构中可以用简单的方法避免这种情况，因为所述至少一个金属层包围纤维层的边界，直接造成纤维层不可遗失地设置在内部。
按照本发明另一个方面建议一种用来净化内燃机废气的过滤体，它包括至少局部形成表面结构的层，它们这样地堆叠和/或卷绕，以形成流体可流通的通道。这里按本发明的过滤体具有至少一个上述的耐热过滤层。其中过滤体可以按常用的原理制成，即通道交替地封闭，使得整个废气流流过耐热的过滤层。但按开头所述“开放式系统”的过滤体结构是优选的，也就是说其具有至少为20％，特别是至少为40％或者甚至超过50％的流动自由度。这意味着，开放式过滤体在通道的整个长度上具有可自由流通的横截面，其中在通道内设有用来产生压差的装置或者用来控制通道内的流动方向的结构。由此促使待净化废气至少部分地转向耐热的过滤层，废气至少部分穿流过过滤层，从而促使颗粒沉积或积存在过滤材料内。
带有包括至少一个形成表面结构的薄板和至少一基本上光滑的或未形成表面结构的过滤层的层的过滤体是特别优选的，其中所述层在至少一个连接部分内相互接合连接，特别是钎焊或焊接。这意味着，至少一个形成表面结构的薄板和至少一个过滤层相互堆叠和/或卷绕，其中由于原则上起相邻的光滑的过滤层的间隔件作用的薄板的结构形成通道。这些通道最好相互平行分布。为了保证，即使在高的热负荷和动态负荷时仍然基本上避免过滤体的层的相对运动，它们应该相互接合连接。这里特别适合于钎焊或焊接连接，如已经由作为汽车制造中的催化器基体的金属蜂窝体的制造中已知的那样。
这里至少一个连接部分设置在过滤层的所述至少一个边缘区内是特别有利的。亦即例如连接部分最好设计成小于过滤层的整个跨度(Erstreckung)。这是有利的，因为在所述情况下两种具有不同热膨胀行为的不同材料(薄板和过滤层)相互连接。这种相邻地相互设置的部件的在仅仅一个比较小的连接部分内的连接保证，不会由于相互共同连接而显著地妨碍这种膨胀行为。这对这种过滤体的使用寿命具有特别有利的影响，因为显著地减小了在连接部分附近形成裂缝的可能性。至少一个连接部分和至少一个边缘区相互协调的空间布置导致特别持久的连接，因为过滤层在边缘区内对于结合剂(钎焊料或焊接材料)是不可穿透的，因此即使在形成接合连接期间在待相互连接的部件的接触区内仍有结合剂可供使用。
鉴于这样的事实，即按本发明的耐热过滤层设计成具有不同的层厚，在过滤体内存在用来补偿过滤层不同的层厚的结构是特别有利的。在相邻部件贴合在按本发明的过滤层上时在至少一个过滤段的区域内形成所述部件相互间一基本上形锁合的贴合。因为例如薄板具有基本上平面的支承面，但是按本发明的过滤层在从至少一个过滤段到至少一个边缘区的过渡中形成一台肩，在至少一边缘区内在薄板和过滤层之间形成一种空隙。这种空隙具有一仅通过焊料或焊接材料常常不能跨接的尺寸。在这方面需要用来补偿这个空隙的结构，这种结构即使在过滤层的所述至少一个边缘区内仍然确保过滤体相互相邻设置的部件的接触。为此下面举例说明几种不同的补偿结构。
对于过滤层的层厚在至少一个边缘区内设计成比在至少一个过滤段内小的情况，建议至少一个边缘区具有一变形区，它至少局部地自身交迭或者甚至最好钎焊。这意味着，至少一个特别是设置在过滤层至少一条棱边附近的边缘区设计成具有比接下来应该产生的连接部分的宽度大的边缘宽度。现在对边缘区超出连接部分的伸出部分进行这样的弯曲、折叠或弯折等，以使这个伸出区域重新伸入连接部分。从而边缘区的部分区域相互邻接，最好甚至是相互贴合，使得层厚在所述至少一个边缘区内至少局部地至少加倍。这例如适合于这样的过滤层，它在至少一个边缘区内具有基本上仅为在至少一个过滤段内的层厚的50％的层厚。因此在所述至少一个边缘区变形时在过滤层的至少一侧上为过滤体的相邻部件提供一基本上平面的贴合面。为了防止所述至少一个边缘区的这种变形的或弯曲的部分区域由于汽车排气系统内的动态负荷开始颤动或振动，或者与过滤层松脱，钎焊或焊接边缘区的最好在边缘区上自身相互贴合的交迭部分(与自身)，则特别有利。关于焊接方法这里滚点焊(Rollnahtschweiβ)证明是特别好的。
