CN1653249A - 具有波纹外壳的经过调校的催化剂基体及其制造方法 - Google Patents

Abstract

用于制造一催化器基体(1)的方法，所述基体包括一具有至少部分地形成表面结构的形成流体可流过的通道(5)的层(3、4)的蜂窝体(2)、一至少部分地包围蜂窝体(2)的壳体(6)和至少一个设置在蜂窝体(2)与壳体(6)之间并使蜂窝体(2)与壳体(6)连接的波纹外壳(7)，该方法包括下列步骤：制造蜂窝体(2)，其中蜂窝体具有一至少部分地由所述层(3、4)的端部(9)形成的外部范围(8)；制造所述至少一个具有一轮廓形状(10)的波纹外壳(7)；制造具有一内轮廓(11)的壳体(6)；将蜂窝体(2)装入所述至少一个波纹外壳(7)中；将所述至少一个带有蜂窝体(2)的波纹外壳(7)装入壳体(6)中；调校壳体(6)，其中至少所述内轮廓(11)并且最好还有所述至少一个波纹外壳(7)的轮廓形状(10)被缩小，以及端部(9)“卡入”波纹外壳(7)的表面结构中，并且几乎完全贴靠在波纹外壳(7)上。如此制造的催化器基体至少以端部(9)的90％与所述至少一个波纹外壳(7)利用接合技术地连接。

Description

具有波纹外壳的经过调校的催化剂 基体及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求18前序部分所述的催化器基体及其制造方法。这种催化器基体特别适用于还原汽车内燃机废气的有害物质成分。

背景技术

催化器基体用在汽车内燃机(例如柴油机或汽油机)的排气系统中。为此，催化器基体通常都设有特征为一很大的表面积的载体层(尤其是活化涂层)，并且通常用至少一种催化活性材料(例如铂、铑等)浸渍。当废气与所述催化活性材料接触时，就对包含在废气中的有害物质例如一氧化碳、不饱和碳氢化合物、一氧化氮进行还原。为了可向载体层准备提供较大的表面积，催化器基体通常设计成具有多个流体可流过的通道的蜂窝体。这里已知陶瓷的、挤出的和金属的蜂窝体。蜂窝体一般装在一又直接与排气管做成一体的壳体中。在一这样的汽车排气设备中，催化器基体承受高的热和动态载荷。

热载荷一方面例如由废气本身的温度引起，此时，当催化器基体布置在内燃机附近时，所述温度升高。另一方面，化学催化转换也导致催化器基体的温度升高，这是因为，这种转换通常放热地进行，以致在一些情况下，温度达到明显高于废气温度本身的温度。动载荷上的主要因素来自燃烧过程以及外部激振。因为内燃机内的燃烧过程间歇地进行，由此形成的压力冲击周期地并穿过整个排气系统地持续。外部激振例如由于汽车行驶通过的道路的不平度引起。由于这种高的热负荷和动态载荷蜂窝体与壳体的持久连接特别重要。这种连接一方面必须适于补偿蜂窝体相对于壳体不同的热膨胀特性，另一方面必须长时间地避免蜂窝体与壳体脱开。

特别是在采用金属蜂窝体和在金属壳体上的永久连接的方面已知，通过一中间层实现蜂窝体与壳体的连接。中间层在其内侧与蜂窝体连接，在其外侧与壳体连接。例如由日本公告JP 04-222636 A已知一种这样的中间层。在那里中间层做成波纹板，并且一侧与蜂窝体连接，另一侧与壳体连接。这里设计成使波纹板可在蜂窝体沿径向膨胀时变形。为了保证这种变形，在这里建议，波纹板到蜂窝体上的连接不和到壳体上的连接布置在同一横截面上。在这种情况下，还保证蜂窝体沿轴向的膨胀或收缩。这里所述的蜂窝体由共同螺旋形地卷成一圆柱形的蜂窝体的一光滑板和一波纹板组成。其中蜂窝体的外边界是一光滑板。在这个前提条件下用于连接在壳体上的波纹板的连接比较顺利，因为提供了一个接近于光滑的蜂窝体表面。

但蜂窝体的这种螺旋形结构在制造和长期性能上有一些缺点。在制造过程中，难于为各个层提供均匀的预应力，从而不能保证相邻板层之间紧密的相互接触。这就例如造成这类蜂窝体在长期的热和动态载荷时倾向于产生所谓的“伸缩现象”。由此，可以认为，在一定的使用期以后所述层相互位移。这就导致一最终还可造成构件的失效的不均匀结构。

由于这一原因，早先就已选择了薄板的其它布置形式。所述布置形式特别包括由多个光滑的和做出波纹的金属薄板形成的蜂窝体，所述金属薄板弯曲成S字形和/或U字形。这类金属蜂窝体较详细的描述，特别可参考EP0245737、WO90/03220以及DE3743723，其公开内容与本文全部结合在一起。但是，在蜂窝体的这种构形中，蜂窝体并不由一光滑的层限定的，而是在蜂窝体的周向上布置光滑的和做出波纹的板层的多个自由端。

