专利名称：带缺口卸荷的微结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种特别是用作用于净化汽车内燃机废气的催化活性材料的基体的薄板，薄板包括至少一个狭缝，此狭缝仅延伸到薄板的内部区域并至少局部地限定从薄板表面结构中突起的薄板的微结构。
背景技术：
在汽车内燃机—例如汽油发动机和柴油发动机—的废气处理中已知，在排气管道中设置提供比较大的面积的元件或结构。所述元件通常配备吸附性的、催化活性的或类似的涂层，这时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过滤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)，用来对流过的废气进行流动控制或使其产生旋涡的扩散器(Diffusor)，或者用来在内燃机刚刚冷起动后将废气加热到规定温度的加热元件。考虑到汽车排气系统的应用条件，以下基体基质在原则上得到了验证陶瓷蜂窝体、挤出蜂窝体和由金属薄板制成的蜂窝体。由于这些基体基质应该始终和其功能相匹配，耐高温且耐腐蚀的薄板特别良好地适合于用作原材料。
已知，蜂窝体由多个至少局部形成结构的薄板制成，接着将所述薄板装在一壳体内，从而构成一基体，所述基体可以设有一个或几个上述的涂层，这里至少局部形成结构的薄板设置成形成基本上相互平行设置的通道。为了保证这一点，例如部分薄板配备一次结构或者表面结构，所述结构的特征是，这种结构是规则地重复的结构，特别是一种正弦波，锯齿波、矩形波、三角形波、Ω波等。然后这些设有一次结构的薄板(必要时与光滑的中间层交替地)相互堆叠、相互连接并装在一壳体内。用这种方法形成具有基本上相互平行的通道的蜂窝体。
此外已知，在这种薄板上加工出二次结构，所述二次结构特别应该防止废气在进入蜂窝体后立即形成层流，这时位于这种通道中部区域内的废气支流不能与例如催化活性的通道壁区域内的支流进行气体交换。因此这种二次结构或微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剧烈的混合，从而保证包含在废气内的有害物质与通道壁紧密接触。此外还可以通过这种二次结构形成横向于通道的流动路径，所述流动路径使得在相邻通道内的废气支流可以气体交换。由于这个原因已知这样的二次结构，包括例如导流面，微结构、粒结、凸台、叶片、侧板、孔等等。因此这种金属蜂窝体的制造与陶瓷材料蜂窝体相比可获得高得多的方案多样性，因为在采用陶瓷蜂窝体时这种复杂通道壁不能或者只能用特别高的工艺成本才能实现。
此外，在废气处理时，在发动机起动后几乎毫不延迟地转化包含在废气中的有害物质特别有利。这里按法律规定和准则这应该以特别高的效率进行。由于这个原因在过去采用越来越薄的金属薄板。非常薄的薄板导致，存在非常小的表面热容量。即从流过的废气中吸取比较少的热量，或者薄板本身温度升高得比较快。因此这是重要的，因为目前在排气系统中所用的催化活性涂层只有从规定的反应(开始)温度起才开始转化有害物质。这大概在230℃至270℃的温度范围内。为了实现在几秒钟后便以至少98％的效率转化有害物质的目的，采用板厚小于例如20μm的薄板。
但是由于上述目的而产生一系列制造工艺和应用技术上的问题。这种类似于丝线编织品的结构，特别是二次结构或微结构的制造需要特别精密地加工的工具，这种工具非常昂贵，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，另一方面有时必须完成分割加工步骤。为了节省工具费用，在一个工具内集中尽可能多的加工步骤，其中由于二次结构的造型会在工具上产生越来越大的磨损。此外存在这样问题，即比较薄的薄板必须用合适的速度输入，以尽可能不发生不希望的冷变形。冷作硬化会对薄板的成形性能产生不利影响。