按照一种有利的改进结构建议，在具有在至少一个边缘区内减小的层厚的过滤层的设计中，一个层—特别是一个形成表面结构的薄板—的与至少一个边缘区相邻地设置的区域具有比(其)其余区域大的高度。对于相邻层是一形成表面结构的薄板的情况，此薄板在这个区域内设计成具有比其余区域大的结构高度，则特别有利，其中薄板的材料厚度在不同区域内最好是相同的。与前面所述的通过过滤层本身对不同板厚的进行补偿原理不同，这里建议，通过与过滤层相邻设置的部件进行补偿。
如前所述，薄板的构造主要用作相邻过滤层的间隔件。因此在具有不同结构高度的过滤层的设计中也跨接相邻过滤层的不同距离。当结构高度设计成在于所述至少一个边缘区相邻设置的区域内比在与过滤段相邻设置的其余区域大时确保，薄板在通道的整个长度上与相邻的过滤层相接触，因此可以相互(正好在至少一个边缘区内)接合连接这些部件。因此以与在从至少一个过滤段到至少一个边缘区的过渡区中存在的层厚减小相近的百分比进行结构高度加大。
按照又一种结构过滤体设有至少一个附加的补偿层，它优选地设置在与过滤层的至少一个具有减小的层厚的边缘区相邻的位置上。因此这些附加的补偿层不是在过滤体的整个长度上延伸，而优选地只是基本上在过滤体的相邻的部件相互连接的连接部分上延伸。这里补偿层基本上在过滤体的相邻部件相互连接的连接部分上延伸。这里补偿层基本上填满由于过滤层在至少一个边缘区内层厚的减小所造成的空隙，并且最好同样与相邻的部件接合连接，特别是钎焊。在一些情况下附加的补偿层也可以设计成比所述至少一个边缘区长，其中补偿层至少局部地超出过滤层或至少一块薄板伸出。这个突出的部分区域在某些情况下也可以设置成围绕过滤层的边缘区，从而可以用一个补偿层来补偿两个相对于过滤层的一个边缘区位于棱边附近的空隙。以这种方法进一步保护过滤层的经受特别大的动态负荷的棱边，这时减小附加地集成在过滤体内的补偿层的数量。
按照本发明另一个方面推荐一种用于制造上述过滤体的方法，此方法包括以下步骤：
-制造至少一个耐热过滤层；
-形成所述至少一个过滤层的至少一个具有减小的层厚边缘区；
-设置用于补偿至少一个过滤层的不同层厚的结构；
-堆叠和/或卷绕至少一个过滤层和至少一块形成表面结构的薄板，以形成具有对于废气可流通的通道的蜂窝体；
-向至少一个过滤层和至少一块薄板的至少一个连接部分内输入焊料；
-加热蜂窝体，以在至少一个连接部分内形成钎焊连接。
关于形成钎焊连接可以参考用于制造作为用于汽车排气系统的催化器基体的金属蜂窝体的已知工艺。在这方面优先采用以镍为基的粉末状焊料作为焊料，其中蜂窝体的加热最好在保护气体氛围中或几乎完全真空中进行。
按照本方法的另一种方案，在加入焊料之前先将蜂窝体装入一壳体内，其中焊料在加入期间最好也附着在至少一个过滤层和/或至少一个薄板与壳体的至少一个结合区内，使得在加热时在至少一个结合区内同样产生钎焊连接。为此用已知方法首先在连接部分和结合区上涂抹粘接剂。在钎焊过程中粉末状焊料附着粘接剂上。为了限定连接部分和/或结合区还知道限制焊料流的手段(焊料截止结构、油、蜡、陶瓷涂层等)，在某些情况下在这里也可以采用这些手段。在钎焊前将蜂窝体装入壳体内使得避免多个施加焊料的步骤，并建立均匀的钎焊连接，因为所述钎焊连接经受同样的热处理。
按照本方法的一种改进方案，至少一个具有减小的层厚的边缘区的形成通过在至少一个边缘区内向过滤层上施加压紧力进行。这个压紧力例如可以借助于一个轧辊等产生，其中轧辊将过滤层压在一模(Matrize)等上。这时首先进行过滤材料的致密化。这里也可以在一焊接过程期间例如同时施加这种压紧力。如果选择例如一具有变形的边缘区的过滤层的话，那么可以首先在边缘区内使过滤层变形，接着借助于滚点焊使其致密化并同时对其进行相互焊接。
