CN1320260C - 由至少局部有孔的板层组成的金属蜂窝体 - Google Patents
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Abstract
本发明设计一种具有一轴向长度(L)的由板层(1;10、11)构成的金属蜂窝体(15),所述板层这样形成表面结构,以使蜂窝体(15)可由流体—特别是内燃机废气—沿流动方向(S)从一流入侧端侧(12)到一流出侧端侧(13)流过,此外,蜂窝体(15)在一个具有轴向长度(L)的至少55%和至少20mm的径向尺寸(22)的部分体积(T)内在所有板层(1;10、11)中具有孔(6),其中有:所述孔(6)分别具有一在1和120mm2之间的孔面积(23),由于设有所述孔(6)在所述部分体积(T)内板层表面积(24)与不带孔的板层相比减小10-80%,尤其是减小35-60%,所述部分体积(T)离蜂窝体的端侧(12、13)分别有一定距离(R2、R3),从而没有孔(6)与板层的端部边缘接触或相交。
Description
技术领域
本发明涉及一种金属蜂窝体,特别是用于一内燃机排气设备的蜂窝体。这种蜂窝体用作催化活性材料和/或吸附材料的基体和类似的应用。
背景技术
特别是在汽车中用来净化废气的金属蜂窝体必须满足极为不同的要求,其中有时必须在相互矛盾的要求之间实现折衷。首先一方面这种蜂窝体用于提供尽可能大的表面,在所述表面上可进行希望的催化反应或吸附过程。在许多应用场合希望有小的热容量,从而使蜂窝体可迅速地加热到其希望的工作温度,或者具有大的热容量,从而使它的工作温度保持较长的时间,但是不能迅速地加热到高的温度。当然这种结构总体上必须在机械上是稳固的,即能够经受脉冲式的气流和承受汽车运动造成的机械负荷。其材料必须耐高温腐蚀,并且至少可以这样地加工,使得可以方便和经济地制造所希望的蜂窝体结构。在许多情况下在蜂窝体内需要特殊的结构,以控制流动,例如为了较好地与表面接触或横向混和(Quermischung)。最后合适的蜂窝体必须能够经济地批量生产。
在现有技术的大量资料中详细介绍了上述问题的各个方面。
金属蜂窝体主要分为两种常见结构形式。DE 2902779A1示出的其常见例子的较早的结构形式是一种螺旋形结构形式,其中基本上是一块光滑和一块波纹板层相互叠放并螺旋形卷绕。在另一种结构形式中蜂窝体由多个交替设置的光滑和波纹的或形成不同波纹的板层构成,其中板层首先形成一个或多个相互缠绕的堆叠。这里所有板层的端部都位于外部,并可与壳体或套管连接,由此形成大量提高蜂窝体耐久性的连接部位。在EP0245737B1或WO 90/03220中说明了这种结构形式的典型例子。很久以来还已知,板层配设有附加的结构,以控制流动和/或实现各单流道之间的横向混和。这种结构的典型例子是WO 91/01178、WO 9101807、WO90/08249。最后还存在锥形结构形式的蜂窝体,在一情况下这种蜂窝体还带有其它附加的控制流动的结构。例如在WO 97/49905中说明了这种蜂窝体。此外还已知,在蜂窝体中留出一用于一传感器的凹陷部,特别是用来安装一λ-探测器。在DE 8816154U1中介绍了它的一个例子。
很久以来还已知,采用用于蜂窝体的有缝板,特别是拉制金属结构和类似的有缝结构。US5,599,509与其所引用的现有技术给出了关于催化器基体板层内孔的不同形状和布局的概况。这里有目的地采用孔,以减小蜂窝体前部区域内相对于后部区域的热容量。
