PL207956B1

PL207956B1 - Metalowy korpus o strukturze plastra miodu składający się z warstw co najmniej częściowo perforowanej cienkiej blachy

Info

Publication number: PL207956B1
Application number: PL373473A
Authority: PL
Inventors: Wolfgang Maus; Rolf Brück; Peter Hirth
Original assignee: Emitec Emissionstechnologie
Priority date: 2002-08-16
Filing date: 2003-07-16
Publication date: 2011-02-28
Also published as: TWI301170B; JP4975969B2; CN1675455A; CN1320260C; EP1529156B1; ES2283863T3; AU2003246708A1; WO2004022937A1; DE50306920D1; PL373473A1; KR20050061456A; JP2005535454A; EP1529156A1; TW200404950A; KR101048224B1

Description

Opis wynalazku

Wynalazek dotyczy metalowego korpusu o strukturze plastra miodu, a w szczególności korpusu o strukturze plastra miodu do układu wydechowego silnika spalinowego. Korpusy o strukturze plastra miodu tego rodzaju są wykorzystywane jako nośniki materiałów katalitycznie aktywnych i/lub materiałów adsorpcyjnych oraz do podobnych zastosowań.

Metalowy korpus o strukturze plastra miodu wykorzystywany do oczyszczania gazów wylotowych z silnika spalinowego musi spełniać bardzo zróżnicowane wymagania, a w pewnych przypadkach konieczny jest kompromis pomiędzy sprzecznymi potrzebami. Przede wszystkim korpus o strukturze plastra miodu tego rodzaju powinien zapewniać możliwie maksymalną powierzchnię, na której może następować właściwa reakcja katalityczna lub proces adsorpcyjny. Przy wielu zastosowaniach pożądana jest albo mała pojemność cieplna, dzięki czemu korpus o strukturze plastra miodu zostaje szybko nagrzany do właściwej temperatury roboczej, albo też duża pojemność cieplna, dzięki czemu dłużej zachowuje temperaturę roboczą, ale nie może być zbyt szybko nagrzany do nadmiernie wysokiej temperatury. Oczywiście układ tego rodzaju musi spełniać ogólne warunki wytrzymałości mechanicznej, tzn. musi wytrzymywać pulsujący przepływ gazu a także obciążenia mechaniczne powodowane przez ruch pojazdu. Materiał, z którego jest wykonany, musi być odporny na korozję w wysokiej temperaturze, a także możliwa musi być obróbka tego materiału w taki sposób, żeby wytwarzanie żądanych struktur było łatwe i tanie. W wielu przypadkach potrzebne są również specjalne struktury wewnątrz korpusu o strukturze plastra miodu w celu oddziaływania na przepływ, aby, na przykład, poprawić kontakt z powierzchnią albo efekt poprzecznego mieszania. Na koniec, musi być możliwa tania, masowa produkcja odpowiedniego korpusu o strukturze plastra miodu.

Poszczególne aspekty powyższych problemów zostały szeroko opisane w wielu dokumentach znanych ze stanu techniki.

Różnica rysuje się w szczególności pomiędzy dwoma typowymi rodzajami metalowych korpusów o strukturze plastra miodu. Pierwszy rodzaj, którego typowy przykład przedstawia DE 29 02 779 A1, ma formę spiralną w której zasadniczo jedna warstwa płaskiej i jedna warstwa falistej cienkiej blachy są nakładane jedna na drugą i spiralnie zwijane. Drugi rodzaj korpusu o strukturze plastra miodu składa się z wielu układanych naprzemian warstw gładkiej i pofałdowanej lub różnie pofałdowanej cienkiej blachy, początkowo tworzącej jeden lub większą liczbę pakietów, które są razem zwijane. W ten sposób koń ce wszystkich warstw cienkiej blachy znajdują się na zewną trz i mogą być połączone z obudową lub cylindryczną osłoną tworząc wiele połączeń, które zwiększają trwałość korpusu o strukturze plastra miodu. Typowe przykł ady korpusów o strukturze plastra miodu tego rodzaju są opisane w EP 0 245 737 B1 oraz WO 90/03220. Znane jest również od dawna zaopatrywanie warstw cienkiej blachy w dodatkowe struktury w celu oddziaływania na przepływ albo uzyskanie poprzecznego mieszania pomiędzy oddzielnymi kanałami przepływu. Typowe przykłady tego rodzaju konfiguracji znajdują się w WO 91/01178, WO 91/01807 oraz WO 90/08249. Na koniec, znane są także korpusy o strukturze plastra miodu w formie stoż ka, zawierają ce, jeś li to jest stosowne, dodatkowe struktury oddziałujące na przepływ. Ponadto znane jest również formowanie w korpusie o strukturze plastra miodu wnęki dla czujnika, w szczególności do umieszczania sondy lambda. Przykład takiego rozwiązania opisany jest w DE 88 16 154 U1.

Znane jest również od dawna wykorzystywanie do wytwarzania korpusów o strukturze plastra miodu arkuszy cienkiej blachy ze szczelinami, w szczególności rozciąganej metalowej siatki oraz podobnych struktur ze szczelinami. Przegląd różnych kształtów i rozmieszczenia otworów w warstwach cienkiej blachy nośnego korpusu katalizatora, łącznie z rozwiązaniami znanymi ze stanu techniki cytowanymi w niniejszym opracowaniu, zawiera US 5,599,509. Opracowanie uzasadnia celowość wykorzystania otworów do zmniejszenia pojemności cieplnej przedniej części korpusu o strukturze plastra miodu w porównaniu z jego tylną częścią.

Chociaż obszerny stan techniki umożliwia rozwój w wielu różnych kierunkach, rozwijane jest kilka dalszych kierunków badań. Jednym z nich jest rozwój w kierunku zastosowania jeszcze cieńszych metalowych folii w celu zapewnienia dużych powierzchni przy użyciu małej ilości materiałów oraz zapewnienia małej pojemności cieplnej. Oczywistą wadą tego kierunku rozwoju jest to, że cienkie folie stają się coraz bardziej wrażliwe mechanicznie i wykonane z nich korpusy o strukturze plastra miodu są mniej trwałe. W tym samym czasie rozwinął się kierunek stosowania jeszcze większego zagęszczenia komórek, który w pewnym zakresie jest przyczyną tego, że stosowane są jeszcze cieńsze folie. Celem zwiększenia przenikania masy z powierzchnią korpusu o strukturze plastra miodu, na poPL 207 956 B1 wierzchniach umieszczone zostały struktury oddziałujące na przepływ, w szczególności wewnątrz korpusu o strukturze plastra miodu zostały utworzone struktury znane jako struktury poprzeczne lub powierzchnie kierujące przepływ albo dodatkowe krawędzie opływu. Chociaż zalety otworów do poprzecznego mieszania w warstwach cienkiej blachy są znane, systematyczne stosowanie otworów, przez które płyn może swobodnie przepływać na większej części objętości katalizatora dotychczas praktycznie nie było brane pod uwagę, ponieważ jest to rozwiązanie przeciwstawne w stosunku do tendencji zapewniania coraz większych powierzchni wewnątrz coraz mniejszych objętości. Podczas gdy szczeliny i/lub powierzchnie kierujące przepływem albo podobne struktury nie redukują wielkości powierzchni w korpusie o strukturze plastra miodu, zastosowanie dużej ilości otworów znacznie redukuje wielkość powierzchni, a ponadto, jeśli otwory są wykonywane przez usunięcie materiału, oznacza zwiększenie zużycia materiałów wyjściowych bez odpowiadającego mu zwiększenia powierzchni, co również jest sprzeczne z panującymi trendami. Dlatego otwory były brane pod uwagę, jeśli, jak przypuszczano, pełniły określoną rolę, na przykład służyły do poprzecznego mieszania lub zmniejszenia pojemności cieplnej w porównaniu z innymi fragmentami.

