專利名稱：具有防擴散結構的板層以及包括至少一個這種板層的金屬蜂窩體的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及金屬蜂窩體的領域，這種金屬蜂窩體尤其用在機動車和內燃機的廢氣凈化設備中。典型地，金屬蜂窩體通過卷繞或堆疊板層制成，其中，基本上平滑的板層與波狀或類似結構化的板層交替。由此形成允許廢氣穿過的通道，所述通道具有與相應應用相匹配的尺寸和形狀。用于廢氣凈化設備的典型蜂窩體每平方英寸橫截面積具有50至 IOOOcpsi (cells per square inch)，即50至1000個通道。特別優(yōu)選這種蜂窩體設置有涂層，所述涂層具有催化活性特性和/或吸附特性。在排氣系統(tǒng)中，用于凈化廢氣的蜂窩體經歷高的機械和熱交變負荷，因此，板彼此間焊接，大多通過高溫真空焊接?，F(xiàn)代金屬蜂窩體不是在平滑板層與結構化板層之間的全部連接線上彼此焊接，而是根據(jù)對彈性和穩(wěn)定性的要求而定按照確定的焊接方案僅在選定的部位上連接，由此，它們的壽命可極大提高。
背景技術：
然而，典型的焊接過程中使用很高的溫度，例如1100°C以上的溫度，以致在板的接觸部位之間形成擴散連接一即使在那里不存在焊接材料，由此，蜂窩體得不到確定的焊接方案所期望的特性，有時過硬且無彈性。因此開發(fā)出不同的方法，以便能在完全確定的選定部位上施加焊料并且在未焊接的部位上不允許擴散連接。擴散連接的避免可能需要相對昂貴的附加預氧化過程或其它用于產生鈍化層的附加加工步驟和/或需要使用僅確定的材料。另外，現(xiàn)有技術中已知平滑的和/或波狀的板層在金屬蜂窩體中設置微結構。這么做的一種可能原因是影響蜂窩體中的流動，因為確定尺寸的微結構會導致廢氣流產生渦流以及比在層流的情況下更好地混合。這種微結構例如已在EP 0784507B1中描述。由WO 02/090734也公知了一種結構，所述結構允許板層更好地相互滑動，這在制造過程中可具有優(yōu)點。該文獻還描述了通過明確分界的焊接連接實現(xiàn)的優(yōu)點。由WO 97/35683也公知了一種微結構，尤其是作為波狀的板的波峰上的壓制部， 所述微結構在此情況下應允許在連接線上置入期望量的焊料。例如，根據(jù)WO 2005/107992A1或WO 2005/021198A1，可承受高應力的蜂窩體可以
完全有目的地在確定的部位印刷上膠或結合劑，這在確定和實施即使復雜的焊接方案中允許所述方法以前還未公知的精度。盡管存在用于在平滑和結構化尤其是波狀的板層之間建立更精確確定的小面積的焊接連接的所述可能性，但附加的擴散連接的問題在某些情況下不能令人滿意地得到解決。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于至少部分地解決關于現(xiàn)有技術描述的問題，并且尤其是給出具有微結構的基本上平滑的板層(金屬板層)，所述微結構在此也被稱為防擴散結構，所述微結構允許在所述板層與鄰接的結構化的板層之間按照完全確定的焊接方案建立焊接連接，而不產生附加的延展的擴散連接，即使使用高的焊接溫度。本發(fā)明還給出一種使用至少一個這樣的板制造的蜂窩體。使用根據(jù)權利要求1的板層和根據(jù)權利要求6的蜂窩體可實現(xiàn)所述目的。從屬權利要求和說明書中給出了可單獨或彼此組合地使用的有利構型。根據(jù)本發(fā)明的板層由耐高溫腐蝕的鋼制成，所述鋼尤其具有鉻和鋁成分，所述板層具有縱向方向，并具有上側和下側以及0. 015至0. 1mm、優(yōu)選0. 02至0. 06mm的厚度，其中，該板層具有沿著縱向方向或相對于縱向方向呈銳角延伸的不連續(xù)的(中斷的)微結構。所述微結構具有結構高度、在半個結構高度上在外部測量的結構長度和在半個結構高度上在外部測量的結構寬度，所述微結構彼此間到下一個大致在其縱向方向上對齊的微結構具有在半個結構高度上測量的縱向距離(間隔)，該縱向距離通過中斷部形成，所述微結構還分別到側向(橫向)相鄰的下一個微結構具有在結構中心之間測量的側向距離。