(57)【要約】流体にとって貫流可能な通路（１０）を備える半径方向の部分領域（９）を有するハニカム体（６）を製造する本発明の方法では、前記部分領域は環状であり、前記ハニカム体は少なくとも１つの取付点（１６）で外側の外套管（７）に取り付けられる少なくとも１つの金属層（１、１３、１４）からなり、前記各金属層は相互に折り畳まれた区域（２、３）を有し、交互に入れ替わる実質的に平滑な区域（２）と構造化された区域（３）とを形成することを特徴とする。ハニカム体を製造する本発明の方法とハニカム体は、材料コストが低く、優れた耐久性を持つ環状のハニカム体を提供する。
2009507622.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体が貫流可能な通路（１０）を持つ半径方向の部分領域（９）を備えたハニカム体（６）の製造方法であって、
前記部分領域（９）は環状であり、前記ハニカム体（６）は少なくとも１つの取付点（１６）で外側の外套管（７）に取り付けられる少なくとも１つの金属層（１、１３、１４）で形成され、前記各金属層（１、１３、１４）は相互に折り畳まれた区域（２、３）を有する方法において、
交互に入れ替わる平滑な区域（２）と構造化された区域（３）とを形成することを特徴とする方法。
【請求項２】
平滑な前記区域（２）は少なくとも１つの第１の区域長（１９）を有し、構造化した前記区域（３）は前記第１の区域長（１９）とは異なる少なくとも１つの第２の区域長（２０）を有することを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
少なくとも１つの前記層（１、１３、１４）を内側の外套管（８）と結合し、製造時に前記外套管（７、８）相互の相対的な回転を行うことを特徴とする請求項１又は２記載の方法。
【請求項４】
少なくとも１つの前記層（１、１３、１４）と前記内側の外套管（８）は取外し可能であることを特徴とする請求項３記載の方法。
【請求項５】
前記回転の後に前記内側の外套管（８）を取り外すことを特徴とする請求項４記載の方法。
【請求項６】
前記各層（１、１３、１４）の前記区域（２、３）を折り線（４）によって分離し、２つ目毎の前記折り線（４）を前記層（１、１３、１４）の一方の側に位置させ、前記折り線（４）のうち少なくとも１つは少なくとも１つの取付点（１６）を含むことを特徴とする請求項１から５の１つに記載の方法。
【請求項７】
前記構造（１８）を周期的に前記層（１、１３、１４）に刻印し、前記構造（１８）は構造反復長（１１、１２）を有し、前記構造反復長（１２）を前記層（１、１３、１４）の少なくとも１つの個所で拡大させることを特徴とする請求項１から６の１つに記載の方法。
【請求項８】
少なくとも１つの構造化した前記区域（３）に少なくとも１つの切欠き（１５）を刻設することを特徴とする請求項１から７の１つに記載の方法。
【請求項９】
前記切欠き（１５）を、折畳み後に連続する空所（２１）が生じるように平滑な前記区域（２）と前記構造化した区域（２）に刻設することを特徴とする請求項８記載の方法。
【請求項１０】
前記層（１、１３、１４）を区切っている構造化した前記区域（３）を、その他の区域よりも短く形成することを特徴とする請求項１から９の１つに記載の方法。
【請求項１１】
前記取付点（１６）における前記層（１、１３、１４）の取付を、物質接合による方法で行うことを特徴とする請求項１から１０の１つに記載の方法。
【請求項１２】
少なくとも前記ハニカム体（６）の部分領域で次の結合のうち少なくとも１つを物質接合によって生成することを特徴とする請求項１から１１の１つに記載の方法。
ａ）前記層（１、１３、１４）と前記内側の外套管（８）との結合、
ｂ）前記層（１、１３、１４）と前記外側の外套管（７）との結合、
ｃ）前記層（１、１３、１４）自体の結合、および
ｄ）前記層（１、１３）と隣接する前記層（１、１４）との結合。
【請求項１３】
流体が貫流可能な通路（１０）を持つ半径方向の部分領域（９）を有するハニカム体（６）であって、
前記部分領域（９）は環状であり、少なくとも１つの取付点（１６）で外側の外套管（７）に取り付けられた少なくとも１つの金属層（１、１３、１４）が形成され、各前記金属層（１、１３、１４）は相互に折り畳まれた区域（２、３）を有するハニカム体において、
交互に入れ替わる実質的に平滑な区域（２）と構造化された区域（３）とが形成されたことを特徴とするハニカム体。
【請求項１４】
個々の前記区域（２、３）が伸開線状の湾曲を有することを特徴とする請求項１３記載のハニカム体。
【請求項１５】
平滑な前記区域（２）は少なくとも１つの第１の区域長（１９）を有し、構造化された前記区域（３）は前記第１の区域長（１９）とは異なる少なくとも１つの第２の区域長（２０）を有することを特徴とする請求項１３又は１４記載のハニカム体。
【請求項１６】
少なくとも１つの内側の外套管（８）が形成され、該外套管（８）と少なくと１つの前記層（１）が少なくとも部分領域で結合されたことを特徴とする請求項１３から１５の１つに記載のハニカム体。