此外建议，采用通过过滤层的至少一个边缘区的变形用于产生补偿的结构。这种结构上面已经较详细地说明过，进一步的详细说明参照图5进行。
按照本方法又一种方案，采用通过在一个过滤层和一个相邻薄板之间设置至少一个补偿层形成补偿的结构。这种步骤上面也已经说明过，后面应该参照图5作较详细的说明。
附图说明
现在借助于附图对本发明作较详细的说明，这些附图表示按本发明的耐热过滤层或过滤体的特别有利和特别优选的结构方案。此外这些附图用来表示所述的按本发明的方法，然而在这里应该明确，本发明并不局限于附图中所示的实施例。
附图表示：
图1以透视图示意表示按本发明的耐热过滤层的一第一实施形式，
图2作为夹层结构的过滤层的另一种实施形式的侧视图，
图3示意表示排气装置，
图4以透视图示意表示按本发明的过滤体的一种实施形式的局部视图，
图5示意表示过滤体另一种实施形式的局部视图，
图6以透视图示意表示用来补偿过滤层不同层厚的薄板的实施形式，
图7以透视图示意表示过滤体一种实施形式，和
图8示意表示按本发明的用于制造过滤体的方法的一种方案的流程。
具体实施方式
图1以透视图示意表示按本发明的过滤层1的一种实施形式，此过滤层在至少一个过滤段2内对于流体是可流通的(由流动方向35表示)。过滤层1至少部分地由一种多孔材料制成(见虚线表示的过滤段2)，并具有两个靠近相对的棱边5的边缘区3。边缘区3通过一压紧力29(通过箭头表示)压缩，以使它们具有一相对于过滤段2减小的层厚4。所述压缩通过在剖视图内表示的孔隙或空腔象征性地表示，所述孔隙或空腔在边缘区3内表示得明显小于在过滤段2内(的孔隙或空腔)。
图2以剖视图示意表示设计成夹层结构11的过滤层1的另一种实施形式，其中该过滤层具有两个构成纤维层7周围的外壳的金属层9。金属层9分别具有两个边缘区3，其中金属层9在边缘区3内相互焊接/接合连接。这里接合连接借助于焊料26保证，其中在边缘区3之外设有一焊料截止结构30，它防止焊料在热处理期间到达纤维层7附近。边缘区3从金属层9的一条棱边5起在最好在3至15mm之间的边缘宽度6上延伸。关于材料厚度可以借助于图2说明，金属层9例如做成金属膜，并具有小于0.04mm的金属层厚度10。此外可以看到，纤维层7具有一纤维层厚度8。该纤维层厚度最好在0.01至1mm的范围内。
由图2可以看到一设有导流面41的金属层7。所述导流面特别是设计成微观结构。在所示实施形式中用这些微观结构或导流面41完成两个功能。一方面使从旁边流过的废气转向或形成涡流，使部分气流转向相邻的多孔壁，特别是按本发明的过滤层，或者穿过多孔壁。其次可以看到，用这种微观结构也可以造成对于位于里面的纤维层7的夹紧作用。这改善过滤层1的稳定性。此外这使得可以提高金属层9的多孔度，因为附加传入的夹紧力已经足够防止纤维层7可能的松脱现象。在图2中设计成夹层结构11的过滤层1具有两个层厚4、4’，其中在边缘区3的区域内的层厚4设计成明显比在过滤段工区域内的层厚4’薄。这里示出一种特别的实施形式，因为纤维层7没有一直延伸到边缘区3内。
图3示意表示一用于内燃机13的排气系统36的结构。这种内燃机13优先做成柴油机。排气系统36沿废气流动方向35包括以下部件：
-一设置在上游的氧化催化器31，
-一按本发明的过滤体12，
-一涡轮增压器32，和
-另一催化转化器34。
各个部件可以装在单独的壳体内或部分地相互一起装在一个壳体内，并通过一个排气管33相互连接。如在序言中已经提到过的那样，尽可能靠近内燃机13设置过滤体12是特别有利的。为此一离内燃机13的小于0.7m，特别是甚至小于30cm的距离37是特别合适的。在单个部件的这种布置中首先借助于氧化催化器31提供确保在直接连接在后面的过滤体12中所积存的炭黑颗粒的(连续的)再生的足够数量的二氧化氮。连接在后面的催化转化器34可以例如也设计成混合转化器，其中它具有带不同热容量的部分区域。这里所述转化器设计成具有沿流动方向增大的热容量。
