JP6173349B2 - 接続ピンに電気接続された多数のシートメタル層を有する電気加熱可能なハニカム体 - Google Patents

Description

本発明は、電気加熱可能なハニカム体の分野に関し、特に、望ましくは自動車における、内燃エンジンの排ガス処理システム用である。電気加熱可能なハニカム体は、例えば、排ガス処理システムの部品を加熱するために、それによって、特定の化学反応のための、特にまた触媒活性反応のための、規定最低温度を達成するために、必要とされる。これは、窒素酸化物を還元するための、排ガス触媒コンバータ、粒子フィルタ、またはシステム、で適用される。

このような電気加熱可能なハニカム体の典型的な構造は、例えば特許文献１に記載されている。特許文献２も、電気加熱可能なハニカム体の構造を開示している。その２つの文書は、このような電気加熱可能なハニカム体を、隣り合って配置されたハニカム体に支持する、というオプションを記載している。

電気加熱の提供に十分高いオーム抵抗を提供できるようにするため、電気加熱可能なハニカム体は、多数のシートメタル層から成るスタックで典型的に構成され、この多数のシートメタル層は、少なくとも１つの中央の電気伝導性の電流路を共に形成し、この多数のシートメタル層は、ガスが軸方向に流れ通ることができるチャネルを形成するように、構成される。そのために、粗い構造を有する、および細かい構造を有する、またはスムーズな、シートメタルが、交互に重なりあうように層状に置かれ、例えば合わせて５〜１５のシートメタルである。このスタックは、正反対の方向に組まれることによってＳ形に形成され、このスタックが、丸い、または楕円形の、断面を埋めるようになっており、その際、スタックの隣り合う巻きが、電気的に互いから絶縁している必要がある。この絶縁は、絶縁層によって、または電気絶縁空気隙間によって、達成可能であり、その際、動作中の激しい熱膨張の場合の空気隙間は、スタックの巻きが、支持ピンの手段により隣り合うハニカム体に取り付けられ、結果として自身の位置に固定されることによって、安定化する。このようにして、軸方向に比較的短い、電気加熱可能なハニカム体も、安定させることができ、例としては、ほんの１〜５ｃｍの軸方向の広がりを有する円盤形のハニカム体がある。

電気加熱可能なハニカム体の電気的特性および安定性にとって、電気加熱可能なハニカム体を、交互に重ねられる、粗い構造を有する、および細かい構造を有する、シートメタル層から構成すると有利であることが、実証されており、特に、小さい第１の波高および小さい第１の波長を有する、細かい第１の波形を有するシートメタル層から、および、より大きな第２の波高およびより大きな第２の波長を有する、第２の波形を特に有する、第２の粗い構造を有するシートメタル層から、である。望ましくは、スタックの内側の波形層は、それらの接触点で互いにろう付けされる。

しかしながら、問題は、外部電源との、スタックの電気的接続である。入り組んだ電気伝導性スタックは、金属ケーシング管の内側に配置される必要があるので、ケーシング管から電気的に絶縁される、スタックへの少なくとも１つの供給ラインが必要とされ、その際、典型的に、高い電流強度がスタックを通して伝えられるべきであるので、接触する領域においても、スタックの個々のシートメタル層へのできる限り一様な電流の分配が望ましいか、またはこの一様な分配は損傷を回避するためにむしろ必要である。

また、接続領域における単位長さ当たりの電気抵抗は、スタックのさらなる進行における単位長さ当たりの電気抵抗に対して、高くなりすぎてはいけないので、それで、接続領域はオーム熱によりあまり強く加熱されない。これは、一方では、電気接続は外部で熱くなりすぎてはならず、他方では、特に接続領域において、通過して流れる排ガスによる冷却効果が、スタックの残りの進行と同じ程度には保証され得ないので、重要である。

先行技術において公知の実施形態では、従って典型的に電流分配構造があり、この電流分配構造のところでスタックの個々のシートメタルが終わり、その際、電流分配構造は、また接続ピンを経由して接触され、接続ピンは、絶縁的にハニカム体の金属ケーシングを通って導かれる。記載された構造の場合の典型的な電流分配構造は、半殻の一種であり、半殻は、金属ケーシングと平行に延び、個々のシートメタルのところで終わり、金属を用いて接続され、特にろう付けされる。この半殻は、また絶縁層によってハニカム体の金属ケーシングから電気的に絶縁されなければならない。これは、空気隙間によって達成できるが、このために、半殻は、同様に自身の位置に安定化される必要があり、これは追加の支持ピンにより達成されることが望ましく、その際、支持を提供する構造の電気絶縁を、この場合も常に考慮する必要がある。

接触の問題は、電気加熱可能なハニカム体の場合に、スタックの少なくとも一端で生じ、つまり、スタックの他端が、金属ケーシングに直接に接続されることができる場合である。スタックの両端が地面に接続されるべきでない場合には、スタックの両端が相応に接触されなければならない。

国際公開第９６／１０１２７号 欧州特許第１９６７７１２号明細書

本発明の課題は、先行技術に関して記述された問題を少なくとも部分的に解決することであり、特に、接続ピンのところで多数のシートメタルの電気接続を有する電気加熱可能なハニカム体を提供することであり、このハニカム体は、容易に、および費用効率良く、製造され、電流分配構造を大幅に回避し、特に、金属ケーシングと、シートメタルから成るスタックと、の間の半殻なしに、電気加熱可能なハニカム体の安定性のある構造を可能にする。

