蜂窝结构及用于生产结构化层的方法与流程
本发明涉及一种蜂窝结构以及一种用于生产结构化层的方法。
背景技术:
1、具体地,蜂窝结构沿中心轴在流体入口侧与流体出口侧之间延伸,其中通道在两侧之间延伸,使得流体可以流经该蜂窝结构。蜂窝结构包括至少一个堆叠,该堆叠至少由具有波纹结构的第一层形成。第一层沿平行于中心轴的宽度方向,在布置在流体入口侧的第一端面与布置在流体出口侧的第二端面之间延伸。第一层的波纹结构作为主结构,具有大量相互平行延伸的波谷和波峰,其中各自沿走向延伸,其相对于宽度方向的倾斜角大于0°角且至多15°角。
2、通过将相同第一层的另一结构化区域布置到第一层上,或将结构化的第二层布置到第一层上,形成堆叠和通道;其中第一层的该区域或第二层经过结构化,使得上下叠置的波谷和波峰相互交叉,由此波谷与波峰之间的接触区沿走向被限定。
3、具有波纹结构的层例如(但非排他性地)用于形成废气后处理蜂窝体的蜂窝结构,该蜂窝结构尤其用作移动内燃机排气系统中的催化剂载体。此类蜂窝结构或蜂窝体尤其提供较大的表面积,其上布置有催化活性材料,并与流经蜂窝体的废气接触。本发明尤其用于机动车或固定式或其他移动式设备中的废气净化。
4、现有技术中已经提出大量用于废气后处理的蜂窝体的不同实施方式。蜂窝体一般分为陶瓷材质与金属材质(钢或有色金属材料)。然而,也可以采用塑料生产蜂窝体。
5、蜂窝体可以由光滑层和/或结构化层或者金属箔构成。这些层可以经过堆叠、卷绕和/或扭转,最后装入蜂窝体的壳体内,从而形成大量可供废气流通的通道。通道例如可以在这种蜂窝体的两个端面之间直线、曲折和/或倾斜延伸。
6、为了使废气尽可能充分地接触蜂窝体的壁面或壁面上的催化涂层,现有技术提出诸多方案来削弱废气在蜂窝体内的层流状态。因此,例如可以在通道壁提供开孔,从而形成相互连通的通道。同样已知的还有在通道内提供偏转结构、导向叶片等作为次级结构,以便实现通道内定向气流偏转、通道间压差等。
7、de 10 2012 004 918 a1公开了一种蜂窝体,其中结构化层具有波纹结构,其中相邻布置的各层具有交叉的波纹结构。
8、在具有交叉波纹结构的蜂窝结构中,结构化层的通道相对于宽度方向具有限定的倾斜角。通过将通道朝向互为相反的结构化层交替堆叠,产生其中相邻波纹结构相互交叉接触的三维接触区图案,由此可以省去波纹(结构化)层之间的(非结构化)光滑箔片。为保证运行过程中的热机械耐久性,各层之间以及各层与壳体之间可以采用形状配合方式连接或材料结合方式连接。例如,在此连接中提到了钎焊预处理方法,其中粘合剂-水混合物依靠毛细作用,在相邻两层接触点处沿轴向渗入蜂窝结构。焊接方法代表另一接合技术。由此,可以对两层间端面处布置的接触点进行材料结合。
9、接触区内各层之间的连接关系会影响蜂窝体或蜂窝结构的膨胀或膨胀特性,因此是代表蜂窝体耐久性的关键影响因素。
10、在波纹结构相互交叉的蜂窝结构中,相邻结构化层之间的接触状态沿蜂窝结构的横截面持续变化。因此,部分区域内两相邻结构化层的波峰与波谷在端面处相互接触,还有部分区域的接触区与端面间隔数毫米布置,即沿中心轴偏移。
11、现有实施方式存在如下缺陷:当缺乏(非结构化)光滑层时,材料结合连接方法(例如通过钎焊方法或焊接方法)的适用范围受限。通过上述示例性连接方法,例如无法保证这种蜂窝结构中所需数量的接触区相互材料结合,或者无法保证端面区域中足够的连接。
12、另一缺陷来自结构化层的生产过程。结构化层可以借助于结构化波纹轧辊通过波纹-弯折过程重塑。在重塑操作中,尤其对于倾斜延伸单元通道,由于层出现损伤(裂纹或孔洞等),尤其在另外组合次级结构时,要实现的压印高度、压印几何形状以及圆角半径均受到限制。
技术实现思路
1、本发明旨在至少部分解决现有技术存在的上述问题。具体地,提供一种蜂窝结构,该蜂窝结构尤其适于定向形成接触区,通过现有接合方法(钎焊方法、焊接方法)可使蜂窝结构获得可预设的膨胀特性,同时尽可能提升其耐久性。此外,提出一种用于生产结构化层的方法,由此提升倾斜波纹层在生产过程中的设计自由度(压印高度、压印几何形状、圆角半径等)和加工周期。具体地,由此能够实现诸如例如高压印或波纹高度和小圆角半径这类难加工几何特征。