此外，由于材料厚度小，存在这样的危险，即薄板容易起皱、卷起和/或撕裂。这些不希望的变形在制造、还有运输或在汽车排气设备中应用时便已经出现或加剧。起皱例如导致在一些情况下通道堵塞或形成裂缝，所述裂缝由于汽车排气系统中高的热负荷和动态负荷而扩展，从而损害蜂窝体的结构完整性。此外必须考虑，这种起皱或变形的一次和/或二次结构以不希望的方式阻碍废气，因此可能在蜂窝体之前造成高的阻滞压力，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，提供一种特别是用于催化活性材料的基体，它能够持久地承受汽车排气系统中高的热负荷和动态负荷。特别是应该通过这样的方法克服开头所述的技术问题，即推荐一种薄板，所述薄板虽然结构复杂并设有大的刚性较强的表面，但仍可以持久地保持。特别应该保证，基体内部的薄板的结构在尽可能长的时间段内保持使用，以便用这种方法提供一种特别有效的废气净化装置。
这个目的通过具有权利要求1特征的薄板或包括这种薄板的按权利要求10的特征的基体实现。其它有利的实施形式在各个从属权利要求中说明。其中那里具体列出的特征可用任意的、合理的方式相互组合。
也就是说本发明的薄板包括至少一条设置到薄板内部区域内的狭缝，其中所述至少一条狭缝至少在局部限定薄板的微结构，这种微结构突出于薄板的表面结构。薄板的特征是，所述至少一条狭缝在至少一个边缘区域内具有一凹口。
首先应该指出，在薄板上可以有多个或大量狭缝，其中至少一条狭缝在薄板内部区域内延伸。即特别是，狭缝不与薄板边缘相接触，即完全被薄板材料包围。但是狭缝也可以具有复杂的结构，即不仅仅在一个方向延伸(代替I形，例如为V-、W-、T-、X-形或类似形式)，但至少二条，尤其是所有复合狭缝的边缘区域设有一凹口。这种特别是完全位于薄板内部区域内的狭缝加工在材料内，一方面使得可以通过薄板本身进行流体交换，另一方面狭缝还用来形成微结构或二次结构，如开头所述的那样。微结构的概念特别是理解为翻卷、折皱、弯曲等，它们通常在薄板内或上局限在局部。微结构例如还可以形成粒结、叶片、棱边等类似结构。微结构主要用来控制沿薄板表面的气流流动，以形成涡流区或平稳区，在所述区内一方面产生一种紊流，或者产生减小的流体流动速度。关于所述微结构的作用和构型可以参阅例如WO01/80978A1，这里其内容完全用作本说明书的内容。
此外，除这种微结构外，薄板还具有所谓的表面结构或一次结构。这里是指，薄板本身不是平的，而是具有高一级的结构。用作用于汽车排气系统中催化活性材料的基体的薄板已知设有表面结构，当这些薄板与其它薄板组合成基体时，所述表面结构形成大量通道。通常这里表面结构设计成波纹形或曲折形。对于波纹形，已经证明一种正弦形波纹或Ω形波纹特别有利。通常这些表面结构在薄板或形成的基体的整个长度上延伸。其中在一些情况下还已知表面结构的高度和宽度上在长度上连续地或跳跃式变化。就是说，综上所述从这样一点出发，即表面结构用来形成沿基体轴向的流体可流通的通道，而微结构主要应该在所述由表面结构形成的通道内实现流动控制。因此从这样一点出发，即微结构设计成在这种通道的内部区域内延伸，当然所述微结构设计成不大于或高于通道所允许的程度。根据通道形状的不同微结构可以从任意的位置出发延伸到内部区域内，即既可以从底面以及侧面也可以从顶部区域出发。
按照本发明建议，狭缝在至少一个边缘区域内具有一凹口。最好狭缝的所有边缘区都具有凹口，特别是相同造型的凹口。通常狭缝具有一直线形(I-形)造型。这意味着，通常边缘区具有尖端或非常小的半径(例如小于0.05mm)。这种狭缝通常通过冲裁的工艺方法制成并具有直线(I-形)分布。
为了制造微结构，借助于合适的工具弯曲薄板直接位于狭缝邻近的区域，从而形成例如导流面。通过这种弯曲过程，围绕狭缝边缘区域内的材料受到很大的作用力；从而可能导致薄板在狭缝周围改变耐热和动态性能的例如冷作硬化过程。这种作用在用在汽车排气系统中的这种导流面或薄板上的有时很大的负荷会导致狭缝边缘区域内严重的(缺口)应力集中。从狭缝的边缘区域出发继续向薄板材料内扩展的裂纹危及基体的整个功能，而且可能由于流过的废气流使脱落的零件大大地加速，并撞击在后面的用于净化废气的元件上。它们在那里还堵塞通道，堵塞孔隙、刮蚀材料，毁坏涂层等。