これらの課題を解決するために、請求項１によるハニカム体が用いられる。有利な実施形態は従属項に記載され、これらは、技術的に有意なように互いに組み合わせ可能である。

本発明によるハニカム体は、複数のシートメタル層を有し、複数のシートメタル層は、接続ピンに電気的に接続され、共に少なくとも１つの電気伝導性の中央の電流路を形成し、ハニカム体は、内側周囲を有する金属ケーシングを備え、金属ケーシングを通って、この接続ピンは、フィードスルーの中を通り抜けて電気絶縁的に導かれる。シートメタル層は、粗い構造を有する、および細かい構造を有する、またはスムーズな、シートメタルが、交互に配置され、シートメタルは、最上および最下シートメタル層を有するスタックを共に形成し、このスタックは、シートメタル層の間にあってガスが軸方向に流れ通ることができるチャネルを備える。接続ピンは、径方向に金属ケーシングを通って延び、電気伝導接続により、特に抵抗溶接により、シートメタル層の少なくとも２つに、望ましくはシートメタル層の少なくとも半分に、特に全てのシートメタル層に、直接または少なくとも中間片を経由して、金属を用いて接続され、その際、接続領域における中央電流路の単位長さ当たりの電気抵抗は、スタックにおける中央電流路の単位長さ当たりの平均電気抵抗よりも、最大で１０％大きい。

比較的厚い接続ピンを、さらに構造を有し得る、多数の（それに比して）比較的薄いシートメタル層に接続するのは難しくみえるが、互いに重ね合わせられた、または共に押しつぶされた、２つまたは多数のシートメタル層との直接の接続が可能になるだけでなく、それどころかこの配置により非常に安定性のある仕方でスタックが保持されるようになることが、明らかになっている。この配置は、また、半殻または電流分配構造のような安定化させるための構造を必要とすることなく、スタックと金属ケーシングとの間の空気隙間を安定した方法で形成することを可能にする。接続ピンに接続された、２つまたは多数のシートメタル層は、典型的に同じ場所で終わり、従って距離をおいて互いに電流分配構造に接続されない。接続領域では、中央電流路は、接続ピンから出て、スタックに対しほぼ平行に延びる前に、場合によっては、曲げられるか、または不規則に成形される。これは、接続領域の定義とみなされることもでき、接続領域はまさに接続ピンの近くの領域であり、接続領域では、中央電流路がまだスタックに対し本質的に延びていない、および／または、スタックのさらなる進行におけるのとは異なる、単位長さ当たりの別の電気抵抗を呈する。電流路は、部分領域がないように、全体が形成されなければならないことに注意されたい。部分領域では、そこを作動中に流れる電流に応じた抵抗が、構造を加熱またはそれどころか溶解させるおそれがあるほど高くなる。これは、接続領域を設計する場合の本質的な観点である。局所的に生じるオーム熱は、特にハニカム体をガスが流れ通る場合、隣の領域または周囲のガスに、一定限度内で放散されることができるが、特に、まさに接続ピンの近くにおいて、あらゆる作動条件下で、高い領域を回避することが望ましい。

接続ピンは、望ましくは一種の（剛体の）ボルトであり、ボルトは、例えば接続ケーブルからシートメタル層へ電流を導くのに用いられる。原則的にハニカム体に多数の接続ピンを設けることができる場合でも、（１つのスタックの電気接触につき）単一の接続ピンを有する構成が、やはり望ましい。この接続ピンは、望ましくは、金属ケーシングの両側で延び、この金属ケーシングに設けられたフィードスルーの中を通る。フィードスルーは、金属ケーシングの開口であってもよく、この開口は、接続ピンの形状または断面に適合される。フィードスルーは、特に、接続ピンと金属ケーシングとの間にガスが逃げないように構成され、場合によっては密閉材が使用される。それに加えて、フィードスルーの中／上に、少なくとも１つの保持要素または運動補償要素を設け、接続ピンが、高い熱的および／または動的負荷の場合でも、この補助手段によって確実に固定されるようにすることが、可能である。

シートメタル層を設計する場合に、異なる基本形が用いられることができる。シートメタル層に構造が型押しされていない場合、通常スムーズなシートメタル層について言及され、この層が、金属ケーシングの中で合わせて例えばＳ形、らせん形、Ｕ形等に、曲げられる／巻かれる場合もそうである。シートメタル層が型押しされた構造（波、段、節等）を呈する場合、このシートメタル層は、構造を有するシートメタル層として示される。シートメタル層に異なる構造が設けられる場合、より大きな構造（シートメタル層を横切る構造高さ／波高さに関し、および／または構造幅／波長さに関し）が設けられるシートメタル層は、「粗い構造」として、より小さな（より大きなと比較して）構造が設けられるシートメタル層は、「細かい構造」として、示される。ハニカム体の全てのシートメタル層が、（個々の）または多数のスタックを形成し、このシートメタル層が、さらに電気的に互いから絶縁されて配置されることが、可能である。