2、具有根据权利要求1所述特征的蜂窝结构以及具有根据权利要求9所述特征的方法用于解决上述目标。有利改进方案为从属权利要求的主题。权利要求中单独列出的特征可以以技术上有意义的方式相互组合,并且可以结合说明书的说明内容和/或附图细节得到本发明的更多实施变体。
3、本发明提出一种蜂窝结构,该蜂窝结构沿中心轴在流体入口侧与流体出口侧之间延伸,其中通道在两侧之间延伸,使得流体可以流经该蜂窝结构。蜂窝结构包括至少一个堆叠,该堆叠至少由具有波纹结构的第一层形成。第一层沿平行于中心轴的宽度方向,在布置在流体入口侧的第一端面与布置在流体出口侧的第二端面之间延伸。第一层的波纹结构作为主结构,具有大量相互平行延伸的波谷和波峰,其中各自沿走向延伸,其相对于宽度方向的倾斜角大于0°角且至多15°角。
4、波纹结构具有至少一(类)次级结构,该次级结构包括主结构的反向变形,在每种情况下次级结构沿走向在端面之间所呈距离上的延伸占比至多20%,尤其至多10%,优选至多5%。借助于反向变形,波谷转变为中间波峰,或者波峰转变为中间波谷。通过将相同第一层的另一结构化区域布置到第一层上,或将结构化的第二层布置到第一层上,形成堆叠和通道。第一层的该区域或第二层经过结构化,使得上下叠置的波谷、波峰、中间波峰和中间波谷相互交叉,由此一方面波谷与中间波谷之间以及另一方面波峰与中间波峰之间的接触区沿走向被限定。
5、具体地,第一(和/或第二)层沿宽度方向在第一端面与第二端面之间延伸,并与其横向沿纵向从第一端延伸到第二端。
6、具体地,第一(和/或第二)层(基本上)呈矩形。具体地,层沿延伸方向的范围大于沿宽度方向的范围。
7、具体地,整个第一(和/或第二)层经过了结构化,换言之在宽度方向和延伸方向上的整个范围内具有波纹结构(具体地换言之不存在光滑/非结构化区域)。
8、具体地,层在宽度方向上的范围在5毫米至1000毫米之间,优选小于200毫米。
9、具体地,第一层的材料厚度(横向于宽度方向和延伸方向延伸的高度方向)在20μm至2毫米之间,具体地至多1.0毫米,甚至至多0.5毫米。
10、具体地,波纹结构的振幅(换言之结构化层在高度方向上的最大范围)在0.5毫米至10毫米之间,尤其至多5毫米。
11、具体地,波谷和波峰各自相对于宽度方向以大于1°角,优选大于2°角甚至3°角的倾斜角延伸。具体地,第一倾斜角至多15°角,优选至多12°角、至多10°角甚至至多8°角。如果将这种层以走向相互交叉的方式上下叠置,则相互接触的波谷与波峰之间得到的角度对应于各层倾斜角之和。
12、蜂窝结构通过多层上下叠置形成。为此目的,可以使用将多层直接上下堆叠的堆叠,或者堆叠可以被折叠和/或卷绕和/或扭转。这类蜂窝结构基本上是已知的。
13、按上述方式生产的蜂窝结构可以布置在壳体内,并因此形成蜂窝体。
14、蜂窝体或蜂窝结构可以基本上具有不同形状,具体地为圆形、椭圆形、多边形或类似横截面。这种蜂窝体通常配备有管状壳体。当用于废气后处理时,在蜂窝体运行期间废气/流体有规律地经由流体入口侧(侧)进入,并且又经由流体出口侧(侧)离开。流体入口侧和流体出口侧优选大致相互平行布置,或者也可相互倾斜布置,二者通常界定蜂窝体在该蜂窝体的中心轴方向上的长度,该中心轴贯通蜂窝体的两侧,并且具体地相对于至少一侧优选两侧均垂直居中布置。
15、具体地,借助于形成(主结构的有限区域的)次级结构的反向变形,将波谷的部分区域变形为中间波峰,或者将波峰的部分区域变形为中间波谷。
16、反向变形具体地包括对主结构的独有重塑。次级结构(具有倾斜表面)的形状由此具体地沿通道的走向相继地过渡至主结构的形状。通过次级结构的形状向主结构的形状的相继过渡,提供了相对于沿走向流经蜂窝结构的流体倾斜布置的表面。
17、可选地,反向变形可以通过分隔切口与主结构分隔开,该分隔切口具体地(至少或仅)横向于走向延伸。由于分隔切口具体地在每种情况下沿纵向受限于一个通道,因此在每种情况下蜂窝结构内产生的附加边缘可以作用于流经蜂窝结构的流体。
18、由于分隔切口,具体地不必再形成倾斜表面。例如,由此可以减少蜂窝结构对流经蜂窝结构的流体的流动阻力。
19、通过每个中间波峰或中间波谷,在每种情况下可以在一方面在波谷与中间波谷之间以及在另一方面在波峰与中间波峰之间形成附加接触区(相对于主结构的接触区),该附加接触区(与主结构形成的接触区一样)同样沿走向被限定。
