Металлический элемент с сотовой структурой из переплетенных слоев металлических листов (варианты)

 

Использование: в транспортных средствах в качестве корпуса-носителя катализатора для отработанных газов. Сущность изобретения: металлический элемент с сотовой структурой со взаимно переплетенными, по меньшей мере частично структурированными, листовыми слоями (3, 4), которые проходят изогнуто, в частности приблизительно эвольвентообразно, причем элемент в наружной кольцевой зоне (6) и внутренней кольцевой зоне (5) имеет по меньшей мере соответственно три линии возврата (2a, 2b, 2c..., соотв. 7a, 7b, 7c... ), вокруг которых переплетены листовые слои (3, 4) с направлением кривизны, изменяющимся соответственно снаружи внутрь, такой элемент может быть изготовлен из полого рулона путем звездообразной деформации и последующего переплетения наружной части вокруг внутренней части и поэтому является предпочтительным с точки зрения технологии изготовления, также можно встроить длинный электрический проводник, выполняющий роль нагревательного проводника или измерительного датчика. Сохраняются механические преимущества элемента с сотовой структурой со множеством листовых слоев, проходящих изогнуто изнутри наружу. 2 с. и 16 з.п. ф-лы, 23 ил.

Настоящее изобретение относится к элементу с сотовой структурой, в частности к корпусу-носителю катализатора, который состоит из по меньшей мере частично структурированных металлических листов и имеет множество каналов, пропускающих поток.

Из заявки на патент Германии DE-OS 2321378 известно изготовление элементов с сотовой структурой из листовой ленты, в котором листовую ленту снабжают линиями сгиба, складывают и вставляют в цилиндрическую гильзу. При этом лента располагается вокруг центра, причем наружные периферийные сегменты, направленные как к центру ленты, так и наружу, образуют окружности. Сама листовая лента остается негофрированной, вследствие чего в элементе с сотовой структурой в целом образуются лишь немногочисленные проточные каналы большого поперечного сечения. Внутри такого металлического носителя остается цилиндрическая полость, которую нельзя использовать в процессе каталитического преобразования.

Из заявки на Европейский патент EP-OS 245737 известно изготовление элемента с сотовой структурой из большого числа отдельных листовых слоев. При этом укладывают слоями в стопку поочередно гофрированные и гладкие листовые участки и затем эту стопку переплетают вокруг двух фиксированных точек, так что образуется элемент с сотовой структурой, листовые слои которого располагаются примерно в форме буквы S.

Из заявки на патент Германии DE-OS 3341868 известно изготовление элемента с сотовой структурой из согнутой последовательно меандрообразно соответственно зигзагообразно листовой ленты. При этом в местах сгиба лента снабжена заранее подготовленными линиями изгиба.

Известный уровень техники имеет целый ряд недостатков. Так, в соответствии DE-OS 2321378 каталитически активная поверхность слишком мала, тогда как при применении, в частности, в транспортных средствах желательна гораздо большая каталитическая поверхность при одновременно очень компактных наружных размерах. Согласно EP-OS 245 737 элемент с сотовой структурой изготавливают из отдельных листовых участков. Однако манипулирование такими участками является весьма проблематично, т.к. металлические листы очень тонкие и имеют очень гладкие поверхности, вследствие чего они легко слипаются друг с другом. При изготовлении приходится обращать на это особое внимание. В DE-OS 3341868 хотя эти недостатки и устранены, однако элемент с сотовой структурой очень жесткий, вследствие чего он иногда не выдерживает термических нагрузок. Кроме того, способ последовательного сгибания зигзагообразных слоев весьма дорогостоящий.

Из EP-A-0245736 известен элемент с сотовой структурой, в котором отдельные листовые слои располагаются в наружной зоне в виде эвольвент, что приводит к очень равномерной структуре и большей устойчивости к тепловым нагрузкам.

Из заявки WO 90/03220, на базе которой основано настоящее изобретение, известен металлический элемент с сотовой структурой с по меньшей мере частично структурированными листовыми слоями, которые проходят изогнуто, в частности приблизительно эвольвентообразно, от внутренней кольцевой зоны в центральной зоне до наружной кольцевой зоны в зоне кожуха.

В способе изготовления таких элементов с сотовой структурой взаимно переплетаются три или более стопок по меньшей мере частично структурированных металлических листов.

Эти конструктивные формы обладают многими преимуществами, в частности, в том, что при термических переменных нагрузках силы распределяются в элементе с сотовой структурой равномерно, однако недостатком следует считать то, что необходимо нарезать большое число листов на определенную длину и укладывать в стопки. Кроме того, отдельные листовые слои не являются такими длинными, чтобы в один такой лист можно было встроить электрические проводники достаточной длины для нагревания элемента с сотовой структурой или для надлежащего измерения по всему поперечному сечению.

Хотя из заявки WO 91/14855 известен элемент с сотовой структурой с по меньшей мере одним встроенным электрическим проводником, однако при простом исполнении этот проводник может иметь лишь ограниченную длину.