发明内容

由此出发，本发明的目的是，提供一种用于制造一催化器基体的方法，其中保证蜂窝体与一布置在壳体与蜂窝体之间的波纹外壳的一耐久的利用接合技术的连接。其中，蜂窝体的各层的自由端与波纹外壳的一持久的连接是特别重要的。此外，该方法还应当保证在系列生产的范围内的简单的可实施性。此外，还提供一种催化器基体，该催化器基体即使在高的热和动态载荷下也保证蜂窝体在波纹外壳上的稳固的连接。

所述目的通过一具有权利要求1的特征的用于制造一催化器基体的方法和一具有权利要求18的特征的催化器基体来实现。所述方法和所述催化器基体的其它有利的实施形式在各自的从属权利要求中说明。其中各从属权利要求的特征可任意相互组合。

由此，本方法用于制造一催化器基体，所述基体包括一蜂窝体，该蜂窝体具有至少部分形成表面结构的形成流体可流过的通道的层。催化器基体还包括一至少部分地包围蜂窝体的壳体和至少一个设置在蜂窝体与壳体之间并将蜂窝体与壳体连接在一起的波纹外壳。该方法具有下列步骤：

-制造蜂窝体，其中所述蜂窝体有一至少部分地由各层的端部形成的外部范围；

-制造所述至少一个具有一成型部的波纹外壳；

-制造一具有一内轮廓的壳体；

-将蜂窝体插入所述至少一个波纹外壳中；

-将所述至少一个带有蜂窝体的波纹外壳插入壳体中；

-调校(Kalibrieren)所述壳体，其中使至少所述内轮廓并且最好还有所述至少一个波纹外壳的轮廓形状缩小。

蜂窝体的制造最好按例如在EP0245737、WO90/03220或DE3743723中所述的方式和方法进行。因此蜂窝体具有多个形成外部范围的自由端。最好是，蜂窝体在其外部范围附近具有多于四个的自由端。概念“外部范围”这里主要是指蜂窝体的彼此相对的表面之间的距离。由此，如果蜂窝体具有一基本为圆柱形的结构，外部范围相当于蜂窝体的直径。由于这种蜂窝体基本上甚至可以做成具有椭圆形或多边形的横截面或做成锥形的，因此概念“周向范围”还应构成描述所述横截面形状的参数。

此外制造至少一个具有一轮廓形状的波纹外壳。这通常按这样的方式进行，即例如借助两个啮合的轧制齿轮使一光滑的板具有一种表面结构，对其按希望的尺寸进行正确的切割，接着将其端部彼此连接。概念“轮廓形状”此处也可理解为波纹外壳的相对侧在拼合状态时的距离，从而对于波纹外壳的圆柱形布置不仅是指直径。考虑到波纹外壳具有一表面结构，所以存在“波峰”和“波谷”，其中“轮廓形状”优选指一波峰与相对的波谷的距离。

具有内轮廓的壳体的制造还包括例如一圆柱形壳体的制造。其中“内轮廓”也是指相对的壳体内表面之间的距离，因为所述表面对于蜂窝体或波纹外壳的连接是起决定性作用的。

按照本发明的方法的一个重要的观点是，在插入蜂窝体和至少一个波纹外壳之后对壳体进行调校。在调校时，至少壳体的内轮廓也就是相对的内表面之间的距离要缩减。这最好借助从外面作用在壳体上的力来实现。为此壳体尤其是借助一加压辊或类似的工具产生例如塑性变形。壳体的调校通常会使波纹外壳变形或偏移，由此，保证蜂窝体的自由端与波纹外壳之间以及波纹外壳与壳体之间的紧密接触。在这种调校过程的范围内，优选地所述至少一个波纹外壳的轮廓形状也缩小。此时通常波纹外壳的表面结构发生变化，其中，形成蜂窝体自由端的层“卡入”所述表面结构中，并接近于完全贴靠在波纹外壳上。由此避免了自由摆动的端部，所述端部一方面不可利用接合技术与波纹外壳连接，另一方面由于以后排气系统中的高的动态载荷而易于撕裂。由于所述调校过程或者说壳体与所述至少一个波纹外壳(可能还有蜂窝体)的共同变形由此得到一紧密接触，这是蜂窝体的层完全连接在至少一个波纹外壳上和波纹外壳完全连接在壳体上的前提。

作为机械调校的备选或附加方案，在一些情况下，也可以借助一热收缩过程对壳体进行调校。即使特别是为了形成利用接合技术的连接所述组件接着还要经过热处理，通常由于壳体确定的表面结构和/或材料本身的组织变化可以辨别出调校过程。

按照本方法的另一实施形式，所述至少一个波纹外壳的轮廓形状和/或壳体的内轮廓大于蜂窝体的周向范围。特别优选的是，轮廓形状和/或内轮廓比蜂窝体的外部范围大0.2-2mm，尤其是0.3-1.2mm。这样可以在将蜂窝体装入波纹外壳时或在接着将带蜂窝体的波纹外壳装入壳体中时防止蜂窝体的自由端就已被“夹住”或固定，以致在后续的调校工艺中无法或无法在希望的程度上对波纹外壳的表面结构进行适配。

