專利名稱：金屬纖維，其制造及應(yīng)用領(lǐng)域的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用來制造金屬纖維的方法。還涉及一種用來實(shí)施金屬纖維制造方法的裝置。此外本發(fā)明涉及一種纖維，纖維材料、顆粒過濾器以及一種機(jī)動車輛。
背景技術(shù)：
在汽車內(nèi)燃機(jī)排氣系統(tǒng)中采用大量不同的材料，它們經(jīng)受特別高的溫度、腐蝕性氣體以及相當(dāng)大的振動。盡管存在這種惡劣的環(huán)境條件這些材料必須在盡可能長的時間內(nèi)保持其功能。功能主要取決于利用所述材料構(gòu)成的廢氣處理裝置的類型。可能的廢氣處理裝置有催化轉(zhuǎn)化器、吸附器、顆粒過濾器、混合器、隔熱墊、密封件等等。所述材料通常必須是耐高溫和耐腐蝕的。為此除了陶瓷材料外金屬部件也是特別合適的。
在上述廢氣處理裝置中目前也采用金屬纖維。這里金屬纖維特別是作為絕熱材料和過濾材料越來越強(qiáng)烈地成為興趣的重點(diǎn)。因?yàn)橹饕怯糜谄囍圃斓臉?gòu)件和材料，以高的生產(chǎn)率實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)地制造這種金屬纖維，是特別令人感興趣的。由于目前設(shè)計成具有非常敏感的電子裝置、傳感器等的汽車內(nèi)燃機(jī)排氣系統(tǒng)的靈敏度和對干擾的敏感度，纖維材料具有長的使用壽命和盡可能高的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度是特別是重要的。只有這樣才能防止，在運(yùn)行期間金屬纖維部件由于高溫和壓力差而脫落，所述脫落的部件有時可能被廢氣流帶走，并可能出現(xiàn)在設(shè)置在下游的廢氣處理裝置上。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，推薦一種適合于此的方法。這種方法它特別應(yīng)該適合于滿足用于汽車制造中的廢氣處理裝置的批量生產(chǎn)的需要。同時應(yīng)產(chǎn)生盡可能均勻地成形的纖維。此外應(yīng)該給出一種用于制造金屬纖維的、結(jié)構(gòu)簡單的裝置，以及用來改善汽車內(nèi)燃機(jī)廢氣處理的構(gòu)件和部件。
這通過具有權(quán)利要求1中所述步驟的、用于制造金屬纖維的方法來實(shí)現(xiàn)。本方法其它有利的實(shí)施形式在權(quán)利要求1的從屬權(quán)利要求中說明。此外本發(fā)明目的還利用包括一具有裝置獨(dú)立權(quán)利要求特征的、具有用來固定至少一個金屬塊的工件接納部和一刀具的裝置來實(shí)現(xiàn)。在這種情況下，應(yīng)該指出，在權(quán)利要求中分別列出的特征可以用任意技術(shù)上合理的方式相互組合，并形成本發(fā)明的其它方案。同樣說明書的內(nèi)容可以用來詳細(xì)說明權(quán)利要求。
按本發(fā)明的用于制造金屬纖維的方法至少包括以下步驟a)準(zhǔn)備好至少一個金屬塊，b)借助于切削加工方法通過采用至少一把旋轉(zhuǎn)刀具切下纖維。
纖維特別是指細(xì)的，薄的細(xì)長結(jié)構(gòu)(Gebilde)。因此纖維就是直徑優(yōu)選明顯小于長度的結(jié)構(gòu)，特別是長度/直徑比至少為10，優(yōu)選為100或1000。
纖維由金屬組成，其中材料基本上相當(dāng)于所用的金屬塊。這種金屬最好是至少具有鋁和鉻成分之一的鐵材料，最好甚至具有這兩種成分。金屬材料有利地是可鍛的和耐高溫的。所列的合金成分用來對于包含在汽車內(nèi)燃機(jī)廢氣內(nèi)的有害物質(zhì)提供高的抗腐蝕性。