尽管广泛的现有技术允许大量不同的发展方向,但是只形成少数几个的发展趋势。其中一个趋势是向采用越来越薄的金属薄板的方向发展,以便在少的材料使用量和小的热容量的情况下可以提供大的表面积。这种发展方向的明显的缺点是,这种薄板在机械上越来越敏感,由此制成的蜂窝体耐久性较差。同时趋势向越来越高的单元密度的方向发展,这在一定程度上是由越来越薄的板引起的。为了改善与蜂窝体表面的物质交换,在表面上形成用来控制流动的结构,特别是所谓的横向结构,或者在蜂窝体内部形成导流面或附加的入流边。尽管已知在板层内用于横向混和的孔的优点,但是迄今为止在实际上并没有考虑在催化器体积的主要部分内系统地设置用于流体自由流通的孔,因为这与在越来越小的体积内提供越来越大的表面积的趋势相矛盾。槽和/或导流面和类似结构不减小一蜂窝体内的表面积,而大量孔则在相当大的程度上使表面积减小,此外,至少当是通过去除材料形成孔时,这意味着原材料消耗加大而表面积不会相应地增加,这同样与趋势相矛盾。因此只有当孔应在蜂窝体的一确定部位具有一确定的功能时,才考虑采用孔,例如横向混合功能和/或相对于其它区域减小热容量。
这种考虑仅对于金属蜂窝体才确实是合适的,但是不应忽视,以后金属蜂窝体还要用涂层材料涂覆,这种材料在许多情况下还包含昂贵的贵金属作为催化活性组分。因此大的表面积始终意味着使用大量的贵重涂覆材料。通过试验令人惊讶地发现,在一蜂窝体上分布有大量具有确定的尺寸大小、分布和密度的孔时,在较小表面积时得到和在没有孔和具有较大量的涂层材料的蜂窝体时同样好的催化转化性能。
发明内容
因此本发明的目的是,提供一种金属蜂窝体,它由于具有合适数量、尺寸和分布的孔特别适合于作为—特别是在节省使用涂层材料时—一涂层的基体。
这种具有一轴向长度的蜂窝体由形成这样表面结构的板层组成,即,使得蜂窝体可以由流体,特别是由内燃机的废气沿流动方向从流入侧到流出侧流过,其中板层至少在局部区域内具有多个孔,这种蜂窝体的特征是,蜂窝体在其轴向长度的至少55%和至少20mm的径向尺寸的部分体积内在所有板层中具有孔,其中有:
孔分别具有1和120mm2(之间)的面积,
在所述部分体积内与没有孔的板层相比板层表面积由于孔减小10至80%,尤其是35至60%,
部分体积离蜂窝体端侧分别具有一定距离,因此没有孔与板层端侧边缘接触或相交。
试验表明,按本发明的带有孔的蜂窝体由于在其内部较好的流动性能和由此形成的流和表面之间较好的物质交换性能在其效果上和没有孔的蜂窝体相当,或者甚至更好,尽管使用了较少的涂层材料。孔的大小是这样的,即它一方面在涂覆时不会被涂层材料封闭,另一方面不会被待净化的流体中的颗粒堵塞。也就是说不是一种象用来截留颗粒的过滤器中的那种孔,而是可以由待净化流体,特别是由内燃机废气自由流过的开口。由于加工工艺的原因和以后的耐久性,重要的是,端侧边缘不被孔或孔的一部分打断(anfransen),因此孔应该离端侧有一定距离。
如上所述,孔具有优点而不是缺点,因此设有孔的部分体积应该大于蜂窝体总体积的60%,尤其是90%。这样可以最大程度地发挥有利作用。
出于机械和流体技术的原因,孔分别具有5至60mm2的面积是有利的。在这种尺寸范围内可以方便地制造孔,不妨碍涂覆过程并发挥上述较好的物质交换的优点。这种尺寸的孔允许良好的横向混和,并允许不仅通过热传导,而且通过热辐射从蜂窝体内部向外部散热,热量穿过孔到达较靠外部的区域。孔的总面积与剩余的板层总面积相比越大,当然这种效果便越强。
在现有技术中对于类似的应用场合多数只说明在具有多边形轮廓的板层内的孔。从力学观点看在高的交变载荷下这是不利的,因为这可能引起形成从孔的角部出发的裂纹。因此在本发明中优选采用圆形轮廓的孔,从而孔的边界线没有拐角,特别是没有尖角。应该特别优选采用圆形、椭圆形或卵形的孔,其中建议,在采用非圆形孔时长径和短径之比不超过2。
然而这种孔不能如在例如拉制金属件时那样节省材料地制造,而必须通过从一整面的板层上去除材料来制造。但是尤其是冲裁或切割掉的材料可以重新用来制造新的板层。
根据板层制造方法的不同,孔优选在(板层的)制造过程中便已制出,特别是对于电镀制造的材料可以考虑这种方法。在采用首先制造廉价材料然后通过用例如铝和/或铬涂覆精制的制造方法时,在用其它材料精制之前就加工孔是适宜的。
