用来制造形成有结构的板层和催化剂基体的方法和工具的制作方法

专利名称：用来制造形成有结构的板层和催化剂基体的方法和工具的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用来制造形成有多重结构的薄板的方法、一种用于汽车内燃机排气装置的包含形成有多重结构的薄板的催化剂基体以及一种用来制造形成有多重结构的薄板的工具。
背景技术：
在汽车内燃机，例如汽油和柴油发动机的废气处理中已知，在排气管中设置提供较大的表面的元件或结构。这些元件或结构通常设有吸附性的、催化活性的或类似的涂层，其中由于元件大的表面而实现与流过的废气的紧密接触。这些元件例如是用来滤掉包含在废气中的颗粒的过滤元件，用来至少在有限时间内储存包含在废气中的有害物质(例如NOx)的吸附器，催化转化器(例如三元催化器，氧化催化器，还原催化器等等)，用于流过的废气的流动控制或形成涡流的扩散器或者在内燃机刚刚冷起动后将废气加热到规定的温度的加热元件。在汽车排气系统中的使用条件上以下载体基质原则上得到了验证陶瓷蜂窝体，挤出蜂窝体和由金属薄板组成的蜂窝体。由于这些载体基质必须始终与功能相匹配，耐高温和耐腐蚀的薄板很好地适合于用作原材料。
已知蜂窝体由多个至少局部形成有结构的薄板制成，接着将它们装入一壳体内，从而形成一可以设有一个或多个上述涂层的基体，这里至少局部形成有结构的薄板这样设置，使得形成基本上相互平行布置的通道。为了保证这一点，例如部分薄板设有初级结构，所述结构主要的特征是规则的、重复的结构，特别是正弦波纹、锯齿结构、矩形波纹、三角形波纹、Ω波纹等等。然后将这些设有初级结构的薄板(必要时与光滑的中间层交替地)相互堆叠、相互连接并装入一壳体内。这样就形成一具有基本上相互平行的通道的蜂窝体。
此外还已知，在这种薄板上加工出次级结构，所述次级结构特别是应该防止在废气进入蜂窝体后立即形成层流，在层流时位于这种通道中心的废气支流区域与例如催化活性的通道壁区域不发生气体交换。因此这种次级结构提供这样的迎流面，所述迎流面在这种通道内部使废气支流形成涡流。这导致废气支流本身强烈的混合，从而保证包含在废气内的有害物质与通道壁的紧密接触。此外通过这种次级结构可以形成沿通道横向的流动通路，所述流动通路使相邻通道内的废气支流可以进行气体交换。由于这个原因已知多种次级结构，例如包括导流面，微结构，粒结、凸起、叶片、侧板、孔等等，因此与由陶瓷材料制成的蜂窝体相比在制造金属蜂窝体时方案的多样性大大提高，因为陶瓷蜂窝体不可能或者只能用很大的制造费用才能实现这种复杂的通道壁。
其次在废气处理上特别感兴趣的是，在发动机起动后几乎不延迟地对包含在废气中的有害物质进行转化。这里按照法律规定或准则这应该以特别高的效率进行。由于这个原因过去一段时间内采用越来越薄的金属薄板。非常薄的薄板使得单位面积热容量非常小。即从流过的废气中吸收较少的热量，或者薄板本身得到较快的温度升高。这是非常重要的，因为目前在排气系统中所用的催化活性涂层只有在规定的起动温度以上才开始有害物质的转化，这个温度大约在230℃至270℃。为了在几秒钟以后便已经以至少98％的效率转化有害物质的目的，采用例如具有小于20μm板厚的薄板。
但是由于上述目的造成一系列制造技术和应用技术上的问题。这种类型的精细的结构，特别是次级结构的制造需要特别精密地工作的工具，它们通常非常昂贵，因此应该实现长的使用寿命。这里应该考虑，一方面必须完成成形加工步骤，另一方面必要时必须完成切削加工步骤。为了节省工具成本，将尽可能多的步骤统一在一个工具中，其中由于次级结构的造型可以发现工具的磨损增大。此外存在这样的问题，即比较薄的薄板必须以合适的速度输入，而尽可能不发生不希望的冷变形。冷作硬化可能对薄板的成形性能产生不利影响。此外由于小的材料厚度存在这样的危险，即已经发现薄板有强烈的起皱和卷曲的倾向。例如起皱导致在一些情况下通道发生堵塞，或形成裂缝，所述裂缝由于高温和动态载荷以后可能在汽车排气系统内扩展，从而损害蜂窝体结构上的整体性。此外应该考虑。这种起皱或变形的初级和/或次级结构以不希望的方式阻碍废气，从而在一些情况下会在蜂窝体前形成高的阻滞压力，这有时可能导致发动机功率下降。

发明内容
由此出发本发明的目的是，克服上述技术问题。特别是这样的目的，即提供一种制造形成有多重结构的薄板的方法，它成本低廉，尤其是可以连续地进行，避免薄板过度的冷作硬化，允许极其不同的次级结构造型，以及形成适于用来制造在汽车内燃机排气系统内的初级结构，其中此基体特别是在具有高的通道密度和集成的次级结构情况下应该具有非常小的流动阻力。此外还应该提供一种用来制造形成有多重结构的薄板的工具，它适合于在薄的薄板上加工出或改变特别复杂和在流体技术方面有利的结构。
这个目的通过按权利要求1特征的用来制造形成有多重结构的薄板的方法、按权利要求22特征的用于汽车内燃机排气系统的催化剂基体以及按权利要求23特征用来制造形成有多重结构的薄板的的工具实现。特别有利的结构在各从属权利要求中说明，其中这里公开的特征可以以任何有意义的方式相互组合。
