CN1529790A - 具有滑动结构的金属薄膜、蜂窝体及其制造方法 - Google Patents

具有滑动结构的金属薄膜、蜂窝体及其制造方法 Download PDF

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Abstract

用于一由薄板金属层(3)制成的金属蜂窝体(1)的金属薄膜(1)，其中多个这种金属薄膜(1)可通过一种粉末状的焊料(19)连接以形成所述蜂窝体(2)，其特征在于，所述金属薄膜(1)具有至少一个用于相邻的薄板金属层(3)之间相互滑动的滑动结构(4)。此外还提供了包括所述金属薄膜(1)的一种蜂窝体(2)以及一种所述蜂窝体(2)的制造方法。借助所建议的金属薄膜(1)在使用粉末状焊料(19)时也保证了清晰限定的焊接连接，特别是考虑到所述在一内燃机的排气装置中用作催化剂载体的蜂窝体(2)的热和动态载荷，所述焊接连接使得使用寿命明显地提高。

Description

具有滑动结构的金属薄膜、蜂窝体及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种用于一由薄板金属层制成的金属蜂窝体的金属薄膜，其中多个这种金属薄膜通过一种粉末状的(钎)焊料连接以形成所述蜂窝体。此外本发明还涉及一种特别是作为催化剂载体用于一内燃机的排气装置中的蜂窝体，该蜂窝体包括至少部分地制出表面结构的薄板金属层，该薄板金属层这样地缠绕和/或叠放，以形成流体可穿流的通道，其中所述薄板金属层至少部分地借助一种粉末状(钎)焊料相互连接。此外本发明还涉及一种制造这种蜂窝体的方法。
背景技术
具有多个为形成蜂窝结构而缠绕和/或叠放的金属薄膜的金属蜂窝体特别是在汽车制造中作为汽油发动机或柴油发动机的排气装置中的催化剂载体是公知的。在此为了即使当排气***中出现热和动态载荷时也保证所述蜂窝体结构上的完整性，所述金属薄膜通过使用一种焊接材料焊接接合地(fügetechnisch)相互连接。除了条状和带状焊料也可以使用粉末状焊料。
为了保证所述蜂窝体持久的功效，必须这样设计排气***中金属蜂窝体的固定，即在一些情况下使得蜂窝体组件可以进行不同的热膨胀。考虑到金属薄膜与包围蜂窝体的外壳管件之间的连接，这特别具有特别重要的意义。为此例如已知，所述蜂窝体只在一个轴向的部分区域和外壳管件相连接，该部分区域优选地设置在从尾气入口侧开始的20mm的区域。这样在蜂窝体没有和外壳管件相连的部分区域就保证了快速升温或快速冷却的金属薄膜与外壳管件之间的相对运动，同时防止了热应力的出现。其中所述连接区域在制造中能够精确地保持所希望的界限具有特别重要的意义。在保证焊料一定的聚合性的条状或带状焊料的使用时，这(保持加工精度)不存在大的问题。
但是如果考虑涉及粉末焊料使用的加工工艺(过程)，目前特别是在连续和批量生产中还不能以足够的加工可靠性保证精确界定和限定的使用区域。其原因特别在于，在金属薄膜进行缠绕和/或叠放之前在连接区域涂敷有用于固定粉末状焊料的粘结剂。特别是在金属薄膜的缠绕过程中，由于通过粘结剂显著提高的摩擦，会出现粘结剂的局部涂污/非所希望的涂抹(Verschmierung)和/或缠绕或叠放误差。这就造成焊料附着在蜂窝体上不希望其出现的区域，特别是也会出现在前面限定的连接区域的外面。
发明内容
