МЕТАЛЛИЧЕСКАЯ СОТОВАЯ СТРУКТУРА И СПОСОБ ЕЕ ИЗГОТОВЛЕНИЯ
METAL HONEYCOMB STRUCTURE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF

Настоящее изобретение относится к сотовой структуре со множеством расположенных в основном параллельно друг другу каналов, состоящей из по меньшей мере одного слоя, образованного листами по меньшей мере частично профилированной фольги, и кожуха. Изобретение относится также к способу изготовления подобной сотовой структуры. Подобные сотовые структуры преимущественно используются в качестве компонентов для нейтрализации или снижения токсичности отработавших газов (ОГ), образующихся при работе двигателей внутреннего сгорания (ДВС), которыми оснащаются автомобили и иная подвижная и переносная техника.
Основная функция компонентов для нейтрализации или снижения токсичности ОГ в системах выпуска ОГ, образующихся при работе ДВС (например, двигателей с принудительным воспламенением рабочей смеси или дизельных двигателей), которыми оснащаются автомобили, газонокосилки, бензомоторные пилы, мотоциклы и иная техника, заключается в превращении содержащихся в ОГ вредных веществ в безвредные или в накапливании содержащихся в ОГ вредных веществ (по меньшей мере на определенный промежуток времени). В качестве примера подобных известных компонентов для нейтрализации или снижения токсичности ОГ можно назвать каталитические нейтрализаторы, фильтры, адсорберы или сепараторы. При этом сотовая структура обеспечивает наличие поверхности исключительно большой площади для возможности контакта с ней проходящего вдоль нее, соответственно сквозь нее, потока ОГ. Благодаря тесному контакту ОГ с такой поверхностью достигается высокая эффективность работы компонентов для нейтрализации или снижения токсичности ОГ.
Известные в настоящее время сотовые структуры подобного типа изготавливают в основном из керамических или металлических материалов. В данной области техники известно множество различных методов изготовления таких сотовых элементов, в частности экструзия или же неразъемное соединение отдельных компонентов сотовой структуры, таких как металлические листы, слои волокон, решетчатые структуры или иные аналогичные компоненты. Учитывая тот факт, что подобные компоненты для нейтрализации или снижения токсичности ОГ всегда согласуют (например, их тип, соответственно конструктивное исполнение) с требованиями, определяемыми конкретным типом ДВС, представляется целесообразным обеспечить возможность изготовления множества разновидностей таких сотовых структур простыми в осуществлении методами. При этом ранее было установлено, что металлические сотовые элементы, изготавливаемые, например, из листов по меньшей мере частично профилированной фольги, позволяют в гораздо более широких пределах разнообразить и варьировать их конструктивное оформление без необходимости внесения в технологический процесс чрезмерно сложных изменений.
В настоящее время известно множество различных возможных конструкций подобных металлических сотовых структур и способов их изготовления. Металлические сотовые структуры подразделяют главным образом на два основных конструктивных типа. К одному из них, который появился первым и примеры которого рассмотрены в DE 2902779 А1, относятся сотовые элементы спирального типа, при изготовлении которых в основном один гладкий и один гофрированный металлические листы накладывают друг на друга и затем совместно свертывают в рулон, в котором, если смотреть в его поперечном сечении, металлические листы свернуты по спирали. Сотовые элементы другого конструктивного типа изготавливают из множества попеременно чередуемых гладких и гофрированных или множества попеременно чередуемых по-разному гофрированных металлических листов, которые сначала набирают в один или несколько пакетов, которые затем совместно свертывают в рулон. При этом концы всех металлических листов оказываются обращены наружу и их можно соединить с корпусом или трубчатым кожухом с образованием многочисленных соединений, повышающих долговечность сотового элемента. Типичные примеры сотовых элементов этого конструктивного типа описаны в ЕР 0245737 В1 или WO 90/03220. Кроме того, уже давно известно снабжение металлических листов дополнительными профильными структурами, воздействующими на поток ОГ и/или обеспечивающими перемешивание между собой частичных потоков ОГ, движущихся в отдельных проточных каналах сотового элемента, в его поперечном направлении. Типичные примеры сотовых элементов подобной конструкции описаны в WO 91/01178, WO 91/01807 и WO 90/08249. Помимо этого, были также разработаны сотовые элементы конической формы, которые в некоторых случаях также снабжают дополнительными профильными структурами для воздействия на проходящий через сотовый элемент поток текучей среды. Подобный сотовый элемент описан, например, в WO 97/49905. Известно далее выполнение в сотовом элементе гнезда под размещаемый в ней датчик, прежде всего кислородный датчик (называемый также лямбда-зондом). Пример такого сотового элемента описан в DE 8816154 U1. Способы изготовления подобных сотовых структур описаны также, в частности, в публикациях WO 98/34725, WO 97/06358, WO 97/00725 и WO 97/00135.