【請求項１７】
各々の前記層（１、１３、１４）の前記区域（２、３）は折り線（４）によって分離され、２つ目ごとの前記折り線（４）が前記層（１、１３、１４）の一方の側に位置し、前記折り線（４）の少なくとも１つは、少なくとも部分領域で外側の外套管（７）と結合されたことを特徴とする請求項１３から１６の１つに記載のハニカム体。
【請求項１８】
構造化された前記区域（３）の前記構造（１８）は構造反復長（１１、１２）を有し、前記構造反復長（１２）は前記層（１、１３、１４）の少なくとも１つの個所で拡大されたことを特徴とする請求項１３から１７の１つに記載のハニカム体。
【請求項１９】
少なくとも１つの構造化された前記区域（３）が少なくとも１つの切欠き（１５）を有することを特徴とする請求項１３から１８の１つに記載のハニカム体。
【請求項２０】
平滑な前記区域（２）と構造化された前記区域（３）が連続する空所（２１）を形成する切欠き（１５）を有することを特徴とする請求項１９記載のハニカム体。
【請求項２１】
前記取付点（１６）で物質接合による結合が成立していることを特徴とする請求項１３から２０の１つに記載のハニカム体。
【請求項２２】
次の結合のうち少なくとも１つが物質接合による結合を含むことを特徴とする請求項１３から２１の１つに記載のハニカム体。
ａ）前記層（１、１３、１４）と前記内側の外套管（８）との結合、
ｂ）前記層（１、１３、１４）と前記外側の外套管（７）との結合、
ｃ）前記層（１、１３、１４）それ自体の結合、および
ｄ）前記層（１、１３）と隣接する前記層（１、１４）との結合。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、環状のハニカム体の製造方法並びに環状のハニカム体に関する。このようなハニカム体は、特に自動車、船舶および／又は航空機等の内燃機関の排ガスシステムで、例えば触媒支持体および／又は粒子フィルタとして広く用いられている。
【背景技術】
【０００２】
多くの国で、例えば特定の排ガス成分の排出量が限界値を超えないようにし、内燃機関の排ガスが法定の限界値を遵守するようにせねばならならない。このような限界値の多くでは排ガスの後処理が必要となる。そのために内燃機関の排ガスを、排ガスに占める排ガス成分の割合の低減が可能な特性を持つ、例えば触媒支持体および／又は粒子フィルタ等に通す。このことは、例えば触媒活性のある貴金属を含み、触媒活性を持つコーティングをハニカム体に形成することで行える。
【０００３】
排ガス処理のためのコンポーネントの既存の設計スペースに応じ、環状のハニカム体を使用するのが好ましい場合がある。例えば排ガス流を分割し、各部分流に別々の処理を施すのが好ましい場合がある。このことは、例えば第１の部分流が環状の、例えば円環状の第１のハニカム体を通って流れ、第２の部分流が、例えば円環状の第１のハニカム体の内部に位置する第２のハニカム体を通って流れることによって可能である。
【０００４】
環状の支持体は基本的に公知である。例えば欧州特許出願公開第０２４５７３６号明細書より、内側の外套管と外側の外套管の間で伸開線状に延びる多数の層を備えた環状のハニカム体が公知である。この種ハニカム体の製造方法が、欧州特許出願公開第０３２２５６６号明細書から公知であり、その場合、高いコストのかかる方法によって多数の層が内側の管、外側の管又は双方に取り付けられる。独国特許出願公開第２３２１３７８号明細書より、折り畳まれて内側および外側の外套管と結合された、平滑な帯状鋼板で製造された環状のハニカム体が公知である。該ハニカム体は、触媒活性のある物質を施した、容積や環状断面積に比べて不十分な表面積を有する。例えば所与の環状断面積のとき、例えば触媒活性のあるコーティングのための一定の表面積を利用すべく、比較的大容量のハニカム体を形成する。更に国際公開第９４／０１６６１号パンフレットより、平滑な層と波形の層を円環状に巻き付け、次いで少なくとも３本の線に沿って外側から内側に向かって変形させ、その結果生じた星状の構造を同一方向へ絡み合わせる製造方法が公知である。相上下して位置する波形の層を各々分離すべく、同文献では、少なくとも１つの平滑な層区域を各波形の層間に押し込むことを提案している。この結果、材料コストが上昇する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
以上の従来技術を前提とする本発明の課題は、簡単かつ少ない材料コストで実施でき、ハニカム体の容積毎および環状断面積毎に十分に広い表面積を有する環状のハニカム体の製造方法を提供することである。更に、これに対応するハニカム体を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この課題は、請求項１と１３の構成要件を備えるハニカム体の製造方法並びにハニカム体によって解決される。各々の従属請求項は、好ましい発展形態を対象としている。
【０００７】
