具有多個與連接銷電連接的板層的能電加熱的蜂窩體的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種蜂窩體(14)，具有多個板層(1、2、3、4)，該板層共同形成一個中央的導(dǎo)電的電流路徑(23)并且與連接銷(12)電連接，其中，所述蜂窩體(14)具有確定內(nèi)圓周(I)的金屬外殼(7)，連接銷(12)在套管(10)中被電絕緣地穿過該金屬外殼導(dǎo)引，和其中，板層(1、2、3、4)是交替布置的、具有粗糙結(jié)構(gòu)的板層(2)和具有精細(xì)結(jié)構(gòu)的或平滑的板層(1)，它們共同形成堆垛(5)，該堆垛具有最上方的板層(3)和最下方的板層(4)，該堆垛具有在板層(1、2、3、4)之間的能夠由氣體沿軸向方向(A)流過的通道(15)。本發(fā)明的特征在于，所述連接銷(12)沿徑向方向(R)延伸并且與至少兩個板層(1、2、3、4)、優(yōu)選與所有板層通過特別由電阻焊接法制成的導(dǎo)電連接部(13)直接以金屬方式連接或者通過至少一個中間部件(9)以金屬方式連接，其中，中央電流路徑(23)在連接區(qū)域(6)中的每單位長度的電阻比中央電流路徑在堆垛(5)中的每單位長度的平均電阻大最高10％。所述堆垛(5)中的最上方的板層(3)在至少35％、優(yōu)選至少40％的內(nèi)圓周(I)上近似平行于金屬外殼(7)延伸并且在那里通過氣隙(8)與該金屬外殼分隔開。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)簡單地制造運(yùn)行安全并且能夠非常均勻地電加熱的蜂窩體(14)。
【專利說明】具有多個與連接銷電連接的板層的能電加熱的蜂窩體

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于能夠電加熱的蜂窩體的領(lǐng)域，特別用于優(yōu)選在機(jī)動車中的內(nèi)燃機(jī)的廢氣處理系統(tǒng)。需要能夠電加熱的蜂窩體例如用于加熱廢氣凈化系統(tǒng)中的部件，以便由此達(dá)到對于特定的化學(xué)反應(yīng)、特別是也對于催化活性反應(yīng)的特定的最低溫度。其應(yīng)用在廢氣催化器、微粒過濾器或用于減少氮氧化物的設(shè)備中。

【背景技術(shù)】
[0002]這種能夠電加熱的蜂窩體的典型的結(jié)構(gòu)形式例如在WO 96/10127中描述。EP1967712B1也描述了能夠電加熱的蜂窩體的構(gòu)造。在這兩篇文獻(xiàn)中提供了把這種能夠電加熱的蜂窩體支承在相鄰地布置的蜂窩體上的可能方式。
[0003]為了能提供對于電加熱足夠高歐姆的電阻，典型的能電加熱的蜂窩體由一個堆垛的多個板層形成，所述板層共同形成至少一個中央的導(dǎo)電的電流路徑并且因此這樣構(gòu)造，即它們形成能夠由氣體沿軸向方向流過的通道。典型地，為此把具有粗糙結(jié)構(gòu)的和具有精細(xì)結(jié)構(gòu)的或平滑的金屬片一例如總共五至十五個金屬片一交替地彼此層疊。通過堆垛以S形狀沿相反方向交織在一起，這樣形成該堆垛:該堆垛填充了圓形的或橢圓形的橫截面，其中，堆垛的相鄰的盤繞體必須彼此電絕緣的。這可以通過絕緣層或通過電絕緣的氣隙實現(xiàn)，其中，氣隙在運(yùn)行時劇烈熱膨脹的情況下能夠由此被穩(wěn)定，即堆垛的盤繞體借助支承銷固定在相鄰的蜂窩體上并且由此保持在其位置上。通過這種方式也可以沿軸向方向穩(wěn)定相對較短的能夠電加熱的蜂窩體，例如具有僅I至5cm的軸向延展尺寸的盤形的蜂窩體。
[0004]業(yè)已證明的是，對于能夠電加熱的蜂窩體的穩(wěn)定性和電性能有利的是，該蜂窩體由交替的具有粗糙結(jié)構(gòu)的板層和具有精細(xì)結(jié)構(gòu)的板層構(gòu)成，特別由具有小的第一波紋高度和小的第一波紋長度的精細(xì)的第一波紋的板層和由具有第二粗糙的結(jié)構(gòu)、特別具有大的第二波紋高度和大的第二波紋長度的第二波紋的板層構(gòu)成。優(yōu)選地，波紋層在堆垛內(nèi)在其接觸點上相互焊接在一起。
[0005]然而，堆垛與外部電源的電連接是存在問題的。由于交織的可導(dǎo)電的堆垛必須被布置在金屬套管的內(nèi)部，因此需要通向堆垛的、至少一個與套管電絕緣的供給管線，其中典型地應(yīng)通過堆垛傳導(dǎo)這樣高的電流強(qiáng)度，使得在接觸區(qū)域中電流在堆垛的各板層上的盡可能均勻的分布也是值得期望的或者甚至為了避免損壞而是必需的。
[0006]在連接區(qū)域中的每單位長度的電阻不允許相對于在堆垛的其余的延伸中每單位長度的電阻過高，以便連接區(qū)域不會由于歐姆電阻而過于強(qiáng)烈地加熱。這是重要的，因為一方面外部的電連接不允許過熱，而另一方面特別在連接區(qū)域中不能通過流過的廢氣像在堆垛的其余延伸中那樣以相同的程度確保冷卻。