本发明的另一个优点是,带孔蜂窝体的热容量当然小于不带孔的蜂窝体的热容量。这反过来允许按本发明的蜂窝体由较厚的板层制成,而和由未有孔的薄板制成的蜂窝体相比热容量不增加。按照本发明板层厚度可以在20至80μm之间,但是厚度优选为40至60μm。优选范围使得特别是蜂窝体端侧具有较高的机械稳定性,并允许采用对于非常薄的薄板不再能可靠地使用的经过验证的制造方法。尽管如此,所形成的蜂窝体的热容量仍等于或小于由不带孔的薄板制成的蜂窝体。
为了确保按本发明的蜂窝体的机械稳定性,所述孔应该具有0.5mm的最小距离,其中孔之间的所有距离最好应该是大致一样大的,由此不形成机械上的薄弱部位。这样设计的薄板可以毫无问题地形成波纹,并在其余工步中用来制造螺纹形的或分层和缠绕的蜂窝体。
如主要在现有技术中已知的那样,按本发明的蜂窝体也特别优选地由交替设置的光滑和波纹板层或交替的形成不同波纹的板层组成。通过这种结构在蜂窝体内形成常见的流道。
由于孔的有利效果,不再要求本发明的蜂窝体具有特别高的单元密度以实现以后由蜂窝体制成的催化转化器的良好转化性能。按本发明单元密度优选在200至1000cpsi(每平方英寸单元数),特别是单元密度为400至800cpsi。
按本发明在板层中采用孔不影响板层对于多数目前已知的如在现有技术的说明中所述的用于影响流动的附加结构的可应用性。特别是有孔的板层也可以设有横向的结构,突起和/或导流面。通常孔还有利于所述结构的效果,因为在通道内可能产生的压差通过孔得到平衡,形成附加的涡流,并促使蜂窝体内的流分布的均匀化。
对于如现有技术中推荐的那样采用一安装在蜂窝体一空腔内的探测器,特别是λ-探测器,按本发明的蜂窝体结构起特别有利的作用。因为测量探测器,特别是氧气测量探测器应测量在蜂窝体内流动的流体的尽可能有代表性的数值,在探测器之前进行横向混合有很大的好处。因此本发明的蜂窝体特别适用于应该在蜂窝体的一空腔内安装λ-探测器的应用场合。
在制造工艺上,为了使板层在装配后形成一合适的空腔,这要求在板层制造时付出一定的耗费。但是在当今所述耗费用数控加工设备是可以控制的。这同时也允许在限定空腔的板层边缘附近不设置孔,以避免在那里弱化边缘。因此特别优选在用于一测量探测器的空腔周围1至5mm的范围内没有孔。
如果单块板层是利用接合技术相互连接的,尤其是通过通常在蜂窝体端侧上进行的硬钎焊相互连接的,对于蜂窝体的耐久性是有利的。这也是孔不应该与板层端侧的边缘区相交的原因。另一方面孔也可以完全按要求地防止涂在端侧上的粘接剂或涂覆在端侧上的焊料沿板层之间的接触线渗入蜂窝体内部,由于机械上的原因这常常是不希望的。这里孔使毛细作用中止,因此孔离蜂窝体端侧的距离也可以完全按要求地用来限制通过钎焊连接的区域。
对于板层与一套管的连接情况也是这样。在这里为了实现与套管希望的非常稳固的连接,如果边缘区域没有与孔相交,则是有利的。此外这里孔也使得焊料不可能通过毛细作用渗入蜂窝体内部太远,而是正好停留在固定板层所需要的位置。
在催化转化器中蜂窝体体积的大小(板层以及由它包围的或形成的通道、开口、孔等的体积之和)取决于例如在排气管路中的位置:如果它设置在发动机舱内或紧邻发动机(不超过0.5米),那么通常它小于发动机的排量,例如小于排量的50%,特别是小于1升或0.5升。如果它设置在乘用车的地板内,则蜂窝体体积也可以大于发动机的排量,尤其是在1至5升之间。也就是说在其它应用场合可以有与此不同的数值。例如在用于卡车、两轮机动车、割草机、手动工具(修剪树枝的装置、电锯等)等时,其中这里相关领域的技术人员可以进行相应的匹配。对于在排气系统中用作热交换器、混流器、吸附器、颗粒陷阱、炭黑过滤器、电加热器的蜂窝体也一样。这里相关领域的技术人员对一系列允许对蜂窝体体积进行匹配的试验也是熟知的。