因此，本发明的目的在于，提供一种用于由薄板金属层制成的蜂窝体的金属薄膜，该金属薄膜适合于用于一种具有限定的连接区域的蜂窝体的制造，在此上述加工技术问题可以得到解决。此外还将提供一种蜂窝体及其制造方法，其中由于所述蜂窝体的金属薄膜相互间形成一个可预先确定的连接区域，显著地提高了加工可靠性。
这个目的通过一种根据权利要求1的特征的金属薄膜，以及一种根据权利要求9的特征的蜂窝体和一种根据权利要求12的方法实现。其它有利的实施形式分别在各自的从属权利要求中说明。
根据本发明的金属薄膜的特征在于，该金属薄膜具有至少一个用于相邻的薄板金属层之间相互滑动的滑动结构。该金属薄膜特别是用于一蜂窝体的制造，其中多个这种金属薄膜用一种粉末状焊料连接。考虑到对金属薄膜和薄板金属层进行的区分中可以看出，薄板金属层包括带有和/或没有滑动结构的金属薄膜并由此形成一种上位概念。
所述滑动结构设计成金属薄膜上的例如轨道和/或粒结状的凸起，在此在相邻的薄板金属层相互之间保证一可预定的距离。由于相邻的金属薄膜基本上只是通过所述至少一个的滑动结构相接触，就防止了薄板金属层在大面积的面上相互滑动。这就使得在缠绕和/或叠放过程出现的摩擦力会明显地降低，特别是对于已经用粘结剂涂覆的金属薄膜。这例如使得与金属薄膜缠绕和/或叠放过程有关的用于形成蜂窝体所需要的力会降低。此外还由此防止了已经涂覆的粘结剂的涂污。
特别有利的是，所述至少一个滑动结构限定了一个用于连接至少一个相邻薄板金属层的连接区域。所述至少一个滑动结构优选地具有最高的为0.07mm的结构高度，特别是甚至小于0.05mm的结构高度。通过由至少一个滑动结构对连接区域的限定形成了一种粘结剂和/或焊料蓄池，在此就防止了超过希望的连接区域以外形成焊接接合的连接。在此还要考虑所使用的焊接材料而选择精确的结构高度，特别是焊料的平均颗粒的直径。此外还必须顾及到要防止金属薄膜结构上显著的刚度增强，这种刚度增强可能会妨碍例如后面的一缠绕过程。
根据所述金属薄膜的另一个实施形式，所述至少一个滑动结构设置在一个端侧附近，优选地与端侧的距离在10mm，特别地5mm以内。由于金属薄膜的端侧最终形成蜂窝体的一端面，如果已形成的蜂窝体用于一个内燃机的排气***，则所述至少一个滑动结构的一个相应的实施形式允许所述金属薄膜在一气体入口侧附近相互焊接接合地连接。最高热载荷通常出现在该气体入口侧，这样在这个位置一个受限定的焊接连接具有特别重要的意义。
在此所述至少一个滑动结构在金属薄膜的宽度上连续地，并优选地大致平行于所述端侧延伸，则是有利的。以这种方式在一些情况下可以在蜂窝体靠近气体入口侧的一个盘状区域内产生一个所述连接区域的连续的界限。其中所述滑动结构在这个“盘”内也表现出刚性有些增强，以使得即使是厚度小于0.08mm或者甚至小于0.05mm，特别是小于0.03mm的金属薄膜也可以用于具有高动态载荷的废气净化装置中。
根据另一个有利的实施例，所述至少一个滑动结构设计成粒结式的。滑动结构粒结式的形式是指该滑动结构不是贯穿地在金属薄膜的宽度上延伸。粒结式滑动结构的结构形式在通过滑动结构的形式达到的压力损失方面特别有利。对于粒结式滑动结构该压力损失比在金属薄膜整个宽度上延伸的滑动结构要小。
根据另一个有利的实施例，所述滑动结构具有一个滑动面，对于相邻的由同种材料制成的薄板金属层之间的滑动，该滑动面具有一小于0.15，特别是小于0.1的滑动摩擦系数。在此至少在滑动面上设有润滑剂是有利的。具有如此低的滑动摩擦系数或一种相应的润滑剂的滑动表面的实施形式保证了不受干扰的缠绕过程或者说相邻薄板金属层相互间不受妨碍的滑动。
