專利名稱：具有一個(gè)至少包含一個(gè)金屬薄膜的中間層的蜂窩體裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有外殼的蜂窩體裝置，外殼內(nèi)裝入被中間層圍繞的蜂窩體，其中，中間層包括多個(gè)層。此裝置主要使用在汽車的排氣凈化裝置中尤其用于有陶瓷蜂窩體的催化轉(zhuǎn)化器。
由德國實(shí)用新型8019813已知一種陶瓷蜂窩體的固定，其中，蜂窩體被包圍在所謂的膨脹墊內(nèi)并裝入一金屬外殼中。膨脹墊有能力將由于外殼和蜂窩體特性不同以及由制造公差引起的空隙通過膨脹填滿并由此保證在長的工作時(shí)間內(nèi)可靠地支承。膨脹墊通常包含一些小云母片，若在其周圍有位置云母片便吸水和與此同時(shí)膨脹。為了使這種膨脹墊穩(wěn)定，在此實(shí)用新型中建議在膨脹墊內(nèi)組合波紋狀金屬絲網(wǎng)層。為防止在蜂窩體端面處膨脹墊剝蝕，應(yīng)在蜂窩體端面設(shè)氣密環(huán)用于覆蓋被膨脹墊充填的間隙。
因?yàn)樵谂艢庋b置中的蜂窩體在工作時(shí)加熱到900℃和更高，以及在蜂窩體裝置附近的構(gòu)件應(yīng)針對(duì)此高溫加以保護(hù)，還已知在外殼與蜂窩體之間設(shè)隔熱的中間層。
此隔熱的中間層可能是一個(gè)空氣層，基于空氣的熱傳導(dǎo)和熱對(duì)流的特性差，此空氣層將外殼與蜂窩體裝置使用中在蜂窩體內(nèi)產(chǎn)生的高溫隔離開。
作為替代或除空氣層隔熱外附加地，已知設(shè)一個(gè)由陶瓷材料構(gòu)成的中間層。由于所使用的陶瓷材料熱傳導(dǎo)和熱對(duì)流的特性差，所以在這里同樣使外殼與蜂窩體隔熱。因?yàn)樯厦嫣峒暗挠糜诠潭ǚ涓C體的膨脹墊在很高的環(huán)境溫度例如800℃以上時(shí)水被排出并與此同時(shí)收縮，由此蜂窩體會(huì)在外殼內(nèi)松動(dòng)，因此對(duì)于某些高負(fù)荷的蜂窩體裝置必須使膨脹墊相對(duì)于蜂窩體隔熱，對(duì)此，已知蜂窩體首先設(shè)隔熱裝置，然后才用膨脹墊圍繞。
但是在溫度高于約600℃時(shí)，傳熱不僅通過熱傳導(dǎo)和熱對(duì)流進(jìn)行，而且同樣通過熱輻射以及溫度越高熱輻射越強(qiáng)烈。然而由先有技術(shù)已知的上述隔熱裝置以及還有膨脹墊隔離熱輻射的效果不佳。
已知蜂窩體裝置的另一個(gè)缺點(diǎn)是，設(shè)在外殼與蜂窩體之間的隔熱中間層在蜂窩體裝置的端面區(qū)被熱的脈動(dòng)的排氣剝蝕。由于脈動(dòng)的排氣流，甚至本身很耐磨蝕的陶瓷中間層在工作過程中也被剝蝕，所以在蜂窩體與外殼之間的隔熱裝置在蜂窩體裝置的工作壽命期間不利地受損或破壞。由此造成整個(gè)蜂窩體裝置的損壞和甚至可能破壞。
因此本發(fā)明的目的是創(chuàng)造一種蜂窩體裝置，它減少通過熱輻射從蜂窩體給外殼或膨脹墊的傳熱并優(yōu)選地還防止或至少減少中間層的剝蝕。本發(fā)明還應(yīng)提供一種相應(yīng)的夾層結(jié)構(gòu)，借助于這種夾層結(jié)構(gòu)可以方便地制造這種蜂窩體裝置。
此目的通過按權(quán)利要求1的蜂窩體裝置以及按權(quán)利要求11的夾層結(jié)構(gòu)達(dá)到。在各從屬權(quán)利要求中說明了有利的設(shè)計(jì)和進(jìn)一步發(fā)展。