按本发明的用来制造形成有多重结构的方法至少包括以下步骤A)对薄板进行形加工，其中形成具有一第一初级结构宽度的初级结构；B)对设有初级结构的薄板进行成形加工，其中形成次级结构；C)对形成有结构的薄板进行成形加工，从而形成一小于第一初级结构宽度的第二初级结构宽度。
其中如果在步骤(A)之前在一基本上平的薄板的内部区域内加工出多个分离棱边(步骤a))，则是特别有利的。
下面为了避免重复，各个步骤仅仅用相应的字母表示。
首先应该确定，本发明不再考虑这样的想法，即出于成本的原因这样地设计制造方法，以同时或在一个工具中进行尽可能多的成形步骤。因此可以认为所述步骤a)，A)至C)是单独的、特别是独立的相互分开地进行的步骤。这特别是意味着，按时间顺序首先(仅)产生分离棱边，接着形成初级结构，然后形成次级结构，最后形成减小的初级结构宽度。这种顺序渐进的分步制造的结果是，避免特别是在用于汽车排气系统期间薄板的过早疲劳，因为由于高的变形程度而出现冷作硬化的情况显著降低。这里还应该考虑，这使得工具应力减小，因此其弯曲或成形棱边的磨损显著降低。这里还应该说明，即使在一种用来制造形成有多重结构的薄板的制造方法中也只要用两或三道单独进行的步骤最终形成这样的薄板，它具有带一第二初级结构宽度的初级结构和一次级结构。由于这个原因最终并不完全取消所述步骤a)，A)至C)中的任一个，而是将其相互组合或者说同时或一起进行，例如用一个工具。
下面应说明用于制造形成有多重结构的薄板的方法的特别优选的方案，其中放在括号内的字母组合表示组合的或同时进行的步骤a+A+B+C；(a+A)+B+C；(a+A)+(B+C)；a+A+(B+C)；(a+A+B)+C；a+(A+B)+C。关于步骤a)还应该指出，该步骤在一些情况下可以直接集成到步骤B)内，也就是说特别是对于设有初级结构的薄板这样地成型，以出现材料分离，则分离棱边与次级结构同时形成。在这种情况下以下的方法变型方案是特别优选的A+a/B+C；(A+a/B)+C，其中标记“a/B”表示分离棱边和次级结构同时形成。原则上将各步骤分成两级是特别优选的，其中这样特别应确保，步骤B)和C)不应该在一个步骤或一工作过程中一起进行，而特别是步骤B)和C)的每一个在不同的阶段或用不同的工具或在不同的时刻进行。
对于各个步骤具体应该注意如下对于a)
这个步骤从一基本上未成形处理过的薄板出发，这里是指，这种薄板最好直接从一卷料中抽出。薄板包括耐高温，耐腐蚀材料，尤其是带有较高的铝、铬、钼或起类似作用的组成成分。在这种条件下“平的”是指还没有加工出结构，即薄板基本上平面地延伸。考虑到这样的事实，即用来制造形成有多重结构的薄板的方法步骤至少主要是连续地进行的，这里薄板是指所谓的“无端”薄板，即还没有尺寸的薄板，它在其最终用作例如用于催化活性涂层的基体时才具有尺寸。在这方面加工出分离棱边不应该理解为这里切断这种“无端”薄板，而是所述薄板基本上保持其长度。与薄板的部分区域被完全切开不同，这里建议在一内部区域设置多条分离棱边。这意味着，分离棱边的至少一部分被薄板的材料完全包围，即形成一种槽、缝、开口、孔等。这里分离棱边优选按一种规则的图案布置，例如按行、按列，相互离开规则的距离，其中在薄板各分段内的这些图案可以设计成各不相同，即例如在一分段内分离棱边之间的距离大于在另一分段内的距离。
分离棱边本身可以具有不同的功能。例如这个分离棱边可以确保用来形成次级结构的成形工具柔和地作用。此外分离棱边用来相对于后面的成形工具对齐薄板。但是特别有利的是，单独制造使得可以特别精确地对齐和实现的分离棱边。用这种方法避免薄板在后续步骤中的起皱或变形。
对于A)为了形成具有第一初级结构宽度的初级结构而对薄板进行的成形加工最好连续地进行。波纹轧制或滚弯工艺方法特别适于这种初级结构的制造。在这种滚弯成形法中采用滚动的或旋转的相互接合的成形辊，其中薄板穿过成形辊之间。在波纹轧制时薄板在成形过程中始终与两个相互接合的成形齿的侧部接触，而在滚弯时大多仅仅在成形根部或成形顶部区域内发生相互接触。这时分别产生一初级结构，其弯曲平面基本上垂直于旋转工具的轴线。这里这个方法步骤以这样的方式进行，即在薄板成形期间设有或只有很小的拉力传入薄板内，即成形过程基本上通过纯弯曲来完成。这例如可这样来实现，即在成形工具之间保留一缝隙，薄板穿过此缝隙，该缝隙具有大于薄板厚度的尺寸。由此可以防止，薄板在某一个位置卡死，从而妨碍薄板穿过。这使得成形的薄板没有材料损伤，材料损伤特别是在用作催化剂基体时可能引起早期故障。特别是在至少一个后续步骤B)和C)时也可以考虑或实施不施加拉力地进行的优选成形过程。