（構造を有する）シートメタルの手段により、チャネルを形成することができ、ガスの流れがハニカム体を貫き通ることができるようになっている。このガスの流れは、第１の端面で入って第２の端面で出るからであり、ガスは、従って「軸」方向にハニカム体を通って流れることができる。簡単な製造および小さい流れ抵抗という理由から、場合によっては、チャネル自体が、軸方向に対し本質的に平行に延びることが望ましいが、これは必須ではない。少なくとも一部の（場合によっては全ての）チャネルは、軸方向に傾けられ、波形、らせん形等に延びることもできる（しかし少なくとも両端面への接続を有する）。

電気伝導接続は、接続ピンとシートメタル層との間の直接の接触により（「直接」）、および／または（少なくとも）１つの中間片により、実現可能であり、中間片は、（電気伝導的に）接続ピンとシートメタル層との間に位置し、特に両方の部品に（材料結合的に）固定される。中間片は、例えば、シートメタル層よりも（形状）安定的に構成され、接続ピンの１つの端部のための相応の受容部材を備え、および／または、接続ピンの小さな断面から、少なくとも１つのシートメタル層の（例えば最大３００％までの）より大きな領域への、電流分配機能を実現する。特に、接続ピンが、スタックの軸方向の広がり（つまりシートメタル層の幅）よりも、著しく小さな直径を有する、実施形態の場合に、電流を、接続領域において一様に、スタックの軸方向の広がりを経由して、分配するために、中間片が有用である。中間片は、金属ケーシングの周囲方向に、例えば２〜１０ｍｍの、非常に小さい広がりを有する。中間片は、スタックの内側にも配置されることができ、少なくともシートメタル層の一部が、中間片の外側に固定されるようになっている。

シートメタル層は、特に、金属ケーシング（に同心円状に、または）の中に位置する、内側ケーシングおよび／または内側管を、備えない。シートメタル層は、ハニカム体の縁（金属ケーシングの近く）から、ハニカム体の中央または中央領域まで、延びる（および場合によっては、また少なくとも１度縁に戻る）。

さらに、スタックの最上シートメタル層は、内側周囲の少なくとも３５％にわたって金属ケーシングにほぼ平行に延び、この最上シートメタル層は、その位置で空気隙間によってこの金属ケーシングから隔てられている。空気隙間に関し、「空気隙間」という用語は、本質的に据付部品または部品がない空間という意味に解されるが、空気隙間を安定させるための電気絶縁据付部品、または電気絶縁コーティングが、隣接する表面上にあることを除外しないことに、注意されるべきである。従って、空気隙間は、特に、金属ケーシングの内側表面から、向かい合っているシートメタルの表面まで延びる。空気隙間は、（継続的に）周囲方向に、金属ケーシングの内側周囲の少なくとも３５％にわたって延びる。スタックが、金属ケーシングに対して（ほぼ）平行に延びるように、空気隙間（少なくとも幅領域における）が、（ほぼ）一定の隙間幅を有する（必要に応じて、最上／最外シートメタル層に設けられる構造、および／または空気隙間の周囲縁幅が、考慮されない場合）ことが、別の言葉で説明される。このような空気隙間は、望ましくは、少なくとも、接続ピンと、周囲方向において隣の、シートメタル層の支承箇所（支持ピン）と、の間で、金属ケーシングの方へ延びるようになっている。空気隙間は、接続ピンが設けられる、ハニカム体のちょうど（軸方向の）領域／断面にも設けられる。

望ましい実施形態では、スタックの最上シートメタル層は、それどころか内側周囲の長さの少なくとも４０％にわたって、金属ケーシングに対し（ほぼ）平行に延び、この金属ケーシングから空気隙間によって隔てられている。ハニカム体が、その端面から軸方向に見られ、３６０°角度領域に分けられた場合、最上シートメタル層は、望ましくは、接続領域の正確な形状、およびハニカム体の内側におけるスタックの進行に応じて、ほぼ１８０°より小さい角度領域にわたって金属ケーシングに対し平行に延びるが、少なくともほぼ１４４°である。

さらなる望ましい実施形態では、最上シートメタル層は、望ましくはスタックの最下シートメタル層も、細かい構造を有する、またはスムーズな、シートメタル層である。これは、スタックの最上および／または最下シートメタル層が、接続ピンに金属を用いて接続されることが望ましいので、有利であり、結果として、残りのシートメタル層がある程度包囲され、このシートメタル層が、接続ピンに接続されることができない場合でも、このシートメタル層の端部は、動きの自由がなく、従って電気的短絡を引き起こさない。

最上および／または最下シートメタル層の機能は、１つまたは両方のシートメタル層が、増大した厚さを少なくとも部分領域に有する、および／またはその他のシートメタル層よりも厚い、ことによって、援助され得る。特に、より厚い部分領域は、８０〜２００μｍ［マイクロメートル］のシートメタル厚さを有することができ、特に望ましくは１１０〜１７０μｍであり、一方、その他のシートメタルは、典型的に２０〜６０μｍの厚さを有する。より大きな厚さは、より厚いシートメタルが所望の領域に用いられることによって、および／または、最上または最下シートメタル層が当該領域で、２または３の、互いに接して位置する、および場合によっては共通の、構造を有するシートメタル層から構成されることによって、達成され得る。いずれにせよ、このより厚いシートメタル層も、金属ケーシングより明らかに薄いことが望ましく、金属ケーシングは、例えば１ｍｍ［ミリメートル］より大きい厚さ有する。