Таким образом, задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы разработать элемент с сотовой структурой с большой каталитически используемой поверхностью, который изготавливают с применением небольшого числа технологических этапов из небольшого числа металлических листов и который способен выдерживать термические переменные нагрузки.

Далее, задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы создать элемент с сотовой структурой, в частности корпус-носитель катализатора для очистки выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания транспортных средств, который состоит лишь из небольшого числа металлических листов, имеет равномерную структуру и конструкция которого также пригодна для того, чтобы можно было по меньшей мере в один из листовых слоев встроить по меньшей мере один длинный электрический проводник или один из листовых слоев выполнить в качестве длинного изолированного электрического проводника.

Для решения этой задачи служит металлический элемент с сотовой структурой со взаимно переплетенными, по меньшей мере частично структурированными, листовыми слоями, которые проходят изогнуто, в частности примерно в виде эвольвент, между внешней кольцевой зоной участка кожуха и внутренней кольцевой зоной центрального участка поочередно в одном и в другом направлении, образуя петли, причем элемент в наружной кольцевой зоне вблизи своего кожуха и во внутренней кольцевой зоне вблизи своего центра имеет, по меньшей мере, три линии возврата, вокруг которых переплетены листовые слои.

Как ниже поясняется при помощи чертежей, такой элемент с сотовой структурой можно легко изготовить из полого рулона путем звездообразного сгибания и последующего взаимного переплетения "лучей звезд". Полый рулон состоит из спирально навитых вокруг друг друга структурированных металлических листов, которые образуют полый цилиндр с наружным радиусом R и внутренним радиусом r. Площадь поперечного сечения полого цилиндра равна π(R²-r²) и примерно по площади поперечного сечения соответствует элементу с сотовой структурой, изготавливаемому далее из этого полого рулона. В простейшем случае пустотелый рулон представляет собой однозаходную спираль из одного гладкого и одного гофрированного металлического листа, однако существует также возможность изготовить многозаходную спираль, например из чередующихся гладких и гофрированных металлических листов. Возможны также чередующиеся слои из различным образом структурированных листов, например из листов, гофрированных наклонно под углом, как это известно из современного уровня техники во многих вариантах исполнения. Полый рулон можно, например, легко изготовить путем навивки листовых слоев на цилиндрический стержень.

Однако полый рулон затем не сплющивают и не сплетают после этого, как это известно из уровня техники, например из EP 332891 B 1, а продавливают снаружи внутрь по меньшей мере в трех местах, в результате чего образуется звездчатая форма. "Лучи" звезды можно сплести в одном направлении вокруг центра звезды, в результате чего образуется желательное поперечное сечение, плотно заполненное структурированными листовыми слоями. При этом отдельные листовые слои проходят примерно по эвольвенте с той разницей, что эти слои, в отличие от уровня техники, взаимно замкнуты, вследствие чего наружу не выступают свободные концы, а снаружи находятся лишь согнутые задние участки листов.

Число линий возврата, которое всегда одинаково для обоих направлений кривизны, должно предпочтительно составлять внутри и снаружи не меньше чем по четыре. В определенных случаях применения, прежде всего когда требуется изготовить элемент с сотовой структурой, который имеет полый внутренний кольцевой участок, желательно предусматривать еще большее число линий возврата. Разница между наружным и внутренним радиусом (R-r) полого рулона и число линий возврата, а также их первоначальное распределение по периферии полого рулона определяют собой дальнейшую форму поперечного сечения, соответственно размер полого внутреннего кольцевого участка.

В принципе полый рулон можно выполнить различным образом, причем предпочтительно применять от одной до пяти листовых лент, которые по меньшей мере частично имеют гофрированную структуру. "Частично" означает, что такую структуру имеет на некоторых участках одна листовая лента или ее имеет некоторая часть лент. Можно, например, изготовить полый рулон из одной единственной листовой ленты, которая, например, на половине своей длины является гладкой, а на второй половине гофрированной и затем согнута. Возможна также конструкция из одной гладкой и одной гофрированной листовой ленты или же из нескольких таких лент, причем могут найти применение все структуры и субструктуры металлических листов, известные из уровня техники. В целом полый рулон предпочтительно изготовлять из трех-шести слоев, которые образуются путем навивки от одной до пяти листовых лент.

