将金属丝接合成用于制造蜂窝体的纤维网的方法

专利名称：将金属丝接合成用于制造蜂窝体的纤维网的方法
技术领域：
本发明涉及一种用于制造包含金属丝的纤维网(Vlies)的方法、 一种 用于制造包含至少一个纤维网的蜂窝体的方法、 一种具有许多金属丝的纤 维网、以及一种由纤维网形成的蜂窝体。
背景技术：
金属纤维网例如用作固定式和移动式内燃机的排气的过滤材料。它们 尤其是用于挡住包含在排气中的颗粒(灰、碳黑等)，其中，这些颗粒至 少部分地被纤维网挡住，并且在采用催化器的情况下被化学转换。尤其是 在例如车辆、船只等的移动式内燃机的排气系统中，由于作用在纤维网上
的高的热负载和动栽荷，对这种纤维网在耐久性方面提出了特殊的要求， 尤其要求纤维彼此有持久的连接。
这种纤维网的制造例如通过焊接或通过金属丝之间形成烧结连接来进行。
在制造纤维网时需考虑的是，这些纤维网可能还必须与其它构件接合， 以便最终形成一排气处理装置。对此，有时要求赋予纤维网一定的形状。 但是，所要求的造形受到纤维彼此间形成的连接的妨碍，以致在这种排气 处理系统的制造方面在成批生产中产生了相当大的困难。因此，要求附加 的具有特殊构型的处理工具，这些工具由于平滑的纤维网的不良的成型性
还另外受到大的磨损。此外，还有这样的风险，即纤维网不可控制地在不 同的位置裂开，在这种情况下，纤维以后可能会在排气系统中脱落
发明内容
本发明的目的是，至少部分地緩解结合现有技术描述的技术问题。具 体而言，本发明的目的是提出一种用于金属纤维网的制造方法，该方法甚 至能简单地成批生产排气处理装置。此外，提出一种用于制造蜂窝体的方 法，其中，为此而釆用了金属纤维网，该纤维网即使考虑到成批生产也能 进行精确的成形。最后，还提出一种纤维网，用该纤维网可以简单地制造 蜂窝体和用于排气处理的装置。
这些目的由具有权利要求1所述特征的用于制造纤维网的方法、具有
权利要求6所述特征的用于制造蜂窝体的方法以及具有权利要求9所述特 征的纤维网来实现。本发明的其它有利的实施形式在从属权利要求中描述。 应当指出，在权利要求书中单独列出的特征可以以任意的技术上合适的方 式彼此组合，以形成本发明的其它实施形式。
按照本发明的用于制造具有金属丝的纤维网的方法包括至少下列步
骤
a) 形成具有金属丝的层；
b )用第 一接合方法在至少 一部分金属丝之间产生第 一材料接合连
接；
c )用第二接合方法在金属丝之间产生第二材料接合连接。
"纤维网"尤其是指一种平面结构，其中，形成纤维网的金属丝可 彼此有序地或无序地布置。例如，纤维网可以是织物、网格结构、编结物、 无序层等。原则上，纤维网还可包含至少一种添加剂，例如其它类型的纤 维网、粉末或类似物，其中这些添加剂最终永久地与纤维网连接。该纤维 网用金属丝构成，该金属丝包括耐高温和耐腐蚀的材料。"金属丝，，尤其 是一种细长地延伸的元件的名称，并且尤其还包括丝状元件、屑状元件和 类似的元件。金属丝尤其是包括一种主要包含钢作为基体材料的材料，其
中优选具有高的铬含量(例如重量百分比在18°/。 ~ 21%的范围内)和/或铝 含量(例如重量百分比至少为4.5%，尤其是至少为5.5%)。原则上也可 以采用铝化的金属丝。这些金属丝优选做成具有在0.1~50mm的范围内 (尤其是在l~10mm范围内)的丝长和在0.01~0.1mm的范围内(尤其
是在0.02~0.05mm的范围内)的丝径。这种纤维网的单位面积重量优选 在750 ~ 1500g/nf的范围内。要生产的纤维网的孔隙度优选在30%至80% 的范围内，尤其是在45%至60%的范围内。