按本發(fā)明通過令中間層包括多個(gè)分層，它們至少含一金屬薄膜，則以有利的方式減少了借助熱輻射從蜂窩體向外殼的傳熱。此蜂窩體裝置在熱傳導(dǎo)和熱對(duì)流方面同樣有良好的隔熱特性，因?yàn)榘幢景l(fā)明設(shè)有多個(gè)分層，它們還至少有一個(gè)陶瓷材料制的層。這尤其適用于當(dāng)陶瓷材料有很小的熱導(dǎo)率的情況下。
為了在蜂窩體裝置內(nèi)外殼與蜂窩體之間在加工時(shí)可能留下的或在工作時(shí)可能形成的空隙按有利的方式封閉，至少陶瓷材料的分層之一是一膨脹墊，當(dāng)它吸水時(shí)通過膨脹封閉了與之相鄰的空隙。這導(dǎo)致持續(xù)地牢固固定蜂窩體。
在這里同樣存在一種從生產(chǎn)技術(shù)方面看是有利的中間層設(shè)計(jì)，因?yàn)橐粋€(gè)分層可設(shè)計(jì)為金屬薄膜，此蜂窩體裝置可按簡單的方式尤其通過卷繞制成。尤其在至少一個(gè)金屬薄膜和至少一個(gè)陶瓷層連接成夾層結(jié)構(gòu)的情況下，中間層可以簡單的方式沿周向圍繞蜂窩體卷繞，而且優(yōu)選地至少一次或在對(duì)隔熱的要求更高時(shí)多次卷繞。也可以制造在夾層結(jié)構(gòu)中的預(yù)成形半殼。
按本發(fā)明的另一種有利的設(shè)計(jì)，至少一個(gè)的金屬薄膜在蜂窩體的至少一個(gè)端面覆蓋相鄰陶瓷層的端部。因此提供了一種針對(duì)尤其脈動(dòng)式地流入蜂窩體裝置的要凈化的熱排氣的特別有效的保護(hù)，因?yàn)榕艢獠辉倌苤苯佑沾蓪恿鲃?dòng)并因而避免其剝蝕。
按本發(fā)明設(shè)置的金屬薄膜及必要時(shí)與之連接的陶瓷層按有利的方式具有某種結(jié)構(gòu)，尤其是波紋。由此按有利的方式用小的力便可使金屬薄膜沿蜂窩體周向彎曲。
在下面借助于附圖的說明中介紹本發(fā)明的其他特征、優(yōu)點(diǎn)和設(shè)計(jì)。在不是按比例的圖中表示

圖1本發(fā)明第一種實(shí)施形式在端面斜上方看的局部剖切透視圖；圖2圖1所示實(shí)施形式局部縱剖面；圖3另一種實(shí)施形式在蜂窩體裝置端面區(qū)的縱剖面；圖4按本發(fā)明的夾層結(jié)構(gòu)局部剖切透視圖；以及圖5按本發(fā)明的波紋狀?yuàn)A層結(jié)構(gòu)局部剖切透視圖。
圖1在未按比例的局部剖切的示意透視圖中表示了按本發(fā)明的蜂窩體裝置1。蜂窩體3有通過隔板4、5彼此分開的通道6，流體，優(yōu)選地內(nèi)燃機(jī)的排氣可通過這些通道沿流動(dòng)方向S流動(dòng)。對(duì)于此蜂窩體優(yōu)選地涉及一種擠壓的陶瓷蜂窩體，尤其是由所謂薄壁陶瓷制的蜂窩體。這種陶瓷蜂窩體，但也包括用薄金屬板構(gòu)成的蜂窩體，必須穩(wěn)固地安裝在一套管2內(nèi)，與此同時(shí)還要力求相對(duì)于套管隔熱。在本實(shí)施例中，上述固定和隔熱借助于陶瓷材料的隔熱層8、金屬薄膜9和另一個(gè)優(yōu)選地是一個(gè)膨脹墊的陶瓷材料層10達(dá)到。這三個(gè)分層共同構(gòu)成一個(gè)中間層7，它一方面保證蜂窩體可靠地在套管2內(nèi)固定，另一方面造成非常好的隔熱。隔熱層8首先防止從蜂窩體向金屬薄膜9的熱傳導(dǎo)和熱對(duì)流。