[发明专利]制造带波纹和微结构的金属薄板的方法和设备

说明书

本发明涉及制造带波纹的金属薄板的方法和设备，波纹有第一个给定的波纹高度，其中，薄板有横向于此波纹或相对于此波纹成一角度的微结构，它有第二个很小的波纹高度。这种金属薄板首先加工用作催化转化器的蜂窝体，例如尤其可见它们使用在汽车排气装置中。不过本发明不仅限于这种用途，因为例如也可以用在换热器中。

此类微结构的形状及优点的详细情况例如在WO 90/08249或在WO 96/09892中作了说明。在波形薄板中的微结构正如已在先有技术中所理解的那样是这样一种结构，即它有远小于薄板波纹的高度。具体而言，微结构可以从薄板的一侧或两侧凸出，并例如至少为15μ或是金属薄板波纹高度的0.01至约0.3倍。

按先有技术，金属波纹板通常借助于互相啮合的波形辊制造，它们最好有渐开线齿或类似设计的齿。但还已知其他一些波纹形状，例如梯形、锯齿形等。在一种流过废气的蜂窝体中，尤其在催化转化器中，横向于或斜向于流动方向延伸的微结构，即所谓横向结构(TS设计)，促使废气与蜂窝体之间有更好的热传导和改善扩散过程，这些对于蜂窝体的催化效果至关重要。

因此，按先有技术规定，微结构沿流动方向按一定的间距连续排列，此间距具体而言小于20mm，尤其小于10mm。

因为微结构与用于蜂窝体的薄板典型的厚度相比相当小，所以人们一直认为它们基本上不干扰进一步的加工过程，所以用一般的波形辊和此外通过已知的生产工序进行加工，以构成蜂窝体。

但事实证明，在已有微结构的薄板压成波形时，这些微结构有一部分被重新压平，除此之外在这种情况下还出现取决于波形辊相互之间的间隙的不规则性。在这种类型的加工中，微结构起先必须制成比所期望的最终结果有更大的波纹高度，以便补偿上述影响。在这种情况下产生的冷变形对于有些原材料很难做到没有伤害。随着薄板变得越来越薄和波纹高度越来越小，这一问题更加严重。因为与此同时蜂窝体应制成每平方英寸的巢室数(cpsi)例如有500个和500个以上，在这种情况下薄板也可能拉伸至厚度小于30μm，因而始终遇到越发尖锐的加工技术难点。

因此本发明的目的是创造一种加工方法和一种与之相应的设备，借助于它们可以经济和没有不允许的冷变形地制造具有横向于或斜向于波纹延伸的微结构的波形金属薄板。

为实现上述目的，根据本发明提供一种制造带波纹的金属薄板的设备，波纹有第一个给定的波纹高度，其中，薄板有横向于此波纹或相对于此波纹成一个角度的微结构，它有第二个很小的波纹高度，其特征在于，所述设备包括：a.用于制成微结构的装置；b.一对互相啮合的波形辊，它们布置在制造微结构的装置的下游；c.其中，波形辊的外表面有一些凹槽，它们恰当地安排并有足够大的尺寸用于容纳微结构，所以在金属薄板压制波形时波形辊不会使微结构变形。

根据本发明，还提供一种制造带波纹的金属薄板的方法，波纹有第一个给定的波纹高度，其中，金属薄板有横向于此波纹或相对于此波纹成一个角度的微结构，它有第二个很小的波纹高度，其特征在于下列步骤：a.在一块起初无波纹的金属薄板上制造微结构；b.将金属薄板向一对互相啮合的波形辊输送，它们有相对于微结构位置准确地布置且用于容纳微结构的凹槽；c.在不压平微结构的情况下压出薄板带的波纹。

按本发明用于制造带波纹的金属薄板的设备，其中此波纹有给定的第一个波纹高度，薄板有横向于此波纹或相对于此波纹成一角度并具有第二个很小的波纹高度的微结构，此设备含有用于制成此微结构的装置和有一对互相啮合布置在制造微结构装置下游的波形辊，其中，波形辊外表面有一些凹槽，它们恰当地安排并有足够大的尺寸用于容纳微结构，所以在金属薄板压制波形时，波形辊不会使微结构变形。虽然制造这种尤其用于倾斜延伸的微结构的成对波形辊成本相当高，但却带来决定性的优点，即，制成的微结构可以具有精确确定和处处一致的高度，无须先发生很严重的冷变形以后再通过制造波形的过程重新部分地压平。因此，这种设备尤其还可以顺利地应用于在厚度例如为25至50μm的波形薄板层中制造微结构。

典型地采用渐开线齿型的波形辊，但本发明不限于此类波形辊。通常，任何类型的波形辊相互之间都有一定的间隙，因此，在齿面处和/或在齿顶上亦即在齿之间的间隙内，在加工过程可能产生重复性很差的间距。但在按本发明制有凹槽的波形辊中，这种间隙对微结构的高度一点影响也没有。

特别简单的是，凹槽设计为槽形，它们的宽度和深度应至少相当于微结构的宽度和高度。但也可以使这些微结构通过恰当成型的槽必要时再次补充定形。