按照步骤a)，首先形成具有金属丝的层。这指的是，按松散的结合 彼此并排和/或彼此重叠地布置金属丝。为此，金属丝要例如(无序地或定 向地)放置在支承件上，以使金属丝相互接触。其中，层要如此形成，直 至达到所要求的层厚、规定的层重和/或所要求的孔隙度。由此，层成为纤 维网的初始部件，此时金属丝之间还没有形成材料接合连接。
在步骤b)中，用第一接合方法在至少一部分金属丝之间产生第一材 料接合连接。此时，第一材料接合连接要这样实施，以使纤维网能良好地 成形，尤其是还能按螺线形盘绕、按S形缠绕或以类似的方式变形。优选 的是，多数金属丝，尤其至少80。/。的金属丝通过第一接合方法已经彼此连 接。进一步优选的是，至少一部分金属丝与相邻的金属丝具有多处第一材 料接合连接，其中这尤其适用于至少40%的金属丝。相当特别优选的是步 骤b)的执行，其中，金属丝的材料接合连接只在金属丝的明显小于丝长 的部分区域中形成，例如，此第一材料接合连接只在小于丝长20% (尤其 是小于5%)的部分区域中形成。
在第 一材料接合连接的这样一种实施形式中，只能给出数量比较小或 减少的用于增强纤维网的材料接合连接或连接点，以致一方面保证纤维网 可以输送甚至可以变形，但是另一方面又避免大部分金属丝的锚定或固定 不够的风险。第一接合方法优选地选自与用焊接接合和用钎焊接合有关的 制造方法。原则上，这里可以用或不用添加物进行加工。
在另一个步骤c)中，可以用第二接合方法在金属丝之间产生第二材 料接合连接。换句话说，这特别意味着，第一和第二材料接合连接在不同 的位置和不同的时间进行。在第二接合方法中，产生用于进一步加强纤维 网的附加的第二材料接合连接或连接点。尤其是，在步骤b)以后，产生 第一抗弯刚度(在具有20mm的自由弯曲长度的纤维网(宽度50mm ) 弯曲至卯。弯曲角的过程中产生的最大力)，该抗弯刚度明显小于在进行
完步骤C)以后的第二抗弯刚度，其中第二抗弯刚度优选至少比第一抗弯
刚度大50%,尤其是大100%。由于抗弯刚度的绝对值取决于纤维网的具 体实施形式》故此处只能示例性地(0.3mm的纤维网厚度，0.022mm的丝 径，85%的孔隙度)给出抗弯刚度的值此处，第一抗弯刚度在600 ~ 1200mN的范围内，优选小于lOOOmN,而在步骤c)以后得到一至少为 1500mN的第二抗弯刚度。在步骤c)以后，优选所有金属丝的至少卯％ 具有至少一个第一和/或至少一个第二材料接合连接。
文中提出的方法建议按两阶段产生所要求的纤维网在结构整体性方面 的性能。这就实现了这样的可能性，即首先使纤维网处于良好的可成形状 态，然后将其变形成最终的形状，最后在一后续的接合方法中获得它的所 要求的刚度。这就允许例如制造结构化的纤维网，这些纤维网最终能在移 动式内燃机的排气系统中持久地经得起高的动载荷和热负载。
此外建议，采用焊接法作为第一接合方法来进行步骤b)。非常特别 优选的是，采用电阻焊方法来形成第一材料接合连接。这里，所谓的辊缝 焊被证明是特别合适的，其中在纤维网的两侧布置至少两个辊子状的电极。 通过在电极上施加电压并使电极与金属丝接触，会在金属丝间形成材料接 合连接。由于焊接法在空间上的作用区域有限，故只在层或纤维网的比较 有限的局部子区域中产生第一材料接合连接。由此，可以有目的地调节所 要求的纤维网性能，以便进一步处理纤维网。
按照本方法的另 一种实施形式建议，采用对纤维网的高温处理作为第 二接合方法以形成烧结连接，来进行步骤c)。在这种情况下，非常特别 优选的是，纤维网受到一超过800。C尤其是大于IIOO'C的高温。在这种情
