CN101137825B - 废气处理设备的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种制造废气处理设备的方法，该废气处理设备特别地为汽车排放控制设备。根据所述方法，在例如包括基体(10)和支撑衬垫(12)的插入物被夹在外壳(14)中的合适位置之前，检测该插入物特有的弹性。为了检测，在检测站中从外侧对插入物施加压力。所述方法包括：a)通过在每个插入物的外周施加低于额定压力的向内作用的预定压力而使所述插入物向内预定地变形，b)基于施加所述预定压力时的变形而外推出每个插入物为了达到所述额定压力所必需的额定变形，c)将所述插入物安装在外壳中，所述外壳的内部尺寸相应于所述插入物发生所述额定变形后的外部尺寸。

Description

废气处理设备的制造方法

技术领域

本发明涉及一种废气处理设备的制造方法，所述废气处理设备特别是排放控制设备，每个所述设备包括其中适当夹有插入物的外壳。

背景技术

本发明涉及的废气处理设备例如是消音器，特别是排放控制设备，例如催化器和柴油机颗粒过滤器。

容纳在这些设备内的是插入物，这些插入物对于径向压力高度敏感，这些插入物主要包括由弹性补偿元件(例如为衬垫形式)包绕的陶瓷基体。这些插入物在可能时在轴向和横向(laterally)上都简单地通过在径向上被适当夹紧而保持在合适位置，从而夹紧效果必需足够，使得插入物不会由于气体压力以及车辆运行中的振动而相对于外壳在轴向上移出合适位置。另一方面，径向压力当然不必太大而使得插入物损坏，特别是造成对于压力载荷敏感的催化器或柴油机颗粒过滤器的基体损坏。除了这些，还需要将插入物设计为具有减小的质量，使得它们在车辆运行时更快地达到所需的温度。这种基体例如构造为涂有催化剂材料的波纹板类型的基础结构的形式。

迄今为止，以如下方式将插入物装入并夹在外壳中的合适位置，即罐装，通过将金属片护套包绕插入物、插入管道中，随后进行校准或者不进行校准，或者随后将壳封闭或不封闭。但是当对插入物施加过大的力时，插入物也就是说催化器的基体可能会损坏。

在制造排放控制设备中一个主要的困难在于设置在基体和外壳之间的弹性补偿元件通常设置为确保永久偏置的压力补偿的支撑衬垫。然而，该支撑衬垫的缺点在于，在其受压后，其会有一定的下陷(松弛)，导致因此传递到基体的压力也减小。在插入和夹紧在合适位置后，外壳的回弹和弹性回复也导致起初施加到基体上的压力与因而所施加的夹紧力减小。除此以外，在工作时将支撑衬垫保持在合适位置的压力减小(例如由于老化)导致起初的压力需要增大得更多，以确保稍后基体在外壳中可靠地夹在合适位置，张紧各个基体从而限制了其稳定性。

发明内容

本发明的目的是提供一种方法，该方法即使对于压力高度敏感的插入物也能确保它们可靠地夹在外壳中的合适位置并且具有最小的废品率。

这通过该方法的下列步骤实现：首先通过在每个插入物的外周上施加压力使其向内预定地变形，然后根据测得的值确定每个插入物的为了达到额定压力所必需的额定变形，然后将所述插入物安装在外壳中，所述外壳的内部尺寸相应于插入物在额定变形时测得的外部尺寸。

在迄今为止已知的方法中，外壳通过总是保持恒定的预定力达到的预定位移而被塑性变形，而与正在安装的插入物的载荷能力无关。现在，本发明采取不同的方法，其中首先确定插入物压缩特别是支撑衬垫的压缩，以便随后使外壳适应于为了达到期望的压缩所必需的夹紧力。换言之，定向为横向向内的力并由此产生的相应的压力现在施加在每个插入物上。

