專(zhuān)利名稱(chēng)：制造帶波紋和橫向于此波紋的微結(jié)構(gòu)的金屬薄板的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及制造帶波紋的金屬薄板的方法和設(shè)備，波紋有第一個(gè)給定的波紋高度，其中，薄板有橫向于此波紋或相對(duì)于此波紋成一角度的微結(jié)構(gòu)，它有第二個(gè)很小的波紋高度。這種金屬薄板首先加工用作催化轉(zhuǎn)化器的蜂窩體，例如尤其可見(jiàn)它們使用在汽車(chē)排氣裝置中。不過(guò)本發(fā)明不僅限于這種用途，因?yàn)槔缫部梢杂迷趽Q熱器中。
此類(lèi)微結(jié)構(gòu)的形狀及優(yōu)點(diǎn)的詳細(xì)情況例如在WO 90/08249或在WO 96/09892中作了說(shuō)明。在波形薄板中的微結(jié)構(gòu)正如已在先有技術(shù)中所理解的那樣是這樣一種結(jié)構(gòu)，即它有遠(yuǎn)小于薄板波紋的高度。具體而言，微結(jié)構(gòu)可以從薄板的一側(cè)或兩側(cè)凸出，并例如至少為15μ或是金屬薄板波紋高度的0.01至約0.3倍。
按先有技術(shù)，金屬波紋板通常借助于互相嚙合的波形輥制造，它們最好有漸開(kāi)線(xiàn)齒或類(lèi)似設(shè)計(jì)的齒。但還已知其他一些波紋形狀，例如梯形、鋸齒形等。在一種流過(guò)廢氣的蜂窩體中，尤其在催化轉(zhuǎn)化器中，橫向于或斜向于流動(dòng)方向延伸的微結(jié)構(gòu)，即所謂橫向結(jié)構(gòu)(TS設(shè)計(jì))，促使廢氣與蜂窩體之間有更好的熱傳導(dǎo)和改善擴(kuò)散過(guò)程，這些對(duì)于蜂窩體的催化效果至關(guān)重要。
因此，按先有技術(shù)規(guī)定，微結(jié)構(gòu)沿流動(dòng)方向按一定的間距連續(xù)排列，此間距具體而言小于20mm，尤其小于10mm。
因?yàn)槲⒔Y(jié)構(gòu)與用于蜂窩體的薄板典型的厚度相比相當(dāng)小，所以人們一直認(rèn)為它們基本上不干擾進(jìn)一步的加工過(guò)程，所以用一般的波形輥和此外通過(guò)已知的生產(chǎn)工序進(jìn)行加工，以構(gòu)成蜂窩體。
但事實(shí)證明，在已有微結(jié)構(gòu)的薄板壓成波形時(shí)，這些微結(jié)構(gòu)有一部分被重新壓平，除此之外在這種情況下還出現(xiàn)取決于波形輥相互之間的間隙的不規(guī)則性。在這種類(lèi)型的加工中，微結(jié)構(gòu)起先必須制成比所期望的最終結(jié)果有更大的波紋高度，以便補(bǔ)償上述影響。在這種情況下產(chǎn)生的冷變形對(duì)于有些原材料很難做到?jīng)]有傷害。隨著薄板變得越來(lái)越薄和波紋高度越來(lái)越小，這一問(wèn)題更加嚴(yán)重。因?yàn)榕c此同時(shí)蜂窩體應(yīng)制成每平方英寸的巢室數(shù)(cpsi)例如有500個(gè)和500個(gè)以上，在這種情況下薄板也可能拉伸至厚度小于30μm，因而始終遇到越發(fā)尖銳的加工技術(shù)難點(diǎn)。
因此本發(fā)明的目的是創(chuàng)造一種加工方法和一種與之相應(yīng)的設(shè)備，借助于它們可以經(jīng)濟(jì)和沒(méi)有不允許的冷變形地制造具有橫向于或斜向于波紋延伸的微結(jié)構(gòu)的波形金屬薄板。
按照權(quán)利要求1的設(shè)備和按照權(quán)利要求9的方法用于達(dá)到此目的。在各從屬權(quán)利要求中列舉了有利的設(shè)計(jì)。