Chociaż takie rozumowanie, rozpatrywane oddzielnie, z pewnością może odnosić się do metalowego korpusu o strukturze plastra miodu, to nie można pomijać faktu, że korpus o strukturze plastra miodu jest następnie pokrywany materiałem tworzącym powłokę, która jako składniki katalitycznie aktywne w wielu przypadkach zawiera kosztowne metale szlachetne. W rezultacie duża powierzchnia oznacza dużą ilość drogiego materiału stosowanego na powłokę. Nieoczekiwanie testy wykazały, że dla pewnych wielkości, rozmieszczenia i zagęszczenia dużej liczby otworów w korpusie o strukturze plastra miodu, właściwości katalitycznej konwersji przy mniejszej powierzchni mogą być tak dobre, jak w przypadku korpusu o strukturze plastra miodu bez otworów, który wymaga wię kszej iloś ci materiał u na powłokę.

Dlatego też celem wynalazku jest dostarczenie metalowego korpusu o strukturze plastra miodu, który dzięki posiadaniu odpowiedniej ilości otworów, ich odpowiednich wymiarów i ich odpowiedniego rozmieszczenia jest szczególnie przydatny jako nośnik powłoki, w szczególności z punktu widzenia oszczędnego stosowania materiału na powłokę.

Metalowy korpus o strukturze plastra miodu według wynalazku pozwala na osiągnięcie tego celu. Korpus o strukturze plastra miodu składający się z warstw cienkiej blachy ułożonych wzdłuż osi, ukształtowanych tak, że płyn, w szczególności gazy wydechowe z silnika spalinowego, może przepływać przez korpus o strukturze plastra miodu w kierunku przepływu od strony wlotowej do strony wylotowej, a warstwy cienkiej blachy, przynajmniej na części powierzchni, posiadają wiele otworów, według wynalazku wyróżnia fakt, że korpus o strukturze plastra miodu ma otwory we wszystkich warstwach cienkiej blachy w objętości cząstkowej odpowiadającej co najmniej 55% jego długości wzdłuż osi i ma promień co najmniej 20 mm a każdy otwór ma powierzchnię od 1 do 120 mm², przy czym w obję toś ci czą stkowej powierzchnia warstw cienkiej blachy jest zredukowana przez otwory o 10 do 80%, korzystnie o 35 do 60%, w stosunku do warstw cienkiej blachy bez otworów, a objętość cząstkowa w każdym przypadku znajduje się w takiej odległości od końca korpusu o strukturze plastra miodu, że żaden otwór nie dotyka ani nie przecina krawędzi żadnej warstwy cienkiej blachy.

Testy wykazały, że korpus o strukturze plastra miodu z otworami według wynalazku, dzięki poprawionym właściwościom przepływu w jego wnętrzu i poprawionym właściwościom przenikania masy pomiędzy przepływającym płynem i powierzchnią, ma skuteczność, która dorównuje, a w pewnych warunkach nawet przewyższa skuteczność korpusu o strukturze plastra miodu bez otworów, pomimo tego, że użyte zostało mniej materiału na powłokę. Otwory są tak duże, że, po pierwsze, nie są zatykane przez materiał powłoki podczas jej nakładania i, po drugie, nie mogą być zablokowane przez cząstki znajdujące się w oczyszczanym płynie. Dlatego nie są to otwory podobne do otworów stosowanych w filtrach do zatrzymywania cząsteczek, ale są to otwory, przez które oczyszczany płyn, w szczególności gazy wydechowe silnika spalinowego, mogą swobodnie przepływać. Z powodów produkcyjnych i technologicznych oraz późniejszej trwałości ważne jest, aby krawędzie skrajnych boków nie były naruszone przez otwory lub fragmenty otworów, wskutek czego otwory powinny się znajdować w pewnej odległości od skrajnych boków.

Jak już wcześniej zostało stwierdzone, otwory mają więcej zalet niż wad, wskutek czego objętość cząstkowa wyposażona w otwory powinna stanowić więcej niż 60%, korzystnie więcej niż 90%, całkowitej pojemności korpusu o strukturze plastra miodu. To umożliwia wykorzystanie dodatnich skutków w maksymalnej rozciągłości.

PL 207 956 B1

Ze względów mechanicznych i ze względu na dynamikę przepływu wskazane jest, żeby każdy otwór miał powierzchnię od 5 do 60 mm². Otwory tej wielkości są łatwe do wykonania, nie zakłócają nakładania powłoki i pozwalają na wykorzystanie zalet usprawnionego przenikania masy. Otwory tej wielkości umożliwiają dobre mieszanie poprzeczne, a także umożliwiają odprowadzanie ciepła z wnętrza korpusu o strukturze plastra miodu na zewnątrz nie tylko przez przewodzenie ciepła, ale również przez promieniowanie cieplne, które przenika przez otwory do rejonów położonych bliżej zewnętrznej powierzchni. Oczywiście, im większa całkowita powierzchnia otworów w porównaniu z całkowitą powierzchnią warstw nagrzewanej blachy, która pozostała, tym większy efekt tego promieniowania.

Znane ze stanu techniki rozwiązania dla podobnych zastosowań niemalże wyłącznie opisują otwory w warstwach cienkiej blachy, które mają obrysy wielokątne. Z mechanicznego punktu widzenia nie jest to korzystne przy wysokich i zmiennych obciążeniach, ponieważ w narożach otworów zaczynają powstawać pęknięcia. W związku z tym w prezentowanym wynalazku korzystne jest stosowanie zaokrąglonych obrysów otworów w taki sposób, by linia obrzeża otworu nie miała żadnych naroży, w szczególności nie zawierała żadnych ostrych kątów. Otwory powinny być okrąg łe, owalne lub eliptyczne i zaleca się, aby w przypadku kształtów, które nie są okrągłe stosunek maksymalnej średnicy do minimalnej średnicy nie był większy niż dwa.

Jednakże otwory tego rodzaju nie mogą być wykonywane w sposób materiałooszczędny, jaki zapewnia, na przykład, zastosowanie rozciąganej siatki metalowej, ale raczej muszą być wykonywane przez usuwanie materiału z arkusza pełnej cienkiej blachy. Jednakże materiał, który został usunięty metodą tłoczenia lub wycinania może być ponownie użyty do produkcji nowych arkuszy cienkiej blachy.

Zależnie od sposobu, w jaki wytwarzane są warstwy cienkiej blachy, otwory mogą być również wykonywane podczas procesu produkcyjnego, ta opcja jest szczególnie odpowiednia dla materiałów wytwarzanych przy pomocy środków galwanoplastycznych. W przypadku procesu produkcyjnego, w którym w pierwszej kolejnoś ci wytwarzany jest niedrogi materiał , a nastę pnie jakość tego materiału jest podnoszona przez pokrywanie, na przykład, aluminium lub chromem, zaleca się wykonywanie otworów przed udoskonalaniem materiału przy pomocy tych kolejnych materiałów.