Согласно вышеуказанным публикациям из попеременно чередуемых листов профилированной фольги с регулярно повторяющейся профильной структурой и листов гладкой фольги набирают пакет, который затем свертывают и/или скручивают в рулон с приданием ему наружной формы, которая в основном соответствует форме полости кожуха, в который в последующем помещают такой свернутый в рулон пакет листов фольги. В некоторых случаях такие листы профилированной и гладкой фольги, каждый тип которых используют в одинаковом количестве, набирают в пакеты, соответственно, располагают слоями. Уложенные таким путем друг на друга листы фольги в этом случае образуют с обеих своих сторон проточные для ОГ каналы.
При изготовлении сотовых структур из относительно коротких листов фольги могут возникать технические проблемы с выполнением неразъемных соединений. При изготовлении сотовой структуры с максимальной поперечной протяженностью, например менее 30 мм (без свертывания листов фольги в рулон, в котором, если смотреть в поперечном сечении, металлические листы свернуты по спирали), не исключена возможность образования участков, на которых профилированные листы фольги контактируют с самими собой, соответственно, с другими профилированными листами фольги. С этой проблемой приходится сталкиваться прежде всего в том случае, когда листы фольги свернуты в рулон, в котором, если смотреть в поперечном сечении, они свернуты S-образно или иным аналогичным образом. В этом случае профильные структуры листов фольги входят одна в другую и в результате по меньшей мере частично образуют дефектные каналы. Вследствие этого при последующем нанесении покрытия на сотовую структуру повышается опасность закупоривания каналов, соответственно, нанесения на их стенки по меньшей мере неравномерного по толщине покрытия. В результате этого может, например, возрасти аэродинамическое сопротивление сотовой структуры по меньшей мере на отдельных ее участках. По этой причине возможно воздействие на сотовую структуру неравномерной термической нагрузки, снижение степени превращения в ней вредных веществ в безвредные, а при определенных условиях и снижение мощности расположенного перед ней ДВС. Помимо этого, существует опасность образования в сотовой структуре отдельных участков, не доступных для нанесения присадочных материалов, необходимых для создания неразъемных соединений, например припоя. Наличие в сотовой структуре таких отдельных участков, на которых листы фольги в последующем оказываются не соединены, соответственно, не полностью соединены друг с другом или с кожухом, может послужить причиной разрушения сотового элемента под действием преобладающих в системе выпуска ОГ экстремально высоких термических и динамических нагрузок.
Исходя из вышеизложенного в основу настоящего изобретения была положена задача - устранить проблемы, присущие известным сотовым структурам, прежде всего указанного выше типа. Задача изобретения состояла при этом прежде всего в том, чтобы разработать сотовую структуру, которая имела бы простую конструкцию и которую можно было бы изготавливать при малых производственно-технологических затратах. При этом, в первую очередь, необходимо обеспечить равномерное образование проточных для ОГ каналов и надежное соединение соседних листов фольги друг с другом и с кожухом. Так, в частности, еще одна задача изобретения состояла в том, чтобы разработать способ технологически надежного изготовления сотовой структуры именно малой поперечной протяженности, соответственно, малых размеров.
Указанные задачи решаются с помощью сотовой структуры, заявленной в п.1 формулы изобретения, а также с помощью способа ее изготовления, заявленного в п.8 формулы. Предпочтительные варианты осуществления изобретения представлены в соответствующих зависимых пунктах формулы. При этом необходимо отметить, что представленные по отдельности в зависимых пунктах формулы изобретения отличительные признаки можно также использовать в любых комбинациях между собой с получением других предпочтительных вариантов осуществления изобретения.
В соответствии с этим в изобретении предлагается сотовая структура со множеством расположенных в основном параллельно друг другу каналов, состоящая из слоя, образованного листами по меньшей мере частично профилированной фольги, и кожуха. Такая сотовая структура отличается тем, что слой состоит из N листов по меньшей мере частично профилированной фольги и N+1 листов гладкой фольги, два из которых являются наружными, где N равно 1, 2 или 3.
Иными словами, указанный слой образует своего рода сэндвич-структуру, в которой оба наружных листа фольги являются листами гладкой фольги. Под листами "гладкой" фольги подразумеваются прежде всего листы фольги без гофрировки, без выдавленных рельефной формовкой элементов, без загибов и без иных аналогичных профильных элементов. Однако сказанное не означает, что такой лист гладкой фольги не может иметь поверхность с определенной (например, особо малой) шероховатостью или не может быть, например, S-образно или иным аналогичным образом свернут в рулон. Между обоими наружными листами гладкой фольги расположен по меньшей мере один лист по меньшей мере частично профилированной фольги.