按本發(fā)明用于制造帶波紋的金屬薄板的設(shè)備，其中此波紋有給定的第一個(gè)波紋高度，薄板有橫向于此波紋或相對(duì)于此波紋成一角度并具有第二個(gè)很小的波紋高度的微結(jié)構(gòu)，此設(shè)備含有用于制成此微結(jié)構(gòu)的裝置和有一對(duì)互相嚙合布置在制造微結(jié)構(gòu)裝置下游的波形輥，其中，波形輥外表面有一些凹槽，它們恰當(dāng)?shù)匕才挪⒂凶銐虼蟮某叽缬糜谌菁{微結(jié)構(gòu)，所以在金屬薄板壓制波形時(shí)，波形輥不會(huì)使微結(jié)構(gòu)變形。雖然制造這種尤其用于傾斜延伸的微結(jié)構(gòu)的成對(duì)波形輥成本相當(dāng)高，但卻帶來(lái)決定性的優(yōu)點(diǎn)，即，制成的微結(jié)構(gòu)可以具有精確確定和處處一致的高度，無(wú)須先發(fā)生很?chē)?yán)重的冷變形以后再通過(guò)制造波形的過(guò)程重新部分地壓平。因此，這種設(shè)備尤其還可以順利地應(yīng)用于在厚度例如為25至50μm的波形薄板層中制造微結(jié)構(gòu)。
典型地采用漸開(kāi)線(xiàn)齒型的波形輥，但本發(fā)明不限于此類(lèi)波形輥。通常，任何類(lèi)型的波形輥相互之間都有一定的間隙，因此，在齒面處和/或在齒頂上亦即在齒之間的間隙內(nèi)，在加工過(guò)程可能產(chǎn)生重復(fù)性很差的間距。但在按本發(fā)明制有凹槽的波形輥中，這種間隙對(duì)微結(jié)構(gòu)的高度一點(diǎn)影響也沒(méi)有。
特別簡(jiǎn)單的是，凹槽設(shè)計(jì)為槽形，它們的寬度和深度應(yīng)至少相當(dāng)于微結(jié)構(gòu)的寬度和高度。但也可以使這些微結(jié)構(gòu)通過(guò)恰當(dāng)成型的槽必要時(shí)再次補(bǔ)充定形。
在按本發(fā)明的設(shè)備中重要之點(diǎn)還有，制造微結(jié)構(gòu)的裝置和波形輥可按此方式互相調(diào)整，即，使得制成的微結(jié)構(gòu)總是進(jìn)入波形輥的凹槽中。達(dá)到這一點(diǎn)最簡(jiǎn)單的方法是可以采用一種非常接近的空間結(jié)構(gòu)，但在間距較大時(shí)也可以采用恰當(dāng)?shù)恼{(diào)整裝置來(lái)達(dá)到。
蜂窩體典型地由交替的平薄板層和波形薄板層或由交替的不同波形薄板層構(gòu)成，在這種情況下已知不同的結(jié)構(gòu)形式，例如螺旋形卷繞的、S形纏繞的或按漸開(kāi)線(xiàn)方式纏繞的薄板層。
若這些互相疊置的薄板層應(yīng)互相釬焊在一起，則這些微結(jié)構(gòu)，取決于它們的高度，在一定情況下可能導(dǎo)致在薄板層之間出現(xiàn)易出故障的間距。由于有微結(jié)構(gòu)而在相鄰薄板層之間形成的間距超過(guò)某個(gè)量后將很難再通過(guò)釬料將它們矯接起來(lái)，因此，波形薄板層兩側(cè)在波蜂上的微結(jié)構(gòu)有時(shí)可能是不希望有的。針對(duì)這一情況，提供了按本發(fā)明的設(shè)備的一種特殊的實(shí)施形式，即在波形輥的下游至少設(shè)置一個(gè)整平裝置，它可以在一側(cè)或在兩側(cè)將在波形金屬薄板波峰上的微結(jié)構(gòu)重新壓平。這種設(shè)備可例如是一個(gè)帶槽的波形混，它與一個(gè)平輥反向運(yùn)轉(zhuǎn)。因此，只是在波峰上的微結(jié)構(gòu)被壓平，在那里它們對(duì)以后在蜂窩體內(nèi)流體的流動(dòng)本來(lái)就沒(méi)有什么影響，這樣一來(lái)借助于釬料進(jìn)行連接便容易得多。其余的微結(jié)構(gòu)則保持不變，并可以在對(duì)生產(chǎn)過(guò)程沒(méi)有其他干擾的情況下履行其規(guī)定的功能。
按另一種可供選用的方案，也可以采用特殊的波形輥以替代波形輥和在其下游的整平裝置，這些特殊的波形輥在其波谷中沒(méi)有凹槽，所以微結(jié)構(gòu)在那里可被壓平。這尤其是可以這樣來(lái)令人滿(mǎn)意地做到，即，只要這些波形輥在彼此對(duì)置的波谷與波蜂之間只有微小的間隙。