根据本发明的另一个方面建议一种特别是在一内燃机的排气装置中用作催化剂载体的蜂窝体，该蜂窝体包括至少部分制出表面(波纹)结构的薄板金属层，所述薄板金属层这样地缠绕和/或叠放，以形成一个流体可穿流的通道。由于使用一种粉末焊料进行的薄板金属层相互焊接接合的连接，所述薄板金属层具有至少一个带有至少一个滑动结构的金属薄膜。其中所述相邻设置的金属薄膜的至少一个滑动结构以距蜂窝体的一个端面大致相等的轴向距离设置是有利的。这会致使形成一个平行于蜂窝体端面的、清晰限定的盘形连接区域。这样的结果是，由于波动变化的热载荷产生的蜂窝体的热膨胀或热收缩可以精确地预先确定，并且可以这样进行所述焊接接合的连接，以在一个长的时间段内保证蜂窝体结构上的完整性。
根据另一个实施例，每两个直接相邻的金属薄膜中的分别至少一个滑动机构相互朝向地定向对齐。这样就使得两个相邻薄膜的滑动结构直接相互贴靠(重叠)地设置并至少部分地形成一种用于固定粉末状焊料的蓄池。这还具有这样的优点，即由于相邻金属薄膜的结构高度最终相互累加，可以降低滑动结构的结构高度。其中在一些情况下金属薄膜具有双向的滑动结构，或者说具有朝不同方向延伸的滑动结构，则也是有利的。这样的结果是，保证了金属薄膜相对于所有的相邻金属薄膜都具有有利的滑动摩擦特性，并在两侧都形成焊料或粘结剂的蓄池。
根据本发明一蜂窝体的制造方法包括以下步骤：
-制造平滑的和加工出表面结构的薄板金属层和/或金属薄膜，该薄板金属层和/或金属薄膜具有至少一个限定一个用于连接至少一个相邻的薄板金属层和/或金属薄膜的连接区域的滑动结构；
-在由至少一个滑动结构限定的连接区域内涂覆一种粘结剂；
-叠放和/或缠绕薄板金属层和/或金属薄膜以形成一蜂窝体；
-向蜂窝体填装一种粉末状焊料，在此该焊料与所述粘结剂一起固定在连接区域；和
-加热所述蜂窝体以在薄板金属层和/或金属薄膜之间生成焊接连接。
在所述蜂窝体的一个优选实施例中，所有平滑的和加工出表面(波纹)结构的薄板金属层都设计为具有至少一个滑动结构的金属薄膜。由此就降低了叠放和/或缠绕薄板金属层所需的力。由于其中形成了一个清晰限定的连接区域，还防止了所述粘结剂的涂污。因此，还可以使用一种粉末状焊料实现这样的连接区域，由于其相对于蜂窝体其余区域的界限性，该连接区域可以实现与例如使用条状或带状焊料同样的精确度。
附图的简要说明
现在根据附图对本发明进行说明，特别是对优选实施例进行详细说明。
其中：
图1示出一金属蜂窝体的俯视图，
图2示出一金属蜂窝体的另一个实施例的示意性透视图，
图3示出一个带有滑动结构的金属薄膜的示意性透视图，
图4示出带有滑动结构的相邻金属薄膜的局部视图，
图5示出一带有粒结式滑动结构的金属薄膜的另一个实施例的示意性透视图，
图6示出图5中VI-VI线上的剖视图，
图7示出图5中VII-VII线上的剖视图。
具体实施形式
图1示出了一个金属蜂窝体2的示意性视图，该蜂窝体具有至少部分地加工出表面结构的这样缠绕和/或叠放的薄板金属层3，使其形成一种流体可穿流的通道13。所述薄板金属层3包括具有波纹的和平滑的金属薄膜1，这些金属薄膜由一外壳管件18包围。一个这种类型的蜂窝体2特别在汽车制造中用作一内燃机排气装置中的催化剂载体。