Kolejną zaletą wynalazku jest to, że pojemność cieplna korpusu o strukturze plastra miodu z otworami oczywiście jest mniejsza niż pojemność cieplna korpusu o strukturze plastra miodu bez otworów. Z drugiej strony umożliwia to wykonywanie korpusów o strukturze plastra miodu według wynalazku z warstw grubszej blachy bez zwiększania pojemności cieplnej w porównaniu z korpusami o strukturze plastra miodu wykonanymi z warstw nieperforowanej cie ń szej blachy. Zgodnie z wynalazkiem grubość blachy powinna wynosić od 20 do 80 μm, ale zalecana jest grubość od 40 do 60 μm. Zalecany zakres grubości prowadzi do poprawienia trwałości mechanicznej, w szczególności końcowych fragmentów korpusu o strukturze plastra miodu i umożliwia wykorzystywanie sprawdzonych procesów produkcyjnych, których już nie można w łatwy sposób stosować do bardzo cienkich folii. Niemniej jednak pojemność cieplna korpusów o strukturze plastra miodu, które tworzą jest mniejsza lub równa pojemności cieplnej korpusów o strukturze plastra miodu wykonanych z cieńszych folii bez otworów.

Aby zapewnić stabilność mechaniczną korpusu o strukturze plastra miodu według wynalazku, minimalny odstęp pomiędzy otworami powinien wynosić 0,5 mm, przy czym odległość pomiędzy otworami we wszystkich kierunkach powinna być w przybliżeniu taka sama, aby nie powstawały punkty słabe mechanicznie. Folie ukształtowane w ten sposób mogą być bez problemów fałdowane i wykorzystywane na następnych etapach wytwarzania spiralnych lub powlekanych i zwijanych korpusów o strukturze plastra miodu.

Korpus o strukturze plastra miodu według wynalazku, jak i wiele znanych ze stanu techniki, w szczególności zawierają na przemian ułożone warstwy gładkiej i pofałdowanej cienkiej blachy albo na przemian ułożone warstwy różnie pofałdowane cienkiej blachy. Struktury tego rodzaju tworzą typowe kanały przepływu w korpusie o strukturze plastra miodu.

Ze względu na korzystny efekty wynikający z obecności otworów, aby katalizatory wytwarzane następnie z korpusów o strukturze plastra miodu miały dobre własności konwersji, nie jest konieczne, by korpusy o strukturze plastra miodu według wynalazku miały skrajnie wysokie zagęszczenie komórek. Według wynalazku zalecane jest zagęszczenie komórek wynoszące od 200 do 1000 komórek na cal kwadratowy (od około 31 do około 155 komórek na cm²), w szczególności od 400 do 800 komórek na cal kwadratowy (od około 62 do około 124 komórek na cm²).

Zastosowanie otworów według wynalazku w warstwach cienkiej blachy nie wpływa niekorzystnie na możliwość stosowania większości wcześniej ujawnionych dodatkowych struktur oddziałujących

PL 207 956 B1 na przepływ, jak to zostało wspomniane w opisie stanu techniki. W szczególności warstwy perforowanej cienkiej blachy mogą także posiadać poprzeczne struktury z występami i powierzchniami kierującymi przepływem. Na ogół otwory nawet wspomagają działania tego rodzaju struktur, ponieważ wszelkie różnice ciśnienia, które występują w kanałach, mogą być wyrównywane przez otwory, wywoływana jest dodatkowa turbulencja i profil przepływu wewnątrz korpusu o strukturze plastra miodu staje się bardziej jednorodny.

Układ korpusu o strukturze plastra miodu według wynalazku przynosi szczególnie korzystne efekty, gdy stosowany jest czujnik pomiarowy, w szczególności sonda lambda, która jest wprowadzona do wnęki w korpusie o strukturze plastra miodu, jak w rozwiązaniach znanych ze stanu techniki. Ponieważ czujnik pomiarowy, w szczególności czujnik pomiarowy tlenu, przeznaczony jest do pomiaru wartości w przepływającym płynie tak reprezentatywnej, jak to tylko możliwe, poprzeczne mieszanie przed czujnikiem pomiarowym jest szczególnie korzystne. Z tego względu korpusy o strukturze plastra miodu według wynalazku są szczególnie przydatne do zastosowań, przy których do wnęki w korpusie o strukturze plastra miodu wprowadzana jest sonda pomiarowa lambda.

Z punktu widzenia technicznych warunków produkcji, wymaga to pewnego nakł adu pracy przy produkcji warstw cienkiej blachy, żeby po ich złożeniu powstawała odpowiednia wnęka. Jednak obecnie czynność ta jest łatwa do realizacji przez zastosowanie urządzeń produkcyjnych sterowanych cyfrowo. To jednocześnie pozwala na uniknięcie umieszczania jakichkolwiek otworów w warstwach cienkiej blachy w pobliżu krawędzi ograniczających wnękę, celem zabezpieczania krawędzi przed naruszeniem również w tym miejscu. Z tego względu szczególnie korzystne będzie nie umieszczanie otworów w obszarze od 1 do 5 mm wokół wnęki dla czujnika pomiarowego. Ze względu na trwałość korzystne jest, gdy poszczególne warstwy cienkiej blachy są łączone jedna z drugą przez połączenie, korzystnie przy pomocy lutowania twardego, które zwykle umiejscawiane jest na końcowych stronach korpusu o strukturze plastra miodu. To jest również powód, dla którego żadne otwory nie powinny przecinać obszaru krawędzi warstw cienkiej blachy. Z drugiej strony otwory mogą również w zamierzony sposób zapobiegać przenikaniu używanego na końcowych fragmentach kleju lub stopu lutowniczego do wnętrza korpusu o strukturze plastra miodu wzdłuż linii styku pomiędzy warstwami cienkiej blachy, które ze względów mechanicznych często jest niepożądane. Na otworach kończy się efekt kapilarny, więc odległość pomiędzy otworami i końcowym fragmentem korpusu o strukturze plastra miodu może być również wykorzystana do zamierzonego ograniczenia obszaru, który jest połączony przy pomocy lutowania.

Podobne stwierdzenia mają zastosowanie do połączenia warstw cienkiej blachy z cylindryczną obudową. Również w tym przypadku ze względu na bardzo trwałe połączenie z obudową, jakie jest pożądane, jest korzystniej, jeśli obszar krawędzi nie jest przecinany przez otwory. Ponadto, również w tym przypadku, otwory sprawiaj ą , ż e stop lutowniczy nie przenika zbyt daleko do wnę trza korpusu o strukturze plastra miodu w wyniku działania kapilarnego, ale pozostaje dokładnie tam, gdzie został użyty do zamocowania warstw cienkiej blachy.

Objętość korpusu o strukturze plastra miodu w katalizatorze (suma objętości warstw cienkiej blachy, a także kanałów, otworów itp., które tworzy lub zawiera) jest zależna, na przykład, od umiejscowienia w układzie wydechowym i jeśli jest umieszczony w przedziale silnika lub w bezpośrednim sąsiedztwie silnika (w odległości nie większej niż 0,5 m), ta wielkość jest zwykle mniejsza niż pojemność silnika, np. mniejsza niż 50% pojemności, w szczególności mniejsza niż 1 litr lub 0,5 litra. Jeśli jest umieszczany pod podłogą karoserii samochodu osobowego, objętość korpusu o strukturze plastra miodu może być również większa od pojemności silnika i korzystnie wynosić od 1 do 5 litrów. Inne zastosowania, jak na przykład w ciągnikach, motocyklach, kosiarkach do trawy, urządzeniach ręcznych (maszynkach do przycinania żywopłotów, pił mechanicznych) lub podobnych mogą wymagać innych objętości, ale w takim przypadku osoba posiadająca odpowiednie doświadczenie w tej dziedzinie może wprowadzić odpowiednie zmiany. Prawdziwe jest podobne stwierdzenie w stosunku do korpusów o strukturze plastra miodu, które są wykorzystywane jako wymienniki ciepła, mieszalniki przepływowe, adsorbery, pułapki cząstek, filtry cząstek stałych, elektryczne grzejniki w układach wydechowych. Również w tych przypadkach osoba posiadająca doświadczenie w tej dziedzinie jest w stanie przeprowadzić odpowiednie testy, które pozwolą na odpowiednie dostosowanie objętości korpusu o strukturze plastra miodu.