况下，纤维网的环境可以^:成具有真空和/或保护气氛围。第二材料接合连
接可特别是通过所谓的烧结颈来表征，烧结颈通过金属丝之间的表面扩散 产生。第二材料接合连接通常位于相邻地固定的金属丝的接触区内。
按照方法的另一种实施形式，步骤b)包括形成连接面，因而产生至 少一个各向异性的纤维网性能。性能的"各向异性"实施形式尤其可以理 解为，从纤维网的不同方向看去其性能的表现形式显著地不同。也就是说，
例如在步骤b)以后纤维网做成在一个方向是不易弯曲的，而在另一个方 向则是容易弯曲的。为了实现这一点，建议形成一连接面。"连接面"是 指第一材料接合连接的各个区域的预先规定的布置。该连接面可以包括第 一材料接合连接的多个彼此按规定布置的区域，以便这些区域形成某种类
区域形成。连接面的明确的构型主要取决于所要求的纤维网的变形类型。
通过连接面的不同的构型，特別是可以使下列纤维网性能各向异性抗弯 刚度，强度，冷变形性能，拉伸强度。
按照本方法的另 一种实施形式，在步骤b )和步骤c )之间进行至少一 个下列步骤
一一输送纤维网；
一一使纤维网变形；
——给纤维网上涂层。
在输送纤维网时，例如纤维网与支承件分离地或与支承件一起送至另 一地点。此时，还可以至少部分地对纤维网进行弹性变形、转动等等。纤 维网的变形包括例如对其打孔、盘绕、扭转和/或结构化。在纤维网变形时， 优选进行一平面形结构的永久的塑性变形，以例如按照螺线、圆柱体的形 式形成一具有波紋形或锯齿形等等的复杂的结构。对纤维网上涂层可包括 施加添加剂，其中该添加剂暂时地或永久地固定在纤维网上。暂时上涂层 可例如包括加上粘结剂以固定其它部件或粉末(焊料、过滤材料等)。永 久上涂层的 一个例子是施加具有至少 一种合金元素的添加材料，该添加材 料至少部分地施加在纤维网的表面上，有时同时进行步骤c)。
根据本发明的另 一个方面，提出 一种用于制造具有至少一个纤维网的 蜂窝体的方法，该纤维网具有许多金属丝，该方法包括至少下列步骤
w)形成一用金属丝做的层；
x)用第一接合方法在至少一部分金属丝之间产生笫一材料接合连接；
y)布置至少一个纤维网，以形成蜂窝体；
z)用第二接合方法在金属丝之间产生第二材料接合连接。
蜂窝体的特征特别是，它做成具有许多通常基本彼此平行地布置的通 道，该通道至少部分地对于流体是可流通的。这种蜂窝体例如用于从移动 式内燃机的排气中去除有害物质。蜂窝体例如用作催化活性涂层的载体和/ 或用作颗粒陷阱。为了建造蜂窝体，此处至少设置一具有许多金属丝的纤
维网。对于金属丝纤维网的制造(步骤w)和x))的细节，可参阅上面
结合步骤a)和b)作出的说明。
于是，在产生第一材料接合连接之后，就可按照步骤y)进行布置至 少一个纤维网以构造蜂窝体的步骤。这里，该布置步骤包括例如使纤维网 变形、使纤维网与蜂窝体的其它部件(例如附加的薄板)对齐、使纤维网 安装在壳体内等等。优选这样进行步骤y)，以使具有至少一个纤维网的 蜂窝体形成所要求的构型，并且最终在步骤z)中还实现纤维网或蜂窝体 的所要求的疲劳强度或刚度。
此时，特别有利的是，在步骤y)中包括至少一个纤维网与其它金属 部件的组装，并且在步骤z)中在至少一部分部件之间也形成材料接合连 接。可以成为蜂窝体的一部分的其它金属部件例如是一金属壳体、至少一 个(同样至少部分地界定通道的)金属箔和金属连接元件，这些连接元件 使多个纤维网能彼此连接和/或封闭蜂窝体的至少一部分通道。与步骤y) 有关的特别是指平滑的纤维网和波紋形的金属箔的交替堆叠，该堆叠最终 盘绕和/或缠绕成一蜂窝体。然后，该由金属箔和纤维网构成的组件插入一 壳体中，该插入伴随着一预应力，该预应力使由金属箔和纤维网构成的组 件暂时可固定。在部件的这种相互布置中，然后在步骤z)中形成第二材 料接合连接。