Настоящее изобретение особенно пригодно для элементов с сотовой структурой, в которые необходимо встроить по меньшей мере один изолированный от элемента с сотовой структурой электрический проводник, который выполнен в виде нагревательного проводника и/или измерительного датчика. Для изготовления, например, температурного датчика, измеряющего температуру по поперечному сечению элемента с сотовой структурой, важно обеспечить возможность встраивания сравнительно длинного проводника. Это же относится и к нагревательной проволоке для электрически обогреваемого элемента с сотовой структурой. В соответствии с этим настоящее изобретение имеет по сравнению с элементами с сотовой структурой, состоящими из большого числа отдельных листов, то преимущество, что без каких-либо затруднений можно встроить длинный проводник, например проволоку, в один из листовых слоев, предпочтительно в гофрированный листовой слой. Как известно, такой электрический проводник можно разместить, например, в проводнике кожуха и, например, завальцевать между двумя листовыми слоями. Возможен также любой иной вид встраивания электрического проводника в листовой слой, например укладка в надрезанный гофрированный листовой слой. Пропускание электрического проводника через окно в наружном кожухе, окружающем элемент с сотовой структурой, может быть осуществлено в соответствии с неопубликованной заявкой на патент Германии P 4129893.4 от 9 сентября 1991 г. которая в полном объеме включена в настоящее описание в качестве ссылки. В общем случае элемент с сотовой структурой, согласно изобретению, окружен кожухом, причем крайний наружный листовой слой касается этого кожуха вдоль линий соприкосновения вблизи наружных линий возврата. Для закрепления элемента с сотовой структурой в кожухе наружный листовой слой можно соединить с кожухом высокотемпературной пайкой по меньшей мере на отдельных участках линий соприкосновения с кожухом.

Между собой листовые слои также следует по меньшей мере на некоторых участках соединять высокотемпературной пайкой, предпочтительно на участке одного или обоих торцов.

Способ изготовления металлического элемента с сотовой структурой из по меньшей мере частично структурированных листовых слоев состоит из следующих этапов: a) из одного десяти, предпочтительно из трех пяти листовых полос, которые по меньшей мере частично имеют определенную структуру, изготавливают полый рулон, состоящий из нескольких, предпочтительно из трех десяти слоев; б) полый рулон подпирают изнутри по меньшей мере по трем линиям и деформируют по меньшей мере по трем линиям снаружи внутрь, в результате чего образуется соответствующее число линий возврата как в наружном кольцевом участке, так и во внутреннем кольцевом участке; в) образовавшуюся звездчатую структуру сдавливают путем равнонаправленного вращательного переплетения наружных линий возврата по отношению к внутренним линиям возврата.

Как далее подробнее объясняется с помощью чертежей, речь идет о весьма быстром и простом способе изготовления, состоящем из небольшого числа этапов. Вместе с тем путем надлежащего выбора размеров полого рулона и числа линий возврата, которые к тому же не обязательно должны располагаться равномерно по периферии полого рулона, можно изготовить разнообразные формы, аналогично уже известному разнообразию форм согласно уровню техники. При этом линии возврата, которые показаны на чертежах, могут быть распределены также по нескольким концентричным окружностям или неравномерно в готовом элементе с сотовой структурой, чтобы получить специальные формы.

Так, например, полый рулон можно деформировать снаружи внутрь по меньшей мере по четырем линиям, причем для образования некруглых поперечных сечений линии возврата располагаются в окружном направлении на разных расстояниях друг от друга.

Без всяких проблем в таком технологическом процессе можно вмонтировать по меньшей мере одну листовую полосу, образованную из двух тесно прилегающих друг к другу листовых слоев, между которыми электрически изолированно вмонтирован по меньшей мере один электрический проводник. Таким способом можно без всякого изменения технологического процесса разместить очень длинный электрический проводник, равномерно распределенный по поперечному сечению элемента с сотовой структурой, который может выполнять роль измерительного датчика или нагревательного элемента.

Как уже известно из уровня техники, из которого исходит настоящее изобретение, одним из существенных преимуществ изобретения является то, что можно простым образом получать элемент с сотовой структурой с полой внутренней центральной зоной, которую в данном случае не обязательно поддерживать центральной трубой.

Элемент с сотовой структурой изготавливают предпочтительно из гофрированной тонкой металлической ленты толщиной около 0,02 0,1 мм. Гофрированная лента проходит поочередно от центра к кожуху и оттуда снова назад к центру. При этом каждый слой гофрированной ленты лежит на соседнем слое ленты, так что образуется металлический носитель спиралеобразной или эвольвентообразной структуры с множеством проходящих в осевом направлении каналов. Петли металлической ленты, направленные радиально внутрь, лежат своими вершинными точками в пределах центра, который они могут заполнить почти целиком. Расположение петель в центре не обязательно должно быть симметричным. Петли, направленные радиально наружу, переплетены вокруг петель, направленных радиально внутрь и тем самым вокруг центра, благодаря чему получается уже упомянутая спиральная форма. Наружные участки петель соединены с внешним кожухом путем стыкования или с геометрическим замыканием.

Учитывая петлеобразное взаимное прилегание гофрированной ленты, необходимо принять меры для того, чтобы гофры двух прилегающих слоев ленты не могли вдвинуться один в другой и чтобы оставались проточные каналы определенного поперечного сечения. Этого можно достигнуть путем применения специальной формы гофра в гофрированной ленте, например согласно DE-05 3347086. Однако гофры можно выдавливать и под углом к направлению ленты. При этом особенно предпочтительным является отклонение гофров от вертикали по отношению к кромке гофрированной ленты на 2 10^o. Тогда при петлевом, соответственно зигзагообразном последовательном сгибании гофрированной ленты ее гофры перекрещиваются, благодаря чему устраняется проскальзывание одной гофрированной ленты в другую.