在技术预试验的范围内已经证实，使各组件的不同尺寸与所述至少一个波纹外壳的所用的表面结构相协调是特别有利的。因此还建议，所述至少一个波纹外壳具有一具有一结构长度和一结构高度的表面结构，以及所述至少一个波纹外壳的轮廓形状和/或所述壳体的内轮廓的比蜂窝体的外部范围大一约为结构高度的量。在此波纹外壳的表面结构可设计成不同的形式。此表面结构通常具有一波形、正弦形、矩形、梯形的构形或类似的形状。这里结构长度是指一“波峰”和一在波纹外壳的周向上相邻地布置的“波谷”之间的距离。这里结构高度描述相邻的波峰与波谷之间的垂直于周向的距离。在这种情况下应当指出，尤其是在采用多个可沿轴向彼此隔开的波纹外壳时，也可采用具有不同的结构长度和/或结构高度的彼此不同的表面结构，其中所述表面结构因此通常可适应蜂窝体的相应的热和动态载荷。在具有多个沿径向叠置或彼此接合的波纹外壳的催化器基体的实施形式中，也同样可以采用不同的表面结构。

按照本方法的又一种实施形式，蜂窝体的制造这样进行，即各层交替地由一光滑层和一波纹层构成或由不同的波纹层构成，然后进行堆叠，接着弯曲和/或卷绕成S形和/或U形，从而层的端部至少部分地限定蜂窝体的外部范围。光滑层和波纹层的交替布置使得蜂窝体本身的稳定性提高。在此还可保证相邻的层的接近完全的连接，因为光滑层总是为波峰或波谷提供一均匀平整的或者说易于弯曲的支承面，以由此为以后所述层利用接合技术的相互连接保证足够的接触区。波纹层通常同样具有上面所述类型的表面结构，其中通过平滑层和波纹层的交替的堆叠形成以后设有催化活性载体层的通道。这里波纹层的表面结构最好垂直于蜂窝体的一轴线延伸，以使通道做成基本上平行于该轴线的。这样制造的蜂窝体通常有一400cpsi(每平方英寸通道数)至1600cpsi的通道密度。

按照本方法的另一实施形式，由于调校处理，层的端部与所述至少一个波纹外壳的表面结构进入接合，其中所述端部特别是贴靠在所述至少一个波纹外壳上。此时，所述层的自由端的至少90％与至少一个波纹外壳接触是特别有利的，其中这最好在蜂窝体或层的整个轴向长度上进行。

对于所述至少一个波纹外壳和壳体之间利用接合技术的连接的实施形式，建议所述至少一个波纹外壳在装入壳体中之前设有至少一个优选地用于随后所述至少一个波纹外壳与壳体的连接的焊料条。这种焊料条或焊料带特别好地适于保证波纹外壳与壳体的一明确限定的连接。这里波纹外壳与壳体的连接最好在一个蜂窝体与壳体具有小的不同的热膨胀性能的区域中进行。这种区域特别会出现在略微离开蜂窝体的端侧(尤其是废气进入催化器基体的端侧)一段距离处，这是因为，特别是在蜂窝体受热状态或冷却状态时，所述蜂窝体易于产生桶形的变形，其中特别是在端侧具有比位于内部的区域大得多的膨胀性能或收缩性能。

此外，至少根据下列参数之一来确定焊料条的宽度是有利的：

(A)蜂窝体的外部范围；

(B)蜂窝体的长度；

(C)蜂窝体的单元(通道)密度；

(D)层的层厚度；

其中当各自的其余三个参数(A)、(B)、(C)、(D)保持不变时，焊料条的宽度随参数(A)、(B)、(C)或(D)中的一个单调地增加。

由此，在例如具有相同的单元密度、层厚度和在圆柱形构件的情况下具有相同的直径的催化器基体中，焊料条的宽度随蜂窝体的长度的增加而单调增加。在此情况下，单调增加指的是，即使存在两个长度的在相同的单元密度、层厚度和直径时具有同样宽的焊料条的蜂窝体，但一具有比另一个蜂窝体大的长度的蜂窝体也不可具有较狭的焊料条。

具体些说，在一个具有一74.5mm的长度、一65mm的直径、一600cpsi(单元每平方英寸)的单元密度和一0.025mm(25μm)的层厚度的圆柱形催化器基体中，焊料条的宽度有利地为4mm。在恒定的单元密度、恒定的直径和恒定的基体长度的情况下，焊料条的宽度基本上线性地取决于层厚度，其中比例因数为0.7至1.3，最好为1。在蜂窝体具有恒定的单元密度、恒定的层厚度和恒定的长度时，焊料条的宽度基本上线性地取决于圆柱形蜂窝体的直径，其中这里比例因数也为0.7至1.3。

进一步建议，催化器基体在至少一个端侧上设有焊料，所述焊料积存在所述层彼此的接触区和/或所述层与所述至少一个波形外壳的接触区。这意味着，在拼合状态，使催化器基体特别是在端侧与一种粉末状焊料接触。为此在一些情况下，待施加钎焊的接触区首先设有粘结剂是有利的，从端侧送入的焊料粉粘附在所述粘结剂上。这里，最好还通过拼合的催化器基体的端侧送入粘结剂，其中(液态的)粘结剂由于毛细管作用恰好而且特别是只布置在所述接触区中。此外，这主要还有这样的有利效果，即通过所送入的粘结剂的量还可确定地调节所粘附的焊料颗粒的数量。