此外金屬薄膜9起防止熱輻射的輻射屏的作用，所以陶瓷材料層10在汽車排氣裝置內(nèi)的蜂窩體裝置工作時(shí)已處于比蜂窩體本身低得多的溫度。由于這一情況，當(dāng)使用膨脹墊作為陶瓷材料層10時(shí)甚至允許蜂窩體裝置產(chǎn)生很高的工作溫度，這出現(xiàn)在例如蜂窩體裝置在緊靠著內(nèi)燃機(jī)出口處安裝的排氣凈化裝置尤其是催化轉(zhuǎn)化器中使用時(shí)。應(yīng)當(dāng)指出，外殼2通常厚度為0.5至1mm，而金屬薄膜9優(yōu)選地是一層很薄的膜，尤其是厚度小于50μ，優(yōu)選地甚至小于30μ。金屬薄膜9尤其應(yīng)當(dāng)用一種耐高溫腐蝕的材料制成，具體而言是一種含鉻和鋁的鋼。陶瓷材料層8、10典型地是纖維墊，如由先有技術(shù)已知用于固定陶瓷蜂窩體的那些，它們的厚度取決用于補(bǔ)償外殼2和蜂窩體3的加工誤差和用于在長的工作壽命期間可靠地固定的需要。還應(yīng)指出，為了更好地隔離熱輻射可沿徑向相繼地設(shè)多個(gè)金屬薄膜和多個(gè)陶瓷材料層。
圖2借助于通過蜂窩體裝置的縱剖面中一個(gè)片段再次表示按本發(fā)明的簡單的蜂窩體裝置的徑向結(jié)構(gòu)。蜂窩體3、陶瓷材料的隔熱層8、金屬薄膜9、膨脹墊10以及外殼2從內(nèi)向外彼此相繼。
圖3借助于通過蜂窩體裝置的局部縱剖面在蜂窩體的端面區(qū)表示本發(fā)明的一種優(yōu)選的實(shí)施例。因?yàn)?，眾所周知，脈動(dòng)式的熱排氣會(huì)剝蝕陶瓷材料，尤其纖維墊、膨脹墊等，所以應(yīng)在按本發(fā)明的蜂窩體裝置一個(gè)端面或優(yōu)選地在兩個(gè)端面處采取針對(duì)性的保護(hù)措施。這可以如在傳統(tǒng)的裝置中那樣通過保護(hù)環(huán)或外殼中的一個(gè)臺(tái)階達(dá)到。但按本發(fā)明有另一種非常有利的方案，也就是將一層或多層金屬薄膜作為端面保護(hù)裝置繞相鄰的陶瓷材料層折疊。在圖3的實(shí)施例中首先圍繞蜂窩體3卷繞一金屬薄膜11，陶瓷層8再圍繞著金屬薄膜11，然后再設(shè)一金屬薄膜9和接著設(shè)另一個(gè)陶瓷材料層10。在這種情況下，金屬薄膜9、11的端部12、13繞相鄰的陶瓷層8、10折疊。這樣一種結(jié)構(gòu)在最簡單的情況下可以這樣制造，即，首先圍繞蜂窩體3卷繞其端部從陶瓷材料層8、10伸出的金屬薄膜9、11，接著將伸出的端部12、13用恰當(dāng)?shù)墓ぞ呃@陶瓷材料層8、10折疊。如在本實(shí)施例中表示的那樣，上述折疊可以這樣進(jìn)行，即，將金屬薄膜9、11的端頭12、13折疊在外殼2下面。但也可以將端頭12、13嵌固在用于外殼2與相鄰的排氣系統(tǒng)連接的焊縫內(nèi)。
若用作中間層7的分層預(yù)制成夾層結(jié)構(gòu)17或27，則對(duì)于制造按本發(fā)明的蜂窩體裝置是特別有利的。
圖4表示了這方面的一個(gè)實(shí)施例。其中在金屬薄膜9的一面設(shè)有陶瓷材料的隔熱層8，例如通過粘結(jié)。在金屬薄膜9的另一面設(shè)膨脹墊，在這里金屬薄膜9的端部14繞膨脹墊10折疊。這種結(jié)構(gòu)可繞蜂窩體卷繞或已經(jīng)預(yù)制為圓柱形或橢圓形。如果隔熱層8是由長的陶瓷纖維構(gòu)成的，那么它對(duì)于通過脈動(dòng)式排氣引起的剝蝕并不很敏感，所以通過折疊金屬薄膜9的端部14來保護(hù)膨脹墊10就夠了。