根据本发明的第一实施方式，提供了在每个插入物的外周施加向内作用的预定压力，并且通过至少达到预定压力时测量的插入物的弹性变形来确定额定变形。换言之，施加增大的压力，并且同时检测插入物在施加有该压力的时候弹性变形到何种程度。由于弹性变形对于所涉及的插入物是特定的，检测针对每个插入物的一组不同的变形值。额定变形并且与之相关的额定压力能够以两种不同的方式确定，依据要求的保持压力的预定压力或多或少地低于使得插入物塑性变形并因而损坏的压力值。

用于确定额定变形的第一变化形式提供了，以额定压力对插入物加压，以便然后确定基体的所谓的“偏离”，即在达到额定压力时候的插入物的额定变形以及插入物的外部尺寸。

在确定了特定的插入物的额定变形之后，无需过分复杂就能够确定待安装的外壳的相应的内部尺寸。

在本方法最后的步骤中，外壳安装在预制的组件上，其中外壳的内部尺寸相应于插入物的在形成了额定变形时的外部尺寸。换言之，通过施加压力的测量设备，模拟外壳的以后的压力，并且接着才根据测量值合适地制造或者选择外壳。

根据第二特别优选的用于确定额定变形的变化形式，预定施加的压力低于额定压力和额定变形。达到额定压力所需的额定变形在控制器中计算。这通过在施加压力时所检测的插入物的变形外推而获得额定变形。以此方式，能够通过连续增加的压力检测变形，或者作为替代，当然也能够在少数几个已知的压力值处检测变形以便对结果进行外推。

具体地，本发明提供了一种制造废气处理设备的方法，每个所述设备包括其中适当地夹有插入物的外壳，所述方法包括下列步骤：

a)通过在每个插入物的外周施加低于额定压力的向内作用的预定压力而使所述插入物向内预定地变形，

b)基于施加所述预定压力时的变形而外推出每个插入物为了达到所述额定压力所必需的额定变形，

c)将所述插入物安装在外壳中，所述外壳的内部尺寸相应于所述插入物发生所述额定变形后的外部尺寸。

其中施加的压力优选地明显低于额定压力的变化形式与前述方法(插入物已经承受额定压力)相比具有如下优点：避免或者至少限制了由于支撑衬垫重复挤压带来的压力损失。就此而言同样能够确定，衬垫每次受到挤压时会产生某种下陷、也就是塑性变形，从而由衬垫所施加的保持压力也减小。如果支撑衬垫在外壳被安装之前承受额定压力时(如果需要，甚至多次)，并且在此情形下确定额定变形，那么在这种情况下不再能够保证稍后将插入物可靠地夹紧在外壳中，正好处于额定变形，因为衬垫保持的压力已经由于重复挤压而减小。此外类似的压力损失也会发生，当为了补偿外壳可能的“回弹”衬垫受到“过分挤压”时，换言之，超出额定压力的挤压，然而当在插入件上施加明显低于额定压力的压力时，其正好足以允许以足够的精度来外推压力/变形特性的(其它)曲线，如上所述结果能够避免，或者至少极大地减小。

作为在插入物上施加预定压力并检测得到的变形的替代形式，下面的情况也是可能的，通过施加向内作用的压力，所述插入物产生预定的变形，并且通过在所述插入物上测量为了达到预定变形所需的压力来确定额定变形。该预定变形可以是某一大小的变形(即可在一定极限内变化的任何插入物的直径减小一个恒定的预定值)，或者其可以是到预定值的变形，即预定直径。在此情形中检测该压力当然应该被理解为检测所需压力——例如通过测压元件，由此压力的直接读数能够被确认(考虑测压元件的表面区域)。

在本发明特别优选的实施方式中还提供了，预定施加的变形低于额定变形并且基于在预定变形时所施加的压力外推额定变形。由此，对于所涉及的特定的插入物，被选定为尽可能低的预定变形有利地刚好足以实现足够精确的压力变形的外推，一方面防止敏感的插入物损坏，另一方面避免或者至少限制了由于支撑衬垫的重复挤压而引起的压力的损失，这一点在结合压力控制方法时已经解释过。为了确定待获得的变形，能够使用多个参数，尤其要考虑支撑衬垫的挤压。例如当具有圆形截面的插入物变形到预定直径时，该直径能够从基体直径和未压缩的衬垫的厚度的两倍的总和减去用于一组所有部件有效的常数而算得。