尤其是对于应精确限定地实现(即不是在蜂窝体的整个轴向长度上)各部件的彼此利用接合技术的连接或者对于蜂窝体所述层彼此利用接合技术的连接的情况，建议在施加焊料之前设置限定至少一个钎焊区的钝化结构。这种钝化结构一方面可包括部件本身上的结构措施，例如设置微观结构或改变表面形态(使表面粗糙等)。但是也可以例如施加或产生一附加的涂层(金属氧化物、陶瓷涂层等)形式的钝化结构，所述涂层同样防止焊料越过钝化结构流出。

按照本方法的一个有利的实施形式，钝化结构至少部分地设计成气隙。该气隙有利地中断毛细管力，从而可以阻止焊料和/或在一些情况下粘结剂越过钝化结构进一步流出。在这种情况下，有利的是，气隙通壳体中的一凹口和/或波纹外壳中的一台阶部以及在一些情况下在壳体与波纹外壳之间的间隔结构形成。为了防止在热处理之前仅由于蜂窝体的应变而封闭气隙，需要形成所述间隔结构。

按照本方法的另一个有利的实施形式，可作为间隔结构形成一具有一厚度的波纹外壳外表面上的和/或壳体内表面上的陶瓷层和/或含有金属氧化物的层，所述厚度基本上相当于气隙的高度。这样，间隔结构有利地用于形成一尽可能均匀的气隙。

此外，如果气隙高度为5mm或更小，最好是小于2mm，则是有利的。

按照本方法的一个有利的实施形式，钝化结构至少部分地设计成至少一个金属箔的形式。

根据按照本发明的方法的又一有利的实施形式，所述至少一个金属箔与波纹外壳或壳体相粘接并至少部分地与焊料条重叠。这在热处理之后使金属箔一方面与壳体或波纹外壳连接，而另一方面又保证，在空间上限定壳体与波纹外壳的连接。尤其是，金属箔可以由制成构造蜂窝体的层的材料制成。在这种情况下有利的是，所述至少一个金属箔做成薄于70μm，优选薄于50μm，特别优选薄于30μm。

进一步建议，对催化器基体进行热处理，所述热处理使得形成所述层彼此之间、所述层与所述至少一个波纹外壳和/或所述至少一个波纹外壳与壳体的利用接合技术的连接。这一方面包括各部件彼此或相互的钎焊连接。但另一方面为此可在热处理的范围内可选或附加地形成焊接或扩散连接。

按照本发明的另一方面，建议一种催化器基体，它包括一具有至少部分地形成表面结构的具有端部的层的蜂窝体，其中所述层形成用于流体流过的通道。此外，所述催化器基体包括一至少部分地包围蜂窝体的壳体和至少一个布置在蜂窝体与壳体之间并且将蜂窝体与壳体连接起来的波纹外壳。所述催化器基体的特征在于，端部的至少90％、优选至少95％，特别是超过98％与所述至少一个波纹外壳利用接合技术地连接。最好是，蜂窝体的所有自由端都与波纹外壳连接，其中一这种催化器基体优选按上述方法的一种实施形式制造。如上所述，蜂窝体的自由端与所述至少一个波纹外壳的紧密接触使得利用接合技术的连接部的数量明显提高，所述提高的数量保证这种催化器基体特别是在汽车排气设备中的长期使用。这里特别优选的是，所述端部沿蜂窝体与波纹外壳的整个重叠区域彼此接触或连接。

按照一种有利的实施形式，所述催化器基体包括最好彼此交替地布置并S形和/或U形地弯曲的金属的光滑层和波纹层，从而所有端部至少部分地形成蜂窝体的一外部范围。这里，所述层具有一小于0.1mm，尤其是小于0.05mm，最好小于0.02mm的层厚度的构形是特别优选的。此时，光滑层与波纹层由铁素体/铁磁的(ferritisch)金属或相应的合金制成，所述合金包含铝和铬，以便即使在很高的温度(上达1300℃的催化器基体工作温度)下也能保持所述层的耐腐蚀能力。所建议的层厚度使得蜂窝体或催化器基体具有一较小的表面比热容。这将使得催化器基体可快速地跟随由于内燃机的不同的载荷变化而引起的快速改变的环境条件，其中特别可以在内燃机冷起动时保证催化剂引发的反应的快速起始。

进一步建议，蜂窝体、所述至少一个波纹外壳和壳体具有一圆柱形。圆柱形有这样的优点，即可以实现将催化器基体较简单地和方便地集成在排气系统本身中，而不需要附加的辅助定位装置。

按照所述催化器基体的又一实施形式，所述至少一个波纹外壳与壳体的连接区在面积上小于所述至少一个波纹外壳与蜂窝体的接合区，其中连接区与接合区最好至少部分地重叠。特别优选的是催化器基体的一种构形，其中，所述接合区在蜂窝体的整个轴向长度上延伸，其中波纹外壳与壳体之间的连接区设计成狭的(宽度小于10mm，优选小于6mm，特别优选小于或等于4mm)在催化器基体的中部环绕的带。不过，在一些情况下，仅在蜂窝体的端侧附近在狭的区域上实现波纹外壳在蜂窝体上的接合也是有利的。在上述构形中，对于波纹外壳在壳体上的接合，优选保持连接区在中部的布置。