圖5表示了一種具有在端部15折疊的金屬薄膜9的夾層結(jié)構(gòu)為了改善在圍繞著例如圓柱體卷繞時(shí)的柔性應(yīng)如何設(shè)計(jì)的可能性。雖然金屬薄膜9所涉及的是一種很薄的膜，但是由此構(gòu)成的具有折疊端的夾層結(jié)構(gòu)剛性較大。為了重新恢復(fù)柔性，整個(gè)夾層結(jié)構(gòu)可借助于波紋輥裝置形成波紋18而結(jié)構(gòu)化，在圖5中波紋18顯然作了非常夸張的表示。一種很扁平的走向的波紋對(duì)于恢復(fù)柔性便已足夠。在這里，金屬薄膜9折疊的端部15平擠壓成一端段16。屬于夾層結(jié)構(gòu)27的陶瓷材料層8和設(shè)在金屬薄膜9內(nèi)的膨脹墊10的效果是，盡管夾層結(jié)構(gòu)27有小的波紋18也不會(huì)在蜂窩體3之外形成任何排氣可流過的通道。
本發(fā)明特別適用于在汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)附近區(qū)域內(nèi)的排氣催化轉(zhuǎn)化器的蜂窩體裝置。在這種情況下本發(fā)明允許可靠地安裝有特別薄的壁的金屬或陶瓷蜂窩體，并與此同時(shí)獲得一種相對(duì)于其外殼良好隔熱的蜂窩體。優(yōu)選的使用領(lǐng)域是由壁厚小于100μ優(yōu)選地小于50μ的所謂薄壁陶瓷構(gòu)成的陶瓷蜂窩體的蜂窩體裝置。
權(quán)利要求
1．有一外殼(2)的蜂窩體裝置(1)，外殼內(nèi)裝有被中間層(7)圍繞的蜂窩體(3)，其中，中間層(7)包括多個(gè)分層(8、9、10)，它們由至少一個(gè)金屬薄膜(9；11)和至少一個(gè)陶瓷材料的層(8；10)構(gòu)成。
2．按照權(quán)利要求1所述的蜂窩體裝置(1)，其中，中間層(7)包括至少一個(gè)金屬薄膜(9；11)構(gòu)成的層和至少兩個(gè)由陶瓷材料構(gòu)成的層(8；10)。
3．按照權(quán)利要求1或2所述的蜂窩體裝置，其中，由陶瓷材料構(gòu)成的層(8；10)中至少一層是膨脹墊(10)，它在吸水后由于膨脹可封閉相鄰的空隙。
4．按照權(quán)利要求1、2或3所述的蜂窩體裝置，其中，至少陶瓷材料層之一(8)有很小的熱導(dǎo)率。
5．按照前列諸權(quán)利要求之一所述的蜂窩體裝置，其中，陶瓷材料層(8、10)由至少一個(gè)纖維墊構(gòu)成。
6．按照前列諸權(quán)利要求之一所述的蜂窩體裝置(1)，其中，至少一個(gè)金屬薄膜(9；11)和至少一個(gè)陶瓷材料層(8；10)連接成夾層結(jié)構(gòu)(17；27)，它優(yōu)選地至少沿周向圍繞蜂窩體(3)卷繞一次。
7．按照權(quán)利要求6所述的蜂窩體裝置(1)，其中，夾層結(jié)構(gòu)(17)至少包括一個(gè)良好隔熱的陶瓷層(8)、一個(gè)金屬薄膜(9；11)和一個(gè)膨脹墊(10)，優(yōu)選地從里向外按此順序。
8．按照前列諸權(quán)利要求之一所述的蜂窩體裝置(1)，其中，至少一個(gè)金屬薄膜(9；11)在蜂窩體(3)的至少一個(gè)端面按這樣的方式成形(12；13；14；15)，即，它在此端面覆蓋至少一個(gè)相鄰的陶瓷材料層(10；8)。