Другую возможность устранения взаимопроникновения двух гофрированных лент создает введение разделительных гладких лент. Предпочтительно размещать гофрированную ленту между двумя гладкими лентами. При петлеобразном, соответственно зигзагообразном накладывании расположенных таким образом гладких и гофрированных лент гладкая лента, расположенная внутри, ложится сама на себя, вследствие чего гофрированная лента опирается всегда на такой сдвоенный слой гладкой ленты, причем можно выбрать гладкую ленту соответствующей малой толщины, например около 0,02 мм.

В другом предпочтительном исполнении в элементе с сотовой структурой размещают несколько гофрированных и гладких лент. При этом каждая гофрированная лента располагается между двумя гладкими лентами, в результате чего каждый раз чередуются гладкая и гофрированная лента. В качестве наружного слоя предусматривается соответственно гладкая лента, поскольку в противном случае при петлеобразном, соответственно зигзагообразном расположении две стороны одной гофрированной ленты могут лечь одна на другую. При таком расположении с многократно уложенными одна на другую гладкими и гофрированными лентами можно заполнить и более крупные поперечные сечения элемента с сотовой структурой без какого-либо значительного увеличения числа петель или числа переплетений вокруг центра.

Другая возможность отделения петлеобразно расположенных гофрированных лент заключается во введении отдельных участков гладких лент между слоями гофрированной ленты. В этом случае листовые участки вводятся между слоями гофрированной ленты как со стороны центра, так и с краев, благодаря чему участки гладкой ленты располагаются приблизительно звездообразно. Участки гладкой ленты, направленные наружу, сплетаются вокруг центра с петлями, направленными радиально наружу, и соединяются с внешним кожухом путем стыкования или с геометрическим замыканием.

Для того чтобы воспрепятствовать взаимопроскальзыванию двух слоев гофрированной ленты, можно, например, ввести между ними слой гладкой ленты. Для этого накладывают друг на друга гладкую и гофрированную ленту. В вершинных точках петель обе ленты одновременно с обеих кромок надрезают, соответственно вырубают таким образом, что в середине ленты остается только узкая перемычка. Участки гладкой и гофрированной ленты между двумя перемычками скручивают на 180^o вокруг продольной оси в сторону предыдущего участка ленты. При последующем петлеобразном, соответственно зигзагообразном складывании лент соответственно накладываются друг на друга один слой гладкой и один слой гофрированной ленты.

В способе изготовления элемента с сотовой структурой, согласно изобретению, по меньшей мере одну гофрированную металлическую ленту наматывают в одно- или многослойный полый рулон. При этом гофрированную ленту накладывают на навивочные оправки, равномерно расположенные на окружности с внутренним диаметром D1. Количество слоев навивки получают из заданной толщины получаемых затем петель, которое в свою очередь зависит от заданного диаметра элемента с сотовой структурой. Обычно количество навивочных оправок выбирают таким образом, чтобы оно соответствовало числу петель, которые требуются для изготовления металлического носителя, чтобы гофрированная лента после переплетения петель вокруг центра точно заполняла круглую форму элемента с сотовой структурой.

Во время второго этапа изготовления гофрированную ленту заводят между навивочными оправками к центру элемента с сотовой структурой. Для этого снаружи к круговому кольцу из гофрированной ленты подводят протягивающие оправки и подтягивают ими гофрированную ленту к центру, причем навивочные оправки упруго прогибаются, чтобы не перетянуть ленту слишком сильно. После протягивания гофрированная лента, имевшая сначала круглую форму, приобретает форму розетки, причем навивочные оправки располагаются теперь по уменьшенному круглому диаметру D2.

На следующем этапе технологического процесса навивочные оправки удаляют. Радиально наружные петли оплетают вокруг радиально внутренних петель. При этом гофрированные ленты прижимают к соответственным соседним слоям гофрированных лент, в результате чего элемент с сотовой структурой приобретает спиралеобразную структуру с наружным диаметром D3. Во время переплетения протягивающие оправки служат опорами для петель, благодаря чему последние фиксируются в центре. В заключение изготовленный таким образом элемент с сотовой структурой вставляют в кожух и соединяют с ним стыковкой или с геометрическим замыканием.

Этот способ изготовления можно модифицировать, подведя во время навивки гофрированной ленты на навивочные оправки дополнительно две гладкие ленты, так чтобы гофрированная лента проходила между ними. Это требуется всегда, когда выдавливание гофрированной ленты не препятствует взаимопроникновению двух лежащих друг на друге слоев гофрированной ленты, например при простых синусообразных гофрах.