Przy projektowaniu lub konfigurowaniu wzoru otworów w warstwie cienkiej blachy należy również uwzględnić przewidywane zastosowanie korpusu o strukturze plastra miodu. Ponieważ w tym kontekście nie ma możliwości czerpania wiedzy z doświadczenia, testy wykazały, że efekty mieszania

PL 207 956 B1 lub katalitycznej konwersji przy jednoczesnym znacznym zmniejszeniem zużycia materiału katalitycznego były zaskakująco dobre dla folii z cienkiej blachy z otworami, których maksymalna rozpiętość była większa niż szerokość struktury pofałdowania, w szczególności dla otworów, w których nawet najmniejsza odległość pomiędzy przeciwległymi konturami była większa niż szerokość struktury pofałdowania. Ma to korzystne zastosowanie do otworów w warstwach cienkiej blachy z przynajmniej częściowo utworzoną strukturą w takim stopniu, że otwory są nakładane na pofałdowania lub strukturę. Jest to szczególnie korzystne by wszystkie otwory w co najmniej w jednej objętości cząstkowej, miały rozpiętość większą niż szerokość struktury pofałdowania. Zaskakująco dobre wyniki mogą być uzyskane z korpusem o strukturze plastra miodu, w którym rozmiary otworów w folii z cienkiej blachy są co najmniej dwukrotnie, korzystnie czterokrotnie, w szczególności sześciokrotnie większe niż szerokość struktury.

Zgodnie z korzystnym udoskonaleniem korpusu o strukturze plastra miodu, co najmniej niektóre otwory są zaprojektowane jako szczeliny, których maksymalna rozpiętość w każdym przypadku rozciąga się w kierunku wydzielonej głównej osi, przy czym otwory zaprojektowane jako szczeliny rozmieszczone są w taki sposób, że korpus o strukturze plastra miodu ma strefy o różnej sztywności. W tym kontekście szczelina jest rozumiana jako otwór, który ma dwa zaokrąglone, korzystnie zbliżone do półokręgu obszary zakończeń oraz maksimum albo punkty obrotu, które wyznaczają główną oś, przy czym szczelina ma krawędzie, które biegną równolegle do siebie pomiędzy obszarami zakończeń. Korzystne jest, gdy maksymalna rozpiętość wzdłuż głównej osi jest większa co najmniej o współczynnik dwa od rozpiętości prostopadłej do głównej osi. W rezultacie pomiędzy przyległymi szczelinami tworzone są mostki metalu. W tym kontekście należy zaproponować orientację szczelin w taki sposób w stosunku do kierunku obwodu, promienia, g ł ównej osi korpusu o strukturze plastra miodu lub warstwy cienkiej blachy albo przynajmniej do dwóch z tych kierunków, aby sztywność korpusu o strukturze plastra miodu w różnych strefach była różna. W tym kontekście należy rozumieć, że pojęcie sztywności oznacza rozpiętość, do jakiej uginają się poszczególne strefy pod wpływem zewnętrznych sił co najmniej w jednym z wymienionych powyżej kierunków. To oznacza, na przykład, że w pierwszej (w szczególności po stronie doprowadzania gazu) i jeś li to jest uzasadnione również w trzeciej (w szczególności po stronie odprowadzania gazu) strefie szczeliny s ą umieszczone w taki sposób, że korpus o strukturze plastra miodu ma bardzo małą sztywność, natomiast w drugiej strefie korpus o strukturze plastra miodu jest zaprojektowany jako względnie sztywny. Rozpatrując jako przykład charakterystykę cieplnej rozszerzalności korpusu o strukturze plastra miodu w układzie wydechowym samochodu, można ustalić, że końcowe fragmenty rozszerzają się i kurczą pod wpływem zmian obciążenia cieplnego w znacznie większym zakresie niż środkowa część korpusu o strukturze plastra miodu. Różniące się strefy umożliwiają kompensację lub przerwanie zróżnicowanych rozszerzalności cieplnych tego rodzaju lub doprowadzanych sił na różnych poziomach (np. jako wynik impulsów przepływających gazów wydechowych).

W tym kontek ś cie jest korzystne, jeś li otwory zaprojektowane jako szczeliny są co najmniej czę ściowo przesunięte w stosunku do siebie w kierunku obwodu i/lub promienia i/lub centralnej osi i/lub rozmieszczone pod kątem tworzonym przez ich osie główne. To znaczy, na przykład, że otwory rozmieszczone są wzdłuż linii równoległych do krawędzi i że linie (lub grupy sąsiednich linii), które są przyległe w kierunku równoległym do obszaru mocowania, są wyrównane względem siebie w kierunku krawędzi (z zachowaniem identycznej lub zmiennej odległości między sobą).

W innym przykładzie, oznacza to ż e otwory rozmieszczone są wzdłuż linii równoległych do obszaru mocowania i że linie, które sąsiadują ze sobą w kierunku równoległym do krawędzi, są wyrównane względem siebie w kierunku obszaru mocowania (z zachowaniem identycznej lub zmiennej odległości między sobą).

W jeszcze innym przykładzie, znaczy to że otwory są zorientowane względem siebie ukoś nie, w szczególności główne osie nie tworzą kąta prostego względem orientacji krawędzi lub obszaru mocowania.

W innym przykł adzie, oznacza to ż e co najmniej na części obszaru strefy otwory tworz ą rodzaj kratownicy.

W jeszcze innym przykł adzie, znaczy to ż e otwory generują róż ne gruboś ci metalowych mostków i/lub różne orientacje metalowych mostków względem korpusu o strukturze plastra miodu.

W innym przykładzie, oznacza to ż e otwory są rozmieszczone zgodnie ze wspomnianym tutaj częściowym łączeniem, w celu uzyskania zróżnicowanej sztywności korpusu o strukturze plastra miodu wzdłuż rozpiętości jego osi i/lub jego promienia i/lub jego obwodu.

PL 207 956 B1

Przykłady wykonania i szczegółowy opis wynalazku, do których wynalazek nie jest jednak ograniczony, są poniżej omówione bardziej szczegółowo z odwołaniem do rysunków, na których:

Fig. 1 przedstawia warstwę cienkiej blachy do wykonania korpusu o strukturze plastra miodu według wynalazku.

Fig. 2 przedstawia perspektywiczny widok, z częściowym przekrojem, korpusu o strukturze plastra miodu według wynalazku.

Fig. 3 przedstawia schematycznie w częściowym przekroju widok z boku katalizatora posiadającego korpus o strukturze plastra miodu według wynalazku i wnękę dla sondy lambda.

Fig. 4 przedstawia schematycznie perspektywiczny widok warstwy pofałdowanej cienkiej blachy z otworami.

Fig. 5 przedstawia schematycznie kolejne etapy procesu wytwarzania korpusu o strukturze plastra miodu według wynalazku.