在设计和布置板层中的孔图案时同样应根据所希望的蜂窝体的使用目的进行设定。因为在这种情况下不能参考经验数据,试验表明,对于带有其最长的尺寸大于波纹的结构宽度的孔的薄板,特别是对于带有孔的相对的轮廓(边缘)的最小距离也大于结构宽度的孔的薄板,在显著减少催化剂材料使用量的同时混合和催化转化的效果出人意料地好。尤其是至少局部形成表面结构的板层的孔是这样,因此波纹或表面结构与孔相叠加。在所述至少一个部分体积内的所有的孔都具有大于结构宽度的尺寸是特别有利的。利用在其薄板中孔的尺寸至少是结构宽度的两倍,尤其是四倍,特别是六倍的蜂窝体可以达到令人惊讶的良好结果。
按照蜂窝体的一种优良改进结构至少一部分孔设计成长孔,其最大尺寸分别沿自己的主轴线方向延伸,其中设计成长孔的孔这样布置,使得蜂窝体具有具有不同刚度的区域。在这种情况下长孔特别是指这样的孔,它具有两个相对的圆滑的,尤其是半圆形的尖端区,其主轴线由其最高点或者说转折点限定,其中长孔在其尖端区域之间最好具有相互平行分布的棱边。沿主轴线方向的最大尺寸优选至少是垂直于主轴线方向的尺寸的两倍。这使得,在相邻长孔之间形成腹板。现在这里建议,所述长孔相对于蜂窝体或板层的周向、半径、中线方向,或者至少其中两个方向这样布置,以使得蜂窝体的刚性在多个区域内各不相同。在这种情况下刚性是指所述区域在沿上述方向中的至少一个的外力作用下的偏移特性。即例如长孔在第一(特别是气体入口端)和在一些情况下还在第三(特别是气体出口端)区内这样地设置,使得蜂窝体具有非常小的刚性,而在第二(特别是在内部的)区内蜂窝体设计得刚性较大。如果例如考虑到这种蜂窝体在一汽车排气系统内的热膨胀性能,那么可以确定,端侧由于交变热负荷明显地比蜂窝体的中部区域膨胀或收缩得更剧烈。通过不同的区域可以补偿或中断这种热膨胀的差别或(例如通过废气脉冲)传入的不同的力。
这里优选使设计成长孔的孔至少部分地在周向和/或半径和/或中线方向相互错开,和/或在其主轴线上成一角度地布置。这意味着例如:
-所述孔平行于边缘区域成行地设置,并且沿平行于连接区域方向相邻的行(或相邻行的组)沿边缘区域的方向(以相互相同或不同的距离)相互错开;
-所述孔平行于连接区成行设置,并且沿平行于边缘区方向相邻的行(或相邻行的组)沿连接区域的方向(以相互相同或不同的距离)相互错开;
-孔相互倾斜地定向,特别是以主轴线倾斜地定向,主轴线相对于边缘区域或连接区域的定向不垂直地成一角度;
-孔至少在所述区域的分区内构成一种网格
-孔相对于蜂窝体形成不同厚度的腹板和/或不同定向的腹板;或
-孔按这里所述(情况)的部分组合设置,以便使蜂窝体在其轴向长度和/或半径和/或周向上产生不同的刚度特性。
附图说明
下面借助于附图较详细地说明本发明的实施例和细节,但是本发明并不局限于此,附图表示:
图1用来制造一根据本发明的蜂窝体的板层,
图2根据本发明的蜂窝体的局部断开的透视图,
图3以示意性侧视图表示带一按本发明的蜂窝体和一用于λ-探测器的空腔的局部断开的催化转化器,
图4一带孔的波纹板的示意性透视图,
图5示意表示用来制造按本发明的蜂窝体的方法的流程,
图6示意性示出一带长孔的板层的结构,和
图7示意表示带多个具有不同刚性的区域的蜂窝体。
具体实施方式
图1表示一板层1,它可以是光滑或有波纹的,它例如可以用来制造一根据本发明的蜂窝体15。这些板层1具有一以后确定由板层制造的蜂窝体15轴向长度的宽度L。板层1在其它方向的尺寸取决于所制造的蜂窝体15的结构类型。如果应该用它制造螺旋形卷绕的蜂窝体15,那么它可以非常长,或者如果它属于一包括多个这种板层1的以后缠绕成一蜂窝体15的堆叠,那么它可以比较短。板层1的厚度26可以在20至80μm之间,尤其是40至60μm之间。