В современном автомобилестроении часто требуется применение элементов с сотовой структурой, форма которых отличается от круглой. Часто применяемые эллипсо- или стадионообразные металлические носители изготовляют таким образом, что центр металлического носителя не сосредоточен в точке или окружности, а принимает форму, близкую к линии. Так, например, эллипсообразные металлические носители изготавливают таким образом, что радиально внутренние петли вытягивают в прямые линии, которые примерно соединяют оба фокуса эллипса. Аналогичным образом легко изготавливают другие формы элементов с сотовой структурой, причем для других геометрических исполнений центр соответственно подгоняют, например в виде кривой линии.

Однако указанным образом нельзя изготовить элементы с сотовой структурой специальных геометрических форм, например т.н. "костеобразные" элементы. Для того чтобы изготовить такие формы, предлагается длину петель делать не равномерной, а варьировать ее. Таким образом достигается очень простое изменение наружной формы элемента с сотовой структурой.

Еще одной формой исполнения элемента с сотовой структурой является S-образное расположение уложенных в стопку гофрированных и гладких металлических листов в одном кожухе. Эта форма исполнения также может быть осуществлена при помощи цельной гладкой и/или гофрированной ленты. В этом случае создают стопку из зигзагообразно наложенных друг на друга металлических лент, которую затем переплетают вокруг двух фиксированных точек, в результате чего получают упомянутое S-образное расположение.

Предпочтительные варианты исполнения изобретения, которое, однако, не ограничивается только ими, представлены в качестве примеров на чертежах. В частности, показано: на фиг. 1 конструкция элемента с сотовой структурой по изобретению в поперечном сечении; на фиг. 2 полый рулон в схематическом изображении в поперечном сечении, используемый в его исходной форме для получения элемента с сотовой структурой по изобретению; на фиг. 3 часть поперечного сечения частично звездообразно деформированного полого рулона по фиг. 2; на фиг. 4 расположение линий возврата для получения элемента с сотовой структурой овального поперечного сечения из полого рулона; на фиг. 5 схематичное изображение другого примера исполнения с линиями возврата, распределенными на нескольких концентричных окружностях; на фиг. 6 неравномерное распределение линий возврата;
на фиг. 7 элемент с сотовой структурой с полым внутренним центральным участком;
на фиг. 8 элемент с сотовой структурой с неравномерной формой поперечного сечения;
на фиг. 9 гофрированный листовой слой со встроенным электрическим проводником, который может найти применение при создании элемента с сотовой структурой по изобретению;
на фиг. 10 схематичное изображение круглого элемента с сотовой структурой;
на фиг. 11 схематичное изображение эллиптического элемента с сотовой структурой;
на фиг. 12 элемент с сотовой структурой перед переплетением, петли различной длины;
на фиг. 13 элемент с сотовой структурой после переплетения, петли различной длины;
на фиг. 14 гофрированная лента с наклонными гофрами;
на фиг. 15 согнутая стопка;
на фиг. 16 стопка, переплетенная вокруг двух фиксированных точек;
на фиг. 17 элемент с сотовой структурой со скрученными участками листовой ленты;
на фиг. 18 часть участка листовой ленты с перемычкой;
на фиг. 19 кругообразно навитая гофрированная лента;
на фиг. 20 гофрированная лента, навитая в форме розетки;
на фиг. 21 спиралеобразно переплетенный элемент с сотовой структурой;
на фиг. 22 кругообразно навитые гладкая и гофрированная лента; и
на фиг. 23 гофрированная лента, выполненная в форме розетки, со вставленными участками гладкой ленты.

На фиг. 1 показана схематически в поперечном сечении конструкция элемента с сотовой структурой по изобретению с круглым поперечным сечением. Элемент с сотовой структурой состоит из расположенных в наружном кожухе 1 чередующихся гладких 3 и гофрированных 4 листовых слоев. Во внутренней кольцевой зоне 5 имеется три или более внутренних линий 2a, 2b, 2c. возврата и в наружной кольцевой зоне 6 имеется столько же внешних линий 7a, 7b, 7c. возврата. Листовые слои 3, 4 скручиваются вокруг этих линий возврата с соответственно чередующимся направлением кривизны и проходят изогнуто между каждыми двумя линиями возврата, предпочтительно приблизительно эвольвентообразно. При этом линии соприкосновения внешних листовых слоев с наружным кожухом 1 могут быть, по меньшей мере частично, соединены с ним высокотемпературной пайкой. Во избежание наложения друг на друга листовых слоев одинаковой структуры могут быть предусмотрены дополнительные промежуточные слои 10, которые вставляются на промежуточном этапе при деформировании.