按本發(fā)明用于制造帶波紋和微結(jié)構(gòu)的金屬薄板的方法具有下列步驟a)在一塊起初無(wú)波紋的金屬薄板上制造微結(jié)構(gòu)；b)將金屬薄板向一對(duì)互相嚙合的波形輥輸送，它們有相對(duì)于微結(jié)構(gòu)位置準(zhǔn)確地布設(shè)用于容納微結(jié)構(gòu)的凹槽；c)在不壓平微結(jié)構(gòu)的情況下壓出薄板帶的波紋。
如上所述，采取這些措施形成了規(guī)定的微結(jié)構(gòu)，在其形成后它不再變形，因此能非常確定和具有重復(fù)性地制造。為避免彼此疊置應(yīng)互相釬焊的薄板層之間的間隙，在兩面中至少一面處的波峰上的微結(jié)構(gòu)，可以在波形輥或在緊接著的整平裝置中被壓平。
下面再借助于附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的優(yōu)先實(shí)施例及其優(yōu)點(diǎn)。其中

圖1 示意表示按本發(fā)明的壓制波紋設(shè)備；以及圖2 示意表示按本發(fā)明的生產(chǎn)過(guò)程。
圖1是本發(fā)明的核心部分，亦即表示金屬薄板的壓波紋設(shè)備。已經(jīng)在一制造微結(jié)構(gòu)的裝置內(nèi)制有向下指的微結(jié)構(gòu)6和向上指的微結(jié)構(gòu)7的金屬薄板1被輸入一對(duì)波形輥3a、3b。這些波形輥在其表面有凹槽8，這些凹槽尤其設(shè)計(jì)為槽的形狀。這些在圖中表示了一個(gè)的凹槽8容納事先制好的微結(jié)構(gòu)，所以在通過(guò)壓波紋的過(guò)程給薄板壓制波形時(shí)不會(huì)影響這些微結(jié)構(gòu)。由此產(chǎn)生了具有第一個(gè)波紋高度A的波形薄板，它在上側(cè)和下側(cè)有波峰9、10。微結(jié)構(gòu)6、7的高度B比波形金屬薄板1的第一個(gè)波紋高度A小得多。
圖2中示意表示制造帶微結(jié)構(gòu)的波形薄板的生產(chǎn)過(guò)程。金屬薄板1起先通過(guò)制造微結(jié)構(gòu)的裝置2a、2b移動(dòng)，如由先有技術(shù)已知的那樣。這一裝置尤其可涉及具有相應(yīng)表面結(jié)構(gòu)的圓柱輥，或涉及一個(gè)個(gè)互相并列成排的窄盤(pán)，它們通過(guò)冷變形在金屬薄板1上施加微結(jié)構(gòu)。然后將金屬薄板輸入一對(duì)波形輥3a、3b，如在圖1中詳細(xì)表示的那樣。當(dāng)在波形金屬薄板1波峰9、10上不希望有微結(jié)構(gòu)時(shí)，可通過(guò)整平裝置4a、4b或5a、5b將它們整平。這種整平裝置例如由一具有光滑表面的圓柱形輥4a或5b組成，它與波形輥4b或5a反向運(yùn)轉(zhuǎn)，在這種情況下這些波形輥?zhàn)詈糜信c用于壓制波紋時(shí)的那些同樣的凹槽。
因此，制成的帶有微結(jié)構(gòu)的波形金屬薄板可尤其應(yīng)用于排氣裝置中的蜂窩體。它們加強(qiáng)了蜂窩體與一種通過(guò)它流動(dòng)的流體之間的熱傳導(dǎo)和加速了擴(kuò)散過(guò)程，這一結(jié)果尤其對(duì)于催化轉(zhuǎn)化器的有效性是有利的。
權(quán)利要求
1.制造帶波紋的金屬薄板(1)的設(shè)備，波紋有第一個(gè)給定的波紋高度(A)，其中，薄板(1)有橫向于此波紋或相對(duì)于此波紋成一個(gè)角度的微結(jié)構(gòu)(6、7)，它有第二個(gè)很小的波紋高度(8)，其特征在于a.用于制成微結(jié)構(gòu)(6、7)的裝置(2a、2b)；b.一對(duì)互相嚙合的波形輥(3a、3b)，它們布置在制造微結(jié)構(gòu)的裝置(2a、2b)的下游；c.其中，波形輥(3a、3b)的外表面有一些凹槽(8)，它們恰當(dāng)?shù)匕才挪⒂凶銐虼蟮某叽缬糜谌菁{微結(jié)構(gòu)(6、7)，所以在金屬薄板(1)壓制波形時(shí)波形輥(3a、3b)不會(huì)使微結(jié)構(gòu)(6、7)變形。