此外，有利的是，催化器基体要设计成使连接区的宽度至少取决于下列参数之一：

(A)蜂窝体的外部范围；

(B)蜂窝体的长度；

(C)蜂窝体的单元密度；

(D)所述层的层厚度；

其中如果各自的其余三个参数(A)、(B)、(C)、(D)各自保持不变，连接区的宽度单调增加地依赖于参数(A)、(B)、(C)或(D)中的一个。

有利的是，连接区的宽度设计成可变的，这是因为，具有不同外部范围、长度、单元密度或层厚度的催化器基体对壳体与波纹外壳之间的接合提除了不同的要求。尤其是，所述参数影响蜂窝体的可能的桶形变形，这就使连接区的不同宽度变得有利。上面对焊料条的宽度所作的叙述同样适用于连接区的宽度，反之亦然。

根据催化器基体的一个有利的实施形式，所述连接区在轴向上由一气隙限定。在这种情况下特别有利的是，气隙通过壳体中的一凹口和/或波纹外壳中的一台阶部和一些情况下壳体与波纹外壳之间的间隔结构形成。

对于催化器基体的尺寸确定，建议所述至少一个波纹外壳的外壳厚度在数量上位于层的层厚度与壳体的壳体厚度之间，尤其是在0.08至0.25mm的范围内。这使得波纹外壳具有一在层的表面比热容与壳体的表面比容之间的表面比热容。因此这样设计的波纹外壳特别好地适于补偿所述层与壳体的不同的热膨胀性能。这里，所述至少一个波纹外壳以及最好还有壳体用与蜂窝体的层相同或类似的材料制成。

按照催化器基体的另一种实施形式，蜂窝体沿一轴线方向有一对应于波纹外壳沿所述轴线方向的延伸长度的长度。蜂窝体的长度、波纹外壳的延伸长度以及壳体沿所述轴线方向的尺寸通常可自由变化，而在所建议的实施形式中所述波纹外壳与蜂窝体的端侧齐平地接平。在制造以及特别是至少一个波纹外壳相对于蜂窝体的定位上，这是特别有利的。

按照所述至少一个波纹外壳的一个特别优选的实施形式，建议所述外壳有这样一个在1.5至3.5mm的范围内的结构长度和一个最好为0.3至1mm的结构高度。一个这样设计的波纹外壳一方面保证蜂窝体朝轴向、径向或周向的足够的膨胀或收缩，另一方面还可由此保证所述层的自由端可“卡入”，并在以后的催化器基体在移动式内燃机的排气系统中的使用中，防止未经处理的废气流过。

附图说明

下面将根据几个附图详细地说明本发明。此时，这里明确指出，本发明并不限于所示的实施例，而主要是为了详细地示出本发明的优点而选择了所示实施例。在图中：

图1示出催化器基体的一个实施形式的分解视图；

图2示出催化器基体的一个实施形式的细部剖视图；

图3示意性地示出一催化器基体的制造方法的一实施形式的流程；

图4示出催化器基体一实施形式在边缘区域内的细部透视图；

图5示意地示出一实施例的壳体与波纹外壳之间的连接区的一个局部；

图6示意地示出另一实施例的壳体与波纹外壳之间的连接区的一个局部；以及

图7示意地示出又一实施例的壳体与波纹外壳之间的连接区的一个局部。

具体实施方式

图1用分解透视图示出按照本发明的催化器基体1的一种实施形式，该催化器基体包括一蜂窝体2以及一相对于蜂窝体2或一轴线27对中地布置的波纹外壳7和一同样对中地布置的壳体6。这里蜂窝体2设计成圆柱形，其中所述蜂窝体包括多个波纹层3和平滑层4，所述层这样地布置或堆叠和/或卷绕，以使其端部9至少部分地形成设计成圆柱形的蜂窝体2的外周。由于波纹层3和平滑层4的交替布置而形成废气可流过的通道5。在所示蜂窝体2的实施形式中，通道5经过蜂窝体2的整个长度26从一个端侧16至相对的端侧16延伸，其中所述通道设计成基本上平行于轴线27。

所示的催化器基体1包括一延伸长度28基本上对应于蜂窝体2的长度26的波纹外壳7。这里波纹外壳7如此越过蜂窝体2翻折，以致波纹外壳7的棱边设置成基本上与蜂窝体2的端侧16齐平。所示的壳体6沿轴线27的方向也具有一基本上对应于波纹外壳7的延伸长度28以及蜂窝体2的长度26的尺寸29。这使得催化器基体1在拼合状态形成一蜂窝体2、波纹外壳7和壳体6的几乎齐平的布置。