[0007]在由現(xiàn)有技術(shù)已知的實施方式中，因此典型地存在的是電流分配結(jié)構(gòu)，堆垛的各板層終止于該電流分配結(jié)構(gòu)上，其中，電流分配結(jié)構(gòu)又通過絕緣地經(jīng)過蜂窩體的金屬外殼導(dǎo)引的連接銷接觸。在所述結(jié)構(gòu)形式中典型的電流分配結(jié)構(gòu)是一種半殼，該半殼平行于金屬外殼延伸并且在各板層上終止和以金屬方式連接、特別是焊接。該半殼又必須通過絕緣層與蜂窩體的金屬外殼電絕緣。這可以通過氣隙實現(xiàn)，然而對此必需的是，半殼同樣被穩(wěn)定在其位置上，這優(yōu)選地通過額外的支承銷實現(xiàn)，其中也在此始終必須考慮在其上進(jìn)行支承的結(jié)構(gòu)的電絕緣。
[0008]在能夠電加熱的蜂窩體的情況下，接觸的問題出現(xiàn)在至少在堆垛的一個端部上，也就是說當(dāng)堆垛的另一端部能夠被直接連接在金屬外殼上時，則接觸發(fā)生問題。如果堆垛的兩個端部不應(yīng)接地，則堆垛的兩個端部必須被相應(yīng)地接觸。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的在于，至少部分地解決與現(xiàn)有技術(shù)相關(guān)地描述的技術(shù)問題并且特別提供一種蜂窩體，具有多個板層(金屬片層)在連接銷上的電連接，該蜂窩體能夠簡單地且價格低廉地制造，盡可能避免了電流分配結(jié)構(gòu)并且特別在沒有金屬外殼與金屬片堆垛之間的半殼的情況下能夠?qū)崿F(xiàn)能夠電加熱的蜂窩體的穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。
[0010]根據(jù)權(quán)利要求1的蜂窩體用于實現(xiàn)該目的。從屬權(quán)利要求中描述了有利的設(shè)計方案，其中，這些設(shè)計方案可被以技術(shù)上合理的方式相互組合。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的蜂窩體具有多個與連接銷電連接的、共同形成至少一個中央的導(dǎo)電的電流路徑的板層，所述蜂窩體具有帶有內(nèi)圓周的金屬外殼，連接銷在套管中被電絕緣地穿過該金屬外殼導(dǎo)引。在此，板層是交替布置的、具有粗糙結(jié)構(gòu)的板層和具有精細(xì)結(jié)構(gòu)的或平滑的板層，它們共同形成堆垛，該堆垛具有最上方的板層和最下方的板層，該堆垛具有在板層之間的、能夠由氣體沿軸向方向流過的通道。所述連接銷沿徑向方向穿過金屬外殼延伸并且與至少兩個板層、優(yōu)選至少一半的板層、特別是所有板層通過導(dǎo)電連接部、特別是通過電阻焊接直接連接或者通過至少一個中間部件以金屬方式連接，其中，中央的電流路徑在連接區(qū)域中的每單位長度的電阻比中央的電流路徑在堆垛中的每單位長度的平均電阻大最聞10%。
[0012]盡管把相對較厚的連接銷與多個(與其相比)相對較薄的、也還能夠被結(jié)構(gòu)化的板層連接顯得比較困難，但是業(yè)已證明的是，與兩個或多個彼此相疊設(shè)置的或被擠壓在一起的板層的直接連接不僅是可能的，而且甚至?xí)鸲讯獗环浅７€(wěn)固地固定住。這又實現(xiàn)了在堆垛和金屬外殼之間的氣隙的穩(wěn)定的形成，而不需要進(jìn)行穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)、如半殼或電流分配結(jié)構(gòu)。兩個或多個與連接銷連接的板層實際上終止于同一位置上，也就是說不是彼此間隔地連接在電流分配結(jié)構(gòu)上。在連接區(qū)域中，在中央的電流路徑近似平行于堆垛延伸之前，中央的電流路徑從連接銷出發(fā)可能彎曲地或不規(guī)則地形成。這也可以被視為對連接區(qū)域的限定，因此連接區(qū)域恰好是位于連接銷附近的區(qū)域，在該區(qū)域中，中央電流路徑還沒有基本上平行于堆垛延伸和/或具有與在堆垛的其它延伸中不同的每單位長度的電阻。要指出的是，電流路徑必須總體上這樣構(gòu)造，即電流路徑不具有部分區(qū)域，在該部分區(qū)域中，電阻與在那里在運(yùn)行時流過的電流相比過高從而使得存在過熱或甚至結(jié)構(gòu)熔化的危險。這是在構(gòu)造連接區(qū)域時的一個重要方面。雖然在局部產(chǎn)生的歐姆熱量可以被載一定限度上排出到相鄰區(qū)域或周圍氣體一特別是當(dāng)蜂窩體由氣體流過時，然而在所有運(yùn)行條件下避免特別熱的區(qū)域恰好在連接銷附近是值得期待的。
[0013]連接銷優(yōu)選地是一種(剛性的)銷，該銷用于把電流從例如連接電纜導(dǎo)引到板層。即使基本上可以在蜂窩體中設(shè)置多個連接銷，然而具有單獨的連接銷(對應(yīng)于一個堆垛的每個電接觸)的設(shè)計方案仍是優(yōu)選的。在此，該連接銷優(yōu)選地在金屬外殼兩側(cè)并且穿過設(shè)計在其中的套管延伸。套管可以是金屬外殼中的匹配于連接銷的橫截面或形狀的開口。套管特別這樣設(shè)計，使得不會有氣體在連接銷與金屬外殼之間泄漏，必要時是在使用密封材料的情況下。此外，可以設(shè)計為，在套管之中/之上設(shè)置至少一個保持元件或運(yùn)動補(bǔ)償元件，使得連接銷即使在高的熱載荷和/或動力載荷的情況下也能通過這些輔助手段安全地固定住。