对于B)按照步骤B)现在给已经预处理的设有初级结构的薄板设置次级结构，次级结构叠加在初级结构之上，换言之，所述次级结构使初级结构局部有限地变形或分解(Auflsung)。因此例如可以使初级结构至少局部重新还原、由其它形式的结构代替和/或强化。在薄板上的部位或位置可以用作初级结构和次级结构之间的区分标准。通常初级结构可以简单地通过观察薄板的棱边识别，棱边平行于“无限”分布的薄板方向延伸。通常在这些棱边上可以清楚看出基本形状或初级结构。相反次级结构常常在与初级结构垂直分布的薄板的棱边上作为基本上直线分布的棱边的变化结构可比较方便地看出，这特别是对断续的，即局部不断重复的次级结构是适用的。
对于C)在这里所述的成形步骤中，现在重新加工已经设有两种结构的薄板的初级结构。这个成形步骤使得，初级结构此后具有一小于在成形步骤A)以后的第一初级结构宽度的第二初级结构宽度。换言之这意味着，对结构进行压拢、折拢、压紧、相互移入等。这里初级结构宽度理解为两个相邻设置的结构的同方向的极限部之间的距离。如果初级结构是例如具有最高点和最低点的波纹，则初级宽度是在波形曲线中两个直接顺序相邻的最高点的距离。减小初级结构宽度特别会使极限部更紧密地靠近在一起，这时位于极限部之间的薄板区域更陡地下降和上升。
在两个步骤中制造初级结构在与次级结构的叠加上也具有明显的优点。特别是在非常小的初级结构宽度时对于同时形成初级结构和次级结构需要非常精巧的工具，因为次级结构大多设置在初级结构的极限部区域内。小的初级结构宽度也导致空间上限定得较窄的极限部，因此在精巧的工具的细长端侧上附加地进行分离或成形步骤。这导致工具端侧磨损加剧，并由于薄板内高的变形程度带来起皱的危险。由于初级结构后续的折拢或移拢可以采用坚固的工具来制造次级结构，这时其使用寿命大大提高，即用同一个工具可以加工明显更多的薄板。
按照本方法的另一种实施形式建议，借助于至少一种以下的工艺方法A)切割B)挤压C)冲压D)钻孔E)蚀刻来加工分离棱边，其中制造多个穿透孔。为了说得更清楚这里应该说明，这些穿透孔至少局部由分离棱边的限定。这里穿透孔尤其是指基本上圆滑的轮廓，例如圆形、椭圆形等比较大的孔。这些穿透孔相对于相对的分离棱边优选具有在0.2至6mm范围内的最大距离。特别是根据薄板材料、穿透孔的大小及其数量的不同。选择上述工艺方法中的一种是有利的。
在切割时借助于一切割冲头对薄板加载作用，这时在背向切割冲头的一侧设一切割板，切割冲头可挤入此切割板。当作用在薄板上的力增大时切割冲头挤入薄板内，这时材料塑性变形。如果材料的流动能力在剪切区内耗尽，则通常形成从切割板出发的裂缝，所述裂缝造成由于断裂而产生的材料分离，从而形成分离棱边。
在挤压时基本上使用相同的原理，但是在挤压时不仅可以形成穿透孔，有时还可以在分离棱边附近形成一凸缘。切割和冲压之间的区别在于，在冲压时最好选择一空心的切割冲头，分离过程基本上在一平的切割板上进行，切割冲头不挤入切割板内。
在材料较厚时或者对于给多块薄板一起设置分离棱边的情况下，也可以采用用旋转刀具的钻削工艺方法。
如果应该产生特别小的穿透孔，特别是在薄板非常薄时，所述穿透孔也可以通过一铺放在薄板上的孔掩模产生，这时可以穿过此孔掩模将腐蚀性的介质涂在薄板上，所述介质促使薄板在希望的区域内发生化学分解。
对此应该说明，本领域的技术人员了解这里所述的工艺方法，并能够根据应用情况从A至E中选择一种合适的工艺方法。
按照另一种实施形式建议，在第一成形步骤A)期间借助于相互接合的成形齿这样弯曲薄板，以形成一基本上规则的不断重复的波纹作为初级结构。这些相互接合的成形齿最好是旋转的工具的一部分，所述工具按照波纹轧制或滚弯工艺方法制造初级结构。这里优选采用基本上正弦形造型的波纹。
此外建议，借助于一第一工具进行步骤a)和A)，其中步骤a)最好包括切割工艺方法，和/或在步骤A)中通过波纹轧制工艺方法形成初级结构。这里所推荐的步骤a)和A)的组合特别是出于成本和时间上的考虑是特别有利的。这两个步骤都不要求薄板具有已经可导致起皱倾向的变形程度，因此这里虽然同时进行仍会实现高的精度，并不造成对薄板不希望的毁坏。
按照本方法另一种实施形式，在第二成形步骤B)期间形成一次级结构，它具有一小于第一初级结构宽度、特别是小于80％、尤其是小于55％的次级结构宽度。这意味着，次级结构不是在整个初级结构宽度上延伸，其中这里可以确定，初级结构宽度和次级结构宽度相互平行设置。这里特别是指形成单独的迎流棱、导流面、小叶片等的次级结构。
按照另一种实施形式次级结构设计成条状，其中所述次级结构优选沿初级结构的极限部延伸，这种设计成条状的、沿极限部或者说最高点或最低点延伸的次级结构用来例如提高的结构上的整体性、调整彼此互相邻设置的薄板的位置或确定涂层范围。
此外如果次级结构设计成断续的，则是有利的，其中所述次级结构优选平行于初级结构的极限部延伸。这意味着，在初级结构的极限部上有多个，特别是大量次级结构，它们优选以保持不变的相互距离设置。这里平行布局既可理解为直接沿极限部的分布，也可理解为在相邻极限部之间的薄板区域内与极限部平行的分布。如果这种薄板用来制造催化剂基体，这种设计成断续的次级结构特别是用来控制废气支流。