这种效应通过在狭缝的至少一个边缘区内设置凹口可靠地避免。这些凹口具有比较大的半径，因此即使在薄板的有时变形很大的区域内也不会出现(缺口)应力集中(Kerbwirkung)。狭缝最好在其每个边缘区上都具有一个这种凹口。这里也可以设想，设置交叉狭缝，这时在相应的端部区域都设置一个这种凹口。换言之凹口是指直线形狭缝的扩大部，从而在端部区域设置一较宽的槽。为此采用圆形横截面、具有倒圆的端部侧边的较宽的槽、空刀槽(Freistich)等形状。此外凹口可以设计成狭缝的一个或几个扭折的或弯折的端部区域的形状。这里也可以设计具有不同凹口形状的边缘区。这种带凹口的狭缝的制造可以方便地通过分割的工艺方法进行，例如(激光)切割、冲裁、压制等用来分割薄板的方法。
此外建议，薄板的表面结构具有一带有沿纵向延伸的波峰和波谷的类似于波纹的造型。类似于波纹的造型特别是包括正弦形，如果从一个棱边观察薄板，便可以看出波纹的形状。波峰或波谷最好在薄板的整个轴向长度上延伸，其中它们最好是基本上相互平行分布。
这里特别有利的是，类似于波纹的造型可通过一波长和波高描述，其中波长与波高之比在3.0至1.0的范围内，特别是在2.5至1.1或最好在2.0至1.3的范围内。波峰和波谷是指类似于波纹的造型的最高点和最低点。这里波长表示表面结构两个直接相邻的同类极点之间的距离，例如两个直接相邻的波峰之间或两个直接相邻的波谷之间的距离。波高表示两个不同极点的高度差，即例如波峰与波谷的高度差。通常波高和波长相互垂直地测量。这里应该指出，原则上在波高和波长方面会出现偏差，这从制造工艺观点看是不可避免的。因此这里所提供的特征值是一统计平均值，其中始终应考虑到加工误差。
这里所提供的波长与波高之比还说明了薄板变形的程度。从这样情况出发，薄板首先基本上是平的，接着例如通过波纹轧制法加工出表面结构，因此意味着，波长和波高的比小，例如小于2.0，波峰和波谷相互比较紧密地设置，而波峰与波谷的高度差做得比较大，因此形成较细长的具有很陡的侧边的通道。正是在这种强烈变形的薄板时存在在制造时就已出现材料疲劳危险。因此例如随着工具磨损越来越大时已经会形成以后可能扩大的裂纹，因此特别是对于这种薄板在狭缝的边缘区域内设置凹口特别有利。
按照另一种实施形式建议，微结构包括一导流面，它从薄板的表面结构突出，特别是沿纵向倾斜地突出来，这里最好形成一在10°至35°范围内的角。这种导流面特别适合于，将薄板表面上的支流剥离并向希望的区域偏转。这种导流面也可以由德国实用新型DE20117873U1详细获知，其中这里完全参照这份公开的内容。
按照另一种实施形式，薄板具有两条至少局部地分别限定微结构的狭缝。换言之这意味着，至少一个微结构在两个方向上通过一对狭缝限定，其中薄板的位于狭缝之间的区域相对于一般的表面结构向外突出，挤出或以其它方式方法变形。这里通常形成这样的面，它例如相对于废气的流动方向倾斜程度较小地定向，因此这里形成较小的气流转向。这可能对所产生的压力损失产生有利的效果，因为这种微结构形成较小的流动阻力。
按照薄板的另一种实施形式，至少一个凹口具有一倒圆的，特别是具有一最好为至少0.1mm的曲率半径的圆弧形形状。试验表明，如果曲率半径大于0.1mm，特别是大于或等于0.2mm，则从狭缝出发的裂纹形成或裂纹扩展显著减少。其原因主要是在使用中薄板的材料应力显著减小，所述材料应力与简单的狭缝相比有时仅在小于30％的范围内。在狭缝边缘区域内应力减小避免了裂纹的形成。
按照薄板的另一种实施形式，设置大量微结构，所述微结构平行于薄板纵向成一直线和/或横向于纵向成排设置。微结构最好这样设置，使它们位于波峰上或波谷中，其中设置在波峰上的微结构朝波谷方向延伸，设置在波谷上的微结构朝波峰方向延伸。即，如果这种薄板平整地放在平的底座上，所述微结构设置在两个分别由波峰或波谷限定的平面之间。因此微结构以后设置在基体的流动通道内部。考虑到相互朝向的布置，还应该指出，在某些情况下所述直线或排在薄板长度或宽度上也可以错开。
此外建议，薄板由含铝和铬的耐高温和耐腐蚀的钢构成，其中薄板最好具有0.015至0.15mm范围内，特别是0.03至0.08mm范围内的板厚。可选地，原则上也可以采用具有镍基或镍合金的薄板。已经证明这里提供的材料特别适合于用在汽车排气系统的腐蚀性条件下。这里板厚应根据薄板在排气系统中应用的地点或应用目的来选择。原则上应该注意，较大的板厚意味着较大的热容量，因此这种薄板也可以用作蓄热器。此外加大的板厚当然也造成加大的稳固性，因此这种薄板可以经受特别高的动态负荷。在0.015至约0.05mm范围内的较薄的薄板只有较小的热容量，因此这些薄板例如迅速地和外界温度适应。这意味着，它们在内燃机冷起动后通过流过的废气迅速地加热，从而可以使附加在它上面的催化剂迅速地活化。