流体が貫流可能な通路を備える半径方向の部分領域を有し、該部分領域が環状であるハニカム体を製造する本発明の方法では、ハニカム体を、少なくとも１つの取付点で外側の外套管に取り付けられる少なくとも１つの金属層で形成し、各金属層は相互に折り畳まれた区域を持つ。交互に入れ替わる略平滑な区域と構造化した区域とを形成する。
【０００８】
環状の部分領域とは、外側の境界線により外側で取り囲まれる部分領域を意味し、この部分領域は、内側の境界線により取り囲まれた開いた領域、即ち通路を備えていない領域を内部に有し、外側および内側の境界線はほぼ互いに平行に延びるのが好ましく、特に互いに交差していない。特に、境界線はほぼ円形、楕円形、互いに向かい合う２つの辺が相応の半円で置き換えられた長方形および／又は多角形の幾何学形状を有し得る。特に環状の領域とは円環状の領域を意味している。
【０００９】
交互に入れ替わるとは、特に、層を区切っているのではないほぼ平滑な区域が、両側で隣接する構造化した区域を有することを意味する。このことは特に、層を区切っているのではない構造化した区域が、実質的に平滑な２つの隣接する区域を有することも同様に意味している。構造化した区域は、後に少なくとも部分的に通路の壁部を形成する構造を持つ。特に、構造振幅と構造反復長とを有する構造を意味する。ほぼ平滑な区域とは、平滑な区域、即ち例えば折畳みプロセスおよび捩りプロセスおよび／又は巻付けプロセスの枠内でのみ変形される区域、或いは構造化された区域の構造振幅よりも構造振幅が小さいミクロ構造だけを有する区域を意味する。このようなミクロ構造は、特に完成したハニカム体において、ミクロ構造部が延びている方向と、構造化した区域の構造が延びている方向とが一致しないように方向付けられていてよい。
【００１０】
構造は特に波形を含む。この波形は、特に段ロールにより刻印できるが、本発明では、例えば層の相応の区域へ構造を刻印するための型押し法を採用できる。層は多数の区域を含むとよい。ハニカム体は最大６つの層で形成できる。このとき、ハニカム体を唯一の層から形成すると格別に好ましい。
【００１１】
金属層とは、特に、厚さが好ましくは８０μｍ以下、更に好ましくは厚さが３０〜６０μｍ、特に４０〜５０μｍ或いは更に２５μｍ以下である薄い金属シートを意味する。更に、金属層は全面的又は部分的に、流体が少なくとも部分的に貫流可能な、特に多孔性の金属材料で構成できる。このとき層は特に少なくとも部分的に、多孔性の金属の繊維材料および／又は焼結材料で構成し得る。特にエンジンの近傍で使用する場合にも、例えば内燃機関の排ガスシステムの高い温度等の条件に耐えるのに特に適する耐熱性、耐腐食性の材料で金属層を構成するのが好ましい。
【００１２】
少なくとも１つの金属層を外側の外套管と少なくとも１つの取付点で結合すると、特に複数の取付点が存在する場合、各層と外側の外套管の間で堅固な結合が生ずる。特に層を結合する内側の外套管を省略できる。取付点とは、点状或いは面状の結合点を意味する。特に結合は、外側の外套管に当接する、層の少なくとも１つの部分領域で成立する。
【００１３】
結合は特に物質接合による方法で行われ、例えばろう付け法および／又は溶接法によって行われる。ろう付け法とは、ここでは特に高温真空ろう付け法を意味する。代替的又は追加的に、外側の外套管に対する摩擦接合および／又は形状接合による結合、特に自己鎖錠ロック式の結合も可能であり、本発明に含まれる。機械的なフック止めに依拠するこの結合は、層の各々の区域の間や、隣接する各々の層の間でも有利に適用できる。
【００１４】
従来技術で公知の環状のハニカム体に比べ、本発明により製造したハニカム体および本発明のハニカム体は、ハニカム体の環状断面積毎および／又は容積毎に、例えばコーティングに利用可能な広い表面積を有する。中間層を例えば平滑な層として挿入する製造方法に比べて材料コストが明らかに減少し、しかもこの製造方法の方が簡単である。
【００１５】
構造化した区域の構造は、特に段ロールを用いた圧延により層に刻印可能である。この場合、半分だけを段ロールとして形成したロールが好ましい。その結果、平滑な区域と波形の区域とを有する層を製作できる。この場合、段ロールとして構成しないロールの部分には、特に各区域の変形を回避できるコーティング、例えばラバーコーティングを施し得る。更に本発明では、構造化した区域の製作時、波形のあるロールを用いて層に圧延工程を施し、ほぼ平滑な区域の製作時、このロールを層から持ち上げることができる。
【００１６】
本発明による方法の更に別の好ましい実施形態では、各区域が、ほぼ平滑な区域が少なくとも１つの第１の区域長を有すると共に、構造化した区域は第１の区域長とは異なる少なくとも１つの第２の区域長を有するように形成する。
【００１７】
この場合、ほぼ平滑な区域が全てほぼ同一の第１の区域長を有し、構造化した区域が全てほぼ同一の第２の区域長を有する構成が好ましい。各区域を折り畳んだ後、各層は平行四辺形の断面を有し、この断面は特に、回転させたり捩ったりせずに環状のハニカム体を構成するようにできる。この場合、第１の区域長が第２の区域長より長いと好ましく、約１〜１０％、好ましくは約３〜７％、特にほぼ５％だけ長い。
【００１８】