20、通过次级结构,具体地通过目标方式可以提供其他接触区,在该其他接触区可以产生钎焊连接或焊接连接。
21、具体地,至少一个次级结构(换言之在每种情况下的一个反向变形)一直延伸至相应层的端面。由此具体地可以在端面附近或直接在端面处形成或提供又一接触区。通过此方式,可以在端面的区域中具体地通过现有接合方法产生其他(材料结合)连接。
22、具体地,至少一个次级结构(换言之在每种情况下的一个反向变形)与相应层的端面间隔开布置。由此具体地可以在端面附近(但不在端面)可选地形成或提供又一接触区。通过此方式,可以在端面的区域中具体地通过现有接合方法产生其他(材料结合)连接。
23、具体地,在横向于走向延伸的横截面中,次级结构适用于和相邻层形成接触区的接触表面大于主结构的接触表面。
24、具体地,主结构例如包括层的正弦(或者不同或类似形状)波纹。例如,正弦波纹具体地沿纵向具有交替的最大值和最小值,由此形成振幅。具体地,反向变形例如可以形成波纹的扁平化最大值或最小值(换言之不再是横截面中的点状,而是沿纵向的线状),从而线状最大值或最小值形成的接触表面大于点状最大值或最小值形成的接触表面。
25、具体地,在第一(和/或第二)层的每个波谷和/或每个波峰中,在每种情况下提供(仅或至少)一个次级结构。
26、具体地,层具有仅中间波峰或仅中间波谷作为次级结构。备选地,层具有两类次级结构,换言之中间波峰和中间波谷。
27、具体地,在每种情况下,次级结构相对于宽度方向布置在相同位置(换言之例如在每种情况下与相应层的端面距离相等)。
28、具体地,在第一层上提供沿走向相互间隔开的多个次级结构。具体地,至少部分上,每波谷或波峰提供沿走向相互间隔开布置的若干次级结构。通过此方式,可以以目标方式在蜂窝结构的特定位置产生或提供相邻布置层之间的(材料结合)连接。
29、具体地,在第一(和/或第二)层上,沿横向于宽度方向延伸的纵向依次提供多个交替布置的中间波峰和波峰,其中沿宽度方向(和/或走向)与其偏移,沿纵向依次提供多个交替布置的中间波谷和波谷。
30、具体地,中间波峰和中间波谷沿纵向交替提供(可选地沿宽度方向和/或走向相互偏移和/或间隔开进行布置)。
31、在本文中,沿宽度方向偏移具体地指的是中间波峰和中间波谷沿纵向没有依次对齐布置。在本文中,沿宽度方向相互间隔开布置具体地指的是中间波峰和中间波谷不仅没有沿纵向对齐,还没有相互重叠布置。
32、具体地,中间波峰和中间波谷沿宽度方向和/或走向相互偏移和/或相互间隔开布置。
33、通过所提出的蜂窝结构,可以根据蜂窝结构中的(蜂窝结构的)单元密度来保证每横截面面积(横向于宽度方向)内可复现且大量的连接点。具体地,可以提升连接点的结合质量(例如,通过更大的接触表面或接触区)。具体地,相邻层之间接触区或接触表面的结合质量可以在依靠毛细作用的涂胶方法或焊接方法中得到提升。具体地,通过提供次级结构可以创建附加支撑点(相互邻近布置的层的接触部分),从而提升蜂窝结构的机械稳定性,以及使恒定预紧力均匀分布在蜂窝结构各侧(流体入口侧、流体出口侧)。此外,具体地可以降低生产过程和运行期间蜂窝结构受损的风险。另外,本发明可显著提升蜂窝结构针对可选提供的废气净化或处理的容积比效能。具体地,通过均衡热质量和强化层间热传递,可以提升蜂窝结构的加热性能。具体地,提供次级结构仅会带来背压的小幅上升(当流体流经蜂窝体时)。
34、具体地,蜂窝结构的接触区中至多20%、优选至多10%、特别优选至多5%出现钎焊或焊接连接(以下称连接)。具体地,这些连接在蜂窝结构生产期间或之后产生。具体地,这些连接大致均匀地分布在蜂窝结构横向于中心轴延伸的横截面上。然而,也可以出现刻意产生的非均匀分布或连接的分布图案。
35、具体地,蜂窝结构的(至少一些材料结合)连接与层的相应最近端面距离至多10毫米进行布置。具体地,这些连接中的至少30%,尤其至少45%一直延伸至端面。
36、具体地,全部(材料结合)连接中的至少90%(甚至100%)位于与(最近)端面至多20毫米、优选至多15毫米,特别优选至多10毫米的距离处。
37、具体地,每个(材料结合)连接沿平行于中心轴的方向在最大长度至多10毫米、尤其至多5毫米上延伸。