さらなる望ましい実施形態では、最下シートメタル層は、少なくとも接続領域に、およびスタックの部分に沿って、増大した厚さを有し、および／または他のシートメタル層よりも厚い。２つの外側シートメタル層をより厚くすることにより、特に抵抗溶接の方法が適用される場合に、接続ピンとの金属接続を形成することが容易になる。

本発明の望ましい実施形態では、少なくとも最上シートメタル層は、ＮｉＣｒｏＦｅｒの名称でも知られている、ニッケル、クロム、および鉄を含む、スチールで構成される。機械的および電気的特性、特にこの材料の良好な電気伝導性および高温耐食性は、最上シートメタル層の必要条件の特に適合をもたらす。

スタックにおいて電流を一様に分配するために、全てのシートメタル層が接続ピンに接続されることが当然望ましく、そのため、シートメタル層は、そこにある構造をならすために共にプレスされるか、および／またはシートメタル層は端部で構造を有さない。

粗い構造および細かい構造を有するシートメタルから成るスタックが、接続ピンとの接続の前に一様な先細りを有するさらなる実施形態では、粗い構造を有するシートメタル層が、スムーズなまたは細かい構造を有するシートメタル層よりも、短く形成され、粗い構造を有するシートメタル層が、接続ピンに到達する前に終わり、スムーズなまたは細かい構造を有するシートメタル層のみが、接続領域において接続ピンまで延びると、有利である。多数の構造を有するシートメタル層が、接続領域において共に押しつぶされるか、または構造を終わらせる、という異なるオプションも原則的にあるが、接続領域において特別な形態を付与するよりも、１つのスタックにおいて異なる長さを利用するほうが、製造技術的に簡単である。粗い構造を有するシートメタル層が、それぞれ別の箇所で終わるとしても、これは製造技術的に難しくなく、特に、両端部に相応の接続部を有する、ハニカム体の対称的な組み入った配置の場合、長さの変更が相互に補償され、波形のシートメタル層が、異なる端点にもかかわらず、同じ長さであることができるようになっている。

実際、粗い構造および細かい構造を有するシートメタルがそれぞれ波形を有し、粗い構造を有するシートメタルの第２の波高が、細かい構造を有するシートメタルの第１の波高よりも、より厳密にいえば３〜１０の因数だけ、大きい場合に、特に安定した構造が生じることが、実験により明らかにされている。異なる観点の下で、この種の構造が有利であることが、示されている。全てのシートメタル層における弾性によって、支持ピンをくるむことが容易になり、接続ピンとの電気伝導性接続は、予想に反し、ほとんど困難にならない。

スタックの全てのシートメタル層に波形のシートメタルが用いられるときに、粗い構造を有するシートメタル層が第２の波長を有しても有利であり、第２の波長は、細かい構造を有するシートメタル層の第１の波長よりも、より厳密にいえば少なくとも１．５の因数だけ、大きい。望ましくは、また、この因数が、５の値を超えず、特に３の値を超えない。粗い構造および細かい構造を有するシートメタルの波高および波長を選択する場合に、技術的に妥当な限度を守ることが不可欠である。特に、コーティングの際に恐らく閉じられ得る、非常に小さい断面を有するチャネルが可能な限り生じないように、割合および波形形状は、選択されるべきである。

接続ピンが、スタックの２つまたは多数のシートメタル層と接続する場合、この接続は、望ましくは、スムーズなまたは細かい構造を有するシートメタル層のみと行われ、しかも抵抗溶接によってである。

空間的および技術的な事情に応じて、さらなる実施形態において、接続ピンが、中間片で中間接続されて、スタックのシートメタルに、金属を用いて接続されることも可能であり、中間片は、スタックの多数のシートメタル層を、接続領域において含む。中間片の使用は、シートメタルの厚さが、接続ピンの断面と比べて、直接溶接接合に少なすぎるか、または、溶接プロセスの際に、十分な押し付け力が達成できない場合に、有利である。それにもかかわらず、幾つもの実施形態において、溶接プロセスを用いて、接続ピン、中間片、およびシートメタル層を、接続することは可能である。

接続領域が、ほぼ一定の（最大で１０％大きい）、または望ましくはそれどころか、さらなる進行におけるスタックよりも単位長さ当たり少ない、電気抵抗を有し、特に少なくとも１０％および特に望ましくは最大２０％低い、単位長さ当たりの電気抵抗であり、接続領域で生じたわずかなオーム熱が、スタックまたは接続ピンに十分に放散されるので、接続領域が強く暖まらないことができるようにすることを、異なる記載された措置によって保証可能である。接続領域における抵抗をできる限り低く保つことは原則望ましい。この領域は、わずかに冷却され、接続ピンが作動中に熱くなりすぎないからである。これは、しかしながら、電流分配構造、特に半殻形状の電流分配構造、が用いられない場合には、達成できるとは限らない。しかしながら、本発明によると、シートメタル層は、接続ピンまたは中間片に、接続領域における単位長さ当たりの抵抗が、スタックの単位長さ当たりの平均抵抗の上１０％を超えないように、接続される。望ましくは、接続領域における単位長さ当たりの抵抗は、スタックの単位長さ当たりの抵抗から少ない方に偏るか、または、スタックの単位長さ当たりの抵抗を、むしろ下回る。