按照另一种实施形式，微结构具有这样地突出于表面结构的最大长度，所述长度在0.3至0.95(30％-95％)个波高的范围内，最好在0.5至0.8(50％-80％)个波高的范围内。换言之即，可以明显看出微结构从薄板表面结构上突起。只有这样才能使在薄板旁流过的通常是层状的废气流转变成紊流。
按照本发明另一个方面，推荐一种用于用来净化废气的包括多个至少局部形成结构的薄板的元件的基体，其中所述薄板这样地堆叠和/或卷绕，使得基体对于流体是可流通的，其中多个薄板中的至少一块是前面所述的那种薄板。
在这种情况下还建议，基体具有大量基本上沿纵向延伸的通道，它们至少部分地由薄板的表面结构形成，其中所述至少一个微结构最好是控制流体流动的结构，使得在流体流过基体时向相邻通道偏转。换言之由此沿这样的方向进行流动控制，所述流动方向至少局部倾斜或垂直于通道纵向或废气的主流动方向。这里微结构也可以具有多个用于流动控制的结构。因此微结构可以通过导流面构成，所述导流面例如通过粒结、开口、凸台、翻卷等造成废气规定的偏转。
此外建议，基体具有在100至1000cpsi(每平方英寸单元数，每平方英寸6.45个通道相当于每平方厘米1个通道)范围内的通道密度，最好在300至600cpsi范围内。这里薄板最好具有在2.0至1.3范围内的波长与波高之比。
按照基体的另一种实施形式，基体在至少一个(沿纵向的)部分区域内在垂直于纵向的横截面上具有均匀分布的微结构。大量通道最好沿基体的基本上和流过基体的废气主流动方向一致的纵向布置。现在如果观察垂直于纵向的横截面，那么可以看到作为一种蜂窝结构的通道。考虑到这种横截面现在建议，存在均匀分布的微结构(在统计意义上)。换言之这意味着，到相邻微结构基本上具有相同的距离和/或每单位横截面分别仅设置规定数量的通道。这造成薄板或基体特别对称的负荷，使得这里可以减小应力尖峰。
此外建议，在基体的一垂直于纵向的横截面内设置大量微结构，这里所述微结构设计成使流过的流体部分地向不同方向偏转。这特别是指，在横截面的一个部分区域内通过微结构可以进行径向向外的偏转，而在横截面的一个相邻的部分区域内流体或者废气的转向可以沿反方向、与它倾斜分布的或偏斜的方向进行。
微结构的走向和由此造成的流过基体的流体的转向在很大程度上还由薄板在基体内的布置本身共同确定。例如对于螺线形卷绕的薄板，转向通常仅沿径向进行，而在采用堆叠或简单地弯曲的、渐开线形、S形或类似的薄板布局时，相邻区域内的微结构可以具有不同的走向。由此得到复杂得多的混合流动分布。
此外应该指出，基体除至少一块薄板外还包含下列元件组中的至少一个元件-至少一光滑板层，所述板层基本上贴合在薄板表面结构的极点上，最好与所述极点连接；-至少一个至少在一段内包围基体的壳体；-至少一个涨圈(Manschette)，所述涨圈在至少一个连接区内包围基体，并用来连接在壳体上；-至少一个设置在基体的至少一个区段内的涂层；-至少一个测量装置。
对于光滑板层应该说明，已知将光滑板层和形成结构的薄板相互交替地堆叠，并分别限定通道。接着将这种光滑板层和形成结构的薄板的堆叠这样地卷绕或弯曲，使它们具有所希望的基体形状的横截面。作为基体形状已知圆形、椭圆形、多边形以及圆柱形、锥形或矩形造型。
如果这种基体用作用于废气流内的颗粒或其它固体、液体或气体组成部分的过滤器，设置多孔纤维层是特别适宜的。这里也可以参照德国实用新型DE20117873U1，这里其关于多孔纤维层的公告内容也作为本说明书的内容。
作为光滑板层或多孔纤维层与薄板的连接技术一般考虑所有已知的接合技术上的工艺方法，但是这里优选推荐焊接或钎焊。
涨圈是指一种附加的薄膜，它在周向上包围基体或者说薄板堆叠，并用于与壳体的连接。因此防止形成通道的板层或薄板和壳体的直接焊接连接。为了说明涨圈的功能例如可以参看WO01/79670A1，这里完全包括其公开内容。