38、本发明还提出了一种用于生产具有波纹结构的结构化层的方法。层沿宽度方向在第一端面与第二端面之间延伸,并与其横向沿纵向从第一端向第二端延伸。波纹结构作为主结构具有大量相互平行延伸的波谷和波峰,其中各自沿走向延伸,其相对于宽度方向的倾斜角大于0°角且至多15°角。此外,波纹结构具有至少一个次级结构,该次级结构包括主结构的反向变形,在每种情况下次级结构沿走向在端面之间所呈距离上的延伸占比至多20%。借助于反向变形,从波谷变为中间波峰,或者从波峰变为中间波谷。
39、该方法至少包括如下步骤:
40、a) 提供轧制设备,轧制设备至少包括第一轧辊对和第二轧辊对;
41、b) 将仍未结构化的层馈送到轧制设备;
42、c) 通过将未结构化的层穿过第一轧辊对来将层重塑,并且形成波纹结构的中间形式;
43、d) 通过将具有中间形式的层穿过第二轧辊对来将层重塑,并且形成波纹结构。
44、上述方法步骤划分(非详尽)成a)至d)主要仅旨在区分,并不旨在强制任何顺序和/或依赖。例如轧制设备安装和/或运行期间,方法步骤的次数也可以变化。同样,方法步骤可能至少部分在时间上相互重叠。具体地,以所述顺序执行步骤a)至d)。
45、轧制设备基本上已知,具体地,轧辊对的各轧辊相互啮合,因此当层穿过轧辊对时将该层结构化。
46、在本情况下,具体地提出了至少两个(但可选地也不止两个)重塑阶段。由此,可以将所提供的结构(主结构或次级结构)可复现地压印到对应层上。
47、具体地,方法的步骤a)包括提供具有至少两个(优选三个甚至四个)轧辊对的轧制设备。每个轧辊对包括相互啮合的(至少或恰好)两个轧辊。
48、具体地,方法的步骤b)包括将仍未结构化(换言之光滑)的层馈送到轧制设备。
49、具体地,步骤c)包括通过将未结构化的层(根据步骤b)馈送)穿过第一轧辊对来将层重塑。在此情况下,通过相互啮合轧辊的表面将层重塑,并且将波纹结构的中间形式压印到层上。
50、例如,在步骤c)的范围内,可以产生波纹结构的仅某些部分(例如,仅主结构或仅次级结构和/或其部分)和/或仅部分成形结构(例如,具有更小振幅)。
51、具体地,步骤d)包括通过将具有中间形式的层穿过第二轧辊对来将该层重塑并且形成波纹结构。具体地,在步骤d)之后,层处于预定状态,换言之所有主结构和次级结构都已经达到完整成形状态。
52、具体地,可以提供若干步骤c),其中针对每个后续步骤c),对具有已产生中间形式(由先前步骤c)产生)的层进一步重塑。步骤c)继而形成中间形式阶段,并且步骤d)形成层连续重塑的最终形式阶段。
53、借助于多阶段重塑过程,倾斜波纹层可以逐步重塑至期望的压印几何。各重塑步骤可以在生产线上直接依次发生(其中层至少部分同时地穿过步骤c)和步骤d),仅用层的不同部分),或者相互独立发生。随着重塑步骤数目增加,层的压印相继增加,其中与单阶段波纹(没有步骤c),仅步骤d))相比,在每个部分步骤中,层材料有可能再次在带运行方向(换言之层的输送方向,这里具体地在纵向)上“顺流”。总体上,由此可实现更高程度的层的重塑。
54、具体地,由此层的几何设计(重塑度、圆角设计等)还可以获得更大自由度。
55、具体地,针对提出的波纹结构(具有倾斜延伸通道),由此还可以提供连续重塑过程(换言之其中层至少部分同时地穿过步骤c)和步骤d)),从而可以实现缩短加工周期或降低生产成本。
56、具体地,中间形式(在一个或第一步骤c)之后)的波纹结构的最大振幅是结构化层(在步骤d)之后)波纹结构的最大振幅的至多80%、尤其至多70%、优选至多50%。
57、本发明还提出了一种蜂窝体,该蜂窝体至少具有所述蜂窝结构和/或具有通过所述方法生产的波纹结构的层。为了形成流体可以从蜂窝体的流体入口侧流到流体出口侧的蜂窝结构,第一层通过自身折叠或与至少一个其他结构化层布置以形成堆叠。可选地,通过附加地卷绕、扭转或折叠堆叠来形成蜂窝结构。为此目的还可以使用若干堆叠。
58、所述结构化层(不具有次级结构)以及蜂窝体或蜂窝结构基本上已知。对此,可参考层以及蜂窝体或蜂窝结构的已知实施方式。
59、具体地,该蜂窝体提供用于废气后处理。可以参考前文说明。
60、至少一个层可以例如以绕中心轴螺旋方式布置。具体地,使用两个层或其倍数,其中成对层可以优选地具备相同结构(类型、尺寸等),但由取向不同的波纹结构形成,使得相互接触层的波谷和波峰交叉。