Fig. 6 przedstawia schematycznie konfigurację otworów w formie szczelin w warstwie cienkiej blachy.

Fig. 7 przedstawia schematycznie korpus o strukturze plastra miodu z kilkoma strefami o zróżnicowanej sztywności.

Fig. 1 przedstawia warstwę cienkiej blachy 1, która może być gładka lub pofałdowana, jaka jest wykorzystywana do zbudowania korpusu o strukturze plastra miodu 15 według wynalazku. Warstwa cienkiej blachy 1 ma szerokość L, która później określa długość osiową L wykonanego z niej korpusu o strukturze plastra miodu 15. Wymiar warstwy cienkiej blachy 1 w drugim kierunku jest zależny od rodzaju konstrukcji korpusu o strukturze plastra miodu, jaki ma być wykonany. Może być bardzo duży, jeśli ma być z niego wykonany spiralnie zwijany korpus o strukturze plastra miodu 15 albo względnie krótki, jeśli wchodzi w skład stosu składającego się z kilku warstw cienkiej blachy 1 tego rodzaju, który jest następnie zwijany do postaci korpusu o strukturze plastra miodu 15. Grubość 26 warstwy cienkiej blachy 1 może wynosić od 20 do 80 μm, korzystnie od 40 do 60 μm.

Na części powierzchni (w tym przypadku oznaczonej jako sekcja 29) warstwa cienkiej blachy 1 ma dużą ilość otworów 6, przy czym powierzchnia 23 każdego otworu wynosi od 1 do 120 mm². Zalecane są otwory 6 o średnicy od 3 do 8 mm, korzystnie od 4 do 6 mm. Otwory, przynajmniej w poszczególnych obszarach, rozmieszczone są według regularnego wzoru i w identycznej odległości D7 względem siebie. Jednak możliwe jest również, że wzór na końcowym obszarze po stronie wlotowej 12 różni się od wzoru na końcowym obszarze po stronie wylotowej 13 i w tym przypadku, w charakterze przykładu, ilość otworów, średnica otworów i/lub odległość D7 są zwiększane. To zwiększanie może mieć miejsce w sposób ciągły lub skokowy. Korzystne jest również dla pewnych zastosowań po zwiększeniu tych wartości w środkowym obszarze, ich ponowne zmniejszenie w kierunku końca po stronie wylotowej 13. Korzystne jest, gdy otwory 6 są okrągłe lub eliptyczne albo owalne o maksymalnej średnicy R6 do 8 mm. Odległości D7 pomiędzy otworami dobierane są w taki sposób, że powierzchnia 24 warstwy cienkiej blachy jest zmniejszana o 10 do 80%, korzystnie o 30 do 60% w porównaniu z powierzchnią nieperforowaną.

Warstwa cienkiej blachy 1 ma obszar 2 wzdłuż krawędzi po stronie wlotowej, który jest wolny od otworów 6. Korzystne jest, jeśli obszar 3 wzdłuż krawędzi po stronie wylotowej tak samo jest pozbawiony otworów 6. To uproszczenie przetwarzania warstwy cienkiej blachy umożliwia wzajemne łączenie warstw cienkiej blachy w tych obszarach wzdłuż krawędzi i zapobiega tworzeniu nieregularnie ukształtowanego (postrzępionego) końcowego obszaru 12 po stronie wlotowej lub końcowego obszaru 13 po stronie wylotowej w czasie konstruowania korpusu o strukturze plastra miodu 15. Obszar wzdłuż krawędzi po stronie wlotowej ma szerokość R2 od 1 do 5 mm i obszar wzdłuż krawędzi po stronie wylotowej ma szerokość R3 od 1 do 5 mm. Ponadto warstwa cienkiej blachy 1 ma obszar mocowania 4, za pomocą którego warstwa cienkiej blachy 1 może być następnie przymocowana do cylindrycznej obudowy 14. Obszar mocowania 4, który ma szerokość R4, również jest pozbawiony otworów 6. W przypadku projektowania korpusów o strukturze plastra miodu 15, w których warstwa cienkiej blachy 1 jest mocowana do cylindrycznej obudowy 14 z obu stron, drugi obszar mocowania 5 o szerokości R5 również jest pozbawiony otworów 6.

Jeśli warstwa cienkiej blachy 1 ma być wykorzystana do wykonania korpusu o strukturze plastra miodu 15, który ma wnękę 7 do umieszczenia czujnika pomiarowego 9, to w warstwie cienkiej blachy 1 musi być wykonana odpowiednia wnęka 7. Zgodnie z wynalazkiem wnękę otacza pozbawione otworów obrzeże 8, zastosowanie którego sprawia, że łatwiejszy jest proces wytwarzania warstwy z cienkiej blachy 1 i ułatwione wykonywanie stałej wnęki 7. Późniejszy kierunek przepływu S płynu, który ma

PL 207 956 B1 przepływać przez korpus o strukturze plastra miodu 15 na rysunkach wskazują strzałki. Długość ścieżki B wolnego od otworów obrzeża 8 sięga co najmniej 1 mm ponad całkowitą długość wnęki.

Fig. 2 przedstawia perspektywiczny widok korpusu o strukturze plastra miodu 15 według wynalazku, na którym przedstawiony jest schematycznie wymiar 22 perforowanej objętości cząstkowej T. W tym przypadku wymiar 22 rozpoczyna się ze środka przekroju korpusu o strukturze plastra miodu, ale możliwe jest również, aby objętość cząstkowa T była utworzona w formie pierścieniowego wydrążonego cylindra, w którym wymiar T może stanowić każda wybrana część średnicy lub promienia przekroju. Korpus o strukturze plastra miodu 15 pokazany jako przykład jest zwinięty spiralnie z warstwy gładkiej cienkiej blachy 10 i pofałdowanej cienkiej blachy 11, które w obszarze mocowania 4 są połączone z cylindryczną obudową 14.

Fig. 3 przedstawia schematycznie w częściowym przekroju widok katalizatora 28 z wnęką 7 dla sondy lambda 9. Gazy wylotowe mogą przepływać przez katalizator 28 w kierunku przepływu S od końcowego obszaru po stronie wlotowej 12 do końcowego obszaru po stronie wylotowej 13. Na końcowym obszarze po stronie wlotowej 12 znajduje się wolny od otworów obszar 2 a na końcowym obszarze po stronie wylotowej 13 wolny od otworów obszar 3. Pomiędzy tymi końcowymi obszarami znajduje się perforowana objętość cząstkowa T, która rozciąga się praktycznie wzdłuż całej długości osi L korpusu o strukturze plastra miodu 15. Korpus o strukturze plastra miodu 15 ma wnękę 7, która może być wykonana albo po złożeniu korpusu o strukturze plastra miodu 15, albo przed tym przez umieszczenie odpowiedniego wycięcia wnęki 7 na poszczególnych warstwach cienkiej blachy 10, 11. We wnęce 7 może być umieszczony czujnik pomiarowy 9, w szczególności czujnik pomiarowy tlenu 9. Aby zapewnić równe krawędzie wnęki 7, otacza ją wolne od otworów obrzeże 8, na którym warstwy cienkiej blachy 10, 11 nie mają żadnych otworów 6. Połączenie korpusu o strukturze plastra miodu 15 z otworami 6 i wnęką 7 dla czujnika pomiarowego 9 przedstawione na rysunku jest szczególnie korzystne, ponieważ otwory 6 umieszczone przed czujnikiem pomiarowym 9 umożliwiają poprzeczne mieszanie w korpusie o strukturze plastra miodu 15 a w konsekwencji czujnik pomiarowy 9 może mierzyć reprezentatywną wartość dla składu płynu w korpusie o strukturze plastra miodu 15 jako całości.