图2示出催化器基体1的一个实施形式的一个横截面的一半。这里可以看出，蜂窝体2被一波纹外壳7包围，该波纹外壳又被壳体6包围。在该图的上部区域示出波纹层3和光滑层4，所述层形成可用于废气流过的通道5。这里波纹层3和光滑层4分别有一最好在0.05至0.015mm的范围内的层厚度21。从此图可以看出，蜂窝体2的外部范围8至少部分地由波纹层3或光滑层4的端部9形成。

所示的实施形式涉及一种其壳体6已经经过调校的催化器基体1。这可以由此看出，即所述层3、4至少90％的端部与波纹外壳7接触或与其利用接合技术地连接。这可以这样来实现，即壳体6的内轮廓11以及波纹外壳7的轮廓形状10由于所述调校过程而缩小，并在此时波纹外壳7的表面结构12发生变形或偏移。所述层3、4的端部9适配成使其现在贴靠在波纹外壳7的内侧上，由此保证蜂窝体2与波纹外壳7持久的利用接合技术的连接。这里波纹外壳7具有一处于波纹层3和光滑层4的层厚度21和壳体6的壳体厚度25之间的外壳厚度24。

图3示意性地示出按照本发明的方法的一实施形式的流程。此时第一个步骤包括制造接下来相互插装的一蜂窝体2、一波纹外壳7和一壳体6。蜂窝体2包括弯曲成S形的层，所述层应该在一个这里实际上包括蜂窝体2的整个外表面的接合区23中与波纹外壳7连接。波纹外壳7在其外侧已经具有一环绕的焊料条15，该焊料条在随后催化器基体1的热处理中应该促使形成与壳体6的连接。连接区22有一宽度41并在这里设计成明显小于蜂窝体2与波纹外壳7之间的接合区23。两个钎焊区20分别具有一确定的边界。接合区23由蜂窝体2的端侧16限定，而波纹外壳7具有限定连接区22的钝化结构19。由此防止在加热时焊料条15的焊料越过连接区22的边界流出。在此实施例中，钝化结构19设计成一例如由陶瓷材料和/或含金属氧化物的材料组成的层。此外，钝化结构19还可通过微结构或也可通过波纹外壳7的表面和/或壳体8的内表面的相应区域的粗糙化形成。

连接区22的宽度41根据下列参数确定：

(A)蜂窝体6的外部范围；

(B)蜂窝体6的长度；

(C)蜂窝体6的单元密度；

(D)所述层3、4的层厚度21。

在这种情况下已经证明特别有利的是，如果各自的其余三个参数各自保持不变，连接区22或者还有焊料条15的宽度41随参数(A)、(B)、(C)、(D)中的一个单调增加。这样，在设计焊料条15或连接区22的宽度41时，可根据参数(A)、(B)、(C)、(D)来考虑蜂窝体的不同的热变形和热膨胀。

在第二个步骤中，进行催化器基体1的各部件的共同调校。在所示的图中，借助一在此处作为轧辊示出的工具30实现壳体6的塑性变形。调校仅在其中还设置有一波纹外壳7的区域中进行。调校过程本身使内轮廓11以及最好还有所述至少一个波纹外壳7的轮廓形状10发生缩小，由此，所述层的端部9的至少90％贴靠在波纹外壳7的表面结构上。

在第三个步骤中，用一分配器31进行催化器基体1的接触化，其中将粘结剂32导入蜂窝体2或者说催化器基体1的内部区域中。此时，粘结剂32优选积存在所述层彼此的接触区或所述层与波纹外壳的接触区中，因为，主要是毛细管力使粘结剂32均匀分布。

在第四个步骤中，示出在催化器基体1的端侧施加焊料，其中焊料粉17借助一流化床33，即借助例如一鼓风机的帮助到达催化器基体1的内部区域。所述粉末状焊料17此时保持粘附在用粘结剂浸润的接触区中。

在第五个步骤中，示出催化器基体的热处理，其中优选在一高温真空炉34中加热所述基体。在加热催化器基体时，焊料17或焊料条15液化，其中在催化器基体冷却以后，形成各部件彼此利用接合技术的连接。如此制成的催化器基体1通常接下来要设置一载体层，用催化活性材料浸渍并应用在客车、载重车、摩托车、割草机、链条锯等各种移动式内燃机的排气系统中。

图4示意地并且透视地示出一催化器基体1在其边缘区中的细部视图。它示出壳体6与一波纹外壳7接触的一部分。波纹外壳7具有一表面结构12，所述表面结构的特征在于一结构高度14和一结构长度13。此外，波纹外壳7具有一作为钝化结构19的微结构，所述微结构阻止例如焊料越过钝化结构从钎焊区20流出，因为在所述位置毛细作用中断。由此，可以简单而有效地避免在连接区22(未示出)以外波纹外壳7与壳体6之间的连接。

在所示的局部中，蜂窝体2不是由自由端9(未示出)限定，而是波纹层3和光滑层4基本上平行于波纹外壳7地分布在这里。例如在层3、4弯曲成S形时得到这种布置，其中蜂窝体的外部范围在周向上交替地由所述层的端部和所述层的中间区域限定。所述层3、4相互贴靠并形成接下来用于形成利用接合技术的连接的接触区18。在施加焊料过程之后在所述接触区18中布置有粉末状焊料17，其中焊料优选粘附在积存在这里的粘结剂上。