В принципе между двумя наружными листами гладкой фольги можно также располагать множество образующих указанный слой листов фольги, при этом по меньшей мере один из таких дополнительных листов фольги должен представлять собой лист по меньшей мере частично профилированной фольги. В другом варианте можно также, например, располагать между двумя наружными листами гладкой фольги пакет из нескольких попеременно чередующихся листов гладкой и профилированной фольги. Помимо этого, возможно также использование листа фольги, которая, например, лишь частично профилирована или же, наоборот, имеет гладкие участки. При этом расположенные внутри листы (гладкой и) профилированной фольги по меньшей мере частично образуют с обеих своих сторон (т.е. на больших по площади поверхностях) стенки каналов. В отличие от этого по меньшей мере один слой формируют для образования сотовой структуры таким образом, чтобы наружные листы гладкой фольги образовывали каналы лишь с одной своей стороны, а именно со своей обращенной к по меньшей мере одному расположенному внутри слоя листу по меньшей мере частично профилированной фольги. Снаружи эти наружные листы гладкой фольги предпочтительно по меньшей мере частично прилегают к самим себе, соответственно к соседним наружным листам гладкой фольги, соответственно к кожуху. Такие листы гладкой фольги при этом столь плотно прижимаются друг к другу, что между ними не образуются никакие проточные для ОГ каналы.
Расположение снаружи слоя с обеих его сторон листов гладкой фольги исключает непосредственный контакт между собой расположенных рядом друг с другом участков листов профилированной фольги. Благодаря этому уменьшается количество дефектных мест в сотовой структуре и, как следствие, обеспечивается равномерное распределение каналов по ее поперечному сечению. Помимо этого, при непосредственном прилегании друг к другу наружных листов гладкой фольги между ними при термической обработке сотовой структуры, например при проведении процесса пайки, образуются неразъемные соединения. Образование подобных соединений обусловлено в основном диффузионными процессами, приводящими к диффузионному привариванию листов фольги друг к другу в отдельных местах. Тем самым обеспечивается долговечное и прочное соединение между собой слоев, соответственно примыкающих друг к другу наружных листов гладкой фольги.
Прочное соединение между собой слоев, соответственно примыкающих друг к другу наружных листов гладкой фольги, исключает также возникновение эффекта "телескопирования", при котором соседние слои смещаются друг относительно друга под действием возникающих в системе выпуска ОГ нагрузок. Подобные диффузионные соединения между расположенными рядом друг с другом наружными листами гладкой фольги могут в зависимости от того, с каким усилием они прижимаются друг к другу, соответственно помещаются в кожух перед термической обработкой сотовой структуры, формироваться по всей поверхности контакта между собой этих листов гладкой фольги. При необходимости предотвратить образование сплошного соединения расположенных рядом друг с другом наружных листов гладкой фольги по всей поверхности их контакта между собой (именно с учетом характеристик теплового расширения подобных сотовых элементов) на листы (гладкой, соответственно профилированной) фольги можно нанести определенное вещество, предотвращающее образование именно диффузионных соединений. Для этой цели можно использовать, например, специальные покрытия, в частности из диоксида титана, оксида алюминия и т.д. Однако подобные пассивирующие слои могут находиться не только между наружными листами гладкой фольги, но и, например, между листами гладкой фольги и кожухом.
Кроме того, предлагаемая в изобретении сотовая структура имеет измеренную перпендикулярно направлению каналов среднюю протяженность, составляющую менее 50 мм, в частности от 20 до 30 мм. Подобные сравнительно небольшие по своим размерам сотовые структуры образуют особый класс сотовых структур, для изготовления которых наиболее целесообразно использовать слои, ограничиваемые снаружи с обеих своих сторон листами гладкой фольги. Подобная целесообразность объясняется также тем, что с таким сравнительно коротким слоем, когда он снаружи имеет лист профилированный фольги, сложно работать при изготовлении сотовой структуры. При изготовлении сравнительно небольшой по своим размерам сотовой структуры из этого слоя его необходимо отчасти подвергать значительной пластической деформации, в результате которой лист профилированной фольги иногда заклинивается с самим собой или со смежным с ним листом. В соответствии с этим предлагаемое в изобретении решение позволяет значительно повысить надежность процесса изготовления именно таких сравнительно небольших по размерам сотовых структур.