本発明による方法の更に別の好ましい実施形態では、少なくとも１つの層を内側の外套管と結合し、製造時に各々の外套管相互の相対的な回転を行う。
【００１９】
このとき、特に内側の外套管を外側の外套管に対して回転させるか、両方の外套管相互の回転を同時および／又は順次行う。
【００２０】
本発明による方法の更に別の好ましい実施形態では、少なくとも１つの層と内側の外套管との間の結合を取外し可能とする。
【００２１】
この場合、少なくとも１つの層と内側の外套管の形状接合および／又は摩擦接合による結合を行うとよい。即ち、内側の外套管を捩り補助具としてのみ挿入し、捩りプロセスの後、即ち、例えば外側の外套管に対し内側の外套管を回転した後に、再び取り外す実施方法が好ましい。特に内側の外套管の取外しは、各層の間で物質接合による結合が構成された後に行われる。物質接合による結合とは、ここでは特に溶接および／又はろう付けを意味し、好ましくは高温ろう付けを意味する。
【００２２】
本発明の方法の更に別の好ましい実施形態では、回転の後に内側の外套管を取り外す。
【００２３】
本発明による方法の他の好ましい実施形態では、各層の区域を折り線によって分離し、２つ目毎の折り線が層の一方の側に位置し、該折り線の少なくとも１つは少なくとも１つの取付点を含む。
【００２４】
即ち折り線は、各層がそれに沿って折り畳まれる線を表す。従って、隣接する２つの区域の間に１つの折り線がある。２つ目毎の折り線は、全ての折畳みを行えた後、層の一方の側に位置する。この際、ハニカム体の製造後に外方を向く方の層の折り線を外側の折り線と呼び、それに対しハニカム体の製造後に内方を向く方の層の折り線を内側の折り線と呼ぶ。外側の各折り線は外側の外套管に取り付けるのが好ましく、特に、物質接合によりこれと結合させる。この場合にも、特にろう付け法および／又は溶接法、好適には硬ろう付け法を適用する。このとき結合は、各々ハニカム体の長さ全体にわたって形成でき、或いは部分領域でのみ形成するか、或いは取付点で点状にのみ形成できる。
【００２５】
内側の外套管を恒久的に形成する、即ち、特に製造工程の間だけ形成するのでないときは、内側の外套管への少なくとも１つの層の取付が、特に物質接合による結合方法、特にろう付け法および／又は溶接法によって、特に高温ろう付けプロセスによって形成せずに済むという利点がある。
【００２６】
本発明の方法の更に別の好ましい実施形態では、構造をほぼ周期的に層に刻印する。この構造は構造反復長を有し、構造反復長は層の少なくとも１つの個所で拡大される。
【００２７】
構造反復長とは、特に１つの構造の１つの点から、隣接する構造の対応する点迄の間隔を表す。厳密に周期的な構造では、構造反復長は構造の周期と一致する。特に１つの構造をその層の他の構造と比べて引き伸ばすか、又は１つの構造を省略することで、構造反復長を延長できる。特に、構造化した区域を波形付けするときは、波形の周期の一部を、又は１つの周期を省略できる。
【００２８】
この好ましい実施形態は、本発明による方法とは関わりなく具体化できる。即ち、少なくとも１つの構造反復長を持つ構造によって少なくとも部分的に構造化した少なくとも１つの層、および場合により少なくとも１つのほぼ平滑な層を、流体の貫流可能な通路を備える環状領域が生じるように巻き付け、もしくは捩り、少なくとも２つの構造反復長が互いに異なる環状のハニカム体を製造する方法が好ましい。少なくとも部分的に構造化した層とは、特に、ある部分領域では構造化していて他の部分領域で構造化していない層或いは、少なくとも１つの構造化した層と少なくとも１つのほぼ平滑な層からなる構成も意味している。このような少なくとも１つの層の巻き付け、又は捩りとは、特に、このような層の螺旋状の巻き付けを意味し、或いは、少なくとも１つの層を積み重ね、引き続いて少なくとも１つの積層物を同一方向又は反対方向へ捩ることも意味する。特に、異なる構造反復長という概念は、基本的に、構造反復長と構造振幅を持つ構造を層に刻印され、少なくとも１つの構造を例えば引き伸ばし、即ち周期的な構造に局所的に異なる周期が生じおよび／又は構造を形成していない少なくとも１つの個所が生じるような、方法の構成を意味している。後者によって構造に欠落部が生じ、即ち、原則として周期的な構造における周期は同じままであるが、構造反復長が上に定義したように変化する。
【００２９】
つまりこの方法は、上に略述した本発明による方法と関わりなく、折り畳んだ区域を備える１つの層で実施できる。特に、ここで説明した方法は、特に環状のハニカム体を製造するための従来技術で公知の方法によって実施可能である。
【００３０】
異なる構造反復長を持つここで説明した方法は、更に別の課題を解決するものであり、特に環状をなし、熱による加熱時に内側又は外側から発生する圧力を受け止めるのに適したハニカム体の製造方法並びにハニカム体を提案するという課題を解決する。
【００３１】