在此，微結構部分地朝上側以及部分地朝下側從板層伸出地構造。此外，微結構這樣間隔開、設置和構造，S卩，使得每個垂直于縱向方向橫跨板層延伸的理論直線與至少兩個朝上側以及兩個朝下側伸出的微結構相交。存在下列關系-結構高度取值為0.02至0. 1mm，優(yōu)選0. 06至0. 08謹，-結構長度取值為2至10_，優(yōu)選4至6_，-結構寬度取值為0.2至1mm，優(yōu)選大約0. 5mm,-到下一個大致在其縱向方向上對齊的微結構的縱向距離(大致沿縱向方向對齊的兩個最接近的微結構之間的縱向距離)大于2mm，優(yōu)選4至8mm，-側向距離取值為1至10謹，優(yōu)選2至6謹。盡管存在微結構，這樣結構化的板層基本上是平滑的并且由于微結構之間的中斷部以及由于結構高度小而對金屬的蜂窩體的常規(guī)制造過程而言也足夠柔性。微結構在交替地堆疊或卷繞根據(jù)本發(fā)明的具有結構化尤其是波狀的板層時使得僅在波狀的板層與平滑的板層之間形成精確確定的接觸部位?，F(xiàn)在可從所述接觸部位中選擇按照預定的焊接方案通過施加焊料和實施焊接過程而應彼此連接的接觸部位。由于微結構避免其它部位之間接觸的事實，將不會產生不期望的線形的擴散連接，由此可以更好再現(xiàn)地制造具有精確確定的特性的蜂窩體。權利要求1中給出的尺寸的組合對于本發(fā)明的功能是重要的。雖然存在每個單個數(shù)值的一定的變化范圍，但需要微結構的確定的最小高度，以便實際上在未結構化的板層中不可接觸并且由此不存在擴散連接。另一方面，微結構不允許過高，因為板層的剛度隨著微結構的高度增大。微結構之間的中斷部也有助于柔性。在堆疊或卷繞根據(jù)本發(fā)明的板層與相鄰的波狀的板層時，需要波峰不直接線形地靠置在板層的上側或下側上，因為這恰恰可能導致不期望的延展的擴散連接。因此，防擴散結構必須這樣設置，使得每個相鄰的波部確定地靠置在至少兩個微結構上。為此，微結構必須部分地朝板層的上側并且部分地朝下側構造，并且它們必須在縱向方向上如此長并且在不同的列中彼此相對錯開地設置，以使得所述條件可得到滿足。盡管原則上即使在雜亂地設置微結構的情況下也可考慮所述條件，但實際的制造方法導致在相鄰的列中周期性地設置微結構，但其中在列、圖案的數(shù)量方面以及在微結構的長度和距離方面存在相對大的自由一微結構以所述列和圖案朝上側以及朝下側來構造。借助于附圖還要詳細描述典型的實施例。因此，在一個優(yōu)選實施形式中，微結構大致相對于縱向方向平行地設置在列中，一個列中的兩個微結構之間的縱向距離取值為2至8mm，優(yōu)選4至6mm。根據(jù)本發(fā)明，微結構優(yōu)選通過壓制制造，尤其是以單個壓制步驟壓制。壓制是一種易于集成在蜂窩體的公知制造過程中的相對廉價的方法。優(yōu)選至少一個列中的全部微結構朝上側構造，而至少一個相鄰的列中的全部微結構朝所述下側伸出。最有利的是，朝上側以及朝下側伸出的微結構的多個這樣的列構造在平滑的板層上。作為替換方案，一個列中的微結構也可交替地朝上側以及朝下側伸出，由此，尤其是得到朝上側以及朝下側伸出的微結構的棋盤形分布。如已經描述的那樣，微結構之間的中斷部對于根據(jù)本發(fā)明的板層的柔性是有利的，盡管這些中斷部使得必須將屬于不同列的微結構布置成在縱向方向上彼此相對錯開， 優(yōu)選彼此相對錯開小于或等于結構長度的值。這樣，可避免產生不存在微結構并且相鄰板層的波峰在其整個長度上可能與平滑的板層接觸的區(qū)域。所提出的目的也通過一種焊接(釬焊，硬釬焊)的蜂窩體來實現(xiàn)，該蜂窩體尤其用于廢氣催化劑，該蜂窩體通過交替卷繞和/或堆疊基本上平滑的板層和波狀的板層形成，其中，平滑的板層中的至少一個構造有如上所述的微結構，其中，在波狀的板層與平滑的板層之間基本上僅在波狀的板層與微結構的接觸部位上存在焊接連接?？