Наконец, в предлагаемой в изобретении сотовой структуре образующий ее слой имеет длину, составляющую менее 500 мм, в частности от 100 до 300 мм. Указанные выше значения длины слоев из листов фольги значительно отличаются от длины уже известных слоев. Согласно уровню техники для изготовления носителей используют слои с гораздо большим отношением их длины к диаметру носителя, т.е., например, у одного из известных сотовых элементов диаметром, например, 10 см длина образующего его слоя из листов фольги по меньшей мере в 20 раз больше указанной. Согласно же изобретению указанное отношение в предпочтительном варианте имеет гораздо меньшее значение, составляющее прежде всего менее 10 или даже менее 8.
В одном из предпочтительных вариантов выполнения предлагаемой в изобретении сотовой структуры ее слой свернут в рулон и/или изогнут с образованием сотового элемента таким образом, что по меньшей мере на одном отдельном участке слоя наружные листы гладкой фольги непосредственно прилегают друг к другу. Непосредственное прилегание листов гладкой фольги друг к другу обеспечивается главным образом при особо высокой степени изгиба слоя, соответственно при его свертывании в особо плотный рулон. Подобная экстремальная форма изгиба слоя, после деформирования которого листы гладкой фольги оказываются прилегающими к самим себе, характерна прежде всего для сотовых элементов с многогранной наружной формой, т.е. с формой, отличной от цилиндрической. Именно в таких сотовых элементах с многогранной наружной формой полное заполнение изогнутым слоем всего их поперечного сечения вплоть до вершин сходящихся под углом граней возможно при наличии у слоя особо извилистых отдельных участков, проникающих в такие углы. Под особыми формами изгиба слоя подразумеваются, в частности, и такие формы, которые получают путем меандрообразного изгибания по меньшей мере одного слоя, т.е. его попеременного изгибания в одном, а затем в другом (противоположном) направлении (в некоторых случаях с различными радиусами кривизны). Вследствие подобных экстремальных формоизменений ранее всегда существовала опасность того, что при формировании известных сотовых структур образующие их листы фольги не будут приобретать требуемую форму, в том числе и из-за необходимости сложного и трудоемкого позиционирования известных пакетов листов фольги друг относительно друга и их неразъемного соединения друг с другом в процессе изготовления сотовых структур. Предлагаемое же в изобретении ограничение слоя снаружи листами гладкой фольги позволяет устранить эту техническую проблему.
В следующем варианте выполнения предлагаемой в изобретении сотовой структуры в образующем ее слое между наружными листами гладкой фольги предлагается с чередованием располагать еще один лист гладкой фольги и лист профилированной фольги, при этом непосредственно рядом с каждым из наружных листов гладкой фольги предпочтительно располагать лист профилированный фольги. Подобный слой представляет собой, в частности, сэндвич-структуру, состоящую из двух расположенных снаружи листов гладкой фольги и множества расположенных между ними внутренних листов фольги. В качестве внутренних листов фольги предлагается использовать дополнительные, располагаемые с чередованием листы гладкой и профилированной фольги. Такие внутренние листы гладкой и профилированной фольги с обеих своих сторон ограничивают проточные для ОГ каналы. Подобная по существу симметричная структура из попеременно чередующихся листов гладкой и профилированной фольги обеспечивает получение необходимых соединений между листами гладкой и профилированной фольги вблизи экстремумов листов профилированной фольги, прежде всего вблизи вершин гофров, соответственно впадин между гофрами в случае гофрированной профилированной фольги.
В следующем варианте выполнения предлагаемой в изобретении сотовой структуры каждый из образующих слой листов фольги имеет по два конца, по меньшей мере 90% от всего количества которых соединены с кожухом по меньшей мере в одной части, а предпочтительно все концы соединены с кожухом. Из сказанного следует, в частности, что сотовая структура имеет в своем поперечном сечении форму, отличную от спиральной. При свертывании образующих сотовую структуру слоев, соответственно листов фольги в рулон по спирали, обычно половина всех их концов расположена в центре сотовой структуры, а их противоположные концы прилегают к кожуху. В отличие от этого у сотовой структуры в рассматриваемом особенно предпочтительном варианте ее выполнения листы фольги, соответственно образованные ими слои, начинаются и оканчиваются у внутренней поверхности кожуха, т.е. начинаются у внутренней поверхности кожуха, проходят от нее во внутреннюю часть сотовой структуры, а затем проходят обратно к внутренней поверхности кожуха и прилегают к ней своими противоположными концами.
Указание на то, что концы листов фольги соединены с кожухом, соответственно контактируют с ним по меньшей мере в одной части, говорит, например, о том, что кожух может быть выполнен бóльших или меньших размеров и тем самым не всей своей внутренней поверхностью обязательно должен контактировать с листами фольги. Однако концы слоев, соответственно листов фольги, могут быть также неравномерно распределены по окружности кожуха, соответственно сотовой структуры (например, при S-образном свертывании), и в этом случае сотовая структура будет иметь отдельные окружные участки, на которых расположены все концы, соответственно их часть, и между которыми к внутренней поверхности кожуха прилегает наружный лист гладкой фольги.