省略した構造および／又は引き伸ばした構造は、圧力をハニカム体で補償可能と言う利点を持つ。このとき層は、原理的に、省略した構造および／又は引き伸ばした構造の領域を圧力の下で変形させる、一種の圧縮ばねとして働く。構造反復長は、ハニカム体の成形後にハニカム体の各半径部が、延長した構造反復長を持つ少なくとも１つの領域を有するように変更するとよい。このことは、ハニカム体における圧縮応力の、半径方向でほぼ均等な受け止めを可能にするという利点がある。
【００３２】
拡大した構造反復長の代替および／又は追加として、少なくとも１つの構造化した区域に少なくとも１つの切欠きを刻設してもよい。
【００３３】
該切欠きは、構造の反復方向に対し垂直、即ちハニカム体の長手方向に向いていると好ましい。これは層に刻設したスリットであるとよい。このようなスリットも、環状ハニカム体の熱膨張の補償に利用できるという利点がある。切欠きは、ハニカム体の成形後にハニカム体の各半径部が、延長した構造反復長および／又は切欠きを備える少なくとも１つの領域を有するように構成するとよい。このことは、ハニカム体における圧縮応力の、半径方向でほぼ均等な受け止めを可能にするという利点を生ずる。
【００３４】
少なくとも１つの切欠きは、特に打抜き、穴あけおよび／又は裁断によって層へ刻設することができる。
【００３５】
本発明による方法の更に別の好ましい実施形態では、切欠きを、折畳み後に連続する空所が生じるように、平滑な区域と構造化された区域とへ刻設する。
【００３６】
この空所には、特に測定プローブ、好ましくはラムダセンサを挿入できる。
【００３７】
本発明による方法の更に別の好ましい実施形態では、層を区切っている構造化した区域を、その他の区域よりも短く形成する。
【００３８】
本発明による方法の更に別の好ましい実施形態では、取付点での層の取付は物質接合による方法を用いて行う。
【００３９】
物質接合による方法とは、特に溶接法および／又はろう付け法を意味する。この際、高温で硬ろう付けの結合が生ずる高温ろう付け法が好ましい。内燃機関の排ガスシステムにおける通常の温度で、特にエンジンの近傍で使用する場合でも、結合部が耐えることを保証できるろう付け法を使用するのが好ましい。
【００４０】
本発明による方法の更に別の好ましい実施形態では、少なくともハニカム体の部分領域で、次の結合のうち少なくとも１つを物質接合によって形成する。
ａ）層と内側の外套管との結合、
ｂ）層と外側の外套管との結合、
ｃ）層それ自体の結合、および
ｄ）層と隣接する層との結合。
【００４１】
結合ｃ）は、特に各区域の部分領域における、１つの区域と他の区域との結合、好ましくは隣接する区域との結合を意味する。全ての結合ａ）、ｂ）、ｃ）およびｄ）は、層の部分領域で行い、又は層の長さ全体にわたって行うこともできる。結合ａ）およびｂ）は折り線の領域に形成できるだけでなく、例えば少なくとも部分的に外套管に当接する実質的に平滑な区域および／又は構造化した区域の領域でも製作できる。このとき、層と内側の外套管および／又は外側の外套管との結合は、構造化した領域の構造極点の領域にあると好ましい。この結合は、各々ハニカム体の長さ全体にわたって行うことができ、又は、長さの１つ又は複数の部分領域でのみ行ってもよい。
【００４２】
本発明による方法の更に別の好ましい実施形態では、層の少なくとも１つの部分を金属シートで構成する。
【００４３】
かくして、特に薄い鋼板シートが使用可能となる。ハニカム体の貫流方向に相当する長手方向で１つの部分領域をシートとして構成すると共に、他の部分領域は流体が少なくとも部分的に貫流可能な領域として形成した構成も好ましい。
【００４４】
本発明による方法の更に別の好ましい実施形態では、層の少なくとも１つの部分を、流体が少なくとも部分的に貫流可能な金属材料で形成する。
【００４５】
貫流可能な金属材料とは、多孔性の金属材料、特に繊維材料および／又は多孔性の金属焼結材料を意味する。
【００４６】
本発明の更に別の側面では、流体が貫流可能な通路を備える半径方向の部分領域を有するハニカム体を提供する。この部分領域は環状であり、少なくとも１つの取付点で外側の外套管に取り付けられた少なくとも１つの金属層を形成し、各金属層は相互に折り畳まれた区域を有する。本発明では、ほぼ平滑な区域と構造化した区域が交互に入れ替わる。
【００４７】
本発明によるハニカム体の好ましい実施形態では、個々の区域はほぼ伸開線状の湾曲を有する。
【００４８】
このことは、特に、外側の外套管および場合により内側の外套管がほぼ円形である場合に当てはまる。その際、個々の区域の各湾曲は、特に円の伸開線に実質的に従う。円の伸開線はｘ、ｙ平面で次のように表現できる。
ｘ＝αｃｏｓφ＋αφｓｉｎφ、ｙ＝αｓｉｎφ−αφｃｏｓφ
ここで値αは内側の円もしくは内側の外套管の半径を表している。
【００４９】
本発明によるハニカム体の更に別の好ましい実施形態では、平滑な区域は少なくとも１つの第１の区域長を有し、構造化した区域は第１の区域長とは異なる少なくとも１つの第２の区域長を有する。
【００５０】
本発明によるハニカム体の更に別の好ましい実施形態では、内側の外套管を形成し、該外套管と少なくとも１つの層を少なくとも部分領域で結合する。
【００５１】