這里纖維制造通過對金屬塊進(jìn)行切削加工來實(shí)現(xiàn)。其中旋轉(zhuǎn)的刀具以確定的切削刃作用到金屬塊或其表面中，并從實(shí)心材料(Vollmaterial)上切下纖維。刀具和金屬塊之間所需要的(主)相對運(yùn)動或的(主)相對運(yùn)動由刀具完成。刀具繞其自身的軸線旋轉(zhuǎn)。這個刀具自身的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動疊加一附加的金屬塊和刀具之間的相對平移(輔助)運(yùn)動，即所謂的進(jìn)給。這里工件和刀具相互以可預(yù)先規(guī)定的(大多是恒定的)速度運(yùn)動，從而刀具的切削刃的規(guī)定的切入深度切入金屬體。用這種方式可制造出均勻的纖維。
按照本方法一種改進(jìn)方案，纖維的切削借助于端銑刀進(jìn)行。這里銑削特別是指具有一通常為多齒的、用來形成任意工件表面的刀具的圓形切削運(yùn)動的切削加工方法。切削運(yùn)動垂直或傾斜于刀具的旋轉(zhuǎn)軸線分布。在銑削方法的分類上通常例如按照所產(chǎn)生的表面、刀具形狀(輪廓)和/或運(yùn)動規(guī)律分為平面銑削、圓周銑削、滾銑、成形銑削和仿形銑削。
如果由刀具端側(cè)利用所謂的副切削刃產(chǎn)生工件表面，則稱為端銑。相應(yīng)地通過在銑刀外周上的切削刃產(chǎn)生表面的銑削方法稱為圓周銑。根據(jù)刀具旋轉(zhuǎn)和進(jìn)給方向的不同又進(jìn)一步分為逆銑和順銑。在逆銑時進(jìn)給運(yùn)動和切削運(yùn)動方向相反，而在順銑時這兩種運(yùn)動朝同一個方向。對于這里特別優(yōu)選的端銑或端面平面銑削，接合尺寸(基本上相當(dāng)于纖維長度)明顯大于切削深度(基本上相當(dāng)于纖維高度)，工件表面通過副切削刃—即設(shè)置在銑刀端側(cè)上的切削刃部分產(chǎn)生。端銑刀優(yōu)選以每轉(zhuǎn)10至100μm[微米]范圍內(nèi)的進(jìn)給量工作。
利用這里所推薦的銑削方法可以在特別短的時間內(nèi)產(chǎn)生非常大數(shù)量的均勻的纖維。其中這個(加工)過程通常一直重復(fù)到金屬塊最終耗盡為止。原則上還應(yīng)該指出，當(dāng)然也可以同時采用多把銑刀銑削所述金屬塊，附加地可以采用冷卻劑和/或潤滑劑，和/或同時進(jìn)行其它加工過程(例如銑削過的表面的精磨等)。
按照本方法的一種改進(jìn)方案，切下厚度在10μm至100μm[微米]范圍內(nèi)的纖維。厚度最好在20μm至30μm范圍內(nèi)。纖維希望的厚度以及希望的長度和高度的調(diào)整值通過相應(yīng)地選擇旋轉(zhuǎn)的刀具的轉(zhuǎn)速和進(jìn)給量來調(diào)整。其中同時也應(yīng)該考慮參與接合作用的切削刃的幾何形狀。
此外建議，切削具有長度在1mm至50mm[毫米]，尤其是在15mm至25mm范圍內(nèi)的纖維。
切下高度在10μm至100μm[微米]范圍內(nèi)的纖維，則特別有利。這里優(yōu)選的范圍也是20μm至30μm。
這里所給出的尺寸特別是為用作廢氣處理裝置的部件的纖維選擇的。因此纖維具有必要的橫截面，以承受持久的熱負(fù)荷和動態(tài)負(fù)荷。此外，所述纖維保證例如主要用來與廢氣緊密接觸的比表面積。此外應(yīng)該考慮，它們由此還提供合適的交叉點(diǎn)/結(jié)點(diǎn)(Knote)的可能性，例如由多根纖維的連接所產(chǎn)生的交叉點(diǎn)。這里所出現(xiàn)的利用接合技術(shù)和/或材料技術(shù)的連接具有足夠的強(qiáng)度。