板层1在一分区(这里表示为区段29)内具有大量的孔6,它们分别具有1和120mm2之间的孔面积23。孔6优选具有3至8mm,尤其是4至6mm的直径。这些孔6至少部分地按一规则的图案设置,并且相互具有最好相同的距离D7。但是这里图案也可以从流入侧的端侧12到流出侧的端侧13是变化的,其中例如孔数量(Lchrigkeit)、孔径和/或孔距D7越来越大。这种加大可以连续或者跳跃地进行。对于确定的使用目的在所述值加大后在中部区域重新向流出侧的端侧13缩小是有利的。孔6最好是具有小于等于8mm的最大直径R6的圆形或椭圆形或卵形。这样选择孔6的距离D7,使得板层表面积24比没有孔的表面积减小10-80%,尤其是30-60%。
板层1具有一不带孔6的流入侧边缘区2。流出侧的边缘区3最好同样不带孔6。这便于板层1的加工,从而在这些边缘区内板层可相互连接,并防止在制造蜂窝体15时形成不规则成形的(断续的)流入侧端侧12或流出侧端侧13。流入侧边缘区具有1至5mm的宽度R2,流出侧边缘区3具有1至5mm的宽度R3。此外板层1具有至少一个连接区4,板层1以后可以利用该连接区固定在一套管14上。这个宽度为R4的连接区4最好也不带孔6,对于板层1以两端固定在一套管14上的蜂窝体15的结构形式,一宽度为R5的第二连接区5也是不带孔6的。
如果应该由板层1制造具有一用来接纳一测量探测器9的空腔7的蜂窝体15,那么在板层1上设有一相应的空腔7。按照本发明此空腔被不带孔的边缘8包围,这个边缘又有利于较方便地加工板层1和制造均匀的空腔7。可以流过蜂窝体15的流体以后的流动方向S在图中用箭头表示。不带孔的边缘8的宽度B最好在空腔整个周边上至少为1mm。
图2示出根据本发明的蜂窝体15的一透视图,其中示意性示出了有孔的部分体积T的尺寸22。这里尺寸22从蜂窝体横截面的中心出发,但是部分体积T也可设计成一种位于内部的环形空心圆柱体,其中尺寸22是横截面的直径或半径的任意一段。示例性示出的蜂窝体15由一块光滑板层10和一波纹板层11螺旋形卷绕而成,它们在一连接区4内与二套管14连接。
图3以局部断开的侧视图示意表示一带一用来接纳一λ-探测器9的空腔7的催化转化器28。废气可以沿流动方向S从流入侧端侧12开始到流出侧端侧13流过催化转化器28。在流入侧端侧12处有一不带孔的边缘区2,在流出侧的端侧处有一不带孔的边缘区3。在这两个区之间有一有孔的部分体积T,因此该体积几乎在蜂窝体15的整个轴向长度L上延伸。蜂窝体15具有一空腔7,它在蜂窝体15制造完成后或者在此前通过空腔7的适当定位而在各单个板层10、11上制造出来。在这个空腔7内可以安装一测量探测器9,特别是一氧测量探测器9。为了保证空腔7具有均匀的边缘,一不带孔的边缘8包围此空腔7,在边缘内板层10、11没有孔6。这里所示的带孔6的蜂窝体15和用于测量探测器9的空腔7的组合是特别有利的,因为孔6允许在测量探测器9的上游在蜂窝体15内进行横向混和,因此测量探测器9可以测量对整个蜂窝体15内的流体成分有代表性的测量值。
图4示出一带孔6的波纹板层1的一示意性透视图。板层1的波纹或结构例如可以通过一结构高度H和一结构宽度A描述。如果孔6的最大尺寸R6大于结构宽度A,上述优点—特别是在废气流的横向混和以及这种蜂窝体15的经济地制造上的优点—可以以特别好的程度实现。在所示实施例中孔6具有一大致相当于板层1的正弦形波纹的结构宽度A的三倍的尺寸R6直径。其中孔6这样地设置,使得存在一规则图案,其中在由板层1的不带孔的边缘R3、R2、R5(R4未画出)限定的并在蜂窝体15内形成所述部分体积T的区段29内的轴向长度上每个波峰或波谷至少被一个孔6中断。对于孔6在板层表面积24中的比例,应该指出,特别是区段29内的板层表面积24减小30-60%,最好整个板层表面积24(即包括所述边缘)减小20-40%。