[0014]在板層的設(shè)計方案中可以使用不同的基本形狀。如果沒有結(jié)構(gòu)被壓入板層中，這也通常是指平滑的板層，即使當(dāng)其在金屬外殼中整體上例如以S形、螺旋形、U形等彎曲/盤繞地布置時。如果板層具有被壓入的結(jié)構(gòu)(波紋、階梯、突起部等)，則板層被稱為結(jié)構(gòu)化的板層。如果板層應(yīng)設(shè)有不同的結(jié)構(gòu)，那么具有較大的結(jié)構(gòu)化(在結(jié)構(gòu)高度/波紋高度方面橫向于板層和/或在結(jié)構(gòu)寬度/波紋長度方面)的板層被稱為“具有粗糙結(jié)構(gòu)的”，而具有(與其相比)較小的結(jié)構(gòu)化的板層被稱為“具有精細(xì)結(jié)構(gòu)的”?？赡艿氖?，蜂窩體的所有板層都形成一個(單獨的)或多個堆垛，它們隨后彼此電絕緣地布置。
[0015]借助(結(jié)構(gòu)化的)板層可以形成通道，因此氣流可以穿透蜂窩體。由于該氣流在第一端側(cè)上進(jìn)入，而在第二端側(cè)上流出，因此氣體也就可以被沿“軸向”方向穿過蜂窩體導(dǎo)引。即使可能出于簡單制造和低的流動阻力的原因而優(yōu)選的是，通道本身基本上平行于軸向方向延伸，然而這不是強(qiáng)制性的。也可能的是，至少一部分(也可能是所有)通道都相對于軸向方向傾斜地、波狀的、螺旋形地等延伸(但具有至少一個朝向于兩個端側(cè)的連接部)。
[0016]導(dǎo)電的連接部可以通過連接銷和板層之間的直接接觸(“direkt”)和/或通過(至少)一個中間部件實現(xiàn)，其中，中間部件(導(dǎo)電地)在連接銷和板層之間定位并且特別(材料結(jié)合地)固定在兩個部件上。中間部件例如可以比板層更加“形狀”穩(wěn)固地設(shè)計，具有用于連接銷的端部的合適的接納部和/或?qū)崿F(xiàn)從連接銷的較小的橫截面到至少一個板層的(例如最大可達(dá)300%的)較大的區(qū)域的電流分配功能。特別在這樣的實施方式中一其中連接銷具有比堆垛的軸向伸展(也就是板層的寬度)小的多的直徑，要使用一種中間部件，用于使得在連接區(qū)域中通過堆垛的軸向伸展區(qū)域均勻地分配電流。中間部件沿金屬外殼的圓周方向僅具有非常小的伸展，例如2至10mm。它也可以布置在堆垛的內(nèi)部，使得至少一部分板層在外部固定在中間部件上。
[0017]板層特別不包括(相對于金屬外殼同心地或)在金屬外殼中定位的內(nèi)殼和/或內(nèi)管。板層從蜂窩體的邊緣出發(fā)(接近于金屬外殼)朝向中心區(qū)域或蜂窩體的中心延伸(并且也可能至少再一次朝向邊緣延伸)。
[0018]所述堆垛的最上方的板層在至少35%的內(nèi)圓周上近似平行于金屬外殼延伸并且在那里通過氣隙與該板層分隔開。相關(guān)于氣隙要指出，該氣隙特別是指基本上沒有內(nèi)裝部件或者說組件的空間，但是這不排除以下情況:在相鄰的表面上設(shè)有用于使得氣隙穩(wěn)定的電絕緣的內(nèi)裝部件或者電絕緣的涂層。因此氣隙特別從金屬外殼的內(nèi)表面延伸到相對設(shè)置的板層的表面。氣隙在此(連續(xù)地)沿圓周方向經(jīng)過金屬外殼的內(nèi)圓周的至少35%延伸。為了使得堆垛(近似)平行于金屬外殼延伸，換言之解釋為，(如果忽略了最上方的/最下方的板層的可能設(shè)置的結(jié)構(gòu)和/或氣隙的圓周邊緣區(qū)域)，氣隙(至少在寬闊的區(qū)域中)具有(近似)保持不變的縫隙寬度。這種氣隙優(yōu)選地至少在連接銷和板層的沿圓周方向相鄰的支承位置(支承銷)之間朝向于金屬外殼設(shè)置。氣隙恰好也在蜂窩體的(軸向)區(qū)域/橫截面中形成，其中設(shè)置有連接銷。
[0019]在一個優(yōu)選的實施方式中，所述堆垛中的最上方的板層甚至經(jīng)過內(nèi)圓周的至少40% (近似)平行于金屬外殼延伸并且通過氣隙與該板層分隔開。如果從蜂窩體的端側(cè)沿軸向方向觀察該蜂窩體并且將蜂窩體劃分為360°的角度區(qū)域，則最上方的板層也就優(yōu)選地經(jīng)過近似小于180°的角度區(qū)域平行于金屬外殼延伸，然而至少是近似144°，具體根據(jù)連接區(qū)域的準(zhǔn)確的造型和堆垛在蜂窩體內(nèi)部的延伸而定。
[0020]在另一個優(yōu)選的實施方式中，所述堆垛的最上方的板層、優(yōu)選最下方的板層是具有精細(xì)結(jié)構(gòu)的或平滑的板層。這是特別有利的，因為堆垛的最上方的板層和/或最下方的板層能夠與連接銷以金屬方式連接，由此其余的板層幾乎被包圍并且即使當(dāng)該板層不能與連接銷連接時其端部也不具有運(yùn)動自由度并且由此不會引起電的短路。