按照本方法的另一种实施形式，次级结构设计成使所述次级结构构成薄板上的穿透孔。这一方面可能意味着，次级结构至少部分地由穿透孔限定，然而穿透孔也可以位于次级结构的内部区域内。为了说明这里可以参考例如在图1中所示的次级结构。那里所示的次级结构设计成导流面，这里所述导流面形成一穿透孔。在这种情况下所说的穿透孔至少局部地限定次级结构。如果所示层流面又设置一个孔等，则次级结构本身内存在穿透孔。这里在加工方法上在步骤a)期间所产生的分离棱边可以是最终存在于导流面本身中的孔，而在形成次级结构本身时形成另一个一在图1中所示的穿透孔。
按照本发明的另一种有利的实施形式，在成形步骤C)之后存在一第二初级结构宽度，它小于第一初级结构宽度的80％，特别是60％。此外如果在成形步骤C)之后存在一小于第二初级结构高度的80％，特别是60％的第一初级结构高度，也是有利的。借助于改变初级结构宽度或初级结构高度可以确定变形程度。这里可以根据所希望的第二初级结构宽度或第二初级结构高度进行相同的或各自不同的百分比改变。
按照本方法另一种有利的实施形式，在成形步骤C)期间第二工具的分段接合作用到由极限部构成的初级结构内。这特别是意味着，这里发生初级结构宽度有引导的压缩或减小。这使得薄板可以特别柔和地成形。
此外建议，在成形步骤B)期间同时进行成形步骤C)一优选仅借助一个第二工具。出于与合并步骤a)及A)的类似考虑，这是有利的。因此参照以上的说明。
按照本方法又一种实施形式，形成有多重结构的薄板由一种耐高温、耐腐蚀的厚度小于0.05mm的材料制成，特别是厚度小于0.03mm，最好小于0.015mm。此外这里所推荐的方法在制造具有小于3mm，特别是小于2.6mm，最好小于2.2mm的第一初级结构宽度的形成有多重结构的薄板时特别有利。此外本方法可优选用来制造具有一大于1.5mm，特别是大于1.8mm，最好大于2.0mm的第二初级结构高度的形成有多重结构的薄板。这里所列参数特别是描述了用来制造汽车内燃机排气系统中的具有极其不同的涂层的基体的形成有多重结构的薄板。
按照本发明另一个方面，推荐一种用于汽车内燃机排气装置的基体，它包括至少一个具有多个至少部分形成有结构的薄板的蜂窝体以及一壳体，其中所述蜂窝体具有至少一个形成有多重结构的带有初级结构和次级结构的薄板。所述基体的特征是，初级结构具有一小于2的初级结构宽度与初级结构高度之比，特别是小于1.5。其中形成有多重结构的薄板特别是按上述用来制造形成有多重结构的薄板的方法的实施形式之一来制造。
如开头所述，这种基体通常具有大量基本上相互平行设置的对于废气是可流通的通道。为了形成这种通道，将多个形成有结构的和/或光滑的薄板相互连接并装入一壳体内。这时薄板可以螺线形卷绕，或者首先形成堆叠，接着按S形或类似方式缠绕。这时在端视图内相互贴靠的薄板通常至少在入口区内形成具有确定横截面形状的封闭/闭合通道。通道的这种横截面形状原则上可以自由选择，其中面积或通道直径主要取决于所希望的通道密度。这里通道密度理解为基体单位横截面积的通道数量。通常通道密度在大于200cpsi，特别是400cpsi，最好是600cpsi的范围内。单位“cpsi”表示“每平方英寸的单元数”，其中1cpsi约相当于每6.4516cm2一个通道。
描述通道的另一种可能性可以通过提供限定通道的薄板的参数来实现。这里建议，初级结构宽度与初级结构高度之比小于2。即初级结构宽度最多为初级结构高度的两倍。如果初级结构具有这种造型，则形成较细长的通道，换言之，初级结构的极限部相互靠得比较紧。这还意味着，在极限部之间的薄板区域走势比较陡。
这特别使得在相邻薄板的接触区附近只形成非常小的楔形部。所述楔形部在制造基体的时优选用来使焊料均匀分布。为此蜂窝体以其希望的造型在端侧浸入液态焊料，其中，如果没有设置中断毛细作用的钝化剂，焊料在楔形部内由于毛细作用克服重力穿过整个蜂窝体而润湿楔形部。现在这里所推荐的初级结构的结构使得毛细管非常小，即只有较少量的焊料积聚在彼此相邻设置的薄板的接触区附近。因此最终只有少量焊料分布在蜂窝体内部。除了在成本上的优点外，这还具有这样的有利作用，即可以以很高的处理过程可靠性制造蜂窝体或基体，所述蜂窝体或基体即使在极端腐蚀性的条件下也具有长的使用寿命。其原因是，少量的焊料对薄板不发生侵蚀，所述侵蚀通常由于与薄板合金元素的亲附性而发生，从而可能局部导致薄板合金元素的贫化。如果采用具有很小厚度，例如小于20μm的薄板，这种效应明显地变得更为显著，可通过这里所推荐的形成多重结构的薄板来避免这种效应。
但是较小的楔形部不仅在连接技术上具有良好的效果，而且还可以这样减小基体上涂层的量。涂层用与液态焊料类似的方式涂覆在基体结构表面上。由于毛细管较小，这里只需要较少数量的例如载体涂料(Washcoat)和催化活性元素(铂、铑等等)就足够了，然而这时也能形成均匀的薄的涂层，同时并不损害在包含在对废气中的有害物质的转化上的效率。