为了在区段29内实现尽可能高的孔数量,如图4所示,孔之间的距离D7做得不大于几个结构宽度A,特别是小于5个,尤其是小于3个板层1的结构宽度A是有利的。由于稳定性的原因,在蜂窝体5的特殊应用场合在一些情况下也可以在不同方向(例如纵向和横向)上将距离D7设计成数值上互不相同的,其中在一个方向上孔6之间的距离D7最好保持相同。
此外在边缘R2附近示出一个高度明显小于结构高度H的微结构27。其所述微结构例如用来限制连接区,因为用这种方法在相邻设置的板层1之间形成一小的缝隙,该缝隙在钎焊过程中防止液态的焊料由于毛细作用积聚在区段29内,并防止在那里在一些情况下产生不希望的连接。
图5中示意性示出一种可能的特别适于用来制造催化转化器的方法。在第一个步骤中在板层1中加工出孔6,其中这里借助于一冲压装置16机械地完成该步骤。在下一个步骤中借助于两个相互接合的成型工具在有孔的板层1上产生结构,从而形成具有一结构高度H和一结构宽度A的波纹板层11。然后将所述至少局部有孔的波纹板层11和光滑板层10(有孔或无孔的)堆叠成一蜂窝体15。现在将这些板层10、11相互卷绕并将其将装入一套管14。在一些情况下在板层10、11堆叠和/或卷绕后相邻板层10、11上的孔6怎样布置是重要的。原则上存在这样的可能性,使这些孔相互对齐,使它们(几乎完全)相互重叠。例如如果应该避免较大的压力损失(如在强烈的涡流中可能出现的压力损失),则这是有利的。相反如果在进入蜂窝体15时存在基本上均匀的流动,则在蜂窝体15内部设置尽可能多的引起涡流的入流边是有利的。在这种情况下相邻板层10、11的孔6相互错开设置也是有意义的。除了改变孔6的相对位置的变型可能性外,即使在重叠或搭接孔6时也考虑使孔6具有不同的形状也是有利的。例如可将彼此不同的孔距D7、孔6本身的最大尺寸R6或轮廓25、以及相邻设置的板层10、11的相对位置相互组合。
按照一种特别是给不带孔的区域或边缘R1,R2,R3,R4设置焊接材料(未示出)的施加焊料方法,将各板层一起以及和套管14一起在炉子18内进行热处理,特别是在真空和/或保护气氛中对其进行高温钎焊。现在在给这样制成的基体19设置催化活性的涂层20,以最终可将其作为催化转化器用于汽车排气系统内。
用具有裂纹非常多的表面的所谓的载体涂料(Washcoat)涂覆基体19。这种多裂纹的表面一方面保证提供足够大的用于固定催化剂(例如铂、铑等)的空间,另一方面用来使流过的废气产生涡流,这时形成与催化剂特别强烈的接触。载体涂料通常包括一过渡系列的氧化铝和至少一种促进剂氧化物,例如稀土氧化物、氧化锆、氧化镍、氧化铁、氧化锗和氧化钡的混合物。
按已知的方式进行催化所需要的大表面载体涂料层的涂覆,即,将蜂窝体15或基体19浸入液态载体涂料分散剂内或用所述分散剂喷涂。但是现在特别是对于带孔板层11存在这样的危险,即载体涂料分散剂覆盖孔6并使它封闭。从而在蜂窝体15的部分体积T内形成比希望的少的孔数量,由此一方面减小了通过出现在蜂窝体15端侧12上的蜂窝形结构上的废气形成的废气支流的横向混和,另外需要过多的载体涂料分散剂,由于这个原因,利用一在载体涂料分散剂和基体19之间产生一相对运动的振动设备21进行涂覆过程。这种相对运动包括特别是连续和/或断续的振动、脉冲式激振(例如类似于撞击)或对基体19进行类似的激励,它们也可以相互以任意的顺序和/或沿不同的方向进行组合。
如果对载体涂料分散剂直接进行激振,则在超声波范围内的频率证明是特别有利的。激振在20kHz至10MHz的频率范围内进行。特别是在间接激振时,即例如由于基体19的振动(形成的激振),在可听范围内的频率证明是合适的,其中特别是具有20Hz至15kHz之间的频率的激振确保在一非常长的时间段内载体涂料分散剂的粘度下降。从而保证分散剂的均匀分布。此外在最后,特别是在从涂覆池中取出以后,对基体19再次进行脉冲式激振,以便确保不再有孔6被载体涂料分散剂覆盖,这证明是特别有利的。