图4以透视图示意表示按本发明的过滤体12的另一种实施形式。这里过滤体12包括薄板15，在所述薄板之间设有按本发明的过滤层1。在所示实施形式中过滤层1由两个金属层9和一个设置在它们之间纤维层7构成，这里由于是剖视图，无法看到在边缘区内的接合连接。在所示局部中只在过滤段2内示出过滤层1，从而在这里也只能看到层厚4’。
薄板15具有一恒定的材料厚度22且在此设有(形成)表面结构，而过滤层1具有一基本上光滑的表面。借助于薄板15的这些结构构成通道14，它们对于废气是可沿流动方向35流通的。这里薄板15具有不同的结构高度20，使得形成的通道14与流入的废气流的特性相匹配。这里所示的实施形式主要表示一开放式过滤体的局部。这样来说明其性能，即提供至少20％的流动自由度。在这种情况下流动自由度意味着，在任意一个横截面内至少20％的面积是可看穿的，亦即没有内置构件，如转向面39等。亦即换言之，由于内置构件全都具有大致相同的安装位置，亦即顺序排列地对齐设置，在从端侧观察这种颗粒过滤器时至少部分地是可以通过通道看透的。这在由至少局部形成表面结构的板层组成的蜂窝体时通常便是这样。但是对于内置构件相互不对齐时流动自由度并不一定意味着实际上可以局部地看透这种蜂窝体。薄板15设有通道38和转向面39，它们保证废气流转向过滤层1。这时产生压差，它导致部分废气流穿过过滤层1并由此使炭黑颗粒等附着或沉积在纤维层7内。
图5示意性地表示过滤体12的另一种实施形式的局部视图，其中在两块薄板15之间设置一按本发明的过滤层1。过滤层1又具有两个层厚4、4’，其中在边缘区3内的层厚4设计成比在过滤段2内的层厚薄。薄板15在连接部分16内直接或通过一这里附加地设置在边缘区3或连接区16内的补偿层23与过滤层1连接，特别是(用焊料26)钎焊。这里薄板15、补偿层23和过滤层1在端侧平齐地终结。过滤层1的所示的薄的边缘区3设计成基本上为连接部分16长度的两倍，这里形成一变形区17，使得边缘区3至少部分地本身交迭。现在边缘区3的本身交迭的部分区域相互贴合，并且甚至相互钎焊。
由于在所示实施形式中层厚4相当于在过滤段内的层厚4’的约1/3这一事实，通过边缘区3的弯曲和折叠达到，过滤层1至少在一侧可以和相邻设置的板层15直接连接。在这方面现在边缘区3填满层厚4’的三分之二，因此附加的补偿层23现在跨接剩余的三分之一，且形成过滤层1与相对的薄板15的间接连接。作为这种实施形式的另一种选择也可以使(未变形的)边缘区3在两侧以补偿层23与相邻薄板15间接连接，然后补偿层23最好设计成带一变形区，使得这个变形区围绕边缘区3的端侧的末端伸出，这样补偿层23同时填满边缘区3到薄板15的两个距离(空隙)。
图6以透视图示意地表示一用来补偿过滤层1(未画出)不同层厚4、4’的薄板15的实施形式。形成表面结构的薄板15以已经说明的方式和方法与过滤层1相邻地设置，并用来补偿其不同的层厚。为此薄板15在区域18内具有比其余区域19内大的结构高度21，其中薄板15的材料厚度22(未画出)在不同区域18，19内最好是相同的。因此区域18的结构高度21的应加大到这样的程度，从而确保金属薄板15在区域18或过滤层1的边缘区3内的贴合。如果例如从如图5中所示的过滤层1的实施形式出发，那么在区域18内的结构高度21比结构高度21’大一个基本上相当于层厚4’和层厚4的差值的量是有利的。对于这种情况可以有利地放弃附加的补偿层。