本発明の望ましい実施形態では、接続ピンは、少なくとも１０ｍｍ^２［平方ミリメートル］の面領域で、スタックの２〜５つのシートメタル層に接続され、接続ピンの接続端は、３〜８ｍｍ［ミリメートル］、望ましくは４〜６ｍｍ、金属ケーシングの内側から距離を置いている。このようにして、電気接続部は、必要な電気電流をスタックに導入でき、同時に、このスタックを金属ケーシングから十分な距離を有して安定させ、スタックと金属ケーシングとの間の電気絶縁が、空気隙間によって保証されるようになっている。

本発明の望ましい実施形態は、スタックの反対方向の絡み合いがＳ形であり、スタックの巻きは、空気隙間によって互いの間で電気絶縁されている。この実施形態は、それ自体公知であるが、激しい温度変動の際に現れるシートメタル層の機械的移動のため、電流分配構造または半殻なしでは構成できないかもしれない。本発明により、それが今可能になり、金属ケーシングに対するスタックの電気絶縁も、空気隙間の手段によって実現可能になっている。

さらに、少なくとも、スタックのより厚い最上シートメタル層、またはその厚さが増大した領域は、スタックの長さの一部のみにわたって延び、望ましくは、ハニカム体のほぼ中央における１つの内側端部までである。

本発明によると、スタックのまさに最上シートメタル層が、特別な機能を有する。Ｓ形構造の場合に、この最上シートメタル層は、内側周囲の約半分にわたって、金属ケーシングに対する絶縁空気隙間の境界を形成し、この最上シートメタル層は、接続ピンとの電気接続を提供するのに用いられ、接続ピンに接続されない内側シートメタル層の境になっている。最上シートメタル層が、増大した厚さを有するか、または他のシートメタル層よりも厚い場合、この増大した厚さは、スタックの長さの一部にわたってのみ生じ、望ましくはハニカム体のほぼ中央領域までであると、有利であることが明らかになっている。スタックのこの部分領域において、最上シートメタル層は、同時に、電流をスタック内に分配するのに用いられ得ることが、明らかになっている。電流は、常に、一番短い経路または一番少ない電気抵抗を求め、それ故、この電流は、スタックの内側領域に向かって流れる傾向を有し、スタックの内側領域は、より厚い最上シートメタル層によって補償される。しかしながら、ハニカム体の中央領域において、スタックの反対方向の絡み合いにより、最上シートメタル層は、最下シートメタル層になり、それ故、このシートメタル層を遅くともそこで終わらせるか、またはそこからより薄い層で継続すると、有利である。これは、例えば、そこで絡み合う配置がその方向を変える、点の１つによって達成可能である。

本発明に従って両端部で接続されたスタックの場合に、上記の考慮が両端部にそれぞれ当てはまり、ハニカム体の内側で、スタックの最上および最下シートメタル層が、それらの位置および機能を交換する。

接続領域を安定させるために、スタックの形状が、多数の支持ピンによって安定化されることが望ましく、その際、少なくとも１つの支持ピンは、スタックの進行に沿って測定されて、１０ｃｍよりも少ない、望ましくは５ｃｍよりも少ない、特に望ましくは２ｃｍよりも少ない、間隔で、接続ピンから隔たって配置される。この配置は、金属ケーシングに対して空気隙間を安定させるのに、特に用いられる。

本発明のさらなる詳細および模範的な実施形態は、本発明はそれによって限定されないが、図に示される。

電気加熱可能なハニカム体の電気接続部の領域を通る略断面を示す。 本発明によるハニカム体で用いられるシートメタル層の構造の概略図を示す。 本発明によるハニカム体における電気接続部の異なる模範的な実施形態を示す。 本発明によるハニカム体における電気接続部の異なる模範的な実施形態を示す。 本発明によるハニカム体における電気接続部の異なる模範的な実施形態を示す。 本発明によるハニカム体における電気接続部の異なる模範的な実施形態を示す。 本発明によるハニカム体における電気接続部の異なる模範的な実施形態を示す。 本発明によるハニカム体の端面全景を示す。 本発明によるハニカム体における電気接続部のさらなる模範的な実施形態を示す。 本発明によるハニカム体における電気接続部のさらなる模範的な実施形態を示す。