[0021]可以由此對最上方的板層和/或最下方的板層的功能加以支持:一個或兩個板層至少在部分區(qū)域中具有增厚部(厚度增大部)或比其余的板層更厚。特別地，較厚的部分區(qū)域可以具有80至200 μ m[微米]的金屬片厚度，特別優(yōu)選地具有110至170 μ m的金屬片厚度，而其余的板層典型地具有20至60 μ m的厚度。較大的厚度可以要么由此實現(xiàn)，即在期望的區(qū)域中使用較厚的金屬片，和/或由此實現(xiàn)，即最上方的板層或最下方的板層在有關(guān)區(qū)域中由兩個或三個彼此抵靠放置的并且可能共同結(jié)構(gòu)化的板層形成。無論如何都優(yōu)選的是，該較厚的板層也還比金屬外殼明顯更薄，該金屬外殼例如具有大于Imm[毫米]的厚度。
[0022]在另一個優(yōu)選的實施方式中，所述最下方的板層至少在連接區(qū)域中并且沿堆垛的一部分具有增厚部和/或比其余的板層更厚。把兩個外部的板層制成為更厚，由此特別當(dāng)采用了電阻焊接的方法時使得以金屬方式與連接銷進(jìn)行連接更容易。
[0023]在本發(fā)明的一個特別的實施方式中，至少所述最上方的板層由含有鎳、鉻和鐵的鋼制成，該鋼也被稱為NiCroFer。這種材料的機(jī)械的和電的特性、特別是良好的導(dǎo)電性和耐高溫腐蝕性使得特別能夠滿足對于最上方的板層的要求。
[0024]為了實現(xiàn)在堆垛中的均勻的電流分配當(dāng)然特別優(yōu)選的是，把所有板層與連接銷連接，其中，為此要么把板層擠壓在一起，以便使得現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)平滑，和/或由此實現(xiàn):在端部上不使板層結(jié)構(gòu)化。
[0025]在另一個實施方式中，使得由具有粗糙結(jié)構(gòu)的板層和具有精細(xì)結(jié)構(gòu)的板層組成的堆垛在與連接銷連接之前均勻地逐漸變細(xì)，有利的是，具有粗糙結(jié)構(gòu)的金屬片比具有精細(xì)結(jié)構(gòu)的或平滑的板層更短，因此具有粗糙結(jié)構(gòu)的板層在到達(dá)連接銷之前終止，僅具有精細(xì)結(jié)構(gòu)的或平滑的板層在連接區(qū)域中延伸到連接銷。原則上雖然存在不同的可能性把多個結(jié)構(gòu)化的板層在一個連接區(qū)域中壓合在一起，或者使得結(jié)構(gòu)化停止，然而在制造技術(shù)方面，在一個堆垛中采用不同長度的板層比在連接區(qū)域中的特別的造型更容易。即使各個粗糙結(jié)構(gòu)的板層在不同的位置上終止，其在制造技術(shù)方面也不是特別困難的，特別是在這種情況下:當(dāng)蜂窩體對稱地與相應(yīng)的連接部在兩個端部上交織在一起時長度變化相互補(bǔ)償，從而呈波狀的板層盡管在不同的終點的情況下仍然能夠一樣長。
[0026]事實上已經(jīng)通過試驗證明了，如果所述具有粗糙結(jié)構(gòu)的金屬片和具有精細(xì)結(jié)構(gòu)的金屬片分別呈波狀，其中，具有粗糙結(jié)構(gòu)的金屬片的第二波紋高度大于具有精細(xì)結(jié)構(gòu)的金屬片的第一波紋高度，更確切地說是3至10倍、優(yōu)選4至6倍，那么就會產(chǎn)生特別穩(wěn)固的結(jié)構(gòu)形狀。業(yè)已證明的是，在考慮到不同因素的情況下，這種結(jié)構(gòu)化是有利的。通過所有板層的一定彈性使得支承銷的裝配更容易，而與預(yù)期相反的是，與連接銷的導(dǎo)電連接幾乎沒有受到阻礙。
[0027]當(dāng)采用呈波狀的金屬片用于堆垛的所有板層時也有利的是，具有粗糙結(jié)構(gòu)的板層具有第二波紋長度，該第二波紋長度大于具有精細(xì)結(jié)構(gòu)的板層的第一波紋長度，更確切地說是至少1.5倍。也優(yōu)選的是，該倍數(shù)不超過值5，特別是不超過值3。在選擇具有粗糙結(jié)構(gòu)的板層和具有精細(xì)結(jié)構(gòu)的板層的波紋高度和波紋長度時，要遵循技術(shù)上合理的界限。特別地應(yīng)這樣選擇比例和波狀，使得盡可能不產(chǎn)生具有非常小的橫截面的通道，這些通道在涂層時可能會被堵塞。
[0028]在把連接銷與堆垛的兩個或多個板層連接時，優(yōu)選地僅與具有精細(xì)結(jié)構(gòu)的或平滑的板層進(jìn)行這種連接，并且特別是通過電阻焊接進(jìn)行這種連接。
[0029]根據(jù)空間上和技術(shù)上的實際情況，在另一個實施方式中，所述連接銷也可以在中間連接有中間部件的情況下與堆垛的板層以金屬方式連接，其中，中間部件在連接區(qū)域中包圍堆垛的多個板層。中間部件的應(yīng)用在以下情況時可以是有利的:板層的厚度和連接銷的橫截面相比過小，以致于不能實現(xiàn)直接的焊接連接或者在焊接過程中不能實現(xiàn)足夠的壓緊力。盡管如此，在一些設(shè)計方案中在焊接過程中仍能實現(xiàn)連接銷、中間部件和板層的連接。