涂层分别根据基体的功能来选择。例如已知使包含在废气中的有害物质催化转化的涂层，它们主要通过贵金属或稀土(元素)组成。此外常用这样的涂层，它们承担一种储存功能，特别是对氮氧化物的储存功能。涂层也可以用来进一步扩大薄板的表面积，其中通常采用载体涂料(washcoat)，关于这种载体涂料设置在基体的至少一个区段内的说明是指，基体-做得带有不同的涂层(例如在种类、层厚、表面粗糙度等方面)，和/或
-仅局部地设置涂层，其中这种区段既可以位于基体内部区域内，不与圆周而接触，也可以(附加地或取而代之)仅仅在部分轴向长度上延伸。
设置测量装置，特别是传感器等，用来例如测试基体的功能。其中作为传感器常采用所谓的λ传感器或温度传感器，这里处于废气中的或存在于基体内的测量值通常通过壳体传送给发动机控制装置或其它控制或调节单元。
最后建议将所述基体作为用来净化废气的下列一组元件中的一个元件用在排气系统中-催化转化器，-流动混合器，-吸附器，-颗粒陷阱，关于催化转化器、流动混合器、吸附器或颗粒陷阱不同的应用领域和结构对于本领域的技术人员是已知的，因此本领域的技术人员通常可以方便地将这里所述的基体作为排气系统中的元件与相应的作用相匹配。因为基体的热负荷和动态负荷始终很高，并且这里可以显著减少用于微结构的狭缝中裂纹的扩展，上述所有元件具有长得多的使用寿命。因此可以在一段长的时间内在废气净化上符合法律要求的极限值，而不需要高的维护和运行费用。
下面借助于附图详细说明本发明。这里应该指出，其中附图表示特别优选的有利的实施例，但是本发明并不局限于此。
附图表示图1带有微结构的薄板的局部示意性透视图；图2.1带一没有凹口的狭缝的微结构，图2.2带一具有凹口的第一实施例的狭缝的微结构；图2.3带一具有凹口的另一实施例的狭缝的微结构；
图3具有第一实施形式的薄板的基体的结构示意图；图4包括带微结构的薄板以及一纤维层的基体的局部视图；图5基体结构的示意性纵向剖视图；图6基体结构的另一种实施形式的示意性横向剖视图，图7排气装置结构的示意性透视图；图8示意性示出本发明薄板一种实施形式的制造；图9具有造成涡旋(Drall)的微结构的薄板的局部示意透视图。
具体实施例方式
图1以示意性透视图示出带一微结构4的薄板1的一部分。在这个所示的部分视图中薄板1包括一局部地由两条狭缝2限成的微结构4，其中所述狭缝2仅仅在薄板1的内部区域3内延伸。微结构4从薄板1的表面结构5中突起。表面结构5做得具有波峰9和波谷10。如图所示，狭缝2的边缘区6在下图2.1、2.2和2.3中放大地示出。
图2.1、2.2和2.3示出由狭缝2限定的微结构4的局部视图。狭缝2使得微结构4可以这样地由薄板1成形，即，使所述微结构突出于表面结构5。其中在图2.1中边缘区6作为一简单的狭缝2示出，即不带按本发明的凹口7。在边缘区6内的尖端交接处成为一个缺口(Kerbe)，从而在微结构4相对于薄板1相对运动时在边缘区6内可能发生狭缝2的继续扩展。由此可能使整个微结构4最终从薄板1上脱落。为了避免这种情况，如例如在图2.2和2.3中所示那样，在狭缝2的边缘区域6内设置一凹口7。在图2.2中的凹口7形成一具有曲率半径16的圆弧15，所述曲率半径最好在0.2至0.4mm的范围内。在圆2.3内凹口7表示成一空刀狭缝。同样也可以采用其它减小应力集中的形状的凹口7。
图3以示意性透视图示出两个带微结构4的薄板1的布局，所述薄板可以组装成一个按本发明的基体。薄板1同样具有带波峰9和波谷10的表面结构5，波峰和波谷优选在整个长度上沿纵向8延伸。薄板1的微结构4“交替地”和“同向地”设置。在这种情况下“交替地”是指，微结构4沿纵向3看交替地向上和向下(相对于薄板1的表面结构5)延伸。在这种情况下，“同方向”意味着，限定微结构4的狭缝2朝向一(共同的)方向，即位于微结构4的前面或者说在上游限定微结构。微结构4设计成带开口45的导流面13。导流面13促使基本上沿纵向8进行的流动向横向47偏转。在狭缝2的边缘区域6内清楚地放大示出凹口7。