Концы листов фольги предпочтительно неразъемно соединять с кожухом, т.е. пайкой или сваркой. Под указываемым в процентном выражении количеством соединенных с кожухом концов листов фольги подразумевается прежде всего округленное в бóльшую сторону до ближайшего целого числа количество соединенных с кожухом концов листов фольги. Так, например, в сотовой структуре (которая может быть изготовлена описанным ниже способом), образованной 2 слоями, каждый из которых состоит из 2-х листов гладкой и 1-го листа профилированной фольги, эти слои имеют в общей сложности 12 концов. Указание на то, что по меньшей мере 90% от всего количества этих концов соединены с кожухом, означает, что с кожухом соединены по меньшей мере 11 этих концов (12×0,9=10,8, откуда следует, что округленное в бóльшую сторону до ближайшего целого числа количество соединенных с кожухом концов листов фольги равняется 11).
В следующем варианте выполнения предлагаемой в изобретении сотовой структуры между ее кожухом и листами фольги предусмотрена по меньшей мере одна втулка, а каждый из образующих слой листов фольги имеет по два конца, по меньшей мере 90% от всего количества которых соединены с по меньшей мере одной втулкой по меньшей мере в одной зоне, а предпочтительно все концы соединены с по меньшей мере одной втулкой. К этому варианту в принципе относятся в основном те же пояснения, что и рассмотренные в предыдущем абзаце. Существенное же различие между обоими этими вариантами заключается в том, что в последнем случае между листами фольги и кожухом предусмотрена втулка. Назначение этой втулки состоит в компенсации различий в величинах теплового расширения листов фольги и кожуха. Кожух, который должен, в первую очередь, обеспечивать сохранение конструктивной целостности сотовой структуры, необходимо выполнять достаточно жестким с толщиной стенки, например, от 1 до 3 мм. В отличие от кожуха листы фольги для уменьшения их удельной, отнесенной к единице площади теплоемкости, а также для увеличения площади образуемой ими поверхности до максимально возможной должны иметь очень малую толщину, прежде всего менее 0,1 мм, предпочтительно даже менее 0,03 мм. Жесткое соединение между листами фольги и кожухом из-за различий в величинах их удельной, отнесенной к единице площади теплоемкости могло бы создать опасность разрыва листов фольги или их отсоединения от кожуха. Во избежание этого между листами фольги и кожухом предусматривают втулку, допускающую перемещение листов фольги относительно кожуха. Более детально такие втулки и их конструктивные особенности рассмотрены в публикации WO 03/008774, которая в полном объеме также включена в настоящее описание в качестве ссылки.
Еще одним объектом изобретения является способ изготовления предлагаемой в нем сотовой структуры со множеством расположенных в основном параллельно друг другу каналов, состоящей из по меньшей мере одного слоя, образованного листами по меньшей мере частично профилированной фольги, и из кожуха. Такой способ заключается в основном в том, что формируют по меньшей мере один слой, располагая в каждом таком слое по меньшей мере один лист по меньшей мере частично профилированной фольги между двумя наружными листами гладкой фольги, после чего по меньшей мере один слой изгибают, причем перед его изгибанием от него отрезают его мерную часть длиной менее 500 мм, в частности от 100 до 300 мм, а перед отрезанием мерной части его позиционируют в формующем инструменте для изгибания, и затем по меньшей мере один изогнутый слой помещают в кожух.
При осуществлении предлагаемого в изобретении способа по меньшей мере один слой предпочтительно формировать, попеременно располагая один поверх другого лист гладкой фольги, лист полностью профилированной фольги и вновь лист гладкой фольги. Однако можно также соединять между собой оба наружных листа гладкой фольги, соответственно предусматривать сплошную металлическую ленту, представляющую собой, например, U-образно согнутую оболочку, внутри которой расположен лист профилированной фольги. При использовании для формирования сотовой структуры нескольких слоев и в этом случае на наружном листе гладкой фольги одного слоя располагается наружный лист гладкой фольги соседнего слоя и т.д. Несколько слоев могут образовывать пакет, который в принципе также ограничен с обеих сторон листами гладкой фольги. В принципе все сказанное выше относится и к сотовой структуре, изготавливаемой предлагаемым в изобретении способом, которым можно также, изготавливать сотовую структуру из множества слоев, например из 2-5 слоев.
