CN101248259B - 废气载送装置，特别是废气清洁装置的制作方法 - Google Patents

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Abstract

一种制作废气载送装置，特别是废气清洁装置的方法，采取的措施是，确定每一基材(10)的外部几何形状，并根据此外部几何形状制造具有合适几何形状的外罩(14)，而基材(10)连同补偿元件(12)一起被容纳和夹紧在此外罩中。

Description

废气载送装置,特别是废气清洁装置的制作方法
技术领域
本发明涉及一种制作废气载送装置，特别是废气清洁装置的方法，所有装置都具有外罩，所述外罩具有被夹紧在其中的嵌入件，所述嵌入件包括废气所流过的基材和围绕在所述基材周围的弹性补偿元件。
背景技术
代表本发明主旨的废气载送装置尤其是废气清洁装置例如催化转换器或柴油机粒子过滤器或其组合。这种装置包含对径向压力非常敏感的嵌入件，迄今为止，这些嵌入件主要是陶瓷基材，所述陶瓷基材让气体沿轴向流过它，并缠绕在弹性补偿元件(通常被称为衬垫)中。在轴向和侧向上主要通过径向夹紧把这些嵌入件夹持在所述外罩之中，同时，也可能是附加的支架，例如通过金属丝网圈。夹紧效果必须足够大，这样就不会在驱动操作中由于所述气体压力以及通过振动使所述嵌入件相对于所述外罩发生轴向位移。另一方面，所述径向压力(或更为概括地说，侧向向内作用的压力)不能太大而毁坏所述嵌入件，特别是毁坏对压力都很敏感的催化转换器基材或柴油机粒子过滤器基材。
迄今为止，一般通过所谓的包缠(wrapping)过程把所述嵌入件插入和夹紧在所述外罩中。通过围绕辊子或心轴弯曲而预制金属薄板壳。接着，由基材和衬垫组成的嵌入件被侧向推入预制的金属薄板壳；以控制力的方式把后者牢固地缠绕在嵌入件周围，最后通过焊接封闭所述壳体。此时，所述衬垫被压紧。
由于基材的尺寸(以及所述衬垫的尺寸)具有一定的制造公差，所以，该已知方法不是总能确保外罩中的嵌入件处于最佳夹紧状态。虽然具有特别小直径的基材可能不会被夹紧到足够的程度，但会发生的是，特别大的基材将会由于所述受压衬垫所施加的较大压力而被毁坏。
此外，设置在所述基材与所述外罩之间并用来提供压力补偿和持续的预加张力的衬垫在其压紧之后要经受一定的调节过程(松弛)，因此消除了由它给予所述基材的压力。外罩在已经被嵌入和夹紧之后的回弹效应也还具有最初施加在所述基材上的压力以及由此施加的夹紧力减小的效果。其次，在操作中降低了衬垫的夹持压力(比如，由老化所致)。
以压力受控或力受控的方式用迄今为止所描述的方法封闭外罩(理论上)可能在嵌入件夹紧操作期间补偿其尺寸公差。然而，在实践中，即使通过该手段补偿所述衬垫夹持力中的巨大变化这也几乎是不可能的。
JP2002-263764A描述了一种制作废气载送装置的方法，其中确定了基材的外径和衬垫的重量。由获取的数据确定实现均匀夹紧力所需的所述外罩的直径，并相应地适配所述外罩。
发明内容
本发明的目的是提供一种以最小的废品率将嵌入件足够安全地夹紧在外罩之中的方法。
这是通过以下方法步骤实现的：
a)确定所述基材特有的外部几何形状；
b)确定适合于所述基材各自外部几何形状的外罩，以实现相应地适合于所述嵌入件并施加在所述嵌入件上的所需夹紧力；
c)制作具有合适几何形状的外罩；和
d)将所述嵌入件安装并夹紧在外罩之中，以压力受控或力受控的方式进行所述外罩的封闭。