本発明によるハニカム体の更に別の好ましい実施形態では、各層の各々の区域は折り線によって分離され、２つ目毎の折り線が層の一方の側に位置し、該折り線の少なくとも１つは少なくとも部分領域で外側の外套管と結合される。
【００５２】
即ち、ジグザグ状に折り畳まれた層が存在し、層を各々区切る区域を除き、２つの構造化した区域がほぼ平滑な区域に各々隣接し、その逆も当てはまる。
【００５３】
本発明によるハニカム体の更に別の好ましい実施形態では、構造化した区域の構造が構造反復長を有し、構造反復長は層の少なくとも１つの個所で拡大される。
【００５４】
層の少なくとも１つの個所での構造反復長の拡大は、圧縮応力を受け止める帯域をハニカム体に創出する。この帯域では、該領域で構造を別様に構造化したことによる変形、又は構造が存在しないことによる変形が可能である。
【００５５】
構造化した区域の構造が構造反復長を有し、層の少なくとも１つの個所で構造反復長が拡大するという構成要件は、金属層を含む、特に環状の任意のハニカム体において単独で具体化できる。
【００５６】
即ち、少なくとも部分的に構造化した金属層を含むハニカム体であって、この構造が構造反復長を有し、少なくとも１つの個所で構造反復長が拡大するハニカム体を形成するとよい。
【００５７】
このことは、流体が貫流可能な通路をもつ特に円環状の区域を備え、伸開線状に構成された環状触媒にも適するという利点がある。少なくとも部分的に構造化した層とは、部分的に構造化した層を形成した構成、又は複数の層が存在し、その一部が構造化すると共に一部を平滑にした層を形成した構成を意味する。
【００５８】
本発明によるハニカム体の更に別の好ましい実施形態では、少なくとも１つの構造化した区域は少なくとも１つの切欠きを有する。
【００５９】
構造化した区域の切欠き、又は構造化した層の切欠きも、ハニカム体が不均等に加熱された際の圧縮応力を受け止めるのに役立つという利点がある。この構成要件も単独で具体化でき、また、少なくとも１つの個所で拡大した構造反復長の代替および／又は追加として形成してもよい。
【００６０】
本発明によるハニカム体の更に別の好ましい実施形態では、平滑な区域と構造化した区域は、連続する空所を形成する切欠きを有する。
【００６１】
この空所は、特に測定プローブ、特にラムダセンサを収容する役目を果たす。
【００６２】
本発明によるハニカム体の更に別の実施形態では、取付点に物質接合による結合が存在する。
【００６３】
物質接合による結合とは、ここでは特にろう付けおよび／又は溶接を意味し、特に、比較的高い温度での硬ろう付けを意味する。
【００６４】
本発明によるハニカム体の更に別の好ましい実施形態では、少なくともハニカム体の部分領域で、次の結合のうち少なくとも１つが物質接合による結合を含む。
ａ）層と内側の外套管との結合、
ｂ）層と外側の外套管との結合、
ｃ）層それ自体の結合、および
ｄ）層と隣接する層との結合。
【００６５】
結合ａ）、ｂ）、ｃ）およびｄ）の各々は、層の部分領域で形成し得る。この場合も、物質接合による結合とは、特にろう付けおよび／又は溶接を意味する。結合ａ）およびｂ）は折り線の領域で形成できるだけでなく、例えば少なくとも部分的に外套管に当接する実質的に平滑な区域および／又は構造化した区域の領域にも存在し得る。この際、層と内側の外套管および／又は外側の外套管との結合は、構造化された領域の構造極点の領域にあるのが好ましい。この結合は、各々ハニカム体の長さ全体にわたって行い、又は長さの１つ又は複数の部分領域でのみ行うこともできる。
【００６６】
本発明によるハニカム体の更に別の好ましい実施形態では、層の少なくとも１つの部分が金属シートを含む。
【００６７】
該シートは、特に厚さが８０μｍ以下の薄い鋼板シートを意味している。
【００６８】
本発明によるハニカム体の更に別の好ましい実施形態では、層の少なくとも１つの部分を流体が少なくとも部分的に貫流可能な金属材料で形成する。
【００６９】
この層は、特に多孔性の金属材料である。この種材料は、例えば多孔性の繊維材料および／又は焼結材料である。
【００７０】
本発明の方法について開示した詳細事項や利点は、本発明のハニカム体にも同様に適用かつ転用可能であり、その逆も当てはまる。本発明によるハニカム体は、特に本発明の方法により製造できる。
【００７１】
次に、添付の図面を参照して本発明を詳しく説明するが、ここに示した詳細事項や利点に本発明が限定されることはない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００７２】
図１は、ハニカム体を製造する本発明の方法で使用する層１を模式的に示す。層１は、交互に入れ替わる複数の平滑な区域２と構造化した区域３とを有する。区域２、３は、折り線４によって各々分離されている。折畳みは、矢印５で図示する折畳み方向に各々行われる。それにより、図２に図示するような折り畳まれた層が生じる。
【００７３】