2.按照權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征為波形輥(3a、3b)有類(lèi)似于漸開(kāi)線(xiàn)齒的齒形。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的設(shè)備，其特征為波形輥(3a、3b)有沿周向或相對(duì)于周向傾斜延伸的槽(8)作為凹槽，它們的寬度和深度至少相當(dāng)于微結(jié)構(gòu)(6、7)的寬度或高度。
4.按照權(quán)利要求1、2或3所述的設(shè)備，其特征為制造微結(jié)構(gòu)的裝置(2a、2b)和波形輥(3a、3b)可按此方式互相調(diào)整，即，使得已制成的微結(jié)構(gòu)(6、7)總是進(jìn)入波形輥(3a、3b)的凹槽(8)中。
5.按照前列諸權(quán)利要求之一所述的設(shè)備，其特征為在波形輥(3a、3b)的下游至少設(shè)置一個(gè)整平裝置(4a、4b；5a、5b)，它可以在一側(cè)或兩側(cè)將在波形金屬薄板(1)波峰(9、10)上的微結(jié)構(gòu)重新壓平。
6.按照權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其特征為整平裝置有一個(gè)帶凹槽的波形輥(4b；5a)和一個(gè)反向運(yùn)轉(zhuǎn)的平輥(4a；5b)。
7.按照權(quán)利要求1至4之一所述的設(shè)備，其特征為波形輥(3a、3b)在其波谷中沒(méi)有凹槽(8)，所以微結(jié)構(gòu)(6、7)在那里會(huì)被壓平。
8.按照權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其特征為波形輥(3a、3b)在彼此對(duì)置的波谷與波峰之間有微小的間隙。
9.制造帶波紋的金屬薄板(1)的方法，波紋有第一個(gè)給定的波紋高度(A)，其中，金屬薄板(1)有橫向于此波紋或相對(duì)于此波紋成一個(gè)角度的微結(jié)構(gòu)(6、7)，它有第二個(gè)很小的波紋高度(B)，其特征在于下列步驟a.在一塊起初無(wú)波紋的金屬薄板(1)上制造微結(jié)構(gòu)(6、7)；b.將金屬薄板(1)向一對(duì)互相嚙合的波形輥(3a、3b)輸送，它們有相對(duì)于微結(jié)構(gòu)(6、7)位置準(zhǔn)確地布設(shè)用于容納微結(jié)構(gòu)(6、7)的凹槽(8)；c.在不壓平微結(jié)構(gòu)(6、7)的情況下壓出薄板帶(1)的波紋。
10.按照權(quán)利要求9所述的方法，其特征為緊接著在金屬薄板(1)兩面的至少一面壓平在波峰(9、10)上的微結(jié)構(gòu)(6、7)。
全文摘要
本發(fā)明涉及制造帶波紋的金屬薄板(1)的設(shè)備,波紋有第一個(gè)給定的波紋高度(A),其中,薄板(1)有橫向于此波紋或相對(duì)于此波紋成一個(gè)角度的微結(jié)構(gòu)(6、7),它有第二個(gè)很小的波紋高度(B),此設(shè)備包括一個(gè)用于制成微結(jié)構(gòu)(6、7)的裝置(2a、2b)以及一對(duì)互相嚙合的波形輥(3a、3b),后者布置在制造微結(jié)構(gòu)的裝置(2a、2b)的下游,其中,波形輥(3a、3b)的外表面有一些凹槽(8),它們恰當(dāng)?shù)匕才遣⒂凶銐虼蟮某叽缬糜谌菁{微結(jié)構(gòu)(6、7),所以在金屬薄板(1)壓制波形時(shí)波形輥(3a、3b)不會(huì)使這些微結(jié)構(gòu)(6、7)變形。
文檔編號(hào)F01N3/28GK1229371SQ97197700
公開(kāi)日1999年9月22日 申請(qǐng)日期1997年8月14日 優(yōu)先權(quán)日1996年9月6日
發(fā)明者羅爾夫·布呂克 申請(qǐng)人:發(fā)射技術(shù)有限公司