按照本方法一種有利的改進(jìn)方案，所述至少一把刀具以可預(yù)先規(guī)定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，并以可預(yù)先規(guī)定的進(jìn)給量相對于所述至少一個金屬塊運(yùn)動，其中這樣來選擇轉(zhuǎn)速和進(jìn)給量，即，使纖維在其長度的至少50％上具有一致的厚度。從而確保，纖維至少在其長度的大部分上基本上做得相同，從而在纖維以后合并成織物、針織品等時在相鄰纖維相互之間提供足夠大的接觸區(qū)。纖維有利地在其長度的至少80％上，最好甚至在90％或95％上，具有統(tǒng)一的厚度。為了說明清楚，應(yīng)該指出，“統(tǒng)一的厚度”這種表述還理解為也包含一定的制造誤差。應(yīng)該包含多大的制造誤差，主要取決于制造方法；這里對于銑削制造誤差允許在平均值左右+/-20％的范圍內(nèi)波動。
此外建議，所述至少一個金屬塊具有基本上對應(yīng)于刀具輪廓的加工正面(Bearbeitungsfront)，這特別是指，金屬塊的加工正面—即旋轉(zhuǎn)刀具作用到其中的正面基本上“緊貼”在刀具輪廓上。這意味著，例如，加工正面設(shè)計成具有基本上對應(yīng)于刀具半徑的半徑。由此可以保證，在整個加工過程中—即從刀具切入工件到從工件中移出，切削參數(shù)不變。此外，如果設(shè)置相應(yīng)的、即具有和刀具相同的半徑的金屬塊背面，則是有利的。因此加工正面有利地設(shè)計成凹的，而背面設(shè)計成凸的。這里旋轉(zhuǎn)刀具位于加工正面中間，并設(shè)有進(jìn)給量。
此外建議，在順序相鄰的平面內(nèi)進(jìn)行切削加工，其中在相鄰接平面內(nèi)所述至少一把旋轉(zhuǎn)的刀具進(jìn)入所述至少一個金屬塊內(nèi)的接合作用錯開地進(jìn)行。這是基于這樣的思想，即在加工金屬塊期間，在切削刃口附近的表面內(nèi)產(chǎn)生不平度，例如溝槽、刻痕、凸起等?，F(xiàn)在這里建議，在切下金屬塊下一個表層的下一個加工步驟中實(shí)現(xiàn)這樣的錯位，即，現(xiàn)在所形成的不平度不是布置在相對于上面平面的不平度垂直的平面內(nèi)。這里錯位量最好在纖維厚度一半的范圍內(nèi)。因此根據(jù)進(jìn)給量和轉(zhuǎn)速以及切削刃數(shù)量的設(shè)定不同，在一些情況下在纖維內(nèi)形成預(yù)定斷裂部位(Sollbruchstelle)。這使得可以用簡單的方式通過附加的加工步驟進(jìn)一步減小纖維橫截面。此外例如可以產(chǎn)生特殊的、例如近似于圓的、橢圓的或多邊形的橫截面。
此外推薦一種用來制造過濾材料的方法，其中首先按上述方法制造纖維，接著利用接合技術(shù)(fügetechnisch)使所述纖維相互連接，這時形成一透氣層。為了形成利用接合技術(shù)的連接，可以使用輔助材料，但是也可能通過壓力和/或溫度的作用使纖維相互形成材料鎖合連接(例如焊接，燒結(jié)等等)。其中纖維可以相互按定向地或雜亂地定位。由此最終形成一透氣層，其中流體或氣體可以流過利用纖維構(gòu)成的層的空腔。層最好具有一在小于4mm[毫米]，特別是小于2mm范圍內(nèi)的層厚。通過纖維相互間的布置，提供平均約為40至90％的層的多孔度。所述層優(yōu)選用來捕捉發(fā)動機(jī)廢氣流中攜帶的炭黑顆?；蚱渌腆w物質(zhì)。為此過濾材料可以包括其它材料，例如涂層、金屬泡沫、陶瓷泡沫、支承結(jié)構(gòu)、催化劑等。