在此情况下，还有利的是，步骤z)包括在真空条件下在超过800。C的 高温时的钎焊过程(具体为所谓的"硬钎焊，，)。这里有利的是，至少部 件的部分区域设有焊料，该焊料在至少 一部分部件之间形成进一步的材料 接合连接。由此，在步骤z)中， 一方面通过在金属丝间形成第二材料接 合连接来加强纤维网，同时在各个部件之间产生连接。此处描述的硬钎焊 过程优选在超过1000。C的温度下进行。采用这一工艺步骤还改善了连接的
品质或强度。
根据本发明的另一个方面，提出一种具有许多金属丝的纤维网，其中， 一部分金属丝按照连接面彼此以材料接合连接来连接，以使纤维网至少具 有各向异性的纤维网性能。关于各向异性，可参阅前面'的说明。至少一个
纤维网性能至少包括下列纤维网性能之一抗弯刚度，强度，冷变形性能， 拉伸强度。
文中的出发点特别是金属丝彼此无序地布置。原则上，纤维网也可以 用定向的或有序的金属丝形成，以使例如通过它们的布置就已经产生各向 异性。此处，优选采用由金属丝彼此无序的布置形成的纤维网，各向异性 通过特殊构型的第 一材料接合连接产生。然后特别是按照前面的本发明描 述的方法来制造纤维网。
此外提出一包括许多通道的蜂窝体，其中，通道至少部分地由前面所 述类型的纤维网形成。此时，单独的纤维网优选用于界定多个通道。在蜂 窝体的螺线形结构中，甚至可以用一单独的纤维网在一部分位置部分地界 定所有通道。
现在还提出 一种包括至少 一个按照本发明类型的纤维网的用于排气处 理的装置，至少一个按照本发明的方法制造的纤维网或至少一个上述类型 的蜂窝体。该装置至少部分地能被待净化的排气流过，其中固体颗粒至少 部分地聚集在纤维网中或在其上。该装置优选设计成过滤器或颗粒陷阱。
因此，特别有利的是，包含内燃机的车辆与至少一个上述类型的装置 组合。车辆优选是指栽重汽车或轿车，其中该装置集成在这些车辆的排气 系统中。内燃才几例如为柴油才几或汽油才几。


下面将参考附图较详细地说明本发明和技术背景。附图还示出本发明 的特别优选的实施例，但本发明并不限于这些实施例。附图是示意性的， 通常不用于示出比例。图中表示
图1示出纤维网的第一实施方案的透视图2示出图1的纤维网的详细视图3示出纤维网的第一制造方案的流程；
图4示出具有纤维网的蜂窝体的详细视图5示出具有纤维网的蜂窝体的另一实施方案；以及
图6示出一具有用于排气处理的装置的汽车。
具体实施例方式
图1示意地和透视地示出一纤维网1，该纤维网由许多金属丝2构成。 该纤维网1具有共同形成一连接面6的第一材料接合连接4。在所示的实 施方案中， 一部分第一材料接合连接4作为平行线尤其是焊缝做出，其中 此连接面6与其它的第一材料接合连接4的"锯齿，，状构型交叉。在尚未 产生第二材料接合连接的情况下，纤维网l具有各向异性的纤维网性能。 该各向异性特别是沿纤维网厚度17的方向(方向Z)或在平面中(方向X 和方向Y)设计得不同。非常特别优选的是，在X和Y方向形成各向异性， 以使纤维网1例如做成沿方向X可以弯曲，而沿方向Y是抗弯曲的。所示 的焊缝可具有不超过100mm的宽度，此时，相邻焊缝之间的距离可做成 小于焊缝的宽度。焊缝一词用于描述尤其是与在焊接过程之前和之后的层 或纤维网相比较具有增多的材料接合连接的区域。