Под предусмотренным предлагаемым в изобретении способом "изгибанием" по меньшей мере одного слоя подразумевается его сгибание, загибание, фальцевание, перегибание и/или свертывание в рулон. После подобного изгибания по меньшей мере один слой имеет наружную форму, соответственно боковую поверхность, которая в основном соответствует форме полости кожуха. В предпочтительном варианте изогнутый слой, соответственно изогнутый пакет из нескольких слоев, имеет поперечное сечение, которое несколько больше внутреннего поперечного сечения кожуха. Благодаря этому при помещении в кожух изогнутого слоя он подвергается предварительному сжатию по периметру, которое обеспечивает плотное прилегание концов листов фольги к внутренней поверхности кожуха. Относительная разность площадей указанных поперечных сечений, соответственно степень предварительного сжатия изогнутого слоя или изогнутого пакета из нескольких слоев по периметру, составляет при этом порядка 2-5%.
Изогнутый таким путем слой в завершение по меньшей мере частично помещают в кожух. При частичном помещении по меньшей мере одного изогнутого слоя в кожух часть этого слоя остается снаружи кожуха, позволяя наносить на наружные свободные концы по меньшей мере одного слоя присадочные материалы, например полоски припоя и т.д. После этого по меньшей мере один подготовленный таким путем слой можно полностью вставить в кожух в требуемое положение.
Слои длиной менее 500 мм, в частности от 100 до 300 мм, используются прежде всего для изготовления сотовых элементов малой поперечной протяженности. Все используемые для изготовления сотовой структуры слои, соответственно листы фольги, при этом предпочтительно должны иметь одинаковую длину. Как было отмечено выше, по меньшей мере один слой перед отрезанием от него мерной части позиционируют в формующем инструменте для изгибания. Это означает, что в изобретении предлагается сначала подавать образованный листами фольги слой в формующий инструмент и фиксировать, соответственно удерживать, им. Это имеет то преимущество, что по меньшей мере один слой после отрезания его мерной части не требуется более никуда перемещать, поскольку он уже находится в соответствующем положении, из которого начинается дальнейший процесс его изгибания. Благодаря этому также существенно сокращается длительность процесса изготовления сотовой структуры и снижаются межоперационные затраты.
В одном из вариантов осуществления предлагаемого в изобретении способа формируют от 2 до 5 слоев, которые совместно изгибают и затем помещают в кожух.
Помимо этого, предлагается далее изгибать по меньшей мере один слой с приданием ему в сечении сотовой структуры одной из следующих форм: спиральной, S-образной, М-образной, W-образной, Z-образной, U-образной, V-образной, меандрообразной. Отдельные формы, в виде которых можно изгибать по меньшей мере один слой, дополнительно более подробно рассмотрены ниже при описании чертежей. Подобные формы, придаваемые по меньшей мере одному слою путем его изгибания, обычно можно увидеть со стороны торца сотовой структуры, т.е. в направлении каналов. Одну из таких форм имеют прежде всего листы гладкой фольги.
В еще одном варианте осуществления предлагаемого в изобретении способа по меньшей мере один слой формируют из листов фольги, с чередованием располагая между наружными листами гладкой фольги другие листы гладкой и профилированной фольги, при этом непосредственно рядом с каждым из наружных листов гладкой фольги предпочтительно располагают лист профилированный фольги. При таком расположении листов фольги расположенные между наружными листами гладкой фольги листы фольги с обеих своих сторон по меньшей мере частично ограничивают каналы, тогда как наружные листы гладкой фольги ограничивают проточные для текучей среды каналы лишь с одной своей стороны. Другой своей стороной наружные листы гладкой фольги прилегают к соседним листам гладкой фольги, к втулке или же к кожуху.
В одном из наиболее предпочтительных вариантов осуществления предлагаемого в изобретении способа для изгибания слоя используют формующий инструмент, который имеет по меньшей мере две полуформы и по меньшей мере один скручивающий стержень и в который по меньшей мере один слой подают таким образом, чтобы по меньшей мере один скручивающий стержень располагался предпочтительно примерно посередине длины по меньшей мере одного слоя и контактировал с ним. Затем по меньшей мере один скручивающий стержень приводят во вращение до тех пор, пока все концы листов фольги, образующих по меньшей мере один слой, не будут прилегать к по меньшей мере одной внутренней стороне полуформ. Таким путем можно быстро и технологически надежно изгибать слои с приданием им прежде всего S-образной формы.
Эта стадия способа более подробно рассмотрена ниже при описании чертежей. Следует также отметить, что при необходимости помещения изогнутых слоев в кожух внутренняя конфигурация полуформ в их сомкнутом положении по меньшей мере частично в основном соответствует окончательной наружной форме слоев, придаваемой им путем их изгибания, т.е. соответствует форме полости кожуха. Благодаря расположению скручивающего штифта примерно посередине длины по меньшей мере одного слоя при вращении скручивающего штифта одновременно проворачиваются оба конца слоя и поэтому процесс свертывания по меньшей мере одного слоя в рулон, соответственно его изгибание, протекает быстрее, чем, например, процесс скручивания слоев в рулон с приданием им спиральной формы в сечении рулона, когда скручивающий стержень располагают вблизи одного из концов слоев, соответственно листов фольги.