На фиг. 2 показано схематично поперечное сечение полого рулона, из которого можно изготовить элемент с сотовой структурой по изобретению. В этом примере исполнения полый рулон состоит из гладкого листа 3 и гофрированного листа 4, которые поочередно спиралеобразно навиты в полый цилиндр. Этот полый цилиндр имеет наружный радиус R и внутренний радиус r. Сдавливая полый рулон по линиям 2a, 2b, 2c, 2d возврата, его можно деформировать, придав ему звездообразную форму. При определенных условиях при этом необходимо подпереть полый рулон изнутри в линиях 7a, 7b, 7c, 7d возврата, чтобы получить равномерную деформацию. В результате этой деформации линии 2a, 2b, 2c, 2d возврата располагаются во внутренней кольцевой зоне 5, а линии 7a, 7b, 7c, 7d возврата сначала образуют "лучи" звезды. Промежуточное состояние получения такой формы показано схематичным вырывом на фиг. 3. Стрелки 8 указывают направление движения линий 2a, 2b, 2c, 2d возврата внутрь. Если теперь, как показано стрелками 9, "лучи" звезды сжать в плотное тело путем вращательного переплетения в одинаковом направлении внешних линий 7a, 7b, 7c, 7d возврата по отношению к внутренним линиям 2a, 2b, 2c, 2d возврата, то получится требуемая форма элемента с сотовой структурой.

На фиг. 4 показано первоначальное положение линий 7a, 7b, 7c, 7d и 2a, 2b, 2c, 2d возврата для образования элемента с сотовой структурой овальной формы. Точки 7a, 7b, 7c, 7d возврата расположены не равномерно вдоль внутренней периферии полого рулона, а лежат в углах прямоугольника (а не квадрата, как на фиг. 2), вследствие чего при звездообразном деформировании и последующем переплетении образуется овальное поперечное сечение.

На фиг. 5 изображен пример исполнения, который предпочтительно применяют тогда, когда в наружной зоне желательно иметь большее число точек соединения с кожухом 1 и более крутой угол падения внешних листовых слоев. При помощи дополнительных точек 11a, 11b, 11c. и 12a, 12b. возврата можно тоже получить из полого рулона требуемую структуру в наружной зоне.

На фиг. 6 показано схематично, как при большом числе внешних линий 13a, 13b, 13c. возврата и внутренних линий 14a, 14b, 14c и 15a, 15b, 15c. возврата можно избежать слишком большой внутренней полости, если она нежелательна. Для этого часть внутренних линий 14a, 14b, 14c возврата лежит на окружности меньшего радиуса, чем остальные линии 15a, 15b, 15c возврата.

В отличие от этого на фиг. 7 показано, как образуется полая внутренняя центральная зона, окруженная трубой 17, в которой все внутренние линии 16a, 16b, 16c. возврата располагаются на одной концентрической окружности внутри внутренней кольцевой зоны 5.

На фиг. 8 схематично изображен пример того, как можно согласно изобретению заполнить неравномерные поперечные сечения. При этом внутренние линии 18a, 18b, 18c, 18d возврата располагаются внутри неравномерно, благодаря чему при переплетении можно заполнить соответствующее неравномерное поперечное сечение.

И наконец, на фиг. 9 показано, как может быть размещен электрический проводник 43, отделенный изоляцией 45, внутри листового слоя, при этом листовой слой состоит из двух отдельных металлических листов 3, 4. Листы 3, 4 с одной или с двух сторон имеют выпуклость 46, в которую укладывается электрический проводник 43. Отдельные металлические листы могут быть соединены на своих торцах соединением с помощью высокотемпературной пайки.

В описанном процессе изготовления элемента с сотовой структурой практически ничего не изменяется, если вместо простого гофрированного слоя применить сдвоенный слой со встроенным электрическим проводником согласно фиг. 9.

Настоящее изобретение пригодно прежде всего для изготовления металлических корпусов-носителей катализаторов для транспортных средств при массовом производстве, причем изготовленные таким образом элементы с сотовой структурой вследствие своей симметричной формы и благодаря приблизительно эвольвентообразно проходящим слоям обладают особенно высокой стойкостью по отношению к тепловым переменным нагрузкам и высоким механическим напряжениям.

На фиг. 10 схематично изображен круглый элемент с сотовой структурой. В этом случае наложенные друг на друга в виде петель листовые слои 3, 4 расположены во внутренней кольцевой зоне 5, которая располагается соосно с центром 11 элемента с сотовой структурой и переплетена вокруг этого центра 11. При этом радиальные внутренние петли 21 полностью заполняют центр 11. Радиальные наружные петли 22 касаются своими наружными сторонами окружающий кожух 1 и соединены с ним стыкованием или с геометрическим замыканием. Структура элемента с сотовой структурой приблизительно спиралеобразная, причем спирали исходят в основном из круглого центра 11. Расстояние между спиралями постоянно, поскольку оно задано шириной листовых слоев 3, 4.