図１は、概略図において電気加熱可能なハニカム体１４の部分領域を示し、電気加熱可能なハニカム体１４は、金属ケーシング７の中に配置される。ハニカム体１４は、波形のまたは粗い構造を有するシートメタル層２と交互に配置されたスムーズなまたは細かい構造を有するシートメタル層１から成るスタック５を含み、スタック５は、最上シートメタル層３および最下シートメタル層４を有し、最上シートメタル層３および最下シートメタル層４は、この模範的な実施形態では両方とも細かい構造である。粗い構造を有するシートメタル層２は、スタック５の内側で相次いで終端し、一方細かい構造を有するシートメタル層１は、さらに接続領域６に導かれ、接続領域６では、細かい構造を有するシートメタル層１は、望ましくは溶接されて、特に抵抗溶接で、接続ピン１２の接続端部１５に接続される。接続ピン１２は、フィードスルー１０を通って金属ケーシング７を通って導かれ、電気絶縁層１１によってこの金属ケーシングから絶縁される。接続ピン１２は、矢印で示されるような径方向Ｒに延びる。粗い構造を有するシートメタル層２および細かい構造を有するシートメタル層１は、チャネル１８を形成し、チャネル１８は、同じように矢印で示された軸方向Ａに延びる。金属ケーシング７は内側周囲Ｉを有し、内側周囲Ｉは、同じように矢印で示される。少なくとも最上シートメタル層３および最下シートメタル層４は、望ましくは細かい構造を有するシートメタル層１も、電気伝導接続部１３で支持ピン１２に接続される。スタック５は支持ピン１７で安定化し、支持ピン１７は、ここで図示されていない隣り合うさらなるハニカム体で支えられる。スタック５のシートメタル層１、２、３、４は、矢印で示されるような、中央の（理論上の）電流路２３を共に形成し、この電流路は、単位長さ当たりの平均電気抵抗、つまり典型的なスタック５の進行に沿った平均抵抗、を有する。

図２は、構造の寸法関係およびシートメタル層１、２、３、４の波形を示す。スタックの細かい構造を有するシートメタル層１は、第１の波高Ｈ１および第１の波長Ｌ１を有する第１の波形を有し、両方とも、粗い構造を有するシートメタル２の第２の波形よりも小さく、第２の波形は、第２の波高Ｈ２および第２の波長Ｌ２を有する。さらに、最上シートメタル層３は、スタックのその他のシートメタル層１、２よりも大きい厚さＴを有することができる。

図３、４および５は、スタック５が、どのように、接続領域６を形成し、接続ピン１２の接続端部１５に固定され得るかについての、概略的な本発明による異なるオプションを示す。

図３は、１つの実施形態を示し、スタック５は、接続領域６で接続ピン１２の方向にますます強くなるように押しつぶされ、全てのまたは多数のシートメタル層１、２、３、４は、接続ピン１２の接続端部１５に対する電気伝導接続部１３を有し、特に最上シートメタル層３および最下シートメタル層４はそうである。

図４は、図３の模範的な実施形態に対して少し変えた接続領域６の形態を示し、波形のシートメタル層２は押しつぶされず、接続領域６で終端し、最上シートメタル層３および最下シートメタル層４のみが、および場合によってはスムーズなまたは細かい構造を有するシートメタル層１の一部または全部が、接続ピン１２の接続端部１５に電気伝導的に接続されるようになっている。

図５は、接続領域６のさらなる変形を示し、内側シートメタル層１、２の一部または全部は、接続領域６で次々に終わり、望ましくは最上シートメタル層３のところで終わり、接続領域６が、接続ピン１２の接続端部１５の方向にだんだんと先細りになるようになっており、少なくとも最上シートメタル層３および最下シートメタル層４が、接続ピンの接続端部１５との電気伝導接続部１３を形成する。

図６は、スタック５の接続領域６が、細かい構造を有するシートメタル層１および粗い構造を有するシートメタル層２からどのように形成されるかを、別の実施形態で概略的に示す。接続ピン１２は、今度は電気絶縁層１１の手段によって（図示されていない）金属ケーシングを通るフィードスルー１０から絶縁され、接続ピン１２は、中間片９のところで、自身の接続端部１５で終わり、中間片９に、および場合によってはその下に位置するシートメタル層１、２の端部に、電気伝導的に接続され、望ましくは溶接またはろう付けされる。中間片９は、この模範的な実施形態では、スタック５の端部を接続領域６に含み、その際、接続領域６の精密な実施形態を、上記と同じように、異なる実施形態にすることができる。全てのシートメタル層は、所望の先細りの形態を達成するために、だんだん強くなるように望ましくともに押しつぶされることができ、またはだんだん小さくなる波高を有して設計されることができる。支持ピン１７は、また全体の配置を安定させることができる。

図７は、支持ピン１２の異なる構成を概略的に記載し、支持ピン１２は、その接続端部１５に切り抜き部１８を有し、その中に、スタック５の、２つまたは多数のシートメタル層１、２、望ましくは全てのシートメタル層１、２、が、はめ込まれている。ここでも、スタック５を先細りにするための異なる方法が、考慮される。電気伝導接続は、望ましくは溶接またはろう付けによって行われる。