用于形成钝化结构19的其它示例在图5至7中示出。图5示意地用一轴向剖视图示出壳体6和波纹外壳7的一个局部。波纹外壳7和壳体6通过一由一焊料条15形成的连接区22连接。在该实施例中，形成一气隙35作为钝化结构。所述气隙35通过波纹外壳7中的一台阶部36形成。此外，为了防止波纹外壳7不均匀地与壳体6连接，还形成一防止波纹外壳7倾斜地贴靠在壳体6上的间隔结构37。所述间隔结构37可例如做成一陶瓷层或包含金属氧化物的层。如果间隔结构37基本上补偿气隙35的高度38，则是有利的。在进行热处理以形成连接时，气隙有效地造成毛细管力的中断，从而有效地阻止焊料进一步流出。

图6示出在壳体6和波纹外壳7之间形成一气隙35作为钝化结构19的另一种可能性。这里气隙35通过壳体的一个凹口39形成。

在图7中，钝化结构19通过一金属箔40形成。图7只是示意地示出尺寸比例，通常最迟在调校步骤以后，金属箔40既贴靠在波纹外壳7上，也靠在壳体6上。金属箔40部分地与焊料条15重叠，从而在金属箔40与波纹外壳7之间形成利用接合技术的连接。不过，在金属箔40与壳体6之间不形成利用接合技术的连接，从而金属箔40有效地限定连接区22，并防止波纹外壳7进一步接合在壳体6上。这了防止形成在一些情况下不希望的台阶部，金属箔40做得尽可能薄是有利的，优选具有小于50μm，特别优选小于30μm的厚度。

此处所描述的用于制造催化器基体的方法是比较简单的，并且特别可以以高的工艺可靠性结合在催化器基体的批量生产的制造流程中。由此得到的催化器基体的特征在于其耐久的结构整体性，从而这种牢固或者说稳定的催化器基体特别是可特别好地适用于极端的载荷情况。

                   参考标号表

1    催化器基体              2    蜂窝体

3    波纹层                  4    光滑层

5    通道                    6    壳体

7    波纹外壳                8    范围

9    端部                    10   轮廓形状

11   内轮廓                  12   表面结构

13   结构长度                14   结构高度

15   焊料条                  16   端侧

17   焊料                    18   接触区

19   钝化结构                20   钎焊区

21   层厚度                  22   连接区

23   接合区                  24   外壳厚度

25   壳厚度                  26   长度

27   轴线                    28   延伸长度

29   尺寸                    30   工具

31   分配器                  32   粘结剂

33   流化床                  34   炉

35   气隙                    36   台阶部

37   间隔结构                38   气隙的高度

39   凹口               40   金属箔

41   连接区的宽度

Claims (27)

1.用于制造一催化器基体(1)的方法，所述催化器基体包括一具有至少部分地形成表面结构的并形成流体可流过的通道(5)的层(3、4)的蜂窝体(2)、一至少部分地包围所述蜂窝体(2)的壳体(6)和至少一个设置在蜂窝体(2)与壳体(6)之间并将蜂窝体(2)与壳体(6)连在一起的波纹外壳(7)，该方法包括下列步骤：

-制造蜂窝体(2)，其中所述蜂窝体具有一至少部分地由所述层(3、4)的端部(9)形成的外部范围(8)；

-制造所述至少一个具有一轮廓形状(10)的波纹外壳(7)；

-制造具有一内轮廓(11)的壳体(6)；

-将蜂窝体(2)装入所述至少一个波纹外壳(7)中；

-将所述至少一个带有蜂窝体(2)的波纹外壳(7)装入壳体(6)中；

-调校所述壳体(6)，其中至少使所述内轮廓(11)并且最好还使所述至少一个波纹外壳(7)的轮廓形状(10)缩小。

2.如权利要求1的方法，其特征为，所述至少一个波纹外壳(7)的轮廓形状(10)和/或壳体(6)的内轮廓(11)大于蜂窝体(2)的外部范围(8)。

3.如权利要求2的方法，其特征为，所述至少一个波纹外壳(7)的轮廓形状(10)和/或壳体(6)的内轮廓(11)比蜂窝体(2)的外部范围(8)大0.2至2mm，尤其是大0.3至1.2mm。

4.如权利要求2或3的方法，其特征为，所述至少一个波纹外壳(7)具有一具有一结构长度(13)和一结构高度(14)的表面结构(12)，以及所述至少一个波纹外壳(7)的轮廓形状(10)和/或壳体(6)的内轮廓(11)比蜂窝体(2)的外部范围(8)大一约为结构高度(13)的量。

5.如前述权利要求之一的方法，其特征为，蜂窝体(2)的制造这样进行，即所述层(3、4)交替地由一光滑层(4)和一波纹层(3)构成，或由不同的波纹层(3)构成，然后对所述层进行堆叠，并且接着S形和/或U形地弯曲和/或卷绕所述层，从而所述层(3、4)的端部(9)至少部分地限定蜂窝体(2)的外部范围(8)。