为了进一步优化随后插入物在外壳中的合适位置的夹紧，在外推时可以考虑其它参数，特别地涉及例如包绕的外壳、在外壳封闭或者膨胀后外壳的回弹(这里考虑到预制的圆柱外壳，其中插入有插入物)。但是补偿元件的绝热效应随着压缩而变化，从而需要考虑。而且有利地考虑外壳的形状随着温度变化而变化(在排放控制设备的运行中不可避免)；特别是具有不圆的截面而易于“变成圆的”直外壳。当为了所涉及的插入物而改变外壳的尺寸考虑到该趋势时例如通过度量有点长的椭圆外壳，能够在较小半径的区域避免压力集中。以此方式，基体受压更小，因而废品率更小，并延长了耐久性。

如上已经解释，优选地，插入物是预制的插入物，其具有可透气的基体和环绕基体的外周的弹性补偿元件、优选是支撑衬垫。

根据本发明的方法制造的设备是根据一个优选实施方式的废气催化器、柴油机颗粒过滤器，都设置有不稳定的基体作为插入物的核心。

施加在插入物上的压力通常定向为径向向内，这当然取决于外壳的形状，正如所指出的那样，其截面并不必需是规则的圆柱体，而可以是不圆的。

尽管技术上可以实现只有一个压力钳向插入物施加预定压力，优选地至少三个压力钳设置为相对于插入物移动。

设置有至少一个检测点，用于确定位移和/或所施加的压力，位移是相应的压力钳刚接触插入物直到施加期望的预定压力时行进的距离。通过该位移，确定外壳的内径。作为替代形式，如上已经解释，位移能够被限定，该位移限定插入物的变形以及此处检测到的相应压力。

外壳特别地制造为金属片壳体。

根据本发明的方法能够应用到迄今为止用于制造废气处理设备的所有已知的方法。

第一方法是所谓的包绕方法，其中一片金属片包绕着插入物缠绕，然后一旦得到内部尺寸就在其边缘处固定并密封。

第二方法是校准，其中预制管道在其圆周上被从外部挤压，以便该预制管塑性变形并压住插入物。

第三方法包括由多个壳制成的外壳，所述壳压靠住插入物并彼此固定。

第四实施方式提供所谓的塞子方法，其中多个圆柱形壳体预制为具有不同内部尺寸。在使用具有相应尺寸的壳体以将插入物插入到壳体中之前，在该方法的第三步中壳体的内部尺寸首先按照期望压力所需要的大小形成。作为替代形式，壳体能够单独地以定制的方式制造，其具有由压力和位移检测以及计算所建立的最优直径。

根据本发明的方法特别针对于如下插入物，其被施加最大7巴的额定压力，优选地甚至小于3.9巴。

附图说明

从下面的描述并结合附图可明白本发明其它特征和优点，其中：

图1是根据本发明制造的排放控制设备的形式的设备的纵向剖视图；

图2是根据本发明的方法中使用的检测工具的示意图；

图3是用于表征根据本发明的方法特征的压力/位移图；

图4是示出根据本发明的方法中采用的校准工具的部分剖视立体图；

图5是根据本发明的方法制造的设备的端视图，其中示出外壳被包绕起来；

图6是根据本发明制造的方法制造的设备的端视图，其中示出外壳的壳层；和

图7是在根据本发明的方法中可替代应用的塞子的草图。

具体实施方式

现在参照图1，示出了形式为排放控制设备的汽车废气处理设备。排放控制设备是废气催化器或者柴油机颗粒过滤器或者是二者的组合。

排放控制设备的核心是长形圆柱基体10，其包括例如陶瓷基体或一种包绕的波纹板或者一些其它具有或不具有涂层的催化器基体材料或过滤材料。基体10可具有常规的圆柱形截面或非圆形截面，仅仅出于简化解释的原因，图中示出为常规的圆柱形截面。基体由支撑衬垫12环绕，用作基体10和外壳14之间的弹性补偿元件。外壳14制造成非常薄的壁并且特别是由金属片制成。连接在外壳14的上游和下游的分别是入流管16和出流管18。