由上述效应更多的是会得到不同的，即更小的压力损失或基体结构前的阻滞压力。在通道内较少的焊料和较少的涂层的事实使得在通道密度相同的情况下具有较大的可自由流通的通道横截面。这意味着，例如伸入通道内的次级结构受载荷较小，即更长久地耐受汽车排气系统内的环境条件。这里除了次级结构外，较细长的通道结构也有助于废气与催化活性涂覆的通道壁的强烈接触。其原因是这样的事实，即废气支流在这种通道内比较紧密地流过一个或两个相对的、几乎平行或成一较平的角度分布的通道壁。这大大提高了包含在废气中的有害物质与催化剂接触的概率，以使其转化。
按照本发明另外一个方面，推荐一种用来制造形成有多重结构的薄板的工具，其中可向此工具输送具有初级结构的薄板。这里工具具有以一定距离、尤其是相互平行地沿初级结构方向设置的分段，其中工具包括用来改变距离的装置。即换言之，工具适于用来接纳和引导已经预形成有结构的薄板。其中这里设计成带有分段的接纳部或引导部用于使薄板穿过工具前进或者说输送薄板穿过工具。如上面对于方法的说明，此工具使已经形成有结构的薄板这样成形，以形成一小于已经形成有结构的薄板的第一初级结构宽度的第二初级结构宽度。这时这里所述的分段与已有的初级结构接合，即特别是，分段与多个极限部接触，特别是与在薄板一定区段内的一个方位上的每个极限部(即例如波峰或波谷)接触，或者尤其是与薄板的一区段内的每个初级结构的极限部(即波峰和波谷)接触。使分段从薄板两侧与初级结构接合是特别有利的，因为用这种方法可实现特别对称的应力或均匀的变形，其中如果分段交替地从不同侧面分别与最高点和相邻的最低点接触，则可以特别好地实现这种效应。
为了减小初级结构宽度，所述分段在其相互间的走向上可变地设置在工具内。现在针对本工具的一种特殊的实施形式简要地说明可变距离的功能。考察一个这种包括例如一基本上平的形成有波纹的薄板在其上滑动的板的工具以及所述分别(仅)从上方接合到薄板初级结构的波谷中的分段，则(可看出)所述分段基本上具有一相当于薄板第一初级结构宽度的距离。现在借助于不同装置，例如驱动装置、弹簧、导向件或止挡使所述分段相向运动，因此其相互的距离减小。在这里所提的第一距离基本上相当于第一初级结构宽度的情况下，所述距离以和初级结构宽度所希望减小的尺寸一样地减小。即换言之，在成形步骤之后分段相互具有基本上相当于第二初级结构宽度的距离。根据这个例子可以清楚地看到，在分段在成形步骤之前设置成为第一初级结构宽度的几倍或第一初级结构宽度的一部分时，相互之间的距离也仅相应地发生改变。
用这种方法特别是可以实现具有特别陡的通道壁的薄板或基体，它们具有上在已经说明过的优点。这里这种有引导的部分形锁合地进行初级结构宽度的减小特别柔和，因此这种成形步骤特别是可以用于特别薄的，特别是厚度小于30μm的薄板。
按照工具的一种改进方案，所述分段之间的距离可以减小至少15％，特别是至少25％，尤其是甚至至少35％。即换言之，所述分段在成形步骤期间可以彼此相向运动，其中距离最大程度的减小同时还实现了形成有结构的薄板最剧烈的变形，从而特别还可以形成小得多的第二初级结构宽度与第二初级结构高度之比，例如在1.0至1.3的范围内。
按照工具的一种有利的实施形式，所述分段在其长度上相互具有同样的距离。即，例如分段的中轴线相互平行设置并由此相互具有相同的距离。这里分段最好这样定向，从而中轴线在接触区内具有垂直于薄板的走向。
按照另一种实施形式，所述工具，优选是所述分段的至少一部分，具有至少一个用来在已经设有初级结构的薄板上产生次级结构的压印元件。这意味着，这里所述的工具能够特别是同时进行前面用B)和C)说明的步骤。这特别适合于次级结构设置在初级结构的极限部的区域内的情况，因为在这个区域内已经实现分段与薄板的接触。压印单元本身可以设计成工具或分段的凸台、粒结或其它形式的材料凸起，但是也可以设置一特殊的销、柱、冲头等元件，所述元件允许相对于分段的相对运动。这意味着，例如在第一步骤内所述分段与初级结构接合，然后使冲头移动，以形成次级结构，接着减小薄板的初级结构宽度。


下面参照附图详细说明本发明。这里应该指出，附图示出特别优选的实施例，但是本发明并不限于此。
附图表示图1示出一形成有多重结构的薄板的第一实施形式；图2示意性地示出用于形成有多重结构的薄板的制造方法的过程；图3示出用来在薄板上形成初级结构的第一工具的第一实施形式的示意性透视图；图4示意性地示出一汽车的排气装置；图5示出一用来净化废气的基体的一个实施例的示意性透视图；和图6示出用来减小初级结构宽度的第二工具的示意图。
具体实施例方式
图1用透视图示意性地示出一形成有多重结构的薄板1的实施例。所示薄板1具有一这里具有一波纹10的形状的初级结构4。所述波纹10特别是设计成正弦形，并具有不同的极限部14，其中在一个波峰旁边设置一个波谷。除了这种波纹10之外薄板1还具有次级结构6。这里所述次级结构用部分由一穿透孔8限定的导流面47构成。导流面47和穿透孔8具有分离棱边2。次级结构6设计成具有一次级结构宽度12，所述次级结构宽度小于第一初级结构宽度一即初级结构两个相邻波峰的距离。