[0030]通過不同描述的措施可以確保，連接區(qū)域具有近似保持不變的、比其它的延伸中的堆垛(最多大10%)或優(yōu)選甚至更小的每單位長度的電阻、特別是至少10%和特別優(yōu)選地最大20%更低的每單位長度的電阻，因此連接區(qū)域不會過于劇烈地加熱，這是因為在那里產(chǎn)生的低的歐姆熱量被充分地導(dǎo)出到堆垛或連接銷中。原則上值得追求的是，使得連接區(qū)域中的電阻保持低，這是因為該區(qū)域被較少地冷卻并且連接銷在運(yùn)行時不應(yīng)過熱。然而當(dāng)放棄了電流分配結(jié)構(gòu)、特別是半殼形的電流分配結(jié)構(gòu)時，這不能始終實現(xiàn)。根據(jù)本發(fā)明應(yīng)建立板層與連接銷或中間部件之間的這樣構(gòu)造的連接，使得在連接區(qū)域中的每單位長度的電阻不會處于堆垛的每單位長度的平均電阻之上的10%。優(yōu)選地，在連接區(qū)域中的每單位長度的電阻還應(yīng)與堆垛的每單位長度的電阻偏差較小或者甚至小于堆垛的每單位長度的電阻。
[0031]在本發(fā)明的一個優(yōu)選的實施方式中，所述連接銷在至少1mm2(平方毫米)的面積上與堆垛的兩(2)個至五(5)個板層以金屬方式連接，其中，連接銷的連接端部與金屬外殼的內(nèi)圓周間隔3至8mm、優(yōu)選4至6mm。通過這種方式，電接頭可以把所需要的電流導(dǎo)入到堆垛中并且同時使得堆垛與金屬外殼穩(wěn)定地保持足夠的間距，因此通過氣隙確保了在堆垛和金屬外殼之間的電絕緣。
[0032]本發(fā)明的優(yōu)選的實施方式是，堆垛以S形狀沿相反方向交織在一起，其中，堆垛的盤繞體通過氣隙彼此電絕緣。該實施方式本身是已知的，然而由于在劇烈溫度變化時出現(xiàn)的板層機(jī)械運(yùn)動，上述實施方式不能被構(gòu)造為沒有電流分配結(jié)構(gòu)或半殼，但這一點現(xiàn)在可通過本發(fā)明來實現(xiàn)，因此也能借助氣隙實現(xiàn)堆垛相對于金屬外殼的電絕緣。
[0033]進(jìn)一步設(shè)計為，至少所述堆垛的較厚的最上方的板層或其增厚部僅經(jīng)過堆垛的一部分長度延伸，優(yōu)選地大約延伸至在蜂窩體中央?yún)^(qū)域中的內(nèi)端部。
[0034]根據(jù)本發(fā)明，堆垛的最上方的板層恰好具有特別的功能。在S形的結(jié)構(gòu)形式中，最上方的板層在幾乎一半的內(nèi)圓周形成絕緣的氣隙相對于金屬外殼的邊界，該最上方的板層用于與連接銷的電連接并且為沒有限制和連接銷連接的內(nèi)部的板層的邊界。如果最上方的板層具有增厚部或比其它的板層更厚，那么證明為有利的是，這種增厚部僅在堆垛的一部分長度中實現(xiàn)，優(yōu)選近似直到蜂窩體的中心區(qū)域。業(yè)已證明的是，在堆垛的這個部分區(qū)域中，最上方的板層同時可以用于在堆垛中分配電流。該電流一直尋找最短路徑或最小電阻路徑，因此該電流傾向于流到堆垛的內(nèi)部區(qū)域，這通過較厚的最上方的板層來補(bǔ)償。然而，在蜂窩體的中央?yún)^(qū)域中通過堆垛沿相反方向交織在一起使得最上方的板層變成最下方的板層，因此有利的是，使得所述板層最晚在那里終止或者從那里繼續(xù)導(dǎo)引一較薄的層。這例如可以在改變了交織方向的點之一處實現(xiàn)。
[0035]在連接于根據(jù)本發(fā)明的兩個端部的堆垛中，上述考慮分別適用于兩個端部，其中，在蜂窩體內(nèi)部，堆垛的最上方的板層和最下方的板層對調(diào)其位置和功能。
[0036]對于連接區(qū)域的穩(wěn)定特別優(yōu)選的是，所述堆垛通過多個支承銷固定其形狀，其中，至少一個支承銷布置成在沿堆垛的延伸測量的情況下與連接銷間隔小于10cm、優(yōu)選小于5cm、特別優(yōu)選小于2cm。這種布置特別用于使氣隙相對于金屬外殼穩(wěn)定。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0037]在附圖中顯示出本發(fā)明的詳細(xì)的細(xì)節(jié)和實施例，然而本發(fā)明并不限于這些細(xì)節(jié)和實施例:
[0038]圖1:穿過能夠電加熱的蜂窩體的電接頭的區(qū)域的示意性橫截面，
[0039]圖2:在根據(jù)本發(fā)明的蜂窩體中所采用的板層結(jié)構(gòu)的示意性視圖，
[0040]圖3、4、5、6、7:在根據(jù)本發(fā)明的蜂窩體中的電接頭的不同的實施例，
[0041]圖8:根據(jù)本發(fā)明的蜂窩體的端側(cè)的整體視圖，和
[0042]圖9和圖10:在根據(jù)本發(fā)明的蜂窩體中的電接頭的其它實施例。

【具體實施方式】
[0043]圖1在示意性視圖中示出能夠電加熱的蜂窩體14的部分區(qū)域，該蜂窩體被布置在金屬外殼7中。蜂窩體14包含堆垛5，該堆垛包括交替布置的、具有精細(xì)結(jié)構(gòu)的或平滑的板層I以及呈波狀的或具有粗糙結(jié)構(gòu)的板層2，其中，堆垛5具有最上方的板層3和最下方的板層4，這兩個板層在當(dāng)前實施例中是具有精細(xì)結(jié)構(gòu)的。具有粗糙結(jié)構(gòu)的板層2前后依次地終止在堆垛5內(nèi)部，而具有精細(xì)結(jié)構(gòu)的板層I被繼續(xù)導(dǎo)引到連接區(qū)域6中，在連接區(qū)域中該具有精細(xì)結(jié)構(gòu)的板層被與連接銷12的連接端部15連接、優(yōu)選地焊接在一起，特別是通過電阻焊接。