砂凑宅F(xiàn)有技術由平滑的板層和結構化的板層制造的蜂窩體的全部結構形式也可在使用此處所述的具有防擴散結構的板層的情況下按照公知方法制造。通常也可使用迄今公知的焊接方法，但特別有利的是，使用高精度的選擇性的焊接方法，尤其是例如在WO 2005/021198A1或WO 2005/107992A1中描述的方法。在此，由于現(xiàn)有技術中已經實現(xiàn)的高的焊接材料置放精度， 可在期望的部位上焊接結構化的板層的結構和/或在期望的部位上焊接根據(jù)本發(fā)明的具有微結構的平滑的板層的波峰。這樣，首先按照預給定的方案分別在小于約Imm2的面積上產生設置有膠的接觸部位，所述接觸部位接著可被加載粉末焊料(焊劑)并且在常用的焊接過程焊接。與現(xiàn)有技術不同的是，通過根據(jù)本發(fā)明的板層在蜂窩體中的未焊接的部位上不產生不期望的延展的擴散連接。用于確定的負荷形式和特性的已經存在或將來制定的焊接方案可以由此以高的精度并且在無干擾性附加擴散連接的情況來實現(xiàn)，由此，對于極端負荷的應用也可實現(xiàn)金屬的蜂窩體的品質和壽命。一方面，雖然在無焊料的接觸部位上可能產生擴散連接，但這可通過使用微結構的合適的圖案降低到很小程度。另一方面，非常小的面積的擴散連接對蜂窩體的特性無關緊要，因為所述擴散連接在拉力或剪切力小的情況下破裂，在線形較長連接的情況下并非如此。優(yōu)選通過合適的粘結方法實現(xiàn)產生焊接的接觸部位9的多個相鄰的對(產生多對相鄰的焊接的接觸部位)，其間隔的距離小于5mm、優(yōu)選小于3mm，但是，其中，屬于一個對的接觸部位沿著一個波峰靠置在不同的微結構上。通過分別與兩個或三個相鄰連接部位焊接的焊接方案，可靠性得到提高，由此，即使存在各個生產誤差，也按照期望的分布形成足夠好的連接。盡管存在防擴散結構，但由于所述防擴散結構的結構高度小，在蜂窩體中在平滑的板層與波狀的板層之間不產生在后面涂覆水洗涂層和/或催化活性材料時會產生干擾的間隙。


在部分示意性的視圖中借助于附圖詳細描述本發(fā)明的實施例以及技術領域，但本發(fā)明并不局限于所述實施例。在附圖中圖1示出在制造蜂窩體期間所述蜂窩體的示意性視圖，該蜂窩體具有根據(jù)本發(fā)明的帶防擴散結構的板層，圖2示出沿線II-II剖切圖1的示意性剖面圖，以及圖3示出貫穿微結構的放大的橫剖面。
具體實施例方式圖1示意性地示出還未完全卷繞的蜂窩體10，該蜂窩體包括至少一個根據(jù)本發(fā)明的基本上平滑的板層1，該板層具有上側2和下側3，該板層在縱向方向Q上延伸?？v向方向Q橫向于蜂窩體10的后來的穿流方向S。該板層1設置有朝上側伸出的微結構4和朝下側伸出的微結構5。如可從下面的圖中更詳細地看到的，微結構4、5具有結構高度SH、在半個結構高度SH上在外部測量的結構長度SL以及在半個結構高度SH上在外部測量的結構寬度SB，所述微結構以在半個結構高度SH上在外部沿縱向方向Q測量的縱向距離LA彼此間隔開，所述縱向距離通過中斷部6形成。在微結構4、5之間存在側向距離SA，該側向距離是相對于距離最近的相鄰微結構列在結構的中心之間測量的。第一列Rl中的微結構4全部朝板層1的上側2構造，而第二列R2中的微結構5全部朝板層1的下側3構造。這些列的這種布置以朝上側2以及朝下側3交替取向的微結構4、5周期性重復。在此，至少朝相同側取向的列的微結構4、5在縱向方向Q上彼此相對錯開，確切地說，每個任意的相對于縱向方向Q橫向地在板層1上延伸的理論直線G與至少兩個朝上側以及兩個朝下側伸出的微結構4、5相交，在此僅示出一條理論直線。這使得相鄰的波狀的板層8的波峰11在后來不可處于微結構4、5之間。結構長度SL可有利地選擇得比相鄰的波狀的板層8的兩個波峰之間的間距大，由此可保證可實現(xiàn)幾乎任意期望的焊接方案。圖2示出根據(jù)本發(fā)明的基本上平滑的板層1中的防擴散結構的設置。朝上側2構
造的微結構4與朝下側3構造的微結構5交替，其中，微結構4、5設置在列R1、R2........