61、层的波纹结构优选在整个长度上形成,换言之在第一端面与第二端面之间。波纹结构由凸起(波峰)和凹陷(波谷)形成。在此情况下,波峰和波谷在层的延伸方向上有规律地交替。在横截面中,波峰和波谷可以形成一种正弦波纹、锯齿形状等。
62、蜂窝体内结构或波峰和波谷的布置使得其相对于中心轴倾斜延伸。由此形成用于流体的通道部分,具体地其不与中心轴平行延伸,而是与其倾斜。因此,如果废气流或流体流垂直冲击蜂窝结构的端面或蜂窝体的流体入口侧,则废气/流体最初被分开,因为其进入由波峰和波谷形成的通道开口,继而在蜂窝体的内部偏转。结构的配置非常特殊,使得相邻区域中的波峰和波谷(以相对于中心轴的径向观察)倾斜不同或者具有相互偏离的取向。例如,如果一个区域中发生向右的偏转,则优选位于进一步向内的区域中发生向左的偏转,反之亦然。当以径向观察时,特别优选此对齐或取向总是交替变化。具体地,这使得波峰和波谷至少部分线性位于彼此之上并且优选不在蜂窝体的点处,而是相互交叉并因此相互间仅大致形成点状支撑点或接触区。这使得在结构中,废气/流体的部分流持续偏转,并且可以具体地以锯齿状方式流入相邻的波峰或波谷。
63、本发明还提出了蜂窝体或层在排气系统中的应用,例如机动车或固定式设施,其具有带有排气系统的内燃机。排气系统具有至少一个催化剂载体或颗粒分离器,其配备有本文所述的蜂窝体。催化剂载体和/或颗粒分离器可以具有催化活性涂层。
64、具体地,本发明提供了至少一种数据处理系统,该系统具有适配、配置或编程用于实施用以生产层的方法的装置。
65、具体地,提供用于实施用以生产蜂窝结构的方法的设备包括数据处理系统(例如,控制单元),该系统具有用于执行方法各步骤的装置和/或具有适配、配置或编程用于执行方法各步骤的装置。
66、装置例如包括处理器和存储器(其中存储有处理器要执行的指令),以及数据线路或传输设备(支持所述元件间指令、测量值、数据等的传输)。
67、具体地,“装置”可以包括以下一种或多种组件:控制器、微控制器、数据存储器、数据连接、显示器设备(诸如例如显示屏)、计数器或计时元件(定时器)、至少一个附加传感器、电源等。
68、本发明还提供了一种计算机程序,包括当计算机程序由计算机执行时,使得计算机实施所述方法或所述方法的各步骤。
69、本发明还提供了一种计算机可读存储介质,包括当被计算机执行时,使得计算机实施相应所述方法或相应所述方法的各步骤的指令。
70、具体地,针对方法的说明可转移到蜂窝结构、蜂窝体、用途、数据处理系统和/或计算机实现的方法(换言之计算机程序和计算机可读存储介质),反之亦然。
71、不定冠词(“一个/一种”)的使用,尤其在权利要求和复述权利要求的说明书中,应当理解为这种而不是数量。对应引出的术语或部件因此理解为存在至少一次,并且具体地还可以存在多次。
72、需要说明,应当注意本文使用的序数词(“第一”、“第二”……)主要(仅)用于区分若干相似对象、参数或过程,因此并不需要指定这些对象、参数或过程相互之间的任何依赖关系和/或顺序。如果需要依赖关系和/或顺序,文中会明确写明或本领域技术人员在阅读具体所述配置方案后可直接得知。对于可多次(“至少一个”)出现的部件,针对这些部件之一的说明可以等同地适用于多个这些部件中的全部或部分;然而,不做强制限定。
73、下面参考附图更详细地解释本发明和技术环境。应当注意,本发明并不旨在受所提及的示例性实施方式的限制。具体地,应当注意,所示出的附图以及特别地尺寸比仅是示意性的。在附图中:
74、图1以部分截面的透视图示出了由层形成的蜂窝体的细节;
75、图2以沿蜂窝体的中心轴的视图示出了根据图1的细节;
76、图3示出了具有根据图1和图2的层的蜂窝体的示例;
77、图4以透视图示出了第一层;
78、图5以透视图示出了第二层;
79、图6以透视图示出了层的设计变体;
80、图7以沿走向的视图示出了根据图4至图6的层;
81、图8以透视图示出了由根据图4和图5的层形成的蜂窝结构的细节;以及
82、图9以侧视图示出了用轧制设备生产层的方法。
83、图1以部分截面的透视图示出了由层8、20形成的蜂窝体34的细节。图2以沿蜂窝体34的中心轴4的视图示出了根据图1的细节。图3示出了具有根据图1和图2的层8、20的蜂窝体34。图1至图3在下文一起描述。