图4以剖开的透视图示出作为过滤器体或颗粒陷阱的基体21一种实施形式的细节。其中示出两个彼此相邻设置的薄板1，在所述薄板之间设一纤维层27。为了使这里用箭头25表示的流动方向偏转，薄板1具有大量导流面13。由此确保，废气连同包含在它里面的颗粒46穿过过滤层27，从而使颗粒46固定保持在纤维层27表面上或内部，直至所述颗粒能转化成气态成分为止。为此可以进行不连续的再生(可观的热量输入)或按CRT法进行连续再生，这里颗粒在过滤体内的逗留时间有利地加长至存在对于化学转化必要的反应物。
微结构4或导流面13从薄板1的表面5中突起。这里示出一种沿纵向8倾斜的布置，这里形成一在10°至35°范围内的角度14。导流面13或微结构4具有一从表面结构5突出的最大长度20，所述长度在0.3至0.95个波高12(未示出)的范围内。狭缝2的边缘区域6也设一凹口7。薄板1具有形成流体可沿流动方向(箭头25)流通的通道的表面结构5。
图5以纵向剖视图示意性示出一具有多个薄板1的基体21，所述薄板形成废气沿流动方向(箭头25)可流通的通道22。这里所示的基体21设计成流动混合器，它具有使流入的废气流的基本上是抛物线形的流动分布48均匀化的功能。基体21具有大量带微结构4的薄板1，微结构形成开口45，从而废气可以流入相邻的通道22。这里这样选择微结构4在基体21内的布置，使得在沿纵向8的一个部分区域23内在垂直于纵向8的一个横截面24(未示出)上设置均匀分布的微结构4。薄板1或基体21在一段29内被壳体28包围，这里段29包括基体21的整个轴向长度，壳体28甚至还超过基体21的轴向长度伸出。薄板1在壳体28上的连接借助于一涨圈30进行，它在连接区32内设置在相对的中部。
所示基体21或流动混合器还具有一个设有涂层31的区段33。但是区段33可以和段29完全相同地在基体21的整个轴向长度上延伸。
图6以横向剖视示意性示出基体21连同壳体28的另一种实施形式。这里薄板1卷绕成S形，其中板层由形成结构的薄板1和光滑板层26构成。薄板1的表面结构5和光滑板层26共同构成通道22，微结构4或导流面13伸入通道内。微结构4或导流面13使流过基体21的流体转向，从而形成横向于基体的，特别是在横截面24内的这里用箭头25表示的横向流动。板层26或薄板1的(最好全部)端部与一涨圈30连接，此涨圈同样具有表面结构5。涨圈30设置在基体21外轮廓的整个外周上。通过涨圈30与壳体28的部分连接和一必要时(沿轴向和/或圆周方向)错开的与薄板1或板层26的连接来补偿壳体28和薄板1或板层26不同的膨胀性能。
图7示意性示出一用于汽车的排气装置的结构。汽车具有一内燃机40，其中可以采用汽油、柴油、菜油或其它能量载体作为燃料。在冲程室43(或燃烧室)内产生废气，所述废气在最终排放到外界之前有时流过以下元件-一用来压缩用于内燃机40的吸入空气的涡轮增压器42，-一带测量装置34的流动混合器37，-一颗粒陷阱，-一催化转化器36，-一吸附器38，以及-另一催化转化器(例如三元催化器)，-其中用来净化废气的各个元件通过一排气管相互连接。
为了控制燃烧过程和排气设备35或内燃机40的工作方式将数据传递给发动机控制装置44。
图8中示意性示出加工步骤，所述步骤可以用来制造本发明的薄板。
步骤(A)从一基本上平的薄板1出发加工出成排18和/或成一直线17的位于薄板1内部区域3内的狭缝2。这里狭缝2设计成在边缘区域6内分别设有一凹口7。
步骤(B)现在对这样预处理的薄板1实施成形加工方法，例如波纹滚轧，从而形成表面结构5。所示表面结构5的特征是具有基本上相互平行延伸的波峰9和波谷10。表面结构5或波纹形造型可以借助于参数波长11和波高12描述。在薄板1的所示实施形式中波长11与波高12之比约为3.0。
步骤(C)步骤C表示在进行用来形成微结构4的第二成形加工方法后所形成的薄板1。为此位于波峰9或波谷10上的狭缝2用作微结构4的边界，并对薄板1的材料进行翻卷。翻卷形成带开口45的导流面13，这里导流面13从波谷10出发向上延伸和导流面13从波峰出发向下伸展。
步骤(D)在最后一个步骤中形成一特别小的波长和波高12的比。这里例如可以对薄板进行顶锻(Stauch)，使表面结构5具有小得多的波长11，在这种薄板的制造上可以参照(未公开的)DE10304814。