Fig. 4 przedstawia schematycznie perspektywiczny widok warstwy pofałdowanej cienkiej blachy 1 z otworami 6. Pofałdowania lub struktura warstwy cienkiej blachy 1 może być opisana, na przykład, przez wysokość struktury H i szerokość struktury A. W przedstawionym na rysunku przykładzie wykonania otwory 6 mają rozpiętość R6 lub wymiar, który w przybliżeniu odpowiada trzykrotnej szerokości A sinusoidalnej struktury pofałdowania warstwy cienkiej blachy 1. W tym przypadku otwory 6 rozmieszczone są w taki sposób, że tworzą regularny wzór, przy którym każdy wierzchołek lub dolina pofałdowania jest przerwana na długości wzdłuż osi przez co najmniej jeden otwór 6 wewnątrz sekcji 29, która jest ograniczana przez nieperforowane obszary o szerokościach R3, R2, R5 (R4 nie pokazane na rysunku) warstwy cienkiej blachy 1 i tworzy pojemność cząstkową T w korpusie o strukturze plastra miodu 15. Jeśli chodzi o proporcje powierzchni 24 warstwy cienkiej blachy, na której wykonywane są otwory 6, to należy zauważyć, że w szczególności powierzchnia 24 warstwy cienkiej blachy wewnątrz sekcji 29 jest redukowana o 30 - 60%, a ogólna powierzchnia 24 warstwy cienkiej blachy (tzn. łącznie z obrzeżami) jest redukowana o 20 - 40%.

Celem uzyskania maksymalnej możliwej ilość perforacji w sekcji 29, korzystne jest, jak to przedstawiono na Fig. 4, aby zaprojektowana odległość D7 pomiędzy otworami była nie większa niż kilka szerokości A struktury, w szczególności mniejsza niż 5, korzystnie mniejsza niż 3 szerokości A struktury warstwy cienkiej blachy 1. Ze względu na sztywność, dla określonych zastosowań korpusu o strukturze plastra miodu 15 możliwe jest również pod pewnymi warunkami zaprojektowanie odległości D7 w różnych kierunkach (tzn. w kierunku zgodnym z osią i poprzecznym) różniących się od siebie, ale w takim przypadku korzystne jest zachowanie ujednoliconej odległości D7 w jednym kierunku.

W sąsiedztwie obrzeża R2 widoczna jest na rysunku mikrostruktura 27, której wysokość jest mniejsza od wysokości H struktury. Służy, na przykład, do odgraniczenia obszaru mocowania, ponieważ w ten sposób utworzona zostaje mała szczelina pomiędzy umieszczonymi po sąsiedzku warstwami cienkiej blachy 1, która zapobiega gromadzeniu się na skutek efektu kapilarnego ciekłego stopu lutowniczego w sekcji 29, gdzie mógłby tworzyć niepożądane połączenia.

Fig. 5 przedstawia schematycznie możliwy, szczególnie odpowiedni sposób wytwarzania katalizatorów. W pierwszej operacji w warstwie cienkiej blachy 1 wykonywane są otwory 6, a ta operacja w tym przypadku wykonywana jest mechanicznie przy pomocy urządzenia do tłoczenia 16. W następnej operacji formowane są struktury warstwy perforowanej cienkiej blachy 1 przy pomocy dwóch zazębiających się narzędzi profilujących 17, tak, że uformowana zostaje warstwa pofałdowanej cienkiej

PL 207 956 B1 blachy 11 ze strukturą o wysokości H i szerokości A. Warstwy pofałdowanej, co najmniej na części powierzchni perforowanej cienkiej blachy 11 są następnie układane w stos z warstwami gładkiej cienkiej blachy 10 (perforowanymi lub nieperforowanymi), aby uformować korpus o strukturze plastra miodu 15. Warstwy cienkiej blachy 10, 11 są następnie razem zwijane i umieszczane w cylindrycznej obudowie 14. Znaczenie ma sposób, w jaki są rozmieszczone w stosunku do siebie otwory 6 w przyległych warstwach cienkiej blachy 10, 11 po ich ułożeniu w stos i/lub zwinięciu. W zasadzie możliwe jest, że otwory będą rozmieszczone w stosunku do siebie w taki sposób, że będą na siebie (prawie całkowicie) zachodziły. To może być korzystne, na przykład, gdy trzeba unikać dużych spadków ciśnienia (co może się zdarzać przy bardzo burzliwym przepływie). Z drugiej strony, jeśli przepływ w zasadzie jest równomierny, gdy dochodzi do korpusu o strukturze plastra miodu 15, korzystne jest, jeśli we wnętrzu korpusu o strukturze plastra miodu znajduje się możliwie duża ilość krawędzi, które wywołują zawirowania. Dlatego w ostatnim przypadku wskazane jest, aby otwory 6 w przyległych warstwach cienkiej blachy 10, 11 były rozmieszczone tak, żeby były w stosunku do siebie przesunięte. Poza możliwymi wariantami wzajemnego rozmieszczania otworów 6 korzystne jest również wzięcie pod uwagę wykorzystania otworów 6 o różnym kształcie, nawet gdy otwory 6 nakładają się lub zachodzą na siebie. Na przykład, różne odległości D7 pomiędzy otworami, różna maksymalna rozciągłość R6 lub różne kontury 25 otworów 6, a także wzajemne położenie otworów na warstwach cienkiej blachy 10, 11 sąsiadujących ze sobą mogą być stosowane razem.

Po zakończeniu procesu lutowania warstw cienkiej blachy ze sobą oraz z cylindryczną obudową 14, podczas którego w szczególności nieperforowane obszary lub obrzeża o szerokościach R1, R2, R3 i R4 pokrywane są materiałem lutowniczym (nie pokazanym), następuje obróbka cieplna w piecu 18, w szczególności lutowanie w wysokiej temperaturze w próżni i/lub w atmosferze gazu ochronnego. Wykonany w ten sposób korpus nośny 19 może być następnie zaopatrzony w katalitycznie aktywną powłokę 20, co pozwala na jego ostateczne wykorzystanie jako katalizatora w układzie wydechowym samochodu.

Korpus nośny 19 pokrywany jest czymś, co jest znane jako powłoka, która ma bardzo nierówną powierzchnię. Ta nierówna powierzchnia z jednej strony wykorzystywana jest do zapewnienia wystarczającej dostępnej przestrzeni do wiązania katalizatora (np. platyny, rodu itp.), a z drugiej do wywoływania zawirowań w przepływających gazach wylotowych i intensyfikowania ich kontaktu z katalizatorem. Powłoka ta zwykle zawiera mieszaninę tlenku glinu z grupy przejściowej i co najmniej jeden tlenek aktywatora, taki jak na przykład tlenki ziem rzadkich, tlenek cyrkonu, tlenek niklu(II), tlenek żelaza, tlenek germanu lub tlenek baru.