在所示薄板1中选择按行不同的次级结构6的取向。在图1中下面所示的次级结构6设计成使其导流面47从上极限部14或波峰出发向下弯曲，而在图1中上面所示的次级结构6中导流面47具有相反的取向，并从下极限部14或波谷出发指向上。由此实现，以后这样的次级结构6伸入每个通道内，并使得废气支流形成涡流或对其进行剥离(Abschlung)。这里示出表示废气的流动方向箭头48，以进行说明。也就是说如果废气流过由这样的形成的薄板1限定的通道，则废气支流由导流面47引导穿过穿透孔8，或者受到剥离，从而到达相邻的通道。用这种方法形成所谓的连通通道，所述连通通道使得可以实现在废气的催化转化上较高的效率。
图2示意性地示出用来制造形成有多重结构的薄板的方法的一种实施形式。用a)表示的步骤包括在基本上平的薄板1的内部区域3内加工出多个分离棱边2。在所示实施形式中分离棱边2基本上平行于薄板1的棱边49设置，但是这并不是强制性的。分离棱边2相互之间可以以任意的布局设置。这里分离棱边2不是孔等形式，而是缝之类的形式。在步骤A)中，对薄板进行第一次加工成形，这时形成具有第一初级结构宽度5的初级结构4。然后例如通过波纹轧制给已经设有分离棱边2的薄板1设置初级结构。初级结构可以简单地在棱边49上看出，其中两个同类的相邻极限部确定初级结构的第一宽度5。作为用来描述初级结构4的另一个参数是初级结构高度，其中这里在第一个成形步骤之后存在第一初级结构高度13，在这个阶段第一初级结构宽度5与第一初级结构高度13之比为2.5或更大。
在另一个成形步骤B)中，在薄板1上加工出次级结构6。所示次级结构6同样具有穿透孔8和导向面47，它们相互反方向布置。次级结构6叠加在初级结构4上。
在另一个成形步骤C)中，使初级结构4折拢或这样地变形，以形成一小于第一初级结构宽度5的第二初级结构宽度7。在图中可以看到，通过初级结构宽度的减小使得初级结构高度相应地加大，即第一初级结构高度13小于第二初级结构高度15。用这里所示的用来制造形成有多重结构的薄板1的方法可以制造具有一初级结构4的薄板1，所述薄板具有小于2的第二初级结构宽度7与第二初级结构高度15之比。
图3以透视图示意性地示出第一工具11，所述工具特别是用来形成具有第一初级结构宽度5的初级结构4。第一工具11包括带有成形齿9的两个轧辊50，其中轧辊50设置成使两个轧辊50的成形齿9相互接合。开始时基本上平的或平面形的薄板现在被移动穿过轧辊50的处于接合中的成形齿9之间，这时薄板向不同的方向弯曲。这时在一个轧辊50的顶部51和另一个轧辊50的根部53之间形成薄板的极限部。在成形齿9的顶部51和根部53之间成形齿9具有一侧部52，所述侧部例如平行于中轴线46定向，但也可以设计成渐开线形。
(这里未画出的)薄板1通过轧辊50本身的旋转运动或通过单独的输送装置从轧辊50之间穿过。这里所示的轧辊50在成形齿9的顶部51上还具有销38，所述销在与薄板1接触时同时在薄板1上加工出分离棱边2。这特别是发生在当一个轧辊的成形齿9的顶部51直接与另一个轧辊50的根部53相对时。这里分离棱边2可以加工成完全穿透的，即穿透薄板1的整个材料，但是也可以仅划破材料，即分离棱边2仅仅在薄板部分厚度上实现。
图4示意性地示出汽车40排气装置27的一个实施例。在内燃机28内产生的废气通过排气管41输送给用来净化废气的各种部件。在所示排气装置27中沿废气流动方向顺序设置一催化器42，它在内燃机冷起动后很短时间内便已经开始有害物质的转化；一用来收集包含在废气内的颗粒的过滤器43；一催化剂基体26，它设有这里说明的薄板1；和一最终的催化转化器44，特别是一三元催化器。
图5以透视图示意性地示出基体26的一个实施形式。基体26包括至少一个具有多个至少部分形成有结构的薄板1、20的蜂窝体19以及一壳体23，其中蜂窝体具有至少一个形成有多重结构的带有初级结构4和次级结构6的薄板1。初级结构4在基体26从端面54观察的视图中可以清楚地看出。在所示实施形式中一形成有多重结构的薄板1和一最好同样是薄板的光滑中间层20一起螺线形地卷绕成一圆柱形蜂窝体。但蜂窝体19原则上也可以具有其它横截面形状，如具有多面体或椭圆体形状。通过相邻设置薄板1和中间层20而形成通道21，所述通道基本上相互平行设置，并且最好在蜂窝体19的整个长度上延伸。由薄板1、20形成的通道21的壁部设有催化活性涂层24，其中涂层24包括载体涂料25和浸渍在其中的贵金属。此外在放大示出的局部视图中可以看到楔形部45，在一些情况下在薄板1和中间层20连接以及随后的涂覆过程中所述楔形部起重要作用。
在视图中形成有多重结构的薄板1具有基本上为波纹形的初级结构4，其中这里为了表示得清楚这里所述初级结构比较平。作为次级结构6这里还设有开口22，所述开口使得流过蜂窝体19的废气可以从第一个通道21流到第二个通道21。这里蜂窝体19优选具有300cpsi，特别是650cpsi以上的通道密度，其中形成有多重结构的薄板1还有中间层20具有大致在0.01至0.05mm范围内的板厚18。