图2现在示出在已经形成第二材料接合连接5时图l的纤维网的细节。 第二材料接合连接5优选做成烧结连接，这些烧结连接在金属丝2的接触 区中形成。此时，金属丝2有利地具有在l 10mm的范围内的丝长16和 在0.02 0.05mm的范围内的丝径15。由于金属丝2彼此无序的布置，形 成孔隙18，这些孔隙使纤维网1的气体可通过性成为可能。纤维网的孔隙 度例如在45% ~ 60%的范围内。在形成第一材料接合连接4和第二物材料 接合连接5之后，原来存在的各向异性大大减小并且不再重要。原则上， 此时应当指出，纤维网性能涉及的是实际的纤维网，而不是其与其它影响 刚度的部件的组合。
图3示出用于制造纤维网1的方法的一种实施方案。这里，借助一分
配器19将金属丝2放在一支承件35 (有时做成输送带)上，以形成一具 有金属丝2的层3。如果层3的成份达到要求，则在另一步骤中借助第一 接合方法为金属丝2的松散组合配设第一材料接合连接，以便产生一纤维 网1。在所示的实施方案中，接合方法借助焊接设备20实施，其中概况图 示出了辊缝焊接过程(电阻焊)。在纤维网l做成具有各向异性的纤维网 性能以后，在最后在另一个方法步骤(在图3中在右面示出)中产生第二 材料接合连接5之前，可进行不同的其它的用于制造例如一蜂窝体的方法 步骤。在图中，第二材料接合连接借助一炉子21完成，在该炉子中存在例 如超过IOOO'C的温度，此时在金属丝2之间形成烧结连接。
图4示出具有纤维网1的蜂窝体7的实施方案。蜂窝体7有许多排气 可以沿流动方向23流过的通道ll。通道ll一方面被纤维网l界定，另一 方面被金属箔9界定。金属箔9做成具有波峰25和波谷26的结构。为了 影响排气或包含在排气中的颗粒22的流动方向23,设有流动影响装置24， 它们伸入通道ll的内部区域中。由此， 一部分排气转向纤维网1,此时， 颗粒22聚集在纤维网1的金属丝2上。
图5中示出作为所谓的"壁流式过滤器"的蜂窝体7的构型。此蜂窝 体7同样有许多通道11，其中通道在交替的侧部封闭。通道ll又至少部 分地由纤维网1形成，其中排气可以沿流动方向23进入蜂窝体7的内部区 域中，并且由于在端面侧36放置连接元件10，排气被强迫全部穿过纤维 网1。此处，为了避免堵塞，可以在纤维网1中设置孔27，当纤维网l由 于大量的聚集颗粒而对排气形成过高的流动阻力时，该孔就成为一种类型 的旁路。此蜂窝体7布置在一金属壳体8中，并且优选与其钎焊在一起。
最后，图6示出纤维网l或蜂窝体7的一个优选用途。所示的是一具 有内燃机14的汽车13。内燃机14产生排气，该排气借助所示的排气系统 29至少部分地被净化。为此，排气首先流过一初级催化器28。接着，排气 流过一氧化催化器30和一用于处理排气的装置12，这里该装置^:成颗粒 陷阱31。氧化催化器30与颗粒陷阱31的组合使之能通过提供氮氧化物而 使颗粒陷阱31连续再生，以致有时可以省去加热再生，即烧掉炭黑成份。
接着，在离开排气系统29之前，排气流向消声器32。
附图标记列表
1、 纤维网；
2、 金属丝；
3、 层；
4、 第一连接；
5、 第二连接；
6、 连接面；
7、 蜂窝体；
8、 壳体；
9、 金属箔；
10、 连接元件；
11、 通道；
12、 装置；
13、 汽车；
14、 内燃冲/U;
15、 丝径；
16、 丝长；
17、 纤维网厚度；
18、 孔隙；
19、 分配器；
20、 焊接设备；
21、 炉子；
22、 颗粒；
23、 流动方向；
24、 流动影响装置;
25、 波峰；
26、 波谷；
27、 孔；
28、 前置催化器;
29、 排气系统；
30、 氧化催化器;
31、 颗粒陷阱；