層１を折り畳むことで、各層１の区域２、３が折り線４で分離される。２つ目毎の折り線４が、層１の一方の側に各々位置することとなる。層１の一方の側に位置する折り線４によって、内側および／又は外側の外套管への取付が可能となる。このときの結合は、折り線４の少なくとも１つの部分の少なくとも１つの部分領域で行う。代替又は追加的に、折り線４の近傍での結合部の形成が可能である。
【００７４】
層１は、区域２、３が隣接する区域３、２又は外側の外套管７もしくは内側の外套管８に取り付けられる、少なくとも１つの取付点１６を有する。特に取付点１６は、構造１８の丸頭部１７の少なくとも１つの部分領域にわたって延びていてよい。物質接合による結合、特に溶接および／又は硬ろう付けを行うのが好ましい。
【００７５】
図３は、層１の一部を斜視図で模式的に示す。この層は、折り線４で分離された平滑な区域２と波形の区域３を有する。構造化した区域３と平滑な区域２は、折り畳み後に通路１０を形成する。これらの通路は流体が貫流可能である。
【００７６】
図４は、本発明によるハニカム体６を横断面図として模式的に示す。このハニカム体は本発明に基づき６つの層１で構成され、該層は、相応の折り線４の１つの部分により外側の外套管７に少なくとも部分領域で固定されると共に、折り線４の別の部分により内側の外套管８に少なくとも部分領域で固定される。この際、外側の外套管７と層１の間に、例えばろう付けおよび／又は溶接等の物質接合による結合、好ましくは硬ろう付けを行う。ハニカム体６の用途に応じ、層１と内側の外套管８の間の結合は物質接合および／又は形状接合および／又は摩擦接合により形成できる。この際、内側の外套管８と層１の間に取外し可能な結合部を形成するとよい。この結果、ハニカム体６の製造後、内側の外套管８をハニカム体６から分離可能となる。ハニカム体６の製造は、層１と外套管７、８を結合し、引き続き、外套管７、８を相対的に回転させることで行うとよい。この際、内側の外套管８が外側の外套管７に対し相対的に回転する方法が格別に好ましい。この結果、流体が貫流可能な通路１０を含む半径方向の部分領域９を有するハニカム体６が得られる。
【００７７】
本実施例では、半径方向の部分領域９は円環状の半径方向の部分領域である。これは、原則として本発明では、環状の部分領域９が通路１０を有することで定義される環状の部分領域９であり、部分領域９は外側と内側で仕切られ、その内部には、基本的に層１および／又は通路１０の存在しない領域が生じている。部分領域９を内側と外側で仕切っている線は、ほぼ互いに平行に延びているとよい。しかし本発明は円環状のハニカム体６に限定されない。本実施例では、内側の外套管８の内部に位置する領域は通路なしに構成しているが、流体が貫流可能な通路を備える別のハニカム体をこの領域へ挿入してもよい。この結果ハニカム体６は、区域２、３が少なくとも部分的に実質的に伸開線状の湾曲を有する層１で構成される。
【００７８】
図５は、本発明の更に別の態様を一例として示す。本発明のこの態様は、環状のハニカム体６で形成するばかりでなく、むしろこの場合には、金属層で構成した全ての種類のハニカム体にも適用可能と言う原理的な利点を持つ。図５は、無限大の内径と外径を持つ環状のハニカム体の一部を模式的に示す。目視できるのは１つの層だけであり、この層も１つの部分だけが見え、折り線４はここでは図示していない。ほぼ平滑な区域２と構造化した区域３とを備える唯一の層１に代えて、複数の実質的に平滑な層と構造化された層とを形成してもよい。構造化した区域３は、通常の場合には構造反復長１１を持つ周期的な構造を有する。完全に周期的な構造の場合、構造反復長１１は周期的な構造の周期に一致する。本発明によるハニカム体６の図示した部分は、拡大した構造反復長１２を持つ個所を有する。このように拡大した構造反復長１２により、層１は弾性体として作用し、拡大した構造反復長を持つ領域で変形する。この結果、層１は圧縮応力を受け止める。このような圧縮応力は、例えばハニカム体６が不均等に加熱されることで発生する。このことは、例えば触媒支持体とし利用するときにハニカム体６の部分領域で、他の領域よりも早く触媒反応の開始温度（ライトオフ温度）に達することで起こる。その際、触媒変換が既に進行している領域では、他の領域よりも明らかに強い加熱が生じる。進行する反応が発熱性だからである。それに伴い発生する圧縮応力は、金属層で構成される普通のハニカム体６では損傷につながり、例えば外套管から層が剥がれ得るが、拡大した構造反復長１２を持つ領域によって、このような現象が緩和される。
【００７９】
圧縮応力は、特に環状のハニカム体６においても生ずる。層１は少なくとも部分領域で金属シートを含み、それ以外の部分領域でも少なくとも部分的に流体が貫流可能な材料を有し得る。かくして、特に通路１０を貫流可能な方向で見て、最初に金属シートで構成され、次いで、少なくとも部分的に流体が貫流可能な層で構成されているハニカム体６を製造できる。層１全体を一枚の金属シートで形成した構成も好ましい。
【００８０】
外側の外套管７への層１の取付は、少なくとも１つの取付点１６で行う。ここで取付点１６とは、特に構造１８の丸頭部１７の少なくとも１つの部分を含む線状の取付領域をも意味する。
【００８１】