84、蜂窝体34具有蜂窝结构1,该蜂窝结构1沿中心轴4在流体入口侧2与流体出口侧3之间延伸。通道5在两侧2、3之间延伸,使得流体6可以流经蜂窝结构1。蜂窝结构1包括堆叠7,该堆叠7由第一层8和附加第二层20形成,各自具备波纹结构9,其中层8、20沿平行于中心轴4的宽度方向12在布置在流体入口侧2的第一端面10与布置在流体出口侧3的第二端面11之间延伸,并且沿横向于中心轴4的纵向23在第一端24与第二端25之间延伸(见图6)。
85、层8、20的波纹结构9作为主结构具有大量相互平行延伸的波谷13和波峰14,其中各自沿走向16延伸,其相对于宽度方向12的倾斜角15大于0°角且至多15°。如果将这种层8、20上下叠置,则相互接触的波谷13与波峰14之间得到的角度对应于各层8、20倾斜角15之和。
86、层8、20各自在横向于宽度方向12和纵向23延伸的高度方向31上具有材料厚度。
87、通过将相同第一层8的另一结构化区域布置到第一层8上,或将结构化的第二层20布置到第一层8上,形成堆叠7和通道5。第一层8的该区域或第二层20经过结构化,使得上下叠置的波谷13和波峰14相互交叉,由此波谷13与波峰14相互接触的接触表面22之间的接触区21沿走向15被限定。例如,在多处接触区21形成材料结合(钎焊)连接35,其中仅在接触区21的预定子集形成钎焊连接35。
88、蜂窝体34具有至少两个具有波纹结构9的带状层8、20。图3示出了至少部分或至少在蜂窝体34的流体入口侧2,在每种情况下不具有波纹结构9的光滑层布置在具有波纹结构9的带状层8、20之间。
89、为了形成流体6可以从蜂窝体34的流体入口侧2流到流体出口侧3的蜂窝结构1,层8、20通过自身折叠或与至少一个其他(光滑和/或结构化)层布置以形成堆叠7。在图3中,通过附加地卷绕堆叠7形成蜂窝结构1。
90、蜂窝体34具有圆形横截面。蜂窝体34配备有管状壳体33。当用于废气后处理时,在蜂窝体34运行期间废气/流体6有规律地经由流体入口侧2进入蜂窝体34或经由端面10、11之一进入蜂窝结构1,并且又经由流体出口侧3或另一端面11、10离开。(层8、20或蜂窝结构1)相互平行布置的端面10、11有规律地限定蜂窝结构1在蜂窝体34的中心轴4方向上的长度(或层8、20的宽度),该中心轴4贯通两个端面10、11,并且相对于两个端面10、11垂直居中布置。
91、层8、20主结构的波纹结构9在蜂窝体34的整个长度或在层8、20的整个宽度上形成,换言之在第一端面10与第二端面11之间。波纹结构9的主结构由凸起(波峰14)和凹陷(波谷13)形成。在此情况下,波峰14和波谷13在层8、20的纵向23上有规律地交替。在横截面中,波峰14和波谷13形成一种正弦波纹。蜂窝体34内波纹结构9或波峰14和波谷13的布置使得其相对于中心轴4倾斜延伸。由此形成用于流体6的通道部分,其不与中心轴4平行延伸,而是与其倾斜。因此,如果废气流或流体流垂直冲击端面10、11,则废气/流体6最初被分开,因为其进入由波峰14和波谷13形成的通道开口,继而在蜂窝体34或蜂窝结构1的内部偏转。波纹结构9使得相邻区域中的波峰14和波谷13(以相对于中心轴4的径向36观察)倾斜不同或者具有相互偏离的取向。例如,如果一个区域中发生向右的偏转,则优选位于进一步向内的区域中发生向左的偏转,反之亦然。当以径向36观察时,此对齐或取向总是交替变化。这使得波峰14和波谷13线性位于彼此之上不在蜂窝结构1的蜂窝体34的点处,而是相互交叉并因此相互间仅大致形成点状支撑点或接触区21。这使得在结构中,废气/流体6的部分流持续偏转,并且可以具体地以锯齿状方式流入相邻的波峰14或波谷13。
92、层8、20的波状结构9和波状结构9在蜂窝体34中的交叉布置导致相互接触的层8、20之间的空穴减少,该空穴总是大量存在,并且当波谷13和波峰14直线对齐时在较大长度上延伸,由此可以在蜂窝体34或蜂窝结构1的相同单元密度下提供更大的表面积,并且可以减少在这些空穴中不期望的涂层(或其他涂料)累积。