按照本發(fā)明的另一個方面，建議一種包括一用來固定至少一個金屬塊的工件接納部和至少一把旋轉(zhuǎn)的刀具的裝置，為了實(shí)現(xiàn)上述按本發(fā)明的方法可以使所述刀具與至少一個金屬塊接合作用，其中所述至少一個旋轉(zhuǎn)刀具包括一多刃銑刀，特別是端銑刀。銑刀特別是指具有多個切削刃的或其切削刃多次開槽或中斷的用于切削的刀具。銑刀的切削刃最好均勻地相互隔開并設(shè)置在外周和/或端側(cè)上。在這種情況下優(yōu)選采用升降臺/控制臺(Konsole)結(jié)構(gòu)形式的萬能數(shù)控銑床。高度可調(diào)的、帶有工件接納部的工作臺還附加地進(jìn)行二維的水平運(yùn)動(例如用來實(shí)現(xiàn)進(jìn)給運(yùn)動)。第三移動軸(例如用來調(diào)整切削深度)位于用于旋轉(zhuǎn)的、多刃端銑刀的驅(qū)動裝置的主軸箱(Spindelstock)內(nèi)。
除此以外，還可以采用十字臺設(shè)計，這里用這個名稱稱呼這樣的結(jié)構(gòu)，其中在臺上實(shí)現(xiàn)兩個垂直的進(jìn)給運(yùn)動，一個運(yùn)動配設(shè)給攜帶刀具的組件(大多是支架)，另一個運(yùn)動配設(shè)給支承工件的組件(大多是臺架)。這里存在不同的實(shí)現(xiàn)所述運(yùn)動軸的可能性。其中水平運(yùn)動優(yōu)選由臺架或工件接納部實(shí)現(xiàn)，而垂直運(yùn)動通過旋轉(zhuǎn)的刀具實(shí)現(xiàn)。
最好采用帶刀片座的鑲齒端銑刀(Messerkopfstirnfrser)作為端銑刀，其中例如采用夾緊的硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位刀片作為切削刃。這種鑲齒端銑刀有上達(dá)250mm[毫米]的直徑。目前優(yōu)選的切削速度(vC)在1至20m/min[米每分鐘]的范圍內(nèi)，每齒進(jìn)給量(fZ)在0.02至0.1mm范圍內(nèi)，切削深度(ae)在0.02mm至0.1mm[毫米]范圍內(nèi)。
用本發(fā)明的方法或本發(fā)明的裝置制造的纖維的特征為高的形狀精度，因此構(gòu)成可以耐久地用在汽車內(nèi)燃機(jī)排氣系統(tǒng)中的廢氣處理部件的基礎(chǔ)。
例如過濾材料可以至少部分由這種纖維構(gòu)成。這里廢氣流過過濾材料，從而包含在廢氣內(nèi)的顆粒或固體物質(zhì)沉積在纖維上或設(shè)置在纖維上的涂層上。通過采用還原劑或用其它方式，例如通過提高溫度，現(xiàn)在可以連續(xù)地在規(guī)定時刻斷續(xù)地再生過濾材料，這時固體物質(zhì)至少部分轉(zhuǎn)化成氣體成分。
用這種過濾材料例如可以為各種不同的發(fā)動機(jī)(柴油機(jī)、汽油發(fā)動機(jī)等)的排氣系統(tǒng)提供顆粒過濾器，所述排氣系統(tǒng)的特征是長的使用壽命和高的效率。這里顆粒過濾器可以只由過濾材料構(gòu)成，但是過濾材料最好僅是顆粒過濾器的一部分。其中特別優(yōu)選用至少部分形成表面結(jié)構(gòu)的板層形成通道，其中過濾材料至少部分限定這種通道壁。薄板設(shè)計成使流過的廢氣和包含在其中的顆粒向過濾材料轉(zhuǎn)向。由此使流過過濾材料的顆粒(軌跡)留在過濾材料內(nèi)。
特別有利的是，至少一個上述類型的具有過濾材料和/或顆粒過濾器的廢氣處理部件內(nèi)置在一車輛內(nèi)，車輛特別是指乘用車、載重汽車、摩托艇、機(jī)動飛機(jī)等。


下面借助于附圖詳細(xì)說明本發(fā)明。其中除技術(shù)背景以外附圖還示出本發(fā)明特別優(yōu)選的實(shí)施形式，但是本發(fā)明并不局限于此。附圖表示圖1示意性示出借助旋轉(zhuǎn)刀具對金屬塊進(jìn)行的加工；圖2以透視圖示意性示出端銑刀；圖3示出加工后金屬塊的局部視圖；圖4示出帶有具有纖維的顆粒過濾器的車輛；以及圖5示出圖4中的顆粒過濾器的細(xì)節(jié)。
