[发明专利]用于利用至少一个成形段制造金属蜂窝体的方法和设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于将至少部分形成(凸凹)结构的金属薄板卷绕成蜂窝结构的装置以及一种利用至少部分形成结构的金属薄板制造蜂窝体的方法。此外还提出了一种蜂窝结构或蜂窝体的特别优选的设计方案，以及其在汽车领域中的应用。

本发明特别涉及这样的蜂窝体，这种蜂窝体内置在废气系统中，并在这里在除去或转化包含在废气中的有害物质时协同作用。这样，例如已知将蜂窝体用作不同涂层的载体，以实现与废气相应的化学反应，例如，作为催化转化剂、吸附剂等。此外，这种蜂窝结构还可以用于形成开放式或封闭式的颗粒过滤器，所述颗粒过滤器在必要时同样可以设有涂层。最后还已知，至少有时还可以对这种金属蜂窝体加载电流，从而该蜂窝体可以实现加热元件的功能，或者给该蜂窝体设置微结构，从而使该蜂窝体起流混合器的作用。

背景技术

金属蜂窝体基本上区分为两种常见的结构形式。一种在DE2902779中示出常见例子的结构形式是螺旋状的结构形式，在这种结构形式中，主要是将一平滑的和一形成波纹的金属薄板相互叠置铺放，并将其卷绕成螺旋形。在另一种结构形式中，蜂窝体由多个交替布置的平滑的和形成波纹或形成不同形式波纹的金属薄板构成，其中，所述金属薄板首先形成一个或多个堆叠，所述堆叠相互缠绕。这里所有金属薄板的端部都位于外边并可以与壳体或外壳管相连。由此形成了大量的连接部，所述连接部提高的蜂窝体的持久性。在EP0245737种说明了这种结构形式的常见示例。

长期以来还已知，所述金属薄板设有附加的(凸凹)结构，以控制流动和/或实现各流动通道之间的横向混合。这种设计的常见示例有WO91/01178、WO91/01807和WO90/08249。最后还存在锥形结构形式的蜂窝体，这种结构形式必要时也设计成具有另外的、用于控制流动的附加结构，例如可参见WO97/49905。此外，蜂窝体还可以设有用于传感器的凹口，如DE8816154U1中所述的那样。

在蜂窝体的制造中，卷绕过程，即进行蜂窝体从平面形的堆叠到圆柱形或锥形体的成形过程，在技术上是有问题的，因为应使用优选非常薄的金属薄板。这种薄的金属薄板有这样的优点，即这种薄板使得可以在单位蜂窝体体积中形成更多的通道数量，同时还使蜂窝体的单位表面积的热容量降低，由此所述蜂窝体可以快速地跟随废气系统中的热交变载荷。但也存在这样的危险，即，例如形成波纹的金属薄板在卷绕期间会发生变形，例如在卷绕时形成不同的通道形状。以后在废气系统中这对于废气的流动特性会产生不利的影响。

WO97/00135给出了一种可以非常好地起作用的、用于制造金属蜂窝体的方法。这里建议了一种用于由至少一个由多个至少部分形成结构的金属板组成的堆叠制造蜂窝体的装置，其中设有至少两个成形段。每个成形段分别可绕一平行于包缠方向的轴线延伸的摆动轴线与包缠装置的转动方向相反地摆动。通过每个成形段与包缠装置的转动方向相反的摆动可以防止，在成型结束时金属板堆叠被挤压变形。这里可以看到，如果起支座(Widerlager)作用的成型段直接贴靠在堆叠上，则是更为有利的。但每个堆叠还没有卷绕的段是自由的。由此不会出现明显的对堆叠仍未卷绕的段作用的载荷，从而在这里避免了弯曲载荷。

蜂窝体既可以用于内燃机(例如汽油发动机、柴油发动机等)的移动式的废气装置内，也可以用于固定运行。在这种情况下特别是还采用具有较大直径的蜂窝体，这里在这种蜂窝体的制造中存在特别大的技术上的困难。因此例如应考虑到，对于按螺旋状的结构形式的、具有大于150mm的直径的圆柱形的金属蜂窝体必须采用具有大于10000mm的长度和约1500g或更多重量的金属薄板。

对于具有金属薄板堆叠的结构形式，也必须使较厚和较长的堆叠相互连接。这一方面使得金属薄板的操作，特别是卷绕过程比较困难。在卷绕过程中，通常力导入点距离卷绕装置的中心区域较远，从而难以在整个横截面上均匀地导入力，并且由此对于批量生产的情况还难以工艺上可靠地确保蜂窝体均匀地形成。此外在卷绕时产生多个摩擦部位，从而对于大的蜂窝体，在这个处理过程中需要施加较大的力，但由此又会增加金属薄板变形的危险。

发明内容

由此出发，本发明的目的是，至少部分地解决参考现有技术所述的问题。特别是应提供一种用于将至少部分地形成(凸凹)结构的金属薄板卷绕成蜂窝体的装置，该装置使得即使是大的蜂窝体也可以在工艺上可靠地制造，并且同时还降低了卷绕期间金属薄板变形的危险。此外还应提供一种用于制造蜂窝体的方法，以及提供适用于移动式的废气装置中的蜂窝结构或蜂窝体。