На фиг. 11 изображен элемент с сотовой структурой эллиптической формы. В этом случае листовые слои 3, 4 наложены друг на друга петлеобразно и притянуты радиально внутренними петлями 21 к полосообразному центру 11, который находится в середине элемента с сотовой структурой и окружает прямую 11, которая соединяет фокусы эллипса. При этом внутренние петли 21 полностью заполняют центр 11. Радиальные наружные петли 22 переплетены вокруг центра 11, причем отдельные слои листов 3, 4 лежат друг на друге. При этом структура элемента с сотовой структурой является также спиралеобразной. Количество петель 21, 22 зависит от площади элемента с сотовой структурой, подлежащей заполнению. В данном случае 23 внутренние петли 21 согнуты вокруг протягивающих оправок 31 и притянуты к центру 11. Количество внутренних петель 21 соответственно протягивающих оправок 31 может быть увеличено или уменьшено любым образом на целую величину. Внешние петли 22 прилегают гофрами листовых слоев 3, 4 к окружающему кожуху 1 и соединены с ним путем стыкования или с геометрическим замыканием.

На фиг. 12 показан элемент с сотовой структурой с петлями различной длины перед переплетением. При этом листовые слои 3, 4, пропущенные над навивочными оправками 32, втянуты протягивающими оправками 31 с разными промежутками, вследствие чего получают различные длины петель. Протягивающие оправки 31 втягивают до полосообразного центра 11, причем в этом примере протягивающие оправки 31 еще не достигли этого центра 11. Затем внешние петли 22 заплетают вокруг центра 1 в направлении U обхвата, причем навивочные оправки 32 предварительно удаляют.

На фиг. 13 показан "костеобразный" элемент с сотовой структурой, который изготовлен из петлеобразно расположенных листовых слоев 3, 4, как это показано на фиг. 12. При этом центр 11 имеет полосообразную форму, содержит прямую линию 11', которая соединяет фокусы обоих гантелеобразных концов. Элемент с сотовой структурой вставлен в кожух 1 и соединен с ним путем стыкования или с геометрическим замыканием.

На фиг. 14 показана гофрированная лента 4 с косыми гофрами. При этом гофры 41 отклоняются на угол α от вертикали 40 к кромкам 39 ленты 4. Благодаря наклону гофрированной ленты 4 в вершинах петель 21, 22 друг на друга накладываются два слоя гофрированной ленты 4, у которых гофры 41 имеют соответственно противоположное направление по отношению к нижележащему слою гофрированной ленты, вследствие чего гофры 41 слоя 4 гофрированной ленты перекрещиваются с гофрами 41' нижележащего слоя 7 гофрированной ленты под острым углом.

На фиг. 15 показана стопка 50 с зигзагообразно согнутыми друг с другом слоями 4 гофрированной ленты, которые (стопка) удерживаются между двумя фиксированными точками 51. Концы стопки 50 заплетены в направлении обхвата вокруг фиксированных точек 51, в результате чего получают элемент с сотовой структурой, слои которого имеют приблизительно S-образную форму. Такой элемент с сотовой структурой показан на фиг. 16.

На фиг. 17 схематично показано устройство для изготовления элемента с сотовой структурой. В устройство подают гофрированную ленту 4 и гладкую ленту 3. При помощи штамповочного приспособления 60 от кромок 39 лент 3, 4 вырубают полосообразные участки, в результате чего на продольной оси лент 3, 4 остается только узкая перемычка 65. Затем участки 61' лент закручивают относительно участков 61 лент на 180^o вокруг продольной оси, причем перемычки 65 выворачиваются по спирали. В устройстве для образования складок взаимно скрученные участки 61 и 61' лент укладывают в стопку, причем перемычки 65 располагаются в вершинах 66 петель.

На фиг. 19 21 показано изготовление другого элемента с сотовой структурой. Гофрированную ленту 4 подают в приспособление для скручивания, состоящее из навивочных оправок 32, и скручивают в полый рулон. Внутренний диаметр D1 полого рулона определяется положением навивочных оправок 32. На следующем этапе технологического процесса к полому рулону подводят протягивающие оправки 31 и перемещают между навивочными оправками 32 к центру 11 элемента с сотовой структурой. Полый рулон деформируют протягиванием круговых секторов 20 до получения формы розетки. При этом навивочные оправки 32 перемещают к центру 11, вследствие чего наружный диаметр D2 розетки становится меньше внутреннего диаметра D1 полого рулона. Навивочные оправки 32, находящиеся в радиально наружных петлях 22, удаляют, тогда как протягивающие оправки 31 остаются в радиально внутренних петлях 21 и во время последующей стадии переплетения фиксируют внутренние петли 21 в центре 11. После переплетения протягивающие оправки 31 также удаляют из внутренних петель 21, в результате чего образуется элемент с сотовой структурой, состоящий только из гофрированной ленты 4. Гофрированная лента 4 в элементе с сотовой структурой располагается спиралеобразно. Наружный диаметр D3 элемента с сотовой структурой меньше наружного диаметра D2 розетки.

На фиг. 22 показано изготовление другого элемента с сотовой структурой, при котором гофрированная лента 4 и две гладкие ленты 3 одновременно навиваются в полый рулон. При этом гофрированная лента 4 располагается между двумя гладкими лентами 3, за счет чего как внутренние, так и наружные стороны полого рулона состоят из гладких лент. Остальные этапы технологического процесса аналогичны описанным на фиг. 20 и 21.