具體實(shí)施例方式
圖1以側(cè)視圖示意性示出一端銑刀11，該端銑刀可繞其軸線33沿旋轉(zhuǎn)方向17旋轉(zhuǎn)。端銑刀11具有一帶多個切削刃12的基體28。在所示的實(shí)施形式中，端銑刀11設(shè)計成具有4個均勻分布地設(shè)置外周上的切削刃12，但是也可以具有6個、8個、12個或更多切削刃。端銑刀11以進(jìn)給方向18相對于金屬塊2運(yùn)動，其中該相對運(yùn)動通常由金屬塊2或工件臺產(chǎn)生。在實(shí)施本方法時使切削刃12與金屬塊2進(jìn)入接合作用，其中以高度6和厚度4分離出纖維1。
圖2中以透視圖示意性示出用來制造纖維1的裝置以及方法。金屬塊2用工件接納部10固定。為了保證旋轉(zhuǎn)刀具3均勻地切入金屬塊2，所述金屬塊具有基本上對應(yīng)于刀具3的輪廓8的加工正面7。這里刀具3的輪廓8是指首先與金屬塊2進(jìn)入接合(的部分)。在所示實(shí)施方案中旋轉(zhuǎn)刀具3具有大于金屬塊2寬度30的直徑。因此這是端面銑削加工方法。這里按沿規(guī)定的加工平面的各層切削金屬塊2，這時產(chǎn)生纖維1。在圖2的左下方詳細(xì)示出了纖維1。其中特別示出了纖維1的高度6、厚度4和長度5。
圖3以橫剖視圖示出金屬塊2的兩個細(xì)部，其中特別示出在用旋轉(zhuǎn)刀具3加工后金屬塊2的表面狀況。從金屬塊2上切下纖維1在不同平面9內(nèi)進(jìn)行，所述平面相互最好具有保持不變的距離。通過用旋轉(zhuǎn)刀具3的切削刃12進(jìn)行加工產(chǎn)生不光滑的表面21，其中特別是形成所示的凸起22。
在用“A”表示的制造方案中，相鄰平面9的凸起22位于基本上垂直的直線或平面內(nèi)。這意味著，所有纖維1都制造成具有這樣的橫截面29，該橫截面在整個厚度4上具有相同的高度6。
與此不同，在用“B”表示的方法方案中，在相鄰平面9上實(shí)現(xiàn)一個錯位19。這里形成具有變化的高度6的纖維1，其中如果錯位19大致相當(dāng)于纖維1厚度的一半，則最小的高度6在纖維1厚度4的中部形成。
圖5示意性示出這種纖維1在汽車領(lǐng)域的優(yōu)選應(yīng)用。這里纖維1相互連接成一個層20，并設(shè)有涂層。所述層20布置在部分形成表面結(jié)構(gòu)的金屬薄板23之間，所述金屬薄板形成多個相互平行設(shè)置的通道24。此外金屬薄板23具有使廢氣朝過濾材料13或纖維層20轉(zhuǎn)向的微結(jié)構(gòu)27。這里廢氣首先沿流動方向32流入通道24，并由于微結(jié)構(gòu)27轉(zhuǎn)向，從而使包含在其中的炭黑25沉積在層20內(nèi)。炭黑20可連續(xù)地再生。
圖4中所示的細(xì)部示出顆粒過濾器14，它安裝在機(jī)動車輛15的汽車內(nèi)燃機(jī)26的排氣系統(tǒng)31內(nèi)(見圖4)。在顆粒過濾器14之前，即在內(nèi)燃機(jī)26和顆粒過濾器14之間，設(shè)置另一廢氣處理部件16，例如一氧化催化器，該催化器使包含在廢氣中的氮氧化物轉(zhuǎn)化，以使顆粒過濾器14內(nèi)的炭黑能連續(xù)地再生。
附圖標(biāo)記表1纖維2金屬塊3刀具4厚度5長度6高度7加工正面8輪廓9平面10工件接納部11端銑刀 12切削刃13過濾材料 14顆粒過濾器15車輛 16廢氣處理部件17旋轉(zhuǎn)方向 18進(jìn)給方向19錯位 20層21表面 22凸起23金屬薄板 24通道25炭黑 26內(nèi)燃機(jī)27微結(jié)構(gòu) 28基體29橫截面 30寬度31排氣系統(tǒng) 32流動方向33軸線