図８は、本発明によるハニカム体１４のさらなる模範的な実施形態の端面全景を示し、ハニカム体１４は、反対方向に組まれたＳ形の、シートメタル層１、２のスタック５を有する。スタック５は、最上シートメタル層３を備え、最上シートメタル層３は、接続領域６から、ハニカム体１４のほぼ中央領域にある、自身の内側端部２０まで、であり、その他のシートメタル層１、２よりも大きい厚さＴを有する。スタック５のさらなる進行では、最上シートメタル層３が最下シートメタル層になるので、それは内側で終わる。そのため、しかし、今までの最下シートメタル層４は、その後別の上部シートメタル層２２になり、この別の上部シートメタル層２２の内側端部２１から、増大した厚さを有することができ、同様に、別の材料、特に、ニッケル、クロム、および鉄、を有する合金からも、構成されることができる。スタック５は、最下シートメタル層４も備え、最下シートメタル層４は、接続領域６から、５〜３０ｃｍの部分領域にわたり、同様に、その他のシートメタル層１、２よりも大きい厚さＴを有する。支持ピン１７の多数は、スタック５の長さにわたって分布される。スタック５の端部は、先細の接続領域６へと形成され、接続ピン１２の接続端部１５に接続される。望ましくは、全てのシートメタル層１、２が、接続ピンまで設けられ得るか、または、上記のように、シートメタル層１、２の一部のみである。接続ピン１２は、金属ケーシング７を通って、電気絶縁層１１を有するフィードスルー１０の手段により、径方向に外側に導かれる。スタック５は、空気隙間８の手段により、金属ケーシング７から電気的に絶縁される。スタック５の個々の巻きも、空気隙間によって、互いから絶縁される。スタック５のシートメタル層１、２、３、４は、矢印によって示される中央電流路２３を形成する。

図９および１０は、接続領域６をちょうど接続ピン１２の接続端部１５のところで終わらせていることが、本発明の必須ではないことを概略的に示す。例えば製造技術に関する理由から、スタック５に、一部分が、スタック５の端部に先立って接触することができ、その際、構造は、それにもかかわらず、半殻または同様の電流分配構造なしに、対応することができる。これは、動作中に比較的高い電流密度が生じ得る、接続ピン１２の近くにおけるスタック５の臨界領域は、中空でない接続ピン１２自体により、およびその動作が小さい電流密度を示すスタック５の「突出している」部分により、効果的に冷却されることによる。この実施形態において、効果的な電気伝導性の最上シートメタル層３が、場合によってはより大きな厚さＴを有しても有利である。最上シートメタル層３において非常に高い電流密度を生じさせないために、少なくともさらなるシートメタル層１、２が、接続ピン１２の接続端部１５に、効果的に電気伝導的に接続されていることも必要である。これは、例えば２つまたは多数のシートメタル層を含む、溶接接合または適切なろう付け接合により、達成可能である。接続ピン１２の断面積の２００〜３００％で接触面積を増大させるために、中間片９を、接続ピン１２とスタック５との間に設けることも可能である。接続ピン１２を越えて突出するスタック５の部分の長さに応じて、この部分を、金属ケーシング７との電気的接触につながり得る、振動に対し、および変形に対し、少なくとも１つの支持ピン１７により保護することは、意義がある。

便宜上図において複数の技術的特徴が共に開示されている場合でも、これらの組み合わせは必須ではない。それどころか、技術的詳細は、明確に除外されていない限り、他の技術的詳細／他の図と、置き換えおよび／または組み合わせも可能である。

本発明は、簡単で経済的に製造できる、電気加熱可能なハニカム体の構成であって、さらに、外側領域において電流分配構造または支持する半殻なしに、非常に一様な電流分配およびそれによる加熱を可能にする、電気加熱可能なハニカム体の構成を可能にする。

１ スムーズな／細かい構造を有するシートメタル層
２ 波形の／粗い構造を有するシートメタル層
３ 最上シートメタル層
４ 最下シートメタル層
５ スタック
６ 接続領域
７ 金属ケーシング
８ 空気隙間
９ 中間片
１０ フィードスルー
１１ 電気絶縁層
１２ 接続ピン
１３ 電気伝導性接続部
１４ ハニカム体
１５ 接続端部
１６ 巻き
１７ 支持ピン
１８ 切り抜き部
１９ チャネル
２０ 最上シートメタル層３の内側端
２１ 他の上側シートメタル層の内側端
２２ 他の上側シートメタル層
２３ 中央電流路
Ａ 軸方向
Ｒ 径方向
Ｉ ケーシングの内側周囲の方向
Ｈ１ 第１の波高
Ｈ２ 第２の波高
Ｌ１ 第１の波長
Ｌ２ 第２の波長
Ｔ 厚さ

Claims (15)