9．按照權(quán)利要求8所述的蜂窩體裝置(1)，其中，至少一個(gè)金屬薄膜(9；11)圍繞相鄰的陶瓷材料層(10；8)折疊(13；13；14；15)。
10．按照前列諸權(quán)利要求之一所述的蜂窩體裝置(1)，其中，所有金屬薄膜(9；11)包括它們必要時(shí)的成形區(qū)(12；13；14；15)和所有可能與金屬薄膜(9；11)連接成夾層結(jié)構(gòu)(17；27)的陶瓷材料層(9、10)均制成具有某種結(jié)構(gòu)(17)、尤其是波紋(18)，使金屬薄膜(9；11)用小的力便可沿蜂窩體(3)周向彎曲。
11．尤其用于按照權(quán)利要求1至10之一所述蜂窩體裝置(1)的夾層結(jié)構(gòu)(17；27)，包括至少一個(gè)金屬薄膜(9；11)和一個(gè)與之連接的用隔熱纖維材料制的陶瓷層(8)。
12．按照權(quán)利要求11所述的夾層結(jié)構(gòu)包括至少一個(gè)金屬薄膜(9；11)、在金屬薄膜(9；11)一面的隔熱纖維材料制的陶瓷層(8)、以及在金屬薄膜(9；11)另一面由含膨脹材料尤其云母的纖維材料制的層(10)。
13．按照權(quán)利要求11或12所述的夾層結(jié)構(gòu)，其中，夾層結(jié)構(gòu)有多個(gè)與陶瓷層(8；10)交替的金屬薄膜(9；11)。
14．按照權(quán)利要求1至13之一所述的夾層結(jié)構(gòu)，其中，金屬薄膜(9；11)由耐高溫腐蝕的材料，尤其由含鉻和鋁的鐵合金制成。
15．按照權(quán)利要求11至14之一所述的夾層結(jié)構(gòu)，其中，金屬薄膜(9；11)的厚度小于50μ，優(yōu)選地小于30μ。
16．按照權(quán)利要求11至15之一所述的夾層結(jié)構(gòu)，其中，金屬薄膜(9；11)至少在一側(cè)，優(yōu)選地在兩個(gè)相對(duì)側(cè)，圍繞至少一個(gè)相鄰的陶瓷層(8；10)折疊。
17．按照權(quán)利要求11至15之一所述的夾層結(jié)構(gòu)，其中，夾層結(jié)構(gòu)本身具有某種結(jié)構(gòu)(18)，優(yōu)選地形成波紋，確切地說使之能易于繞蜂窩體(3)卷繞，但在這種情況下在蜂窩體(3)之外基本上不形成可流過排氣的通道。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種蜂窩體裝置(1),它借助于特殊的中間層(7)減少從蜂窩體(3)到外殼(2)通過熱輻射的傳熱并防止中間層(7)在端面剝蝕。為此規(guī)定,中間層(7)包含多個(gè)分層(8、9、10),它們由至少一個(gè)金屬薄膜(9)和至少一個(gè)陶瓷材料的層(8;10)構(gòu)成。優(yōu)選地,中間層(7)由隔熱層(8)、金屬薄膜(9)和膨脹墊(10)構(gòu)成,其中,金屬薄膜(9)的端部覆蓋至少其中一個(gè)覆蓋層(8、10)的端面。本發(fā)明特別適用于將在發(fā)動(dòng)機(jī)附近使用的薄壁陶瓷制的蜂窩體固定在汽車的排氣凈氣裝置中。但它還普遍地適用于各種類型相對(duì)于外殼隔熱的蜂窩體。
文檔編號(hào)F01N3/28GK1288502SQ99802122
公開日2001年3月21日 申請(qǐng)日期1999年1月7日 優(yōu)先權(quán)日1998年1月13日
發(fā)明者沃爾夫?qū)っ?申請(qǐng)人:發(fā)射技術(shù)有限公司