權(quán)利要求
1.用來制造金屬纖維(1)的方法，至少包括以下步驟a)提供至少一個金屬塊(2)；b)借助于切削加工方法通過采用至少一把旋轉(zhuǎn)刀具(3)切下纖維(1)。
2.按權(quán)利要求1的方法，其特征在于，步驟(b)借助于端銑刀進(jìn)行。
3.按權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于，切下厚度(4)在10μm至100μm[微米]范圍內(nèi)的纖維(1)。
4.按上述權(quán)利要求之任一項(xiàng)的方法，其特征在于，切下長度(5)在1mm至50mm[毫米]范圍內(nèi)的纖維(1)。
5.按上述權(quán)利要求之任一項(xiàng)的方法，其特征在于，切下高度(6)在10μm至100μm[微米]范圍內(nèi)的纖維(1)。
6.按上述權(quán)利要求之任一項(xiàng)的方法，其特征在于，所述至少一把刀具(3)以可預(yù)先規(guī)定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，并以可預(yù)先規(guī)定的進(jìn)給量相對于所述至少一個金屬塊(2)運(yùn)動，其中這樣來選擇所述轉(zhuǎn)速和進(jìn)給量，即，使纖維(1)至少在其長度(5)的50％上具有一致的厚度(4)。
7.按上述權(quán)利要求之任一項(xiàng)的方法，其特征在于，所述至少一個金屬塊(2)具有一基本上對應(yīng)于刀具(3)的輪廓(8)的加工正面(7)。
8.按上述權(quán)利要求之任一項(xiàng)的方法，其特征在于，切削加工在相鄰接的平面(9)內(nèi)順序進(jìn)行，其中所述至少一把旋轉(zhuǎn)刀具(3)在相鄰接的平面(9)內(nèi)錯開地接合作用到所述至少一個金屬塊(2)內(nèi)。
9.用來制造過濾材料(13)的方法，其特征在于，首先按上述權(quán)利要求之任一項(xiàng)制造纖維(1)，接著利用接合技術(shù)使所述纖維相互連接，這時形成透氣的層(20)。
10.裝置，包括一用來固定至少一個金屬塊(2)的工件接納部(10)和至少一把旋轉(zhuǎn)的刀具(3)，為了實(shí)施按上述權(quán)利要求之任一項(xiàng)的方法，可使所述刀具與所述至少一個金屬塊(2)接合作用，所述至少一把旋轉(zhuǎn)刀具(3)包括一多切削刃的銑刀，特別是端銑刀(4)。
11.用按權(quán)利要求1至8之任一項(xiàng)的方法或用按權(quán)利要求10的裝置制造的纖維(1)。
12.至少部分包括按權(quán)利要求11的或按權(quán)利要求9制造的纖維(1)的過濾材料(13)。
13.包括按權(quán)利要求12的過濾材料(13)的顆粒過濾器(14)。
14.至少具有至少一個帶按權(quán)利要求12的過濾材料(13)的廢氣處理部件(16)或至少一個按權(quán)利要求13的顆粒過濾器(14)的機(jī)動車輛。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種借助于切削加工方法通過采用至少一把旋轉(zhuǎn)刀具(3)制造金屬纖維(1)的方法。此外還涉及一種包括這種纖維的過濾材料及其制造方法、一種由此形成的顆粒過濾器以及相應(yīng)地配備的機(jī)動車輛。
文檔編號B01D39/20GK1993202SQ200580026671
公開日2007年7月4日 申請日期2005年8月3日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月6日
發(fā)明者R·布呂科, J·霍格森, T·黑里希, P·希爾特 申請人:排放技術(shù)有限公司