Rn中。含有朝一側伸出的微結構4、5的列在縱向方向上彼此相對偏移，優(yōu)選相對偏移一比微結構的結構長度SL小的值。圖3中以放大的比例示出微結構4、5的尺寸標注和大致的尺寸比例。因為尤其是在壓制時不可能使微結構4、5呈現(xiàn)理想的平行六面體形式，所以尺寸標注以適合的參考點為基礎。結構高度SH示出微結構4、5隆起超過板層1的表面的程度。像結構長度SL和相對于最接近的對齊的微結構4、5的縱向距離LA那樣，適當?shù)卦谕獠吭谖⒔Y構4、5的半個高度上定義結構寬度SH?？筛菀椎卦谖⒔Y構4、5的中心之間定義到相鄰的下一個微結構 4、5的側向距離SA。在將粘接劑和焊接材料施加到根據(jù)本發(fā)明的蜂窩體時，例如，如W02005/021198A1 中所描述的那樣，將粘合劑以粘合劑滴的形式施加在波狀的板層8上。粘合劑施加在直接與波峰11相鄰的區(qū)域中。即如果蜂窩體由波狀的板層8和基本上平滑的板層1構成，則在卷繞或盤繞層1、8時層1、8彼此相對運動。這使得波狀的板層8在基本上平滑的板層1上滑動。如果現(xiàn)在將粘合劑直接施加在波峰11上，則這使得層1、8之間的滑動摩擦提高并且使粘合劑被涂抹。但波狀的板層8與根據(jù)本發(fā)明的蜂窩體的微結構4、5之間的接觸部位必須彼此連接。因此必須這樣施加粘合劑，使得在蜂窩體卷繞或堆疊之后在波狀的板層8的波峰與微結構4、5之間的接觸部位附近可獲得粘合劑。因此，施加粘合劑的區(qū)域沿著波峰 11應比兩個供接觸的微結構4、5的側向距離SA延展得大，以便至少一個接觸部位一優(yōu)選兩個相鄰的接觸部位一可以被容易地施加焊料并焊接。這通過施加粉末焊料以及隨后的焊接來進行。在波狀的板層8與微結構4、5之間接觸時，繞接觸部位9形成穩(wěn)定的楔形焊接區(qū)域。但也可使用具有類似結果的其它粘接和焊接方法。 本發(fā)明允許即使用復雜的焊接方案也可精確再現(xiàn)地由波狀的和基本上平滑的板制造金屬蜂窩體，而不形成干擾性的附加線形擴散連接。由此，蜂窩體可精確地與確定的應用相匹配，這提高了蜂窩體的壽命。附圖標記列表
1基本上平滑的板層
2板層1的上側
3板層1的下側
4朝上側2伸出的微結構
5朝下側3伸出的微結構
6中斷部
7峰背
8波狀的板層
9接觸部位
10蜂窩體
11波峰
d板厚度
Q縱向方向
S蜂窩體10的穿流方向
G理論直線
SH結構高度
SL結構長度
SB結構寬度
LA縱向距離
SA側向距離。
權利要求
1.一種板層(1)，由耐高溫腐蝕的鋼制成，該鋼尤其含有鉻和鋁成分，所述板層具有縱向方向⑴)，并具有上側⑵和下側⑶以及0.015mm至0. 1mm、優(yōu)選0. 02mm至0. 06mm的厚度(d)，其中，所述板層(1)具有沿縱向方向(Q)或者相對于該縱向方向(Q)呈銳角延伸的不連續(xù)的微結構G，5)，其特征在于下列特征a.所述微結構G，5)具有結構高度(SH)、在半個結構高度上在外部測量的結構長度(SL)、在半個結構高度上在外部測量的結構寬度(SB)、通過中斷部(6)形成并且相對于大致沿縱向方向對齊的最靠近的微結構(4，5)在半個結構高度上測量的彼此之間的距離(LA)以及相對于最接近的側向相鄰的微結構(4，5)在結構中心之間測量的側向距離 (SA)；b.所述微結構(4，5)設計成一部分微結構朝向所述上側(2)從所述板層(1)伸出并且一部分微結構朝向所述下側(3)從所述板層伸出；c.所述微結構G，5)以這樣的方式間隔開、布置和構造，即，使得每個垂直于所述縱向方向(Q)橫跨所述板層(1)延伸的理論直線(G)與至少兩個朝向上側(2)伸出的微結構 (4,5)以及至少兩個朝向下側(3)伸出的微結構(4，5)相交；其中，d.存在下列關系-所述結構高度(SH)取值為0. 02mm至0. Imm,優(yōu)選0. 06mm至0. 08mm,-所述結構長度(SL)取值為2mm至10mm，優(yōu)選4mm至6mm，-所述結構寬度(SB)取值為0. 2mm至1mm，優(yōu)選約0. 5mm,-相對于大致在縱向方向上對齊的最靠近的微結構的縱向距離(LA)取值為大于2mm， 優(yōu)選4mm至8mm,-到側向相鄰的下一個微結構(4，5)的所述側向距離(SA)取值為Imm至10mm，優(yōu)選 2mm 至 6mm。