图6示意性地示出用来实施步骤B)和C)的第二工具17的结构。因此这个工具17用来制造形成有多重结构的薄板1，其中将带有初级结构4(用虚线表示)的薄板输送给此工具。在这个时刻所示的三个分段16接合作用到薄板1的初级结构4内，从而所述分段与极限部14接触。为了减小初级结构(宽度)工具17具有不同的装置，所述装置使得可以可变地形成两个相邻分段16之间的距离29。下面说明如何改变距离29。在所示实施形式中，分段16设计得比较细长，其中所述分段确定一中轴线46。这里分段16在其整个长度34上设有相同的距离29，分段16的中轴线46基本上相互平行地设置。可使用驱动装置32、弹簧30，有时还有缓冲器、一导向件31和用来限定变化可能性的止挡33来改变距离29。
如上所述，将带有初级结构4和第一初级结构宽度的薄板1输送给工具17。这时在图6上部中所示的分段16接合作用在所示的压成波纹形和薄板1的最低点。在图6下部区域内示出与上述分段错开设置的分段16，该分段接合作用在薄板1的最高点或波峰内。这里设置在薄板1一侧的分段16具有一基本上相当于第一初级结构宽度5的距离29.1。在减小初级结构宽度时，分段16这样地相向移动，从而形成一新的距离29.2。这时薄板1的极限部被挤压而相互靠近。这里“靠近”这个概念是指极限部沿波纹形状方向更紧密地前后排到。
在所示实施形式中同时加工出次级结构6。这以这样的方式进行，即分段16设有可实现一行程36的压印元件35，其中所述压印元件至少部分穿过由一次成形的薄板1限定的面。其中次级结构6特别是在薄板1的此前已加工出分离棱边2的部位上形成。为此必要时需要，在薄板1背向压印元件35的一侧上设置一模具37或一阴模，它可以相应地实现次级结构6。
利用前面所述的用来制造形成有多重结构的薄板的方法可克服结合现有技术所述的问题。并且还提供用来制造极薄的薄板的经济的而且处理过程可靠的方法。为此需要将从一基本上平的薄板变成形成有多重结构的薄板的成形过程分成单独的步骤，以防止在薄板上形成不希望的起皱或裂缝。这种起皱和裂缝导致作为用于用来使包含在废气中的有害物质转化的催化剂的基体的表面形成件的薄板使用寿命的缩短。因此所推荐的方法揭示了特殊成形的催化剂基体的制造，这种基体具有小于2的初级结构宽度与初级结构高度之比。这里已证明用专门的工具来减小初级结构宽度是特别有利的，其中薄板通过其结构被引导。所有这些单独的元件使得催化剂基体最终可用来净化废气，它在发动机冷起动后不久便已经加热到可以开始转化反应的程度、形成较低的阻滞压力、只需要少的涂层量并同时具有显著提高的使用寿命。
附图标记表1.薄板 2.分离棱边
3.内部区域 4.初级结构5.初级结构第一宽度6 6.次级结构7.初级结构第二宽度 8.穿透孔9.成形齿 10.波纹11.初级工具 12.次级结构宽度13.第一初级结构高度 14.极限部15.第二初级结构高度 16.分段17.次级工具 18.板厚19.蜂窝体20.中间层21.通道 22.开口23.壳体 24.涂层25.载体涂料 26.基体27.排气装置 28.内燃机29.距离 30.弹簧31.导轨 32.驱动装置33.止挡 34.长度35.压印单元 36.行程37.模具 38.销39.旋转方向 40.汽车41.排气管42.起动催化器43.过滤器44.转化器45.楔形部46.中轴线47.导流面48.箭头49.棱边 50.轧辊51.顶部 52.侧部53.根部
权利要求
1.用来制造形成有多重结构的薄板(1)的方法，至少包括以下步骤A)对薄板(1)进行成形加工，其中形成具有第一初级结构宽度(5)的初级结构(4)；B)对设有初级结构(4)的薄板(1)进行成形加工，其中形成次级结构(6)；C)对形成有结构的薄板(1)进行成形加工，以形成小于第一初级结构宽度(5)的第二初级结构宽度(7)。
2.按权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤A)之前在基本上平的薄板(1)的一内部区域(3)内加工出多个分离棱边(2)。
3.按权利要求2所述的方法，其特征在于，借助于以下工艺方法中的至少一种加工出分离棱边(2)，A)切割，B)挤压，C)冲压，D)钻削，E)蚀刻，其中形成多个穿透孔(8)。
4.按上述权利要求之任一项所述的方法，其特征在于，在第一成形步骤B)期间借助于相互接合的成形齿(9)这样弯曲所述薄板(1)，以形成一基本上规则的、重复的波纹(10)作为初级结构(4)。
5.按权利要求2至4之任一项所述的方法，其特征在于，借助于一第一工具(11)完成步骤A)和B)，其中步骤A)优选包括切割工艺方法和/或在步骤B)中通过波纹轧制工艺方法形成初级结构(4)。
6.按上述权利要求之任一项所述的方法，其特征在于，第二成形步骤C)形成次级结构(6)，所述次级结构具有小于第一初级结构宽度(13)，特别是小于80％，尤其是小于55％的次级结构宽度(12)。