32、 消声器；
33、 宽度；
34、 3巨离;
35、 支承件；
36、 端面侧
权利要求
1.一种用于制造包含金属丝(2)的纤维网(1)的方法，包括至少下列步骤a)形成具有金属丝(2)的层(3)；b)用第一接合方法在至少一部分金属丝(2)之间产生第一材料接合连接(4)；c)用第二接合方法在金属丝(2)之间产生第二材料接合连接(5)。
2. 如权利要求l所述的方法，其特征在于，采用焊接方法作为第一 接合方法，来执行步骤b)。
3. 如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，采用对纤维网(1) 的高温处理作为第二接合方法以形成烧结连接，来执行步骤c)。
4. 如上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，步骤b)包括形 成连接面(6),使得产生至少一个各向异性的纤维网性能。
5. 如上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，在步骤b)和步 骤c)之间执行至少一个下列步骤— 一输送纤维网(1), 一一使纤维网(1)变形， ——给纤维网(1)上涂层。
6. —种用于制造包含至少一个纤维网(1)的蜂窝体(7)的方法， 所述纤维网具有许多金属丝(2),所述方法包括至少下列步骤w)形成由金属丝(2)制成的层(3);x)用第一接合方法在至少一部分金属丝(2)之间产生第一材料接合 连接(4 );y)布置至少一个纤维网(1)以形成蜂窝体(7);z)用第二接合方法在金属丝(2)之间产生第二材料接合连接(5)。
7. 如权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤y)包括组装至少 一个纤维网(1)与其它金属部件(8, 9, 10)，并且在步骤z)中在至少一部分部件(i， 8, 9， 10)之间形成材料接合连接。
8. 如权利要求6或7所述的方法，其特征在于，步骤z)包括在超 过800 °C的高温和真空的条件下执行钎焊过程。
9. 一种具有许多金属丝(2)的纤维网(1),其中， 一部分金属丝 (2)按照连接面(6)以材料接合连接来相互连接，使得纤维网(1)具有至少 一个各向异性的纤维网性能。
10. 如权利要求9所述的纤维网(1)，其特征在于，金属丝(2)彼 此无序地布置。
11. 一种包括许多通道(11)的蜂窝体(7),其中，通道(11)至 少部分地用如权利要求9或IO所述的纤维网(1)形成。
12. —种用于处理排气的装置(12)，包括至少一个如权利要求9或 10所述的纤维网(1)、至少一个按照如权利要求1至8中任一项所述的 方法制造的纤维网(1)、或至少一个如权利要求ll所述的蜂窝体(7)。
13. —种汽车(13)，包括与至少一个如权利要求12的装置(12) 组合的内燃机(14)。
全文摘要
用于制造包含金属丝(2)的纤维网(1)的方法包括至少下列步骤a)形成具有金属丝(2)的层(3)；b)用第一接合方法在至少一部分金属丝(2)之间产生第一材料接合连接(4)；c)用第二接合方法在金属丝(2)之间产生第二材料接合连接(5)。此外，说明了相应的纤维网和例如在机动车辆的排气处理装置中的有利的应用可能性。
文档编号D04H3/02GK101175600SQ200680017057
公开日2008年5月7日 申请日期2006年5月12日 优先权日2005年5月17日
发明者P·希尔特, R·布吕科 申请人:排放技术有限公司