基体10与支撑衬垫12一起形成预制组件，下面称为插入物。

工作时，废气在一端经过入流管16流入基体10并在另一端流经排放控制设备的出流管18离开基体10，从而具有很少的有毒成分。

现在将参照图2至4解释排放控制设备的制造。

现在参照图2，示出了用于在罐装前——即将插入物安装到外壳14中前在大规模制造中确定每个插入物的弹性的测量设备。为此目的，插入物被插入在测量设备中并由至少一个压力钳20以增大的压力向内径向挤压，优选地周向上设置三个压力钳。耦联到压力钳20的是测压元件22，其连续地检测所施加的力F。通过力F，还能够确定向内作用在插入物外周上的压力。

施加到插入物的力F连续地增加，直到达到预定压力。在压力钳20作用期间，还平行于压力连续地检测位移。例如，从刚接触支撑衬垫12直到压力钳20作用达到预定压力，检测位移X。由此方式，预定压力能够是与额定变形相对应的额定压力，插入物将在这个额定压力下被夹在外壳14中的合适位置。

然而，优选地，如上已经所述，在远低于额定压力p_s时检测停止，并且压力钳作用直至达到给定的较低预定压力p₀，以从所检测的参数外推位移X_A(从而获得必需的额定变形)，以实现额定压力p_s。为此目的，测量设备耦联到相应的控制器24。

现在参照图3，示意性地示出了施加在插入物上的压力p随着(实际的或者外推的)位移X变化的曲线，如上已经所述，由压力钳20施加在插入物上的压力仅为对应于压力钳20的位移X₀的压力p₀。该值p₀预先根据用作插入物的材料确定，并且对于一组的所有部件为常数。在压力钳20作用时，根据位移X的多个针对压力p所获得的值被传送到控制器24，其从这些对于每个插入物特有的测得的值，能够外推每个插入物的压力位移特性的进一步的曲线轮廓，同时考虑外壳14的稍后的回弹以及其它参数，并因此额定压力p_s(所计算的)增大了一个量Δp。以此方式，获得与位移X_A相对应的待施加到外壳14的压力p_A。该位移X_A限定了外壳14的额定变形。

为了外推压力/位移特性，代替压力p₀，压力钳20的位移X₀也能够限定为用于所涉及的一组的常数值。在这种情况下，在作用压力钳20时，检测随着位移X变化的压力p并将其传送到控制器。

在释放压力钳20时，插入物从测量设备取下并被插入到另一设备中，其随后被插入到外壳14中。

现在参照图4，示出了例如校准器的设备的一个实施例。其包括多个能够径向地封闭成圆环的圆形分段的钳26。插入物轴向插入到常规的圆柱形管状外壳14中，外壳14随后插入到由钳26限定的工作空间中。钳26随后径向向内运动，考虑到存储在控制器24中的位移X_A的值，这意味着已经由控制器24之前形成的插入物的期望的外部尺寸通过钳26的受控的位移以及外壳14同时塑性变形而获得。当然，其先决条件是插入物定位在外壳14中，或者实际上具有零间隙或者间隙被考虑为变形。因此由塑性变形的外壳14施加在插入物上的压力相应于额定压力p_s(在进行回弹之后)。

代替图4中示出的钳26，校准也能够通过辊子进行，所述辊子被迫压抵靠设有插入物的外壳转动，具有横向预定的位移X_A。在此方面还可能的是，设有插入物的外壳14抵靠单个辊子相对地移动了预定位移X_A，然后相对于包括插入物的外壳转动辊子，从而辊子被周向地迫压到外壳中，以使其塑性变形了位移X_A。