93、图4以透视图示出了第一层8。图5以透视图示出了第二层20。图6以透视图示出了层8、20的设计变体。图7以沿走向16的视图示出了根据图4至图6的层8、20。图8以透视图示出了由根据图4和图5的层8、20形成的蜂窝结构1的细节。图4至图8下文一起描述。可参考关于图1至图3的说明。
94、在每种情况下,层8、20的波纹结构9具有次级结构,该次级结构包括主结构的反向变形,在每种情况下次级结构沿走向16在端面10、11之间所呈距离17上的延伸占比至多20%。借助于反向变形,在第二层20中波谷13转变为中间波峰18(图5),并且在第一层8中波峰14转变为中间波谷19(图4)。
95、根据图6的层8、20具备两类次级结构,换言之中间波峰18与端面10、11间隔开布置,并且中间波谷19一直延伸到第一端面10。
96、通过将结构化的第二层20(图5)布置到第一层8(图4)上,形成堆叠7和通道5或蜂窝结构1(图7)。第二层20经过结构化,使得上下叠置的波谷13、波峰14、中间波峰18和中间波谷19相互交叉,由此一方面波谷13与中间波谷19之间以及另一方面波峰14与中间波峰18之间的接触区21沿走向16被限定。
97、根据图4至图8中层8、20的波纹结构9具有振幅30(换言之结构化层8、20在高度方向31上的最大范围)。
98、借助于形成(主结构的有限区域的)次级结构的反向变形,将波谷13的部分区域变形为中间波峰18(第二层20,参见图5、图6),或者将波峰14的部分区域变形为中间波谷19(第一层8,参见图4、图6)。
99、反向变形具体地包括对主结构的独有重塑(换言之不具有分隔切口,本文未示出)。次级结构(具有倾斜表面)的形状由此具体地沿通道5的走向16相继地过渡至主结构的形状。通过次级结构的形状向主结构的形状的相继过渡,提供了相对于沿走向16流经蜂窝结构1的流体6倾斜布置的表面。
100、备选地,反向变形可以通过分隔切口与主结构分隔开(参见图4至图8),该分隔切口这里仅横向于走向16延伸。由于分隔切口在每种情况下沿纵向23受限于一个通道5,因此在每种情况下蜂窝结构1内产生的附加边缘可以作用于流经蜂窝结构1的流体6。
101、由于分隔切口,具体地不必再形成倾斜表面。例如,因为通道5没有被倾斜表面至少部分闭合,由此可以减少蜂窝结构1对流经蜂窝结构1的流体6的流动阻力。
102、通过每个中间波峰18或中间波谷19,在每种情况下可以在一方面在波谷13与中间波谷19之间以及在另一方面在波峰14与中间波峰18之间形成附加接触区21(相对于主结构的接触区21),该附加接触区21(与主结构形成的接触区21一样)同样沿走向16被限定。
103、通过次级结构,以目标方式可以提供其他接触区21,在该其他接触区21可以产生钎焊连接或焊接连接35。
104、在根据图6的层8、20中,形成为中间波谷19的次级结构各自一直延伸至层8、20的第一端面10。由此可以在第一端面10附近或直接在第一端面10处形成或提供又一接触区21。通过此方式,可以在第一端面10的区域中具体地通过现有接合方法产生其他(材料结合)连接35。
105、在根据图4、图5和图8的层8、20中,次级结构与端面10、11各自间隔开布置,但在第一端面附近。由此可以在第一端面10附近形成或提供又一接触区21。通过此方式,可以在第一端面10的区域中具体地通过现有接合方法产生其他(材料结合)连接35。
106、在横向于走向16延伸的横截面中,次级结构适用于和相邻层8、20形成接触区21的接触表面22大于主结构的接触表面22(具体参见图6)。
107、主结构包括层8、20的正弦波纹。例如,正弦波纹沿纵向23具有交替的最大值和最小值,由此形成振幅30。形成为反向变形的次级结构形成波纹的扁平化最大值或最小值(换言之不再是横截面中的点状,而是沿纵向23的线状),从而线状最大值或最小值形成的接触表面22大于点状最大值或最小值形成的主结构的接触表面22。
108、在图4至图8中层8、20的每个波谷13和每个波峰14中,在每种情况下提供仅一个次级结构。
109、在每种情况下,相应次级结构相对于宽度方向12布置在相同位置,换言之例如形成为中间波峰18的次级结构在每种情况下与第一层8的第一端面10距离32相等。
110、在根据图6的层8、20上,提供了沿走向16相互间隔开并且布置在不同通道5中的多个次级结构。由此,可以以目标方式在蜂窝结构1的特定位置产生或提供相邻布置层8、20之间的(材料结合)连接35。