連接銷12通過套管10被穿過金屬外殼7導(dǎo)引并且通過電絕緣層11與其絕緣。如通過箭頭所示，絕緣銷12沿徑向方向R延伸。具有粗糙結(jié)構(gòu)的板層和具有精細(xì)結(jié)構(gòu)的板層1、2形成通道18，該通道沿同樣通過箭頭表示的軸向方向A延伸。金屬外殼7具有內(nèi)圓周I，該內(nèi)圓周同樣通過箭頭表示。至少最上方的板層3和最下方的板層4以及優(yōu)選還有其它具有精細(xì)結(jié)構(gòu)的板層I在導(dǎo)電的連接部13中與連接銷12連接。堆垛5通過支承銷17穩(wěn)定住，該支承銷支承在這里未示出的相鄰的其它蜂窩體上。堆垛5中的板層1、2、3、4共同形成中央的(理論上的)電流路徑23，如通過箭頭表示的，該中央電流路徑具有每單位長度的平均電阻、也就是沿堆垛5的延伸的典型的平均的電阻。
[0044]圖2顯示出板層1、2、3、4的結(jié)構(gòu)和波紋的大小關(guān)系。堆垛中的具有精細(xì)結(jié)構(gòu)的板層I具有帶有第一波紋高度Hl和第一波紋長度LI的第一波紋，這兩個尺寸都小于具有粗糙結(jié)構(gòu)的板層2的第二波紋的相應(yīng)尺寸，該第二波紋帶有第二波紋高度H2和第二波紋長度L2。最上方的板層3還可以具有比堆垛的其余的板層1、2更大的厚度T。
[0045]圖3、4和5示意性地示出不同的根據(jù)本發(fā)明的可能性，如堆垛5形成連接區(qū)域6并且可以被固定在連接銷12的連接端部15上。
[0046]圖3顯示出一種實施方式，其中堆垛5在連接區(qū)域6中朝連接銷12的方向始終被更劇烈地壓合在一起，其中，所有的或多個板層1、2、3、4具有連接于連接銷12的連接端部15的導(dǎo)電連接部13，特別是最上方的板層3和最下方的板層4。
[0047]圖4示出相對于圖3的實施例略微改變形式的連接區(qū)域6，其中，波狀的板層2未被壓合在一起，而是終止于連接區(qū)域6中，因此僅最上方的板層3和最下方的板層4以及還可能是一部分的或所有的具有精細(xì)結(jié)構(gòu)的或平滑的板層I導(dǎo)電地與連接銷12的連接端部15連接。
[0048]圖5示出連接區(qū)域6的另一個變體，其中所有的或一部分的內(nèi)部的板層1、2彼此相鄰地終止于連接區(qū)域6中，優(yōu)選地在最上方的板層3處離開，因此連接區(qū)域6緩慢地朝連接銷12的連接端部15的方向逐漸變細(xì)，其中，至少最上方的板層3和最下方的板層4形成與連接銷的連接端部15的導(dǎo)電的連接部13。
[0049]圖6示意性地示出，在另一個實施方式中如何由具有精細(xì)結(jié)構(gòu)的板層I和具有粗糙結(jié)構(gòu)的板層2構(gòu)成堆垛5的連接區(qū)域6。又借助電絕緣層11與通過未示出的金屬外殼的套管10電絕緣的連接銷12以其連接端部15終止于中間部件9處并且與該中間部件9以及也可能與板層1、2的位于其下方的端部導(dǎo)電地連接、優(yōu)選地熔焊或釬焊連接。中間部件9在當(dāng)前的實施例中包圍堆垛5在連接區(qū)域6中的端部，其中，連接區(qū)域6確切的設(shè)計方案可以和上述在不同實施方式中一樣地實現(xiàn)。所有的板層都可以優(yōu)選地始終被更劇烈地壓合在一起或者設(shè)計具有越來越小的波紋高度，以便實現(xiàn)所期望的逐漸變細(xì)的形狀。支承銷17可以再次穩(wěn)定住整個布置結(jié)構(gòu)。
[0050]在圖7中示意性地示出了支承銷12的另一種構(gòu)造，該支承銷在其連接端部15上具有缺口 18，堆垛5的兩個或多個板層1、2、優(yōu)選所有的板層1、2被插入到該缺口中。在此也可以考慮使得堆垛5逐漸變細(xì)的不同方法。導(dǎo)電連接優(yōu)選地通過熔焊或釬焊來實現(xiàn)。
[0051]圖8示出根據(jù)本發(fā)明的蜂窩體14的其它實施例的端側(cè)的整體視圖，該蜂窩體具有沿相反方向交織在一起的S形的板層1、2堆垛5。堆垛5具有最上方的板層3，該最上方的板層從連接區(qū)域6出發(fā)一直到其大致在蜂窩體14的中央處的內(nèi)端部20具有比其余的板層
1、2更大的厚度T。在堆垛5的進(jìn)一步的延伸中，最上方的板層3可能成為最下方的板層，因此它們在內(nèi)部終止。然而為此，迄今為止在最下方的板層4 一該板層隨后成為另一個上方的板層22—可以從另一個上方的板層22的內(nèi)端部21起設(shè)計有更大的厚度并且同樣由另一種材料制成，特別也就是由含有鎳、鉻和鐵的合金制成。堆垛5也具有最下方的板層4，該最下方的板層從連接區(qū)域6出發(fā)在5至30cm的部分區(qū)域中同樣具有比其余的板層1、2更大的厚度T。多個支承銷17分布在堆垛5的長度上。堆垛5的一個端部形成逐漸變細(xì)的連接區(qū)域6并且與連接銷12的連接端部15連接。在此，可以優(yōu)選地把所有板層1、2導(dǎo)引至連接銷，或者如上面所述地僅把一部分板層1、2導(dǎo)引至連接銷。連接銷12通過金屬外殼7借助帶有電絕緣層11的套管10徑向向外導(dǎo)引。堆垛5借助氣隙8與金屬外殼7電絕緣。堆垛5的各個盤繞體也通過氣隙彼此電絕緣。堆垛5的板層1、2、3、4形成通過箭頭表示的中央電流路徑23。