图9表示一带微结构4的薄板1的局部示意性透视图，这种微结构使流体流发生扭转(如由箭头25示意表示的那样)。其中示出一包括至少一个设置在薄板1内部区域3内的狭缝2的薄板1，其中至少一条狭缝2至少局部地限定薄板1的从薄板1的表面结构5突出的微结构4，所述薄板的特征为微结构4形成一球面区53。该球面区53或者说所形成的面有这样的特性，即通常以层流形式流入的流体或废气不(仅)简单地向一个方向偏转，而是使其流动路线具有至少一个涡旋、旋转或一个涡流。在流动路线主要向管壁进行偏转的情况下在通道内产生很大的压力损失，而压力损失在通过球面区53相应地激发后通过流体在通道内螺旋形的流动而显著减小。压力损失特别是在汽车制造中起着重要作用，它对发动机效率有直接影响。这里应该指出，带有具有球面区53的微结构4的薄板1也可以独立于狭缝2边缘区6内的按本发明的凹口7地制造，但是也可以和这里所述的薄板，基体的所有方面有利地组合，用于其本身的应用。
球面区53例如可以这样来描述，即微结构4不是平面的，而是具有(在平行于横向47的剖面内观察时，如在图9中所示)至少一个高点51和低点50。这特别在微结构4的棱边54上是这样。高点51和低点50可以通过高度52的量相互区分，这里特别是指局部的极点。这里高度52特别是说明到通道底部55或通过薄板11的波谷10的平面的垂直距离。
按照一种优选的实施形式，现在球面区53这样地成形，即至少不同剖面(平行于横向47并通过微结构4)的高点51或低点50不是沿纵向对齐地设置。这意味着例如，沿纵向8高点51和/或低点50到微结构4交接区49的距离56是变化的。
按照一种实施形式还可以，(附加地)在至少一个通过微结构4的剖面内平行于纵向8设置高点51和低点50，即特别是不存在微结构4的直线分布。这里高点51和/或低点50到棱边54的距离最好在平行于纵向8的所有剖面内是不相同的。
按照图9中所示的实施形式低点50形成一轮廓57，其特征为，它不平行于纵向8分布，而优选对应于一三维轨迹，所述轨迹至少具有垂直于纵向8的段。这个轮廓57最好是一连续轨迹，即没有拐角、棱等。轮廓57沿其分布曲线有利地具有变化的高度52。如果轮廓57以一第一高度52和一到下一个相邻设置的与流体流入的棱边54的交接区49的第一距离56开始，最后在另一条棱边54上具有一较大的第二距离56，则特别有利。特别是轮廓57在那里还具有一第二高度52，它与第一高度52不同。利用微结构4的这种结构使与它接触的流体流在垂直于纵向8的两个横向47(水平和垂直的)同时导出，在那里产生一旋涡、涡流、涡旋等等。
这里公开的薄板或这里公开的基体的特征是，在汽车排气系统内具有特别高的使用寿命。此外可以，造成与相应的应用领域精确地匹配的流动分布，从而提供用来净化汽车废气的特别有效和适应性特别强的基体。
附图标记表1薄板2狭缝3内部区域4微结构5表面结构6边缘区域7凹口8纵向9波峰10 波谷11 波长12 波高13 导流面 14 角度15 圆弧16 曲率半径17 直线18 排19 板厚20 长度21 基体22 通道23 部分区域24 横截面25 箭头26 板层27 纤维层 28 壳体29 段 30 涨圈31 涂层32 连接区33 区段34 测量装置35 排气设置36 催化转化器37 流动混合器 38 吸附器39 颗粒陷阱40 内燃机41 排气管 42 涡轮增压器43 冲程室 44 发动机控制装置45 开口46 颗粒47 横向48 流动分布49 交接区 50 低点51 高点52 高度
53 区域 54 棱边55 通道底部 56 距离57 轮廓
权利要求
1.一种包括至少一条狭缝(2)的薄板(1)，所述狭缝设置在薄板(1)内部区域(3)内，其中所述至少一条狭缝(2)至少在局部限定薄板(1)的微结构(4)，所述微结构突出于薄板(1)的表面结构(5)，其特征为所述至少一条狭缝(2)在至少一个边缘区域(6)内具有一凹口(7)。
2.按权利要求1的薄板(1)，其特征为薄板(1)的表面结构(5)具有沿纵向(8)延伸的波峰(9)和波谷(10)的类似波纹形的造型。
3.按权利要求2的薄板(1)，其特征为类似于波纹形的造型可通过波长(11)和波高(12)描述，其中波长(11)与波高(12)之比在3.0至1.0范围内，特别是在2.5至1.1或最好在2.0至1.3范围内。