现在参照图5，示出了除了校准之外，可以包绕外壳14，简单地示出了制成品。在这种情况下，一条金属片被包绕在插入物上，这条金属片然后形成外壳14。重叠的边缘30、32被焊接到一起，即在已经套入到一定程度后进行焊接，此时得到的外壳14内部的内部尺寸相当于如前所述由测量设备测得的插入物的外部尺寸。在此实施例中，在支撑衬垫12的外部以额定压力挤压的插入物的外径D的外部尺寸和内部尺寸按需地减小，减小量对应于值Δp，以补偿焊接的外壳14的回弹。

也是以包绕方式，用于外壳14的金属片以受控的位移变形。

现在参照图6，示出通过两个或多个嵌套的壳34、36工作的实施方式。这里，壳34、36以受控的位移嵌套，直到内部尺寸对应于插入物的外部尺寸(在此情形中为外径D)。壳34、36然后例如熔焊、缝合或者钎焊到一起，这里再次考虑补偿回弹或膨胀。

现在参照图7，示意性地示出了所谓的塞子。在测量设备中，测得插入物的额定外径。然后，圆柱形管状外壳14构造为具有所需的直径。该校准操作能够在一个或多个工作步骤中或者在连续操作中(例如滚轧)进行，此后插入物被轴向地插入到选定的外壳14中，当然使用相应的锥形漏斗方法以径向预压缩。在插入期间外壳14的膨胀(张开)得以补偿，类似于在确定额定变形时描述回弹的过程。

通过上述方法，非常脆弱的基体10现在能够在最大7巴或优选地甚至低于3.9巴的额定压力下安全地安装。

需要强调的是，所述方法不是仅用于制造单个催化器或柴油机颗粒过滤器的测试目的，而是特别地用于大规模制造，其中对每个或每一个基体连同支撑衬垫或者相应的插入物进行预先加压并检测。

Claims (18)

1.一种制造废气处理设备的方法，每个所述设备包括其中适当地夹有插入物的外壳，所述方法的特征在于下列步骤：

a)通过在每个插入物的外周施加低于额定压力的向内作用的预定压力而使所述插入物向内预定地变形，

b)基于施加所述预定压力时的变形而外推出每个插入物为了达到所述额定压力所必需的额定变形，

c)将所述插入物安装在外壳(14)中，所述外壳的内部尺寸相应于所述插入物发生所述额定变形后的外部尺寸(D)。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述废气处理设备为排放控制设备。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在外推时考虑下列参数中的至少一个：壳体的回弹、壳体的膨胀、壳体的形状随温度变化的变化。

4.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述插入物是预制的插入物，其具有可透气的基体(10)和环绕所述基体(10)的外周的弹性补偿元件。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，在外推时考虑下列参数中的至少一个：壳体的回弹、壳体的膨胀、壳体的形状随温度变化的变化、补偿元件的绝热效应随压缩发生的变化。

6.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述设备是废气催化器或柴油机颗粒过滤器或者二者的组合。

7.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，施加在所述插入物上的压力为径向向内的。

8.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，至少一个压力钳(20)相对于所述插入物运动，以便在测量设备中的插入物上施加向内作用的预定压力。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，至少三个压力钳(20)相对于所述插入物运动，以便在测量设备中的插入物上施加向内作用的预定压力。

10.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述外壳(14)的几何形状以位移受控的方式变化使得所述外壳(14)以所述额定压力夹住外壳(14)中的插入物。

11.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，金属片壳体用作所述外壳(14)。

12.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述外壳(14)通过包绕所述插入物而形成。

13.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述外壳(14)通过校准被压靠于所述插入物。

14.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述外壳(14)包括多个壳(34、36)，其压靠住所述插入物并彼此固定。

15.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，将所述插入物插入到预制的圆柱形外壳(14)中，所述外壳的内部尺寸相应于测得的所述插入物的所述外部尺寸。

16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述外壳被校准到期望的直径。

17.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，施加在所述插入物上的额定压力最大为7巴。

18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，施加在所述插入物上的额定压力最大为3.9巴。

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