图2示出一包括至少部分地加工出表面结构的薄板金属层3的金属蜂窝体2的另一个实施例的示意性透视图。为了制造图中所示的蜂窝体2，首先制造出具有至少一个滑动结构4的、平滑的和加工出表面结构的薄板金属层3或金属薄膜1，该滑动结构限定了一个用于连接至少一个相邻的薄板金属层3或金属薄膜1的连接区域5。接下来将一种粘结剂17(未示出)涂覆在所述由滑动结构4限定的连接区域5内。现在叠放和缠绕薄板金属层3和金属薄膜1以形成一蜂窝体2。在向蜂窝体2填装一种粉末状焊料19(未示出)以后，焊料19和粘结剂17一起固定在所述连接区域5内，其中由于接下来对蜂窝体2进行的加热而生成薄板金属层3和金属薄膜1相互间的焊接连接。
在所示蜂窝体2的实施例中，所述相邻设置的金属薄膜1的滑动结构4以距蜂窝体2的一个端面16相等的距离15设置，其中距离15在轴线14的方向上限定。考虑到这种蜂窝体2在一内燃机排气装置中的使用，待净化的废气优选地通过所述端面16进入，在该端面附近设置有设计成盘形的连接区域5。这样蜂窝体2最大可能热和动态载荷在该区域内得到特别好的补偿，其中蜂窝体2设置在下游的部分区域基本上可以由于波动的热载荷而自由地膨胀或收缩。
图3示出一个具有两个用于相邻设置的薄板金属层3的相互滑动的滑动结构4的金属薄膜1的示意性透视图。这样设计所述金属薄膜1，使得所述滑动结构4限定了一个用于连接相邻薄板金属层3的连接区域5。其中所述滑动结构4设置在一个端侧7附近，优选地设置在一个从端侧7出发5到10mm的距离15以内。其中所述滑动结构4连续/贯穿地在金属薄膜1的宽度9上延伸，并与所述端侧7大致平行地设置。
金属薄膜1的厚度10优选地设计为小于0.05mm。多个这种类型的金属薄膜1在随后的叠放或缠绕过程之后优选地螺旋形地、S形地或渐开线形地连接聚合成一蜂窝体2。
图4示出两个相邻设置的金属薄膜1的示意性局部视图。所述金属薄膜1分别具有两个带有一个滑动面11的滑动结构4，其中滑动结构4分别相互朝向对齐。这样的结果是，所示上面的金属薄膜1的滑动结构4贴靠设置在所示下面的金属薄膜1的滑动面11上。为了在相邻的金属薄膜1相互滑动时减小摩擦力，滑动面11上设有一种润滑剂12。
所述滑动结构4具有最高为0.07mm的结构高度6。例如在所示的滑动结构4的实施形式中，由于该实施形式中相邻金属薄膜1的结构高度6相互累加，滑动结构4可以设计成具有小于0.03mm的结构高度6。
所述滑动结构4限定了一个连接区域5。在该连接区域5内金属薄膜1设有一种粘结剂17，在该粘结剂上附着有随后输入的粉末状焊料19。在此这样选择结构高度6，以防止刮蹭(掉)粘结剂17或焊料颗粒19。以这种方式可以实现非常清晰限定的连接区域5。
图5示出一金属薄膜1的另一个实施例的示意性透视图。与端侧7相邻的粒结形的结构20平行于该端侧7形成为滑动结构，相邻设置的薄板金属层在所述滑动结构上滑动。
图6示出一个在图5中VI-VI上穿过一金属薄膜1的剖面，粒结式结构20不是连续地形成在金属薄膜1的宽度9上。图7示出在图5中VII-VII上穿过一金属薄膜1的另一个剖面。粒结式结构20设计成距金属薄膜1的端侧7一个距离15。
              参考标号表
1    金属薄膜
2    蜂窝体
3    薄板金属层
4    滑动结构
5    连接区域
6    结构高度
7    端侧
8    距离
9    宽度
10   厚度
11   滑动面
12   润滑剂
13   通道
14   轴线
15   距离
16   端面
17   粘结剂
18   外壳管件
19   焊料
20   粒结式结构

Claims (13)