[0052]圖9和10示意性地示出，根據(jù)本發(fā)明不強(qiáng)制性要求連接區(qū)域6恰好終止于連接銷12的連接端部15處。例如，出于制造技術(shù)的原因完全有可能的是，在連接銷的端部之前的一段距離處接觸堆垛5，其中，在沒有半殼或類似的電流分配結(jié)構(gòu)的情況下仍然能夠?qū)崿F(xiàn)該結(jié)構(gòu)。其原因在于，堆垛5在連接銷12附近的最關(guān)鍵的區(qū)域一在那里當(dāng)運(yùn)行時可能出現(xiàn)相對高的電流密度一通過實心的連接銷12本身以及通過堆垛5的在運(yùn)行中僅具有低的電流密度的“凸出的”部分而得到良好的冷卻。能夠良好導(dǎo)電的最上方的板層3—也可能具有較大的厚度T一在該實施方式中是有利的。也還必須把至少另一個板層1、2良好導(dǎo)電地與連接銷12的連接端部15連接，從而在最上方的板層3中不會產(chǎn)生過高的電流密度。這例如可以通過包括兩個或多個板層的熔焊連接或合適的釬焊連接來實現(xiàn)。也可以在連接銷12和堆垛5之間使用中間部件9，用來使得接觸面積擴(kuò)大到連接銷12的橫截面積的200至300%。根據(jù)凸出于連接銷12的堆垛5部分的長度有利的是，通過至少一個支承銷17對該部分進(jìn)行保護(hù)以防止發(fā)生振動和變形，振動和變形可能會導(dǎo)致金屬外殼7的電接觸。
[0053]即使當(dāng)在附圖中出于簡明性的原因共同公開了多個技術(shù)特征，其組合不是強(qiáng)制性必需的。更確切地說也可以調(diào)換技術(shù)細(xì)節(jié)和/或把技術(shù)細(xì)節(jié)與說明書/其它附圖的其它技術(shù)細(xì)節(jié)相組合一除非它已經(jīng)在這里被明確地排除在外。
[0054]本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)一種能夠簡單地且經(jīng)濟(jì)地制造的、能電加熱的蜂窩體的結(jié)構(gòu)，該蜂窩體在沒有外部區(qū)域中的電流分配結(jié)構(gòu)或支承的半殼的情況下也能實現(xiàn)非常均勻的電流分配和進(jìn)而實現(xiàn)加熱。
[0055]附圖標(biāo)記列表:
[0056]I平滑的/具有精細(xì)結(jié)構(gòu)的板層
[0057]2呈波狀的/具有粗糙結(jié)構(gòu)的板層
[0058]3最上方的板層
[0059]4最下方的板層
[0060]5 堆垛
[0061]6連接區(qū)域
[0062]7金屬外殼
[0063]8 氣隙
[0064]9中間部件
[0065]10 套管
[0066]11電絕緣層
[0067]12連接銷
[0068]13導(dǎo)電連接部
[0069]14蜂窩體
[0070]15連接端部
[0071]16盤繞體
[0072]17支承銷
[0073]18 缺口
[0074]19 通道
[0075]20最上方的板層3的內(nèi)端部
[0076]21另一個上方的板層的內(nèi)端部
[0077]22另一個上方的板層
[0078]23中央電流路徑
[0079]A軸向方向
[0080]R徑向方向
[0081]I外殼的內(nèi)圓周的方向
[0082]Hl第一波紋高度
[0083]H2第二波紋高度
[0084]LI第一波紋長度
[0085]L2第二波紋長度
[0086]T 厚度。
【權(quán)利要求】
1.一種蜂窩體(14)，具有多個板層(1、2、3、4)，所述板層共同形成至少一個導(dǎo)電的中央電流路徑(23)并且與連接銷(12)電連接，其中，所述蜂窩體(14)具有確定內(nèi)圓周(I)的金屬外殼(7)，連接銷(12)在套管(10)中被電絕緣地引導(dǎo)穿過該金屬外殼，其中，所述板層(1、2、3、4)是交替布置的、具有粗糙結(jié)構(gòu)的板層(2)和具有精細(xì)結(jié)構(gòu)的或平滑的板層(I)，它們共同形成堆垛(5)，該堆垛具有最上方的板層(3)和最下方的板層(4)，該堆垛具有在板層(1、2、3、4)之間的、能夠由氣體沿軸向方向(A)流過的通道(19)， 其特征在于， 所述連接銷(12)沿徑向方向(R)穿過金屬外殼(7)延伸并且與至少兩個板層(1、2、3、4)通過連接區(qū)域(6)中的導(dǎo)電連接部(13)直接以金屬方式連接或者經(jīng)由至少一個中間部件(9)以金屬方式連接，其中，中央電流路徑(23)在連接區(qū)域(6)中的每單位長度的電阻比該中央電流路徑(23)在堆垛(5)中的每單位長度的平均電阻大最多10%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蜂窩體(14)，其特征在于，所述堆垛(5)中的最上方的板層(3)在至少35%的內(nèi)圓周(I)上平行于金屬外殼(7)延伸并且通過氣隙(8)與該金屬外殼分隔開。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的蜂窩體(14)，其特征在于，所述堆垛(5)中的最上方的板層⑶在至少40%的內(nèi)圓周⑴上平行于金屬外殼(7)延伸。