111、在根据图6的层8、20中,沿横向于宽度方向12延伸的纵向23依次提供多个交替布置的中间波峰18和波峰14,其中沿宽度方向12(和/或走向16)与其偏移,沿纵向23依次提供多个交替布置的中间波谷19和波谷13。
112、中间波峰18和中间波谷19沿纵向23交替提供,并且沿宽度方向12和/或走向16相互偏移和/或间隔开进行布置。
113、在根据图4、图5和图8的层8、20中,蜂窝结构1的次级结构(中间波峰18和中间波谷19)以距相应最近(这里第一)端面10的小距离32布置。
114、在根据图7的层8、20中,近似50%的次级结构(即仅中间波谷19)一直延伸到第一端面10。
115、图9以侧视图示出了用轧制设备生产层的方法。可参考关于图1至图8的说明。
116、层8沿宽度方向12在第一端面10与第二端面11之间延伸,并与其横向沿纵向23从第一端24向第二端25延伸。波纹结构9作为主结构具有大量相互平行延伸的波谷13和波峰14,其中各自沿走向16延伸,其相对于宽度方向12的倾斜角15大于0°角且至多15°角。此外,波纹结构9具有包括主结构的反向变形的次级结构。借助于反向变形,从波谷13变为中间波峰18,或者从波峰14变为中间波谷19。
117、方法的步骤a)包括提供具有至少两个轧辊对27、28的轧制设备26。每个轧辊对27、28包括相互啮合的两个轧辊。
118、方法的步骤b)包括将仍未结构化(换言之光滑)的层8馈送到轧制设备26(换言之在图96中从右向左)。
119、步骤c)包括通过将未结构化的层8(根据步骤b)馈送)穿过第一轧辊对27来将层8重塑。在此情况下,通过相互啮合轧辊的表面将层8重塑,并且将波纹结构9的中间形式29压印到层8上。
120、例如,在步骤c)的范围内,可以产生波纹结构9的仅某些部分(例如,仅主结构或仅次级结构和/或其部分)和/或仅部分成形结构(例如,具有更小振幅30等)。
121、步骤d)包括通过将具有中间形式29的层8穿过第二轧辊对28来将该层8重塑并且形成波纹结构9。在步骤d)之后,层8处于预定状态,换言之所有主结构和次级结构都已经达到完整成形状态。
122、可以提供若干步骤c)(换言之若干第二轧辊对28),其中针对每个后续步骤c),对具有已产生中间形式29(由先前步骤c)产生)的层8进一步重塑。步骤c)继而形成中间形式阶段,并且步骤d)形成层8连续重塑的最终形式阶段。
123、借助于多阶段重塑过程,倾斜波纹层8可以逐步重塑至期望的压印几何。如图所示各重塑步骤可以在生产线上直接依次发生(其中层8至少部分同时地穿过步骤c)和步骤d),仅用层的不同部分)。随着重塑步骤数目增加,层8的压印相继增加,其中与单阶段波纹(没有步骤c),仅步骤d))相比,在每个部分步骤中,层8材料有可能再次在带运行方向(换言之层8的输送方向,这里在纵向23)上“顺流”。总体上,由此可实现更高程度的层8的重塑。
124、中间形式29(在一个步骤c)之后)的波纹结构9的最大振幅30是结构化层8在步骤d)之后波纹结构9的最大振幅30的至多50%。
125、附图标记列表:
126、1 蜂窝结构
127、2 流体入口侧
128、3 流体出口侧
129、4 中心轴
130、5 通道
131、6 流体
132、7 堆叠
133、8 第一层
134、9 波纹结构
135、10 第一端面
136、11 第二端面
137、12 宽度方向
138、13 波谷
139、14 波峰
140、15 倾斜角
141、16 走向
142、17 距离
143、18 中间波峰
144、19 中间波谷
145、20 第二层
146、21 接触区
147、22 接触表面
148、23 纵向
149、24 第一端
150、25 第二端
151、26 轧制设备
152、27 第一轧辊对
153、28 第二轧辊对
154、29 中间形式
155、30 振幅
156、31 高度方向
157、32 距离
158、33 壳体
159、34 蜂窝体
160、35 连接
161、36 径向
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