1.一种用于一由薄板金属层(3)制成的金属蜂窝体(1)的金属薄膜(1)，其中多个这种金属薄膜(1)可通过一种粉末状的焊料(19)连接以形成所述蜂窝体(2)，其特征在于，所述金属薄膜(1)具有至少一个用于相邻的薄板金属层(3)之间相互滑动的滑动结构(4)。
2.根据权利要求1的金属薄膜(1)，其特征在于，所述至少一个滑动结构(4)限定了一个用于连接至少一个相邻薄板金属层(3)的连接区域(5)。
3.根据权利要求1或2的金属薄膜(1)，其特征在于，所述至少一个滑动结构(4)设计为具有最高为0.07mm的结构高度(6)，特别地甚至具有小于0.05mm的结构高度(6)。
4.根据权利要求1到3中任一项的金属薄膜(1)，其特征在于，所述至少一个滑动结构(4)设置在一个端侧(7)附近，优选地在一个距端侧(7)为10mm，特别地为5mm的距离(8)以内。
5.根据权利要求1到4中任一项的金属薄膜(1)，其特征在于，所述至少一个滑动结构(4)连续地在所述金属薄膜(1)的宽度(9)上延伸，并优选地大致平行于所述端侧(7)。
6.根据权利要求1到4中任一项的金属薄膜(1)，其特征在于，所述至少一个滑动结构(4)设计成粒结形的。
7.根据权利要求1到6中任一项的金属薄膜(1)，其特征在于，所述金属薄膜(1)具有最大为0.08mm并优选地甚至小于0.05mm的厚度(10)。
8.根据权利要求1到7中任一项的金属薄膜(1)，其特征在于，所述至少一个滑动结构(4)具有一个滑动面(11)，对于相邻的由同种材料制成的所述薄板金属层(3)之间的滑动，该滑动面具有一小于0.15，特别是小于0.1的滑动摩擦系数。
9.根据权利要求1到8中任一项的金属薄膜(1)，其中所述至少一个滑动结构(4)具有一个滑动面(11)，其特征在于，至少在所述滑动面(11)上设有润滑剂(12)。
10.蜂窝体(2)，特别是在一内燃机的排气装置中用作催化剂载体的蜂窝体，包括至少部分制出表面结构的薄板金属层(3)，所述薄板金属层(3)这样地缠绕和/或叠放，以形成一个流体可穿流的通道(13)，其中所述薄板金属层(3)至少部分地借助一种粉末焊料(19)相互连接，其特征在于，所述薄板金属层(3)具有至少一个带有至少一个根据权利要求1到9中任一项的滑动结构(4)的金属薄膜(1)。
11.根据权利要求10的蜂窝体(2)，其特征在于，所述相邻设置的金属薄膜(1)的所述滑动结构(4)以距蜂窝体(2)的一个端面(16)相等的轴向(14)距离(15)设置。
12.根据权利要求10或11的蜂窝体(2)，其特征在于，每两个直接相邻的金属薄膜(1)的滑动机构(4)相互朝向地定向对齐。
13.制造一种蜂窝体(2)，特别是根据权利要求9到12的一种蜂窝体(2)的方法，包括以下步骤：
-制造平滑的和加工有表面结构的所述薄板金属层(3)和/或金属薄膜(1)，该薄板金属层和/或金属薄膜具有至少一个限定一个用于连接至少一个相邻的所述薄板金属层(3)和/或金属薄膜(1)的连接区域(5)的所述滑动结构(4)；
-在由所述滑动结构(4)限定的一个连接区域(5)内涂覆一种粘结剂(17)；
-叠放和/或缠绕所述薄板金属层(3)和/或金属薄膜(1)以形成一所述蜂窝体(2)；
-向所述蜂窝体(2)填装一种粉末状焊料(19)，在此该焊料(19)与所述粘结剂(17)一起固定在连接区域(5)；和
-加热所述蜂窝体(2)以在所述薄板金属层(3)和/或金属薄膜(1)之间生成焊接连接。
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