На фиг. 23 изображена гладкая лента 3, протянутая в форме розетки. В промежутках между гофрированными лентами 4 вставлены гладкие участки 70 металлических листов. Участки 70 листов проходят, с одной стороны, к центру 11 к навивочным оправкам 32, а, с другой стороны, от протягивающих оправок 31 наружу, благодаря чему отдельные слои гофрированной ленты 4 отделяются друг от друга каждый раз гладким участком 70 листа. После удаления навивочных оправок 32 наружные петли 22 заплетают вокруг центра 11 в направлении U обхвата. мм

Формула изобретения

1. Металлический элемент с сотовой структурой с по меньшей мере частично структурированными листовыми слоями, которые проходят изогнуто, в частности приблизительно эвольвентообразно, от внутренней кольцевой зоны в центральной зоне до наружной кольцевой зоны в зоне кожуха, отличающийся тем, что листовые слои между наружной и внутренней кольцевыми зонами проходят попеременно в одном и другом направлении и образуют петли, причем в наружной кольцевой зоне вблизи кожуха элемент имеет по меньшей мере три линии возврата, вокруг которых переплетены листовые слои.

2. Элемент по п.1, отличающийся тем, что количество линий возврата снаружи и внутри равно соответственно по меньшей мере трем, предпочтительно четырем.

3. Элемент по п.1 или 2, отличающийся тем, что внутренняя центральная зона элемента с сотовой структурой в пределах внутренней кольцевой зоны является полой.

4. Элемент по пп. 1, 2 или 3, отличающийся тем, что элемент с сотовой структурой состоит из одной пяти листовых полос, которые по меньшей мере частично имеют гофрированную структуру.

5. Элемент по одному из пп.1 4, отличающийся тем, что линии возврата располагаются на двух или более концентреских окружностях.

6. Элемент по пп.1 4, отличающийся тем, что линии возврата распределены неравномерно в соответствии с формой поперечного сечения элемента с сотовой структурой.

7. Элемент по одному из пп.1 6, отличающийся тем, что элемент с сотовой структурой окружен внешним кожухом и крайний наружный листовой слой по меньшей мере на отдельных участках своих линий соприкосновения с кожухом соединен с ним высокотемпературной пайкой.

8. Элемент по одному из пп.1 7, отличающийся тем, что листовые слои соединены друг с другом по меньшей мере на отдельных участках своих линий соприкосновения, предпочтительно в зоне одного или обоих торцов, высокотемпературной пайкой.

9. Элемент по п.1 или 2, отличающийся тем, что петли своими радиально-внутренними зонами почти полностью заполняют центр.

10. Элемент по одному из пп.1 9, отличающийся тем, что гофры гофрированной металлической ленты отклонены на угол 2 10^o от вертикали к продольной кромке металлической ленты.

11. Элемент по одному из пп.1 10, отличающийся тем, что отдельные гладкие или гофрированные листовые полосы вставлены между соседними гофрированными соответственно гладкими листовыми слоями во избежание образования сдвоенных слоев.

12. Элемент по одному из пп.1 11, отличающийся тем, что элемент с сотовой структурой содержит по меньшей мере один листовой слой, в который встроен по меньшей мере один электрически изолированный от листового слоя электрический проводник, выполненный в виде нагревательного проводника или измерительного датчика.

13. Элемент по п.12, отличающийся тем, что листовой слой с электрическим проводником представляет собой гофрированный листовой слой из двух листовых полос, между которыми встроен, предпочтительно завальцован, электрический проводник.

14. Элемент по пп.1 10, отличающийся тем, что элемент с сотовой структурой состоит из гофрированной и двух гладких металличских лент, причем гофрированная металлическая лента расположена между обеими гладкими металлическими лентами.

15. Элемент по пп.1 10, отличающийся тем, что элемент с сотовой структурой состоит из нескольких гофрированных и гладких металлических лент, причем гофрированные металлические ленты расположены между гладкими металлическими лентами.

16. Элемент по пп.1 10, отличающийся тем, что между каждым слоем гофрированной металлической ленты вставлены отдельные листовые участки.

17. Элемент по пп.1 10, отличающийся тем, что элемент с сотовой структурой состоит из гладкой металлической и/или гофрированной металлической ленты, причем металлические ленты в вершинных точках петель срезаны для образования узкой перемычки с обеих кромок и участки ленты повернуты относительно соответствующих последующих участков ленты на 180^o относительно продольной оси.

18. Элемент с сотовой структурой со стопкой из S-образно расположенных листовых слоев, отличающийся тем, что стопка образована из зигзагообразно согнутой гладкой ленты и/или гофрированной ленты.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13, Рисунок 14, Рисунок 15, Рисунок 16, Рисунок 17, Рисунок 18, Рисунок 19, Рисунок 20, Рисунок 21, Рисунок 22, Рисунок 23