Warstwa powłoki o dużej powierzchni, która wspomaga katalizę, nakładana jest w znany sposób przez zanurzenie korpusu o strukturze plastra miodu 15 lub korpusu nośnego 19 w ciekłej zawiesinie powłoki lub przez natryskiwanie tej zawiesiny. Jednakże, szczególnie w przypadku warstw perforowanej cienkiej blachy 11, istnieje ryzyko, że zawiesina powłoki pokryje i zamknie otwory 6. Może to prowadzić do sytuacji, że poziom perforacji w objętości cząstkowej T będzie mniejszy niż żądany a rezultat będzie taki, że, po pierwsze, poprzeczne mieszanie pomiędzy strumieniami gazów spalinowych powstającymi po przejściu gazów spalinowych przez podobną do plastra miodu konstrukcję końcowego obszaru 12 korpusu o strukturze plastra miodu 15 jest zmniejszone i, po drugie, potrzebne jest zbyt dużo materiału na omywaną powłokę, Z tego powodu nakładanie powłoki odbywa się przy pomocy urządzenia wibracyjnego 21, które wywołuje względny ruch pomiędzy zawiesiną powłoki i nośnym korpusem 19. Ten względny ruch obejmuje drgania ciągłe i/lub nieciągłe, wzbudzenia impulsowe (tzn. podobne do uderzenia młotka) lub podobne pobudzenie korpusu nośnego 19, które mogą być ze sobą łączone w dowolnej kolejności i/lub w różnych kierunkach.

Jeśli wzbudzana jest bezpośrednio zawiesina powłoki, to na przykład częstotliwość z zakresu ultradźwięków ma sprawdzone, szczególne zalety. Wzbudzenie ma miejsce w zakresie od 20 kHz do 10 MHz, Szczególnie w przypadku wzbudzania pośredniego, tzn. wywoływanego przez drgania korpusu nośnego 19, sprawdzone zalety mają częstotliwości z zakresu słyszalnego, przy których, w szczególności wzbudzenie z częstotliwością od 20 Hz do 15 kHz, zapewnia spadek lepkości zawiesiny powłoki przez bardzo długi okres. W efekcie zapewniony jest równomierny rozkład zawiesiny. Ponadto sprawdzone zalety ma pojedyncze wzbudzenie korpusu nośnego 19 w sposób impulsowy pod koniec procesu, szczególnie po wyjęciu z kąpieli po nałożeniu powłoki, które zapewnia, że ani jeden otwór 6 nie pozostanie zakryty przez zawiesinę powłoki.

Po usunięciu nadmiaru zawiesiny, powłoka na korpusie o strukturze plastra miodu jest suszona i na koniec kalcynowana w temperaturze zazwyczaj wyższej niż 450°C. Podczas kalcynacji z zawiesi10

PL 207 956 B1 ny powłoki usunięte zostają lotne składniki i powstaje odporna na wysoką temperaturę warstwa wspomagająca katalizę o dużej powierzchni właściwej. Jeśli to konieczne, ta operacja może być powtarzana kilka razy w celu uzyskania powłoki o żądanej grubości.

Fig. 6 przedstawia schematycznie konfigurację otworów 6 w formie szczelin w warstwie cienkiej blachy 1. Rysunek przedstawia warstwę cienkiej blachy 1 łącznie z obszarami mocowania 4, 5 i obrzeżami 2, 3 i w tym kontekście należy zauważyć, że otwory 6 nie rozciągają się na całej długości i/lub szerokości warstwy cienkiej blachy 1. Warstwa cienkiej blachy 1 jest schematycznie podzielona na cztery sektory (oznaczone jako I, II, III i IV). Otwory 6 zostały zaprojektowane jako szczeliny, których maksymalna rozpiętość R6 w każdym przypadku ciągnie się w kierunku wyznaczonym przez główną oś 30, rozmieszczone są w sektorach w różny sposób w stosunku do siebie. Otwory 6 zaprojektowane jako szczeliny są co najmniej w niektórych przypadkach przesunięte w stosunku do siebie w kierunku obwodu 37 i/lub promienia 36 i/lub centralnej osi 35 i/lub rozmieszczone tak, że ich główne osie 30 tworzą kąt 31. W pierwszym sektorze ich główne osie 30 mają taką samą orientację i w związku z tym są równoległe. Przedstawiony rząd otworów 6 może być powtarzany w strefach 32, 33, 34, ale możliwe jest również, by rzędy były umieszczone w stosunku do siebie ukośnie i/lub otwory 6 w rzędach były przesunięte w stosunku do siebie. W drugim sektorze przedstawione otwory mają inną orientację niż te w pierwszym sektorze, rzędy wewnątrz sektora są przesunięte w stosunku do siebie. W trzecim sektorze można zobaczyć, że łączenie rozmieszczenia opisanych otworów jest również możliwe.

Czwarty sektor przedstawia względnie sztywny układ szczelin - kratownicę. Główne osie 30 sąsiednich otworów 6 tworzą ze sobą kąt 31, przy czym wielkość tego kąta mieści się w przedziale od 30° do 60°. Kratownica tego rodzaju może być również utworzona przez otwory 5, które zostały zaprojektowane jako szczeliny zorientowane w rzędach, z punktu widzenia ich głównych osi 30, ukośnie w stosunku obrzeży 2, 3, przy czym w tym przypadku wszystkie szczeliny w rzędzie mają taką samą orientację, natomiast sąsiednie rzędy biegnące równolegle są umieszczone z przesunięciem, ze szczelinami pod innym kątem w stosunku do obrzeży 2, 3. Korzystne jest, gdy szczeliny w sąsiadujących rzędach rozmieszczone są w taki sposób, że główne osie otworów 5 w pierwszym rzędzie są zorientowane prostopadle w stosunku do głównych osi szczelin umieszczonych w sąsiedniej komórce i/lub główne osie szczelin w pierwszym rzędzie przecinają środek szczelin w sąsiednim rzędzie.

Rozmieszczenie otworów 6 ma takie znaczenie, że warstwa cienkiej blachy 1 wykazuje w sektorach różne poziomy wrażliwości na działanie zewnętrznej siły. Pierwszy sektor jest względnie sztywny w stosunku do sił działających z kierunku obszarów mocowania 5, 4 i bardziej elastyczny w stosunku do sił prostopadłych do nich. Dokładnym przeciwieństwem jest sektor II. W związku z tym charakterystyki sztywności dla sektorów 32, 33, 34 korpusu o strukturze plastra miodu mogą być ustalane według orientacji otworów 6. Strefy 32, 33, 34 mogą dzielić korpus o strukturze plastra miodu w kierunku osi L, obwodu 37 lub promienia 36. Chociaż na Fig. 7 przedstawione zostały tylko trzy strefy, pod pewnymi warunkami możliwe jest stosowanie dwóch lub więcej stref.

Wynalazek umożliwia uzyskanie powłoki o wysokiej skuteczności obróbki płynu w większości znanych postaci korpusu o strukturze plastra miodu przy jednoczesnym zmniejszeniu ilości materiału zastosowanego na powłokę, a ponadto umożliwia dobranie własności korpusu o strukturze plastra miodu, szczególnie wytrzymałości mechanicznej, pojemności cieplnej, przewodności cieplnej i podobnych, do wymagań konkretnych zastosowań.