6.如前述权利要求之一的方法，其特征为，所述层(3、4)的端部(9)由于调校处理与所述至少一个波纹外壳(7)的一个表面结构(12)进入接合作用，特别是贴靠在所述至少一个波纹外壳(7)上。

7.如前述权利要求之一的方法，其特征为，在装入壳体(6)中之前，所述至少一个波纹外壳(7)设有至少一个优选用于所述至少一个波纹外壳(7)与壳体(6)随后的接合的焊料条(15)。

8.如前述权利要求之一的方法，其特征为，催化器基体(1)在至少一个端侧(16)上设有焊料(17)，所述焊料积存在所述层(3、4)相互间的或所述层与所述至少一个波纹外壳(7)间的接触区域(18)内。

9.如权利要求7或8的方法，其特征为，在施加焊料之前，设置限定至少一个钎焊区(20)的钝化结构(19)。

10.如权利要求9的方法，其特征为，所述钝化结构(19)至少部分地设计成一气隙(35)。

11.如权利要求10的方法，其特征为，所述气隙(35)通过在壳体(6)中的一凹口(39)和/或波纹外壳(7)中的一台阶部(36)和在一些情况下壳体(6)与波纹外壳(7)之间的间隔结构(37)形成。

12.如权利要求11的方法，其特征为，在波纹外壳(7)的外表面上和/或壳体(6)的内表面上形成一具有一厚度的陶瓷层和/或一含有金属氧化物的层作为间隔结构(37)，所述厚度基本上相应于气隙(35)的高度。

13.如权利要求10至12中的一项的方法，其特征为，所述气隙(35)的高度(38)为5mm或更小，最好小于2mm。

14.如权利要求10至13中的一项的方法，其特征为，所述钝化结构(19)至少部分地设计成至少一金属箔(40)的形式。

15.如权利要求14的方法，其特征为，所述至少一个金属箔(40)与波纹外壳(7)或壳体(6)粘结在一起，并部分地与焊料条(15)重叠。

16.如权利要求14或15之一的方法，其特征为，所述至少一个金属箔(40)做得薄于70μm，优选薄于50μm，特别优选薄于30μm。

17.如前述权利要求之一的方法，其特征为，对所述催化器基体(1)进行一热处理，所述热处理使所述层(3、4)相互之间、所述层(3、4)与所述至少一个波纹外壳(7)和/或所述至少一个波纹外壳(7)与壳体(6)形成利用接合技术的连接。

18.催化剂基体(1)，包括一具有至少部分地形成表面结构的形成流体可流过的通道(5)的具有端部(9)的层(3、4)的蜂窝体(2)、一至少部分地包围所述蜂窝体(2)的壳体(6)和至少一个设置在蜂窝体(2)与壳体(6)之间并将蜂窝体(2)与壳体(6)连接起来的波纹外壳(7)，其特征为，所述端部(9)的至少90％、优选至少95％、特别优选超过98％与所述至少一个波纹外壳(7)利用接合技术地连接。

19.如权利要求18的催化器基体(1)，其特征为，所述层(3、4)包括金属的光滑层(4)和波纹层(3)，所述光滑层和波纹层最好彼此交替地布置并S形和/或U形地弯曲，从而所有端部(9)至少部分地形成蜂窝体(2)的一外部范围(8)。

20.如权利要求18或19的催化器基体(1)，其特征为，所述层(3、4)有一小于0.1mm，特别是小于0.05mm，并且最好小于0.02mm的层厚度(21)。

21.如权利要求18至20之一的催化器基体(1)，其特征为，蜂窝体(2)、所述至少一个波纹外壳(7)和壳体(6)具有一圆柱形的形状。

22.如权利要求18至21之一的催化器基体(1)，其特征为，所述至少一个波纹外壳(7)与壳体(6)的一连接区(22)在面积上小于所述至少一个波纹外壳(7)与蜂窝体(2)的接合区(23)，其中所述连接区(22)与接合区(23)最好至少部分地重叠。

23.如权利要求22的催化器基体(1)，其特征为，所述连接区(22)轴向上由一气隙(35)限定。

24.如权利要求23的催化器基体(1)，其特征为，所述气隙(35)由壳体(6)中的一凹口(39)和/或波纹外壳(7)中的一台阶部(36)以及在一些情况下由壳体(6)与波纹外壳(7)之间的间隔结构(37)形成。

25.如权利要求18至24之一的催化器基体(1)，其中所述层(3、4)具有一层厚度(21)，所述至少一个波纹外壳(7)具有一外壳厚度(24)以及壳体(6)具有一壳体厚度(25)，其特征为，所述外壳厚度(24)的数量处于层厚度(21)与壳体厚度(25)之间，尤其是处于0.08至0.25mm的范围内。

26.如权利要求18至25之一的催化剂基体(1)，其特征为，所述蜂窝体(2)沿一轴线(27)的方向有一对应于波纹外壳(7)沿轴线(27)的方向的延伸长度(28)的长度(26)。

27.如权利要求18至26之一的催化剂基体(1)，其特征为，所述至少一个波纹外壳(7)有一结构长度(13)和一结构高度(14)，其中所述结构长度(13)处于1.5至3.5mm的范围内，而所述结构高度(14)最好为0.3至1.0mm。

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