В следующем варианте осуществления предлагаемого в изобретении способа перед помещением в кожух по меньшей мере одного изогнутого слоя вокруг него и/или на внутренней поверхности кожуха располагают по меньшей мере одну втулку. Втулку при этом предпочтительно располагать в основном посередине осевой протяженности слоя, соответственно образующих его листов фольги. Втулку можно временно фиксировать по наружному периметру изогнутого слоя, соответственно на внутренней поверхности кожуха с помощью соответствующих вспомогательных материалов, например клея и т.д.
После помещения по меньшей мере одного слоя в кожух компоненты сотовой структуры предлагается также соединять между собой неразъемными соединениями, предпочтительно соединять между собой пайкой по меньшей мере на отдельных участках. При использовании втулки, располагаемой между по меньшей мере одним слоем и кожухом, ее соединяют с кожухом на относительно небольших по размерам отдельных участках, а с по меньшей мере одним слоем соединяют пайкой предпочтительно по всей ее внутренней поверхности.
Ниже изобретение и необходимые для его реализации средства более подробно рассмотрены со ссылкой на прилагаемые чертежи. На этих чертежах отчасти показаны наиболее предпочтительные варианты осуществления изобретения, которые, однако, не ограничивают его объем. На прилагаемых к описанию чертежах, в частности, показано:
на фиг.1 - схема, иллюстрирующая способ изготовления предлагаемой в изобретении сотовой структуры, выполненной по одному из вариантов,
на фиг.2 - вид в продольном разрезе предлагаемой в изобретении сотовой структуры, выполненной еще по одному варианту,
на фиг.3 - вид с торца выполненной по одному из вариантов сотовой структуры, изготавливаемой предлагаемым в изобретении способом,
на фиг.4 - схематичный вид известных из уровня техники сотовых структур и
на фиг.5 - схематичный вид выполненных по различным вариантам предлагаемых в изобретении сотовых структур различной формы.
На фиг.1 показана схема, иллюстрирующая способ изготовления сотовой структуры 1 (не показана) со множеством расположенных в основном параллельно друг другу каналов 2, состоящей из по меньшей мере одного слоя 3, образованного по меньшей мере частично профилированными листами фольги 4, 5, а также из кожуха 6 (не показан).
Как показано в правой части на фиг.1, ленты фольги 4, 5 сматывают с рулонов 25, при этом ленту фольги 5 подают сначала в профилирующее устройство 24. В профилирующем устройстве 24 изначально гладкой сматываемой с рулона фольге придают профильную структуру с получением профилированной фольги 5. Ленты гладкой фольги 4, сматываемые с верхнего и нижнего рулонов 25, располагают по обе стороны профилированной фольги 5, пропуская все ленты фольги между двумя валками 23. Таким путем получают слой 3, состоящий из двух наружных лент гладкой фольги 4 и по меньшей мере одной расположенной между ними ленты по меньшей мере частично профилированной фольги 5. Валки 23 обеспечивают при этом подачу лент фольги 4, 5 к формующему инструменту 14. В отношении подачи лент фольги 4, 5 к формующему инструменту 14 следует отметить, что каждую ленту фольги 4, 5 предпочтительно сматывать со своего отдельного рулона 25 и пропускать между валками 23. Иными словами, при изготовлении слоя 3, состоящего из х листов профилированной фольги 5 и х+1 листов гладкой фольги 5, используют в общей сложности 2х+1 рулонов 25, сматываемые с которых ленты фольги 4, 5 одновременно и при необходимости непрерывно подаются в формующий инструмент 14.
Формующий инструмент 14 имеет держатель 21, с помощью которого удерживаемый им слой 3 из лент фольги позиционируется относительно формующего инструмента 14. Слой 3 располагается при этом относительно скручивающих стержней 16, соответственно полуформ 15, таким образом, чтобы в последующем его можно было простым путем свернуть в рулон. Полуформы 15, при этом разведены в противоположные стороны, а слой 3 проходит между ними.
По другую от держателя 21 сторону полуформ 15 предусмотрено отрезное устройство 22, которое позволяет отрезать фольгу 4, 5 заданной длины 18. В процессе отрезания фольги скручивающие стержни 16 предпочтительно подводить к слою 3 до контакта с ним с получением в результате еще одной точки его крепления. После отрезания фольги 4, 5 показанный на чертеже формующий инструмент 14, оснащенный своего рода поворотным столом, поворачивают в следующее положение, в результате чего пакет из лент фольги 4, 5 можно подавать в следующий держатель 21, соответственно в промежуток между следующими полуформами 15.