图7以透视图示意表示过滤体12的一种实施形式，此过滤体包括一安装在壳体27内的蜂窝体24。蜂窝体24由多个交替设置的过滤层1和形成表面结构的薄板15构成，它们首先堆叠，然后这样地相互卷绕，以产生一基本上为圆柱形结构的蜂窝体24。除此之外也可以制造圆锥形、矩形或椭圆形的结构，其中也可以分别仅仅设置一块薄板15和一个过滤层1，它们特别是螺线形地卷绕在一起。形成表面结构的薄板15和过滤层1限定对于废气可流通的通道14，通道从一个端面25一直延伸到相对的端面25。这里确保可至少部分地看透这些通道14。这用开头所述的至少20％的流动自由度来保证。
形成表面结构的薄板15和过滤层1在一连接部分16内相互接合连接，特别是钎焊(优先采用高温真空钎焊)。此外在至少一个结合区28内进行蜂窝体24与壳体27的结合，这里优选地(同时)采用和在薄板15和过滤层1相互连接时一样的焊接方法。不是在蜂窝体的整个长度42上实施结合和连接，从而即使在热负荷下也可以实现由于部件不同的膨胀性能而产生的不同膨胀。这使得，蜂窝体24内或蜂窝体24与壳体27之间不产生应力，这种应力会导致过滤体结构整体性的早期丧失。
图8示意表示按本发明的用于制造过滤体12的方法的一种方案的流程。这种方法包括以下步骤：
a)制造至少一个耐热过滤层1：
按步骤1这样制造过滤层1，即给一中央纤维层7配设两个金属层9，所述金属层向外限定纤维层7，从而形成一种保护外壳(参见夹层结构)。这里优选地由类似带状或类似薄膜状的原材料(板材、织物等)通过将它们剪裁成希望的尺寸来制造过滤层1。
b)形成至少一个过滤层1的至少一个具有减小的层厚4的边缘区3：
通过对边缘区3内的过滤层1(参见步骤1：用箭头表示)施加压紧力29形成两个相对的具有减小的层厚4的边缘区3。这时至少纤维层显著压缩，从而这些边缘区3对于焊料基本上是不可渗透的(参见步骤2)。有许多加工方法适合于这种压缩过程，其中在这里可以举例地提出用轧辊压制的方法。
c)设置用于补偿至少一个过滤层1的不同层厚4，4’的结构：
为此如前所述，基本上有两种不同的原理，或者这些原理的一种组合。在步骤3中所示的方案中，仅通过设置在过滤层1之间的层进行所述至少一个过滤层1的不同层厚4，4’的补偿。因此薄板15具有多个具有高度20的端侧区域，高度20设计成高于在中央或中间的其余区域内的高度20’。就此而言相邻层在整个长度上相互贴合，从而即使在形成接合连接后也可以避免层之间相互的相对运动(例如如过滤层1边缘区的抖动或振动)。
d)堆叠和/或卷绕至少一个过滤层1和至少一个形成表面结构的薄板15，以形成一具有对于废气可流通的通道14的蜂窝体24：
现在以在步骤3中所示的方法堆叠薄板15和过滤层1，接着成形一圆柱形的蜂窝体24。这里边缘区至少局部地在一平行于蜂窝体24的端面25的平面内设置，特别是所有这些边缘区与至少一个端面25邻接。由于薄板15的结构形成对于废气是可流通的并确保至少20％的流动自由度的通道14。关于卷绕过程也可以参照已知工艺，这种工艺在作为催化器基体的金属蜂窝体的制造中已经得到广泛证实。现在将蜂窝体24装入壳体27(参见步骤4)，以便接着向蜂窝体24和壳体27一起施加粘附剂和/或焊料26。
e)将焊料26加入至少一个过滤层1与至少一块薄板15的连接部分16：
在这个步骤中也可以参照已知的金属蜂窝结构钎焊工艺，这种蜂窝结构例如用作汽车排气系统中的催化器基体。除了采用固体钎焊条等之外这里优先采用粉末状焊料。这里首先在相互待连接的层的接触区内附着粘附剂，这时使这样预处理的过滤体12与粉末状焊料26相接触，使焊料附着在粘附剂上(参见步骤5)。
f)加热蜂窝体24，以在至少一个连接部分16内形成钎焊连接：
为了形成层相互之间的耐腐蚀和耐高温的连接(连接部分16)和(层)与壳体27的结合(结合区28)，已经证明一种高温真空工艺是特别良好的。这里将过滤体12在一炉子40内在真空条件下加热到上至1200℃的温度，接着重新冷却。通常加热和冷却过程按可由瞬时温度和保持时间描述的可规定的模式进行。