Lista oznaczeń na rysunku:

Warstwa cienkiej blachy

Obszar (obrzeża po stronie wlotowej)

Obszar (obrzeża po stronie wylotowej)

Obszar mocowania

Otwór

Wnęka

Obrzeże (bez otworów)

Sonda lambda

Warstwa (gładkiej) cienkiej blachy

Warstwa (pofałdowanej) cienkiej blachy

Końcowy obszar (po stronie wlotowej)

Końcowy obszar (po stronie wylotowej)

Cylindryczna obudowa

PL 207 956 B1

Korpus o strukturze plastra miodu

Urządzenie tłoczące

Narzędzie profilujące

Piec

Nośny korpus

Powłoka

Urządzenie wibracyjne

Wymiar

Powierzchnia (otworu)

Powierzchnia (warstwy cienkiej blachy)

Kontur

Grubość

Mikrostruktura

Katalizator

Sekcja

Oś główna

Kąt

Strefa (pierwsza)

Strefa (druga)

Strefa (trzecia)

Oś centralna

Promień

Obwód

Metalowy mostek

Przesunięcie

A Szerokość struktury

H Wysokość struktury

B Ścieżka

L Długość osiowa

R2 Szerokość (obszaru obrzeża po stronie wlotowej) R3 Szerokość (obszaru obrzeża po stronie wylotowej) R4 Szerokość (obszaru mocowania)

R5 Szerokość (obszaru mocowania)

R6 Maksymalna rozpiętość otworu

D7 Odległość pomiędzy dwoma otworami 6 S Kierunek przepływu T Objętość cząstkowa

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Metalowy korpus o strukturze plastra miodu o długości osiowej L, składający się z warstw cienkiej blachy, ukształtowanych tak, że płyn, w szczególności gazy wydechowe z silnika spalinowego, może przepływać przez korpus o strukturze plastra miodu w kierunku przepływu od strony końcowego obszaru po stronie wlotowej do końcowego obszaru po stronie wylotowej, przy czym warstwy cienkiej blachy co najmniej na części powierzchni posiadają wiele otworów, znamienny tym, że korpus o strukturze plastra miodu (15) ma otwory (6) we wszystkich warstwach cienkiej blachy (1, 10, 11) w objętości cząstkowej (T), obejmującej co najmniej 55% długości osiowej (L) i posiadającej wymiar (22) o długości co najmniej 20 mm, przy czym w korpusie o strukturze plastra miodu każdy otwór (6) ma powierzchnię (23) od 1 do 120 mm², ponadto w objętości cząstkowej (T) powierzchnia (24) warstwy cienkiej blachy jest zredukowana o 10 do 80%, korzystnie o 35 do 60%, przez otwory (6) w porównaniu do warstwy blachy bez otworów, zaś objętość cząstkowa (T) w każdym przypadku znajduje się w określonej odległości (R2, R3) od stron końcowych obszarów (12, 13) korpusu o strukturze plastra miodu, tak, że żaden otwór (6) nie dotyka ani nie przecina krawędzi warstw cienkiej blachy.

PL 207 956 B1
2. Korpus o strukturze plastra miodu według zastrz. 1, znamienny tym, że objętość cząstkowa (T) stanowi więcej niż 60%, korzystnie więcej niż 90%, całkowitej objętości (W) korpusu o strukturze plastra miodu.
3. Korpus o strukturze plastra miodu według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że każdy otwór (6) ma powierzchnię (23) równą od 5 do 60 mm².
4. Korpus o strukturze plastra miodu według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że otwory (6) mają zaokrąglone kontury (25).
5. Korpus o strukturze plastra miodu według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że otwory (6) są okrągłe, owalne lub eliptyczne.
6. Korpus o strukturze plastra miodu według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że otwory (6) są utworzone przez usunięcie materiału z warstwy cienkiej blachy o pełnej powierzchni (1).
7. Korpus o strukturze plastra miodu według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że otwory (6) formowane są podczas procesu wytwarzania warstw cienkiej blachy (1).
8. Korpus o strukturze plastra miodu według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że warstwa cienkiej blachy (1, 10, 11) ma grubość od 20 do 80 μm, korzystnie od 40 do 60 um.
9. Korpus o strukturze plastra miodu według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że minimalna odległość pomiędzy otworami (6) wynosi 0,5 mm, przy czym korzystnie wszystkie odległości (D7) pomiędzy otworami w przybliżeniu są równe.
10. Korpus o strukturze plastra miodu według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że korpus o strukturze plastra miodu (15) zawiera na przemian warstwy gładkiej (10) i pofałdowanej (11) cienkiej blachy albo na przemian warstwy różnie pofałdowanej cienkiej blachy.
11. Korpus o strukturze plastra miodu według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że gęstość rozmieszczenia komórek w korpusie o strukturze plastra miodu (15) wynosi od 200 do 1000 komórek na cal kwadratowy, korzystnie od 400 do 800 komórek na cal kwadratowy (cpsi).
12. Korpus o strukturze plastra miodu według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że warstwy cienkiej blachy (1, 10, 11) mają dodatkowe mikrostruktury (27) oddziałujące na przepływ, w szczególności struktury poprzeczne i/lub występy i/lub powierzchnie kierujące przepływem.
13. Korpus o strukturze plastra miodu według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że korpus o strukturze plastra miodu (15) ma wnękę (7) do umieszczenia czujnika, w szczególności sondy lambda (9), przy czym wnęka (7) znajduje się w objętości cząstkowej (T) lub, patrząc zgodnie z kierunkiem przepływu, za objętością cząstkową (T).
14. Korpus o strukturze plastra miodu według zastrz. 13, znamienny tym, że obrzeża (8) warstw cienkiej blachy (1, 10, 11), które przylegają do wnęki (7) są wolne od otworów wzdłuż ścieżki (B) o szerokości od 1 do 5 mm od wnęki (7).
15. Korpus o strukturze plastra miodu według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że warstwy cienkiej blachy (1, 10, 11) co najmniej na części powierzchni obszarów końcowych (12, 13) są ze sobą połączone, korzystnie przez lutowanie twarde, w szczególności na obszarach obrzeży (2, 3) bez otworów.
16. Korpus o strukturze plastra miodu według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że korpus o strukturze plastra miodu (15) jest umieszczony w cylindrycznej obudowie (14), do której zamocowane są przez połączenie obszary mocowania (4, 5) warstw cienkiej blachy (1, 10, 11), w szczególności przy pomocy twardego lutowania, przy czym objętość cząstkowa (T) nie dotyka cylindrycznej obudowy (14), to jest na obszarach mocowania (4, 5) warstw cienkiej blachy (1, 10, 11), które opierają się o cylindryczną obudowę (14), nie występują żadne otwory (6).
17. Korpus o strukturze plastra miodu według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że maksymalna rozpiętość (R6) otworu (6) jest większa niż szerokość struktury (A), w szczególności każda rozpiętość (R6) jest większa niż szerokość struktury (A).
18. Korpus o strukturze plastra miodu według zastrz. 17, znamienny tym, że wszystkie otwory (6) w co najmniej jednej objętości cząstkowej (T) mają rozpiętość (R6), która jest większa od szerokości struktury (A).
19. Korpus o strukturze plastra miodu według zastrz. 17, znamienny tym, że rozpiętość otworu (6) jest co najmniej dwa razy, korzystnie cztery razy, w szczególności sześć razy większa od szerokości struktury (A).
20. Korpus o strukturze plastra miodu według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że co najmniej część otworów (6) ma postać szczelin, których maksymalna rozpiętość (R6) w każdym przypadku rozciąga w kierunku odpowiadającym ich głównej osi (30), przy czym otwory (6) w postaci szczelin

PL 207 956 B1 rozmieszczone są w taki sposób, że korpus o strukturze plastra miodu (15) ma strefy (32, 33, 34) o różnej sztywności.
21. Korpus o strukturze plastra miodu według zastrz. 20, znamienny tym, że otwory (6) w postaci szczelin są co najmniej częściowo przesunięte względem siebie w kierunku obwodu (37) i/lub promienia (36) i/lub centralnej osi (35) i/lub są ustawione pod dowolnym kątem z punktu widzenia ich głównych osi (30).