在除去多余的载体涂料分散剂之后,使蜂窝体内的载体涂料干燥,最后在大多超过450℃的温度下焙烧。在焙烧期间将载体涂料分散剂中的挥发性成分排出,从而形成一耐高温和促进催化作用的具有高的单位表面积的涂层。必要时多次重复这个过程,以达到希望的涂层厚度。
图6示意性示出一带有设计成长孔的孔6的板层1的结构。这里板层1和其连接区4、5及其边缘区2、3一起示出,这里应该指出,孔6不必在板层1的整个长度和/或宽度上延伸。板层1示意性地分成四个分区(用I、II、III、IV表示)。设计成长孔的、其最大尺寸R6分别沿自己的主轴线30方向延伸的孔6相互不同地设置在所述分区内。做成长孔的孔6至少部分沿周向37和/或半径36和/或中线35方向相互错开和/或以其主轴线30成一角度31地设置。在第一个分区内其主轴线30有相同的定向,因此它们相互平行。现在所示的孔6的行可以在区域32、33、34中的一个区域内不断重复,但所述行也可以相互倾斜设置和/或行中的孔6也可相互错开。在第二个分区内示出的长孔与第一个分区内的长孔相比具有不同的走向,其中在第二个分区内的行相互错开。在第三个分区内可以看到,长孔的所述布置形式还可以相互组合。
在第四个分区内示出长孔一种刚性较大的布局:一种网格结构。这里相邻孔6的主轴线30相互成一优选在30°至60°范围内的角度31。这种桁架结构也可以通过这样的方法形成,即设计成长孔的孔6成行地并以其主轴线30倾斜于边缘区2、3布置,其中在行内所有的长孔具有相同的取向,而平行分布的相邻行则错开设置,其中长孔相对于边缘区2、3具有一不同的角度。相邻行的长孔最好这样设置,使得第一行内的长孔6的主轴线布置成垂直于设置在相邻行内的长孔的主轴线和/或第一行的长孔的主轴线和相邻长孔的长孔中心相交。
长孔6的这种布局使得板层1在各分区内对外力反应的灵敏度不同。第一分区对于来自连接区5、4方向的力刚性较大,然而对于垂直于上述力的力具有较大的弹性。分区II的特性正好相反。因此根据孔6的走向可以按区域32、33、34地调整蜂窝体15的刚度特性。区域32、33、34可以沿轴向长度L,周向37或半径36方向分割蜂窝体。尽管图7仅示出三个区域,但是在一些情况下也可以设置两个或更多个区域。
对于大多数已知的蜂窝体的结构形式,本发明允许使用较少的涂层材料实现涂层对于流体的处理的高效率,此时蜂窝体的机械稳定性、热容量、导热性等方面的性能可以按要求与各应用场合的要求相匹配。
附图标记表
1 板层 2 流入侧边缘区
3 流出侧边缘区 4 连接区
5 连接区 6 孔
7 空腔 8 不带孔的边缘
9 λ-探测器 10 光滑板层
11 波纹板层 12 流入侧端侧
13 流出侧端侧 14 套管
15 蜂窝体 16 冲压装置
17 成型工具 18 炉子
19 基体 20 涂层
21 振动设备 22 尺寸
23 孔面积 24 板层表面积
25 轮廓 26 厚度
27 微结构 28 催化转化器
29 区段 30 主轴线
31 角度 32 第一区
33 第二区 34 第三区
35 中心线 36 半径
37 圆弧 38 腹板
39 错位量
A 结构宽度 H 结构高度
B 宽度 L 轴向长度
R2 流入侧边缘区宽度 R3 流出侧边缘区宽度
R4 连接区宽度 R5 连接区宽度
R6 孔的最大尺寸 D7 两个孔6之间的距离
S 流动方向 T 部分体积
Claims (21)
1.具有一轴向长度(L)的由板层(1;10、11)构成的金属蜂窝体(15),所述板层这样形成表面结构,以使蜂窝体(15)可由流体沿流动方向(S)从一流入侧端侧(12)到一流出侧端侧(13)流过,其中板层(1;10、11)至少在部分区域内具有多个孔(6),其特征为:蜂窝体(15)在一个具有轴向长度(L)的至少55%和至少20mm的径向尺寸(22)的部分体积(T)内在所有板层(1;10、11)中具有孔(6),其中有:
-所述孔(6)分别具有一在1和120mm2之间的孔面积(23),
-在所述部分体积(T)内板层表面积(24)由于所述孔(6)与不带孔的板层相比减小10-80%,
-所述部分体积(T)离蜂窝体的端侧(12、13)分别有一定距离(R2、R3),从而没有孔(6)与板层的端部边缘接触或相交。
2.按权利要求1所述的蜂窝体(15),其特征为:所述部分体积(T)大于蜂窝体总体积(W)的60%。
3.按权利要求1或2所述的蜂窝体(15),其特征为:所述部分体积(T)大于蜂窝体总体积(W)的90%。
4.按权利要求1或2所述的蜂窝体(15),其特征为:所述孔(6)分别具有5至60mm2的孔面积(23)。
5.按权利要求1或2所述的蜂窝体(15),其特征为:所述孔(6)具有圆滑的轮廓(25)。
6.按权利要求1或2所述的蜂窝体(15),其特征为:所述孔(6)是圆的、卵形的或椭圆的。
7.按权利要求1或2所述的蜂窝体(15),其特征为:所述孔(6)通过从整面板层(1)中去除材料而制成。
8.按权利要求1或2所述的蜂窝体(15),其特征为:板层(1;10、11)的厚度(26)为20至80μm。
9.按权利要求1或2所述的蜂窝体(15),其特征为:所述孔(6)相互之间分别具有0.5mm的最小距离。
10.按权利要求1或2所述的蜂窝体(15),其特征为:蜂窝体(15)由交替的光滑(10)和波纹(11)板层或交替的形成不同波纹的板层组成。
11.按权利要求1或2所述的蜂窝体(15),其特征为:蜂窝体(15)具有200至1000cpsi的单元密度。
12.按权利要求1或2所述的蜂窝体(15),其特征为:板层(1;10、11)具有用来影响流动的附加微结构(27)。
13.按权利要求1或2所述的蜂窝体(15),其特征为:蜂窝体(15)具有一用来接纳一传感器的空腔(7),其中空腔(7)设置在部分体积(T)内或部分体积(T)的上游。
14.按权利要求13所述的蜂窝体(15),其特征为:板层(1;10、11)与空腔(7)邻接的边缘(8)在离空腔(7)1-5mm的一宽度(B)内没有孔。
15.按权利要求1或2所述的蜂窝体(15),其特征为:板层(1;10、11)至少在端侧(12,13)处的部分区域内通过硬钎焊相互连接。
16.按权利要求1或2所述的蜂窝体(15),其特征为:蜂窝体(15)设置在一套管(14)内,板层(1;10、11)的连接区(4,5)的内侧通过硬钎焊固定在该套管上,其中所述部分体积(T)与套管(14)不接触,即在板层(1;10、11)的贴合在套管(14)上的连接区(4,5)内不存在孔(6)。
17.按权利要求1或2所述的蜂窝体(15),其特征为:一孔(6)的每个尺寸(R6)中的最大尺寸(R6)大于结构宽度(A)。
18.按权利要求17所述的蜂窝体(15),其特征为:在所述至少一个部分体积(T)内的所有孔(6)都具有一大于结构宽度(A)的尺寸(R6)。
19.按权利要求17所述的蜂窝体(15),其特征为:孔(6)的尺寸(R6)至少是结构宽度(A)的四倍。
20.按权利要求1或2所述的蜂窝体(15),其特征为:至少一部分所述孔(6)设计成长孔,所述长孔的最大尺寸(R6)分别沿一自己的主轴线(30)方向延伸,其中设计成长孔的孔(6)设置成使蜂窝体(15)包括具有不同刚性的区域(32、33、34)。
21.按权利要求20所述的区域,其特征为:设计成长孔的孔(6)至少部分相互错开,即相对于周向(37)、半径(36)的方向、中线(35)的方向和与孔的主轴线(30)成一角度(31)的方向中的至少一个方向错开。
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