7.按上述权利要求之任一项所述的方法，其特征在于，所述次级结构(6)设计成条状，其中所述次级结构优选沿初级结构(4)的极限部(14)延伸。
8.按上述权利要求之任一项所述的方法，其特征在于，所述次级结构设计成断续的，其中所述次级结构优选平行于初级结构(4)的极限部(14)延伸。
9.按上述权利要求之任一项所述的方法，其特征在于，所述次级结构设计成使所述次级结构形成薄板(1)中的穿透孔(8)。
10.按上述权利要求之任一项所述的方法，其特征在于，在成形步骤D)后存在第二初级结构宽度(7)，所述第二初级结构宽度小于第一初级结构宽度(5)的80％，特别是60％。
11.按上述权利要求之任一项所述的方法，其特征在于，在成形步骤D)以后存在第一初级结构高度(13)，所述第一初级结构高度小于第二初级结构高度(15)的80％，尤其是60％。
12.按上述权利要求之任一项所述的方法，其特征在于，在成形步骤D)期间第二工具(17)的分段(16)接合作用到由极限部(14)形成的初级结构(4)内。
13.按上述权利要求之任一项所述的方法，其特征在于，在成形工序C)期间优选仅借助于一个第二工具(17)同时进行成形工序D)。
14.按上述权利要求之任一项所述的方法，其特征在于，形成有多重结构的薄板(1)由一耐高温和耐腐蚀的板厚(18)小于0.05mm，特别是小于0.03mm，优选小于0.015mm的材料制成。
15.按上述权利要求之任一项所述的方法，其特征在于，制造初级结构第二宽度(7)小于3.0mm，特别是小于2.6mm，优选小于2.2mm的形成有多重结构的薄板(1)。
16.按上述权利要求之任一项所述的方法，其特征在于，制造初级结构第二高度(15)大于1.5mm，特别是大于1.8mm，优选大于2.0mm的形成有多重结构的薄板(1)。
17.用来制造金属蜂窝体(19)的方法，其中它包含至少部分形成有结构的薄板(1，20)，其中至少一分段薄板(1)按上述权利要求之任一项所述的方法制造，接着将薄板(1，20)这样地堆叠和/或卷曲，以形成一具有大量至少部分由初级结构(4)限定的通道(21)的蜂窝体(19)。
18.按权利要求16所述的方法，其特征在于，所述次级结构(6)设计成形成通向相邻通道(21)的开口(22)。
19.按权利要求16或17所述的方法，其特征在于，所述薄板(1，20)这样地堆叠和/或卷曲，以形成至少300cpsi，特别是至少600cpsi的单位面积通道密度。
20.按权利要求16至18之任一项所述的方法，其中构成蜂窝体(19)的薄板(1，20)相互和/或与至少部分包围蜂窝体(19)的壳体(23)利用接合技术地连接，特别是用钎焊法连接。
21.按权利要求16至19之任一项所述的方法，其中构成蜂窝体(19)的薄板(1，20)至少局部设有尤其是催化活性的并特别是包含载体涂料(25)的涂层(24)。
22.用于汽车内燃机(28)的排气装置(27)的基体(26)，包括至少一个具有多个至少部分形成有结构的薄板(1，20)的蜂窝体(19)以及一壳体(23)，其中蜂窝体具有至少一个形成有多重结构的，带一初级结构(4)和初级结构(6)的薄板(1)，其特征为所述初级结构(4)具有小于2，特别是小于1.5的初级结构宽度(7)与初级结构高度(15)之比。
23.用来制造形成有多重结构的薄板(1)的工具(17)，其中，可将带有初级结构(4)的薄板(1)输送给所述工具(17)，其特征为工具(17)具有分段(16)，所述分段以一定距离(29)并优选相互平行地沿初级结构(4)方向设置，其中所述工具(17)包括用来改变距离(29)的装置(30，31，32，33)。
24.按权利要求23所述的工具(17)，其特征为所述分段(16)之间的距离(29)可以减小至少15％，特别是至少25％，最好甚至至少35％。
25.按权利要求23或24所述的工具(17)，其特征为所述分段(16)在其长度(34)上相互之间具有相同的距离(29)。
26.按权利要求23至25之任一项所述的工具(17)，其特征为所述工具(17)，最好至少是所述分段(16)的一部分，具有至少一个用来在已经设有初级结构(4)的薄板(1)上形成次级结构(6)的压印元件(35)。
全文摘要
用来制造形成有多重结构的薄板(1)的方法，它至少包括以下步骤A)对薄板(1)进行成形加工，其中形成具有第一初级结构宽度(5)的初级结构(4)；B)对设有初级结构(4)的薄板(1)进行成形加工，其中形成次级结构(6)；C)对形成有结构的薄板(1)进行成形加工，以形成小于第一初级结构宽度(5)的第二初级结构宽度(7)。此外推荐一种包括形成有多重结构的薄板的用来净化废气的基体以及一用来制造形成有多重结构的薄板(1)的工具。
文档编号B01J35/00GK1748075SQ200480003571
公开日2006年3月15日 申请日期2004年1月29日 优先权日2003年2月6日
发明者J·霍格森, M·福伊特 申请人:排放技术有限公司