这样制成的过滤体12满足例如用于当今汽车制造中的柴油机的排气系统中的非常高的热和动态负荷的要求。特别是考虑到过滤体设置在发动机附近的情况这是适用的，在这种布置中中可以进行过滤体的连续再生。这里开放式过滤体的这种结构促使，用来转化炭黑颗粒的反应物以及炭黑颗粒本身在过滤体内停留较长，使得所有必要的反应物和环境条件的存在可能性加大。试验证明了这一点，其中例如可以确定，过滤有效性超过50％，这意味着，大多数现在使用中的乘用车在将来也可以符合最严格的废气准则或法律规定。在这方面这种过滤体正好也特别好地适合于用作改装配件。
                        附图标记表
1         过滤层                    2         过滤段
3         边缘区                    4、4’    层厚
5         棱边                      6         边缘宽度
7         纤维层                    8         纤维层厚度
9         金属层                    10        金属层厚度
11        夹层结构                  12        过滤体
13        内燃机                    14        通道
15        薄板                      16        连接部分
17        变形区                    18        区域
19        其余区域                  20、20’  高度
21、21’  结构高度                  22        材料厚度
23        补偿层                    24        蜂窝体
25        端面                      26        焊料
27        壳体                      28        结合区
29        压紧力                    30        焊料截止结构
31        氧化催化器                32        涡轮增压器
33        排气管                    34        催化转化器
35        流动方向                  36        排气系统
37        距离                      38        通道
39        转向面                    40        炉子
41        导流面                    42        长度

Claims (19)

1.由一至少局部对于流体可流通的包括纤维的材料组成的、具有至少一个过滤段(2)和至少一个边缘区(3)的耐热过滤层(1)，其特征为：过滤层(1)在所述至少一个边缘区(3)内具有一与所述至少一个过滤段(2)相比减小的层厚(4)，其中所述减小的层厚是对所述材料进行压缩的结果。
2.按权利要求1所述的耐热过滤层(1)，其特征为：在所述至少一个边缘区(3)内的层厚(4)小于在所述至少一个过滤段(2)内的层厚的60％。
3.按权利要求1或2所述的耐热过滤层(1)，其特征为：所述至少一个边缘区(3)从过滤层(1)的一条棱边(5)起具有最大30mm的边缘宽度(6)。