図５は、拡大した構造反復長１２を持つ領域が、拡大した構造反復長１２を持つこのような領域を有さない環状のハニカム体６の半径部が実質的に存在しないように配分することを示す。かくして、発生する圧縮応力を半径方向で均等に分散できる。
【００８２】
拡大した構造反復長１２を持つ領域は、図６に例示する如く、層１の縁部領域を形成する領域に設けるとよい。縁部領域で１つ又は複数の構造を省略するとよく、それによってハニカム体の完成後に、それが第１の層１３と第２の層１４で構成されている場合、これらの層１３、１４の縁部領域に、拡大した構造反復長１２を持つ領域生ずることになる。外側の外套管７に対する内側の外套管８の相対的な回転に基づき、ハニカム体６の断面全体にわたり、拡大した構造反復長１２を持つ領域が配分されることになる。かくして、非常に優れた圧縮応力の受け止めが可能になるという格別な利点がある。
【００８３】
図７は、層１の構造化した区域３の一部、又は構造化した層の一部を模式的に示す。この部分は、区域３に刻設された２つの切欠き１５を有する。これら切欠きにより、層１は圧縮応力を受けた際に変形し、層１の損傷が起こることがない。切欠き１５は、拡張した構造反復長１２を持つ領域の代替又は追加として形成できる。
【００８４】
図８は、平滑な区域２と構造化した区域３とを備える層１の一部を模式的に示す。ここでは、平滑な区域２は第１の区域長１９、構造化した区域３は第２の区域長２０を持つ。第１の区域長１９と第２の区域長２０は異なる大きさである。
【００８５】
図９は、本発明によるハニカム体６の一部を模式的に示す。区域２、３は、追加の空所２１を形成する切欠き１５を持つ。この空所２１に、測定プローブ２２、好ましくはラムダセンサが挿入されている。
【００８６】
図１０に示すハニカム体６の実施例は、基本的には図５に示す実施例に対応し、ここでも内側の外套管８を備え、これに層１が折り線４で当接している。この場合、平滑な区域２は内側の外套管８と共に、特に９０〜１１０°の当接角２３をなしている。当接角２３は、特に図１１から見て取れるように、折り線４の領域又は内側の外套管８に当接する領域における第１の接線２４と、この点における内側の外套管４の第２の接線２５との間の角度として定義される。
【００８７】
更に、Ｎ個の平滑な区域２と、これと同数のＮ個の構造化した区域３とを有する唯一の層１でハニカム体６を形成する場合には、ほぼ次式を満たす実施形態が好ましい。
Ｌ×Ｎ×（Ｗ＋Ｔ）＝０．２５×π（Ｄ2−ｄ2）
ここでＬは平滑な区域２の長さ、Ｎは平滑な区域２の個数、Ｗは波形の高さ、Ｔはシートの厚み、Ｄは外側の外套管７の内径又はハニカム体６の外側の直径、ｄはハニカム体６の内径又は内側の外套管８の外径を表す。
【００８８】
この代替および／又は追加として、ハニカム体６を唯一の層１で形成し、平滑な区域２と構造化した区域３の個数Ｎが次式を満たす実施形態が好ましい。
Ｎ×（Ｗ＋Ｔ）＝０．５×（Ｄ−ｄ）
ここにＮ、Ｗ、Ｔ、Ｄの各量は上に定義したとおりである。
【００８９】
ハニカム体６を製造する本発明の方法と本発明によるハニカム体６は、少ない材料コストと優れた耐久性で、環状のハニカム体６を提供するという利点を持つ。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】本発明によるハニカム体の層の一例である。
【図２】すでに折り畳まれた層である。
【図３】本発明によるハニカム体の層の一部を示す斜視図である。
【図４】本発明によるハニカム体を示す横断面図である。
【図５】本発明によるハニカム体の一部を示す図である。
【図６】本発明によるハニカム体の別の実施例を示す部分図である。
【図７】本発明によるハニカム体の層の別の実施例を示す部分図である。
【図８】平滑な区域と構造化された区域とを備える層を示す部分図である。
【図９】本発明によるハニカム体の層の別の実施例を示す部分図である。
【図１０】本発明によるハニカム体の層の別の実施例を示す部分図である。
【図１１】当接角の定義を模式的に示す図である。
【符号の説明】
【００９１】
１  層、２  平滑な区域、３  構造化した区域、４  折り線、５  折り方向、６  ハニカム体、７、８  外套管、９  半径方向の部分領域、１０  通路、１１、１２  構造反復長、１３、１４  層、１５  切欠き、１６  取付点、１７  丸頭部、１８  構造部、１９  、２０  区域長、２１  空所、２２  測定プローブ、２３  当接角、２４、２５  接線
【図１】
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【図２】
2009507622.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2009507622.tif 000007
【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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