2.根據(jù)權利要求1的板層(1)，其特征在于所述微結構(4，5)大致與所述縱向方向(Q)平行地成列(R1，R2，......，Rn)布置；一個列中的兩個微結構之間的縱向距離(LA)取值為2mm至8mm，優(yōu)選4mm至6mm。
3.根據(jù)權利要求1或2的板層(1)，其特征在于所述微結構(4，5)是壓制的，優(yōu)選以單個壓制步驟壓制。
4.根據(jù)權利要求2或3的板層(1)，其特征在于至少一個列(Rl)中的全部微結構⑷ 都朝向所述上側(2)伸出，而至少一個相鄰的列(R2)中的全部微結構都朝向所述下側(3)伸出。
5.根據(jù)權利要求2至4之一的板層(1)，其特征在于屬于不同列(R1，R2，R3，......，Rn)的微結構(4，5)在縱向方向(Q)上彼此相對錯開，優(yōu)選彼此相對錯開小于或等于所述結構長度(SL)的值。
6.一種焊接的蜂窩體(10)，尤其用于機動車的廢氣凈化系統(tǒng)，該蜂窩體由基本上平滑的板層(1)和波狀的板層(8)交替卷繞和/或堆疊而成，其中，平滑的板層(1)中的至少一個構造有根據(jù)上述權利要求之一的微結構G，5)，其中，在所述波狀的板層(8)與所述平滑的板層(1)之間基本上僅在所述波狀的板層(8)與所述微結構G，5)的接觸部位(9)上存在焊接連接。
7.根據(jù)權利要求6的焊接的蜂窩體(10)，其特征在于存在焊接的接觸部位(9)的多個相鄰的對，相鄰的對之間的間隔小于5mm，優(yōu)選小于3mm，其中，屬于一個對的接觸部位沿著一個波峰(11)靠置在不同的微結構(4，5)上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有防擴散結構并由耐高溫腐蝕的鋼制成的板層(1)，該板層具有縱向方向(Q)、上側(2)、下側(3)以及0.015至0.1mm的厚度(d)，其中，該板層(1)具有大致沿縱向方向(Q)延伸的不連續(xù)的微結構(4，5)并具有下列特征a.所述微結構(4，5)具有結構高度(SH)、結構長度(SL)、結構寬度(SB)、通過中斷部(6)形成并且相對于大致沿縱向方向對齊的最靠近的微結構(4，5)的彼此間的距離(LA)以及最接近的側向相鄰的微結構(4，5)之間的側向距離(SA)；b.所述微結構(4，5)設計成一部分微結構朝向上側(2)并且一部分朝向下側(3)從板層(1)伸出；c.所述微結構(4，5)間隔、布置和構造成使得每個垂直于縱向方向(Q)橫跨板層(1)延伸的理論直線(G)與至少兩個朝向上側(2)伸出的微結構(4，5)以及至少兩個朝向下側(3)伸出的微結構(4，5)相交；其中，d.存在下列關系結構高度(SH)為0.02至0.1mm、優(yōu)選0.06至0.08mm，結構長度(SL)為2至10mm、優(yōu)選4至6mm，結構寬度(SB)為0.2至1mm、優(yōu)選約0.5mm，相對于大致在縱向方向上對齊的最靠近的微結構的縱向距離(LA)為大于2mm、優(yōu)選4至8mm，到側向相鄰的下一個微結構(4，5)的側向距離(SA)為1至10mm，優(yōu)選2至6mm。
文檔編號F01N3/28GK102414410SQ201080017879
公開日2012年4月11日 申請日期2010年4月20日 優(yōu)先權日2009年4月24日
發(fā)明者F·庫爾斯, K·阿爾特赫費, L·維爾斯, M·福伊特, S·瑟里格爾 申請人:排放技術有限公司