1. ハニカム体（１４）であって、多数のシートメタル層（１、２、３、４）を有し、前記シートメタル層（１、２、３、４）は、共に少なくとも１つの電気伝導性の中央電流路（２３）を形成し、接続ピン（１２）に電気的に接続され、前記ハニカム体（１４）は、内側周囲（Ｉ）を定める金属ケーシング（７）を備え、前記接続ピン（１２）は、前記金属ケーシング（７）を通って、フィードスルー（１０）の中を電気絶縁的に導かれ、前記シートメタル層（１、２、３、４）は、粗い構造を有するシートメタル層（２）と、細かい構造を有する、またはスムーズな、シートメタル層（１）と、が交互に配置され、前記粗い構造を有するシートメタル層（２）と、前記細かい構造を有する、またはスムーズな、シートメタル層（１）と、は、最上シートメタル層（３）と最下シートメタル層（４）とを有するスタック（５）を共に形成し、前記スタック（５）は、ガスが軸方向（Ａ）に流れ通ることができるチャネル（１９）を、前記シートメタル層（１、２、３、４）の間に備え、
   前記接続ピン（１２）は、径方向（Ｒ）に前記金属ケーシング（７）を通って延び、電気伝導性接続部（１３）により、接続領域（６）において、前記シートメタル層（１、２、３、４）の少なくとも２つに、直接、金属を用いて接続され、前記接続領域（６）における前記中央電流路（２３）の単位長さ当たりの電気抵抗は、前記スタック（５）における前記中央電流路（２３）の単位長さ当たりの平均電気抵抗よりも、最大で１０％大きいことを特徴とする、ハニカム体（１４）。
2. 請求項１に記載のハニカム体（１４）であって、前記スタック（５）の前記最上シートメタル層（３）は、前記内側周囲（Ｉ）の少なくとも３５％にわたって前記金属ケーシング（７）に対し平行に延び、空気隙間（８）によって前記金属ケーシング（７）から隔てられている、ハニカム体（１４）。
3. 請求項１または２に記載のハニカム体（１４）であって、前記スタック（５）の前記最上シートメタル層（３）は、前記内側周囲（Ｉ）の長さの少なくとも４０％にわたって前記金属ケーシング（７）に対し平行に延びる、ハニカム体（１４）。
4. 請求項１、２または３に記載のハニカム体（１４）であって、前記スタック（５）の少なくとも前記最上シートメタル層（３）または前記最下シートメタル層（４）は、細かい構造を有するかまたはスムーズである、ハニカム体（１４）。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のハニカム体（１４）であって、少なくとも前記最上シートメタル層（３）または前記最下シートメタル層（４）は、少なくとも部分領域において増大した厚さ（２５）を有するか、または他のシートメタル層（１、２）よりも厚い、ハニカム体（１４）。
6. 請求項５に記載のハニカム体（１４）であって、前記最下シートメタル層（４）は、少なくとも接続領域（６）において、および前記スタック（５）の一部に沿って、増大した厚さ（２５）を有するか、または他のシートメタル層（１、２）よりも厚い、ハニカム体（１４）。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載のハニカム体（１４）であって、少なくとも前記最上シートメタル層（３）が、ニッケル、クロム、および鉄を含む、スチール（ＮｉＣｒｏＦｅｒ）で構成される、ハニカム体（１４）。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載のハニカム体（１４）であって、前記スタック（５）の前記粗い構造を有するシートメタル層（２）は、前記スムーズな、または細かい構造を有する、シートメタル層（１、３、４）よりも短く、その上、前記粗い構造を有するシートメタル層（２）は、前記接続ピン（１２）に到達する前に終わり、前記スムーズな、または細かい構造を有する、シートメタル層（１、３、４）のみが、接続領域（６）において前記接続ピン（１２）まで延びる、ハニカム体（１４）。
9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載のハニカム体（１４）であって、前記粗い構造を有するシートメタル層（２）と、前記細かい構造を有するシートメタル層（１、３、４）と、は、それぞれ波形であり、前記粗い構造を有するシートメタル層（２）の第２の波高（Ｈ２）は、前記細かい構造を有するシートメタル層（１、３、４）の第１の波高（Ｈ１）よりも大きく、その上、３〜１０の因数だけである、ハニカム体（１４）。
10. 請求項１〜９のいずれか１項に記載のハニカム体（１４）であって、前記粗い構造を有するシートメタル層（２）と、前記細かい構造を有するシートメタル層（１、３、４）と、は、波形であり、前記粗い構造を有するシートメタル層（２）の第２の波長（Ｌ２）は、前記細かい構造を有するシートメタル層（１、３、４）の第１の波長（Ｌ１）よりも大きく、その上、少なくとも１．５の因数だけである、ハニカム体（１４）。
11. 請求項１〜１０のいずれか１項に記載のハニカム体（１４）であって、前記接続ピン（１２）は、前記スタック（５）の前記スムーズな、または細かい構造を有する、シートメタル層（１、３、４）に、直接に接続される、ハニカム体（１４）。
12. 請求項１〜１１のいずれか１項に記載のハニカム体（１４）であって、前記接続ピン（１２）は、少なくとも１０ｍｍ^２の面領域で、前記スタック（５）の２〜５のシートメタル層（１、２、３、４）に金属を用いて接続され、前記接続ピン（１２）の接続端（１５）は、前記金属ケーシング（７）の前記内側周囲（Ｉ）から３〜８ｍｍ距離を置いている、ハニカム体（１４）。
13. 請求項１〜１２のいずれか１項に記載のハニカム体（１４）であって、前記スタック（５）は、５〜１５のシートメタル層（１、２、３、４）を含み、前記ハニカム体（１４）においてＳ形のように相対する方向に組まれて配置され、前記スタック（５）の巻き（１６）は、空気隙間（８）によって、互いの間で電気絶縁される、ハニカム体（１４）。
14. 請求項１２に記載のハニカム体（１４）であって、少なくとも、前記スタック（５）のより厚い前記最上シートメタル層（３）、またはその増大した厚さ（２５）の領域は、前記スタックの長さの一部にわたってのみ延びる、ハニカム体（１４）。
15. 請求項１〜１４のいずれか１項に記載のハニカム体（１４）であって、前記スタック（５）は、支持ピン（１７）の多数によってその構造が安定化され、少なくとも１つの支持ピン（１７）は、スタックの進行に沿って測定されて、前記接続ピン（１２）から１０ｍｍよりも少ない距離を置いて配置される、ハニカム体（１４）。

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