В показанной вверху чертежа части формующего инструмента 14 между полуформами находится уже отрезанный слой 3. В этом положении скручивающие стержни 16 контактируют с наружными листами гладкой фольги 4. При последующем проворачивании слоя 3 в обозначенных стрелками направлениях все концы 8 листов фольги 4, 5 прилегают к внутренней стороне 17 полуформ 15. При этом полуформы 15 можно еще и перемещать навстречу друг другу до их полного смыкания, после которого они в конечном итоге полностью охватывают слой 3. Окончательно согнутый слой 3 затем извлекают из полуформ 15 и помещают в кожух 6 (не показан). В завершение листы фольги 4, 5 неразъемно соединяют, например, пайкой между собой, соответственно с кожухом 6.
На фиг.2 схематично в продольном разрезе показана выполненная по одному из вариантов предлагаемая в изобретении сотовая структура 1 с кожухом 6 и множеством образованных листами фольги 4, 5 и расположенных в основном параллельно друг другу каналов 2. Между листами фольги 4, 5 и кожухом 6 расположена втулка 10. Сотовая структура 1 имеет протяженность 12. Кожух 6 выступает за торцы листов фольги 4, 5. При этом по меньшей мере 90% концов 8 (не показаны) листов фольги 4, 5 неразъемными соединениями соединены с зоной 11 втулки 10. Через эту втулку 10 листы фольги 4, 5 опосредованно соединены с частью 9 кожуха. Неразъемные соединения между втулкой 10 и кожухом 6 выполняют при этом на участке поверхности, который по своей протяженности короче зоны 11.
На фиг.3 в виде с торца показана выполненная еще по одному варианту предлагаемая в изобретении сотовая структура 1. Эта сотовая структура 1 состоит из множества слоев 3, образованных гладкими и полностью профилированными листами фольги 4, 5, образующими каналы 2. Все листы фольги 4, 5 прилегают своими концами 8 к внутренней поверхности 19 кожуха 6. После скручивания слоев 3 с образованием сотового элемента 1 на отдельном его участке 7 наружные листы гладкой фольги 4 непосредственно примыкают друг к другу. Скрученные вокруг двух точек 26 слои 3 имеют в сечении сотовой структуры, в частности, S-образную форму. После помещения слоев 3 в кожух 6 между этими компонентами сотовой структуры 1 выполняют неразъемные соединения, которые в показанном на чертеже примере расположены на торцевом наружном отдельном участке 20.
На фиг.4 показана схема, иллюстрирующая процесс изготовления известных сотовых элементов согласно уровню техники. При этом листы гладкой фольги 4 и листы профилированной фольги 5 с попеременным их чередованием объединяли в слои 3, в каждом из которых количество листов гладкой фольги 4 равно количеству листов гофрированной, соответственно профилированной, фольги 5 (т.е. отношение количества листов гладкой фольги к количеству листов профилированной фольги составляет 1:1). Как показано в правой части чертежа, после деформирования (скручивания) этих слоев 3 в сформированных из них сотовых элементах 27 образовались контактные участки 28, на которых части листов профилированной фольги прилегают друг к другу, соответственно расположены непосредственно рядом друг с другом. Подобное расположение листов профилированной фольги характерно прежде всего для сотовых структур, у которых слои из листов гладкой и профилированной фольги скручивали в рулон, придавая им в сечении сотовой структуры S-образную форму 13, и которые имели сравнительно малую протяженность 12. В результате, как показано на фиг.4, происходило сравнительно неравномерное образование каналов 2, что ухудшало эффективность подобного сотового элемента при его последующем применении в соответствии с его назначением. Предлагаемая же в изобретении сотовая структура 1 не имеет указанных недостатков.
На фиг.5 схематично показаны некоторые примеры форм 13, которые в сечении могут иметь различные предлагаемые в изобретении сотовые структуры 1. На этом чертеже показаны, в частности, следующие, перечисленные в порядке возрастания указанных на чертеже номеров формы 13: S-образная, W-образная, спиральная, Z-образная, U-образная, V-образная.
Предлагаемая в изобретении сотовая структура особо проста в изготовлении и обладает высокой постоянной эффективностью при ее последующем применении в системе выпуска ОГ, образующихся при работе ДВС, которыми оснащаются автомобили и иная подвижная и переносная техника. Предлагаемая в изобретении сотовая структура обладает прежде всего высокой выносливостью и пригодна для работы именно в экстремальных окружающих условиях, например в непосредственной близости от ДВС.