4.按权利要求1或2所述的耐热过滤层(1)，其特征为：过滤层(1)包括至少一个纤维层(7)，所述纤维层具有最大3mm的纤维层厚度(8)。
5.按权利要求1或2所述的耐热过滤层(1)，其特征为：具有至少一个金属层(9)，它最好向外限定过滤层(1)，并且具有最多0.05mm的金属层厚度(10)。
6.按权利要求1或2所述的耐热过滤层(1)，其特征为：过滤层(1)是夹层结构(11)，并具有至少一个纤维层(7)和至少一个金属层(9)。
7.用来净化内燃机(13)废气的过滤体(12)，包括至少局部形成表面结构的层(1，15)，所述层这样地堆叠和/或卷绕，以形成对于废气可流通的通道(14)，其特征为：所述层包括至少一个按上述权利要求之任一项所述的耐热过滤层(1)。
8.按权利要求7所述的过滤体(12)，其特征为：所述层包括至少一个形成表面结构的薄板(15)和至少一个基本上光滑的过滤层(1)，其中所述层(1，15)在至少一个连接部分(16)内相互焊接或接缝连接。
9.按权利要求8所述的过滤体(12)，其特征为：所述至少一个连接部分(16)设置在过滤层(1)的所述至少一个边缘区(3)内。
10.按权利要求7所述的过滤体(12)，其特征为：存在用于补偿过滤层(1)的不同层厚(4，4’)的结构(17，18，19，20，21，23)。
11.按权利要求10所述的过滤体(12)，其中过滤层(1)在至少一个边缘区(3)内的层厚(4)做得较小，其特征为：至少一个边缘区(3)有一变形区(17)，并至少局部自身相互搭接。
12.按权利要求10或11所述的过滤体(12)，其中过滤层(1)的层厚(4)在至少一个边缘区(3)内设计成减小的，其特征为：一个层(1，15)的与所述至少一个边缘区(3)相邻设置的区域(18)具有比其余区域(19)大的高度(20)。
13.按权利要求12所述的过滤体(12)，其中所述相邻的层是一形成表面结构的薄板(15)，其特征为：它在区域(18)内设计成具有比其余区域(19)大的结构高度(21)，其中薄板(15)的材料厚度(22)在不同区域(18，19)内是相同的。
14.按权利要求10所述的过滤体(12)，其特征为：设有至少一个附加的用于减小的层厚(4)的补偿层(23)。
15.制造按权利要求7所述的过滤体(12)的方法，包括以下步骤：
-制造至少一个耐热过滤层(1)；
-形成所述至少一个过滤层(1)的所述至少一个具有减小的层厚(4)的边缘区(3)；
-设置用来补偿至少一个过滤层(1)的不同层厚(4，4’)的结构；
-堆叠和/或卷绕所述至少一个过滤层(1)和至少一个形成表面结构的薄板(15)，以形成具有对于废气可流通的通道(14)的蜂窝体(24)；
-向所述至少一个过滤层(1)和所述至少一块薄板(15)的至少一个连接部分(16)内输入焊料(26)；
-加热蜂窝体(24)，以在所述至少一个连接部分(16)内形成钎焊连接。
16.按权利要求15所述的方法，其中在加入焊料(26)之前将蜂窝体(24)装入壳体(27)内，并且在加入焊料(26)期间，焊料也设置在所述至少一个过滤层(1)和/或所述至少一块薄板(15)与壳体(27)的至少一个结合区(28)内，以在加热时在所述至少一个结合区(28)中产生钎焊连接。
17.按权利要求15或16所述的方法，其中通过在所述至少一个边缘区(3)内对过滤层(1)施加压紧力(29)形成所述至少一个具有减小的层厚(4)的边缘区(3)。
18.按权利要求15或16所述的方法，其中通过所述至少一个边缘区(3)的变形而形成用于补偿的结构。
19.按权利要求15或16所述的方法，其中通过在一过滤层(1)和一相邻的薄板(15)之间设置至少一个补偿层(23)而形成用于补偿的结构。
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