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的蜂窩體(14)，其特征在于，至少所述堆垛(5)的最上方的板層(3)或最下方的板層(4)是具有精細(xì)結(jié)構(gòu)的或平滑的。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的蜂窩體(14)，其特征在于，至少所述最上方的板層(3)或最下方的板層(4)至少在部分區(qū)域中具有增厚部(25)或者是比其余的板層(1、2)厚。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的蜂窩體(14)，其特征在于，所述最下方的板層(4)至少在連接區(qū)域(6)中并且沿堆垛(5)的一部分具有增厚部(25)或是比其余的板層(1、2)厚。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的蜂窩體(14)，其特征在于，至少所述最上方的板層⑶由含有鎳、鉻和鐵的鋼(NiCroFer)制成。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的蜂窩體(14)，其特征在于，所述堆垛(5)中的具有粗糙結(jié)構(gòu)的板層(2)比具有精細(xì)結(jié)構(gòu)的或平滑的板層(1、3、4)短，以及，具有粗糙結(jié)構(gòu)的板層(2)在到達(dá)連接銷(12)之前終止，僅具有精細(xì)結(jié)構(gòu)的或平滑的板層(1、3、4)在連接區(qū)域(6)中延伸到連接銷(12)。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的蜂窩體(14)，其特征在于，所述具有粗糙結(jié)構(gòu)的板層⑵和具有精細(xì)結(jié)構(gòu)的板層(1、3、4)分別呈波狀，其中，具有粗糙結(jié)構(gòu)的板層(2)的第二波紋高度(H2)大于具有精細(xì)結(jié)構(gòu)的板層(1、3、4)的第一波紋高度(Hl)，更確切地說是3至10倍。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的蜂窩體(14)，其特征在于，所述具有粗糙結(jié)構(gòu)的板層(2)和具有精細(xì)結(jié)構(gòu)的板層(1、3、4)呈波狀，其中，具有粗糙結(jié)構(gòu)的板層(2)的第二波紋長度(L2)大于具有精細(xì)結(jié)構(gòu)的板層(1、3、4)的第一波紋長度(LI)，更確切地說是至少1.5 倍。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的蜂窩體(14)，其特征在于，所述連接銷(12)直接與所述堆垛(5)的具有精細(xì)結(jié)構(gòu)的或平滑的板層(1、3、4)連接。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項所述的蜂窩體(14)，其特征在于，所述連接銷(12)在中間連接有中間部件(9)的情況下與堆垛(5)的板層(1、3、4)以金屬方式連接，其中，所述中間部件(9)在連接區(qū)域(6)中包圍堆垛(5)的多個板層(1、3、4)。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的蜂窩體(14)，其特征在于，所述連接銷(12)在至少1mm2的面積上與堆垛(5)的兩至五個板層(1、2、3、4)以金屬方式連接，其中，所述連接銷(12)的連接端部(15)與金屬外殼(7)的內(nèi)圓周(I)間隔3至8_。
14.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的蜂窩體(14)，其特征在于，所述堆垛(5)包含五至十五個板層(1、2、3、4)并且以S形狀沿相反方向交織在一起地布置在蜂窩體(14)中，其中，所述堆垛(5)的盤繞體(16)通過氣隙(8)彼此電絕緣。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的蜂窩體(14)，其特征在于，至少所述堆垛(5)的較厚的最上方的板層(3)或其增厚部(25)僅在堆垛的一部分長度上延伸。
16.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的蜂窩體(14)，其特征在于，所述堆垛(5)通過多個支承銷(17)固定其形狀，其中，至少一個支承銷(17)布置成在沿堆垛(5)的延伸測量的情況下與連接 銷(12)間隔小于10cm。
【文檔編號】F01N3/20GK104053876SQ201380005399
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2013年1月11日 優(yōu)先權(quán)日:2012年1月13日
【發(fā)明者】R·布呂科, F·庫爾斯, P·希爾特, T·黑里希 申請人:排放技術(shù)有限公司