4.按上述权利要求之任一项的薄板(1)，其特征为微结构(4)包括一导流面(13)，所述导流面从薄板(1)的表面结构(5)中突起，特别是沿纵向(8)倾斜，其中最好形成一在10°至35°范围内的角(14)。
5.按上述权利要求之任一项的薄板(1)，其特征为，两条狭缝(2)至少局部地限定微结构(4)。
6.按上述权利要求之任一项的薄板(1)，其特征为，至少一个凹口(7)具有倒圆的形状，特别是形成一具有曲率半径(16)的圆弧(15)，尤其是具有至少为0.1mm的曲率半径(16)。
7.按上述权利要求之任一项的薄板(1)，其特征为，设置多个微结构(4)，所述微结构成一直线(17)地平行于薄板(1)的纵向(8)和/或成一排(18)地垂直于薄板(1)的纵向(8)设置。
8.按上述权利要求之任一项的薄板(1)，其特征为，所述薄板(1)由包含铝和铬的耐高温和耐腐蚀的钢制成，其中薄板(1)最好具有在0.015至0.15mm范围内，特别是在0.03至0.08mm范围内的板厚(19)。
9.按上述权利要求之任一项的薄板(1)，其特征为，微结构(4)具有一突出于表面结构(5)的最大长度(20)，所述长度在0.3至0.95个波高(12)的范围内，尤其是在0.5至0.8个波高(12)范围内。
10.用于废气净化元件的基体(21)，包括多个至少局部形成结构的薄板(1)，所述薄板这样地堆叠和/或卷绕，以使基体对于流体是可流通的，其特征为多个薄板(1)中的至少一块是按权利要求1至9之任一项的薄板(1)。
11.按权利要求10的基体(21)，其特征为所述基体具有多个基本上沿纵向(8)延伸的通道(22)，所述通道至少局部地由薄板(1)的表面结构(5)形成，其中至少一个微结构(4)最好是用来控制流体流动的结构，从而流体在流过基体(21)时向相邻通道(22)偏转。
12.按权利要求10或11的基体(21)，其特征为所述基体具有在100至1000cpsi范围内，尤其是在300至600cpsi范围内的通道密度。
13.按权利要求10至12之任一项的基体(21)，其特征为基体(21)在沿纵向(8)的至少一个部分区域(23)内在垂直于纵向(8)的横截面(24)上具有均匀分布的微结构(4)。
14.按权利要求10至13之任一项的基体(21)，其特征为在一垂直于基体(21)纵向(8)的横截面(24)内设置多个微结构(4)，其中所述微结构设计成使流过的流体部分地向不同的方向(25)偏转。
15.按权利要求10至14之任一项的基体(21)，其特征为，除至少一块薄板(1)外，还包括下列元件组中的至少一个元件-至少一个光滑板层(26)，所述板层基本上贴合在薄板(1)表面结构(5)的极点(9、10)上，最好与所述极点连接；-至少一个多孔纤维层(27)，所述纤维层特别是基本上贴合在薄板(1)的表面结构(5)的极点(9、10)上，尤其是与所述极点连接；-至少一个至少在一段(29)内包围基体(21)的壳体(28)；-至少一个涨圈(30)，它在至少一个连接区(32)内包围基体(21)，并用来连接在壳体(28)上；-至少一个涂层(31)，所述涂层设置在基体(21)的至少一个区段(33)内；-至少一个测量装置(34)。
16.按权利要求10至15之任一项的基体作为下列废气净化元件组中的一个元件用在排气设备(35)中-催化转化器(36)-流动混合器(37)-吸附器(38)-颗粒陷阱(39)。
全文摘要
本发明涉及一种包括至少一条狭缝(2)的薄板(1)，所述狭缝设置在薄板(1)的内部区域(3)内，其中所述至少一条狭缝(2)至少在局部限定薄板(1)的微结构(4)，所述微结构突出于薄板(1)的表面结构(5)，薄板的特征是，所述至少一条狭缝(2)在至少一个边缘区域(6)内具有凹口(7)。此外推荐一种用于废气净化元件的基体(21)，它包括多个至少局部形成结构的薄板(1)，所述薄板这样地堆叠和/或卷绕，使基体对于流体是可流通的，其中至少一块薄板按如上所述设计。
文档编号F01N3/28GK1798610SQ200480015025
公开日2006年7月5日 申请日期2004年5月28日 优先权日2003年5月30日
发明者J·霍格森 申请人:排放技术有限公司