在迄今为止已知的方法中，总是采用统一的外罩，该外罩是弯曲的，以具有圆形形状并以力受控或压力受控的方式被封闭在所述嵌入件的周围。在所述压力受控的封闭过程中，所述嵌入件的尺寸公差会由于所述外罩稍进一步地封闭而部分地抵消。本发明采取另一途径，即在装配之前首先确定每一单个基材的外部几何形状，接着根据这一外部几何形状形成精确适合各自基材外部几何形状(包括用于所述衬垫的空间)的外罩。由基材和补偿元件组成的嵌入件然后被安装和夹紧在其单独制成的外罩之内。这样，所述受压衬垫的与面积相关的密度，以及因此由它施加的夹持压力经受明显较小的波动如同在前技术中的情况；这意味着，每一个嵌入件通过对其来说必需的夹持力而被夹紧。因而，可根据本发明的方法来减少所述基材上的负荷，并获得良好的耐久性。“外罩的合适几何形状”在文中指的是所 述外罩的形状和尺寸是专门定制出来的。根据本发明，采取的措施是，所述外罩的几何形状由所述基材的外部几何形状直接决定。为此，没有提供例如重量确定或重量计算这样的中间步骤。
在确定外罩几何形状时为了提高精度，除了确定所述基材的外部几何形状之外要优先确定所述补偿元件的单个重量。这是很方便的，因为由所述补偿元件施加的压力尤其取决于所述嵌入件的质量此外还取决于所述补偿元件的质量。
为了能够对即使是所述基材的最小的结构进行建模，优先通过递增变形制成所述外罩的合适几何形状。这对具有不圆的或多边的基材横截面是特别有利的。
如上所述，可以封闭外罩以便夹紧所述嵌入件。在此情况下，在封闭所述外罩之前确定封闭工艺的合适参数将是有利的。所述基材上的负荷因此可被保持地特别低。
封闭外罩的过程可以以压力受控或距离受控的方式实现。也可能是两种方法的组合。距离受控的封闭方法是特别方便的，由于已知所述基材的几何形状以及由此已知所述外罩的“目标几何形状”。
由于所述单独的形成工艺，所述外罩可以适合于几乎任何形状的基材，因此根据本发明可把所述方法特别方便地应用到基本上是柱状的并具有偏离圆形基面的基材。因而，可以考虑特别是非圆形的轮廓比如椭圆形或所谓的三角椭圆形(三角椭圆形＝具有圆角的基本上三角形形状)截面。根据本发明所述方法允许限定的非均匀的或作为指标的表面压力，尤其是具有这种非圆形的端面可产生较少数量的废品和更好的耐久性。这样，具有椭圆形截面的基材有可能在具有较大半径的区域中实现较高的夹持压力，如同具有仅仅被缠绕在椭圆形基材周围的预制圆形的或预先圆形化的外罩那样。同时，在具有较小半径的区域内避免了由于所述回弹效应而在传统方法中发生的局部压力峰值。这样，在基材上实现了较小的负荷。
确定各个外部几何形状的特别简单的做法是测量所述基材。
根据优选实施例，为所述嵌入件确定的数据馈送给控制单元，而在该控制单元中建立相关外罩各自的几何形状。通过与所述测量装置耦接，优选以全自动方式把所有数据输入控制单元。所述控制单元然后确定经过定制的几何形状。同时，所述控制单元可与形成所述外罩的工具耦接以获得 所希望的几何形状。
根据本发明由所述方法制作的装置是根据所述优选实施例的一种废气催化器、一种柴油机粒子过滤器，或者二者的组合。每种情况下都设置压力敏感型的基材作为所述嵌入件的芯体。
特别是，所述外罩配置成一种金属薄板壳。
除了以上所述的包缠过程之外，根据本发明可把所述方法应用到制作废气载送装置的所有方法和依赖于金属薄板壳的所有方法。除包缠之外，当达到预定内部尺寸时，也可能是所谓的校准时，预制的金属薄板部件被包缠在所述嵌入件周围并随后在其边缘固定和封闭。此时，压力从外部施加在预制封闭管周围以使其塑性变形并使其压靠所述嵌入件。
第三种方法提供了一种外罩，所述外罩由被压靠所述嵌入件并随后被彼此紧固的多个壳体构成。
第四实施例提供了一种所谓的夯实方法。在此，制成了封闭的柱状外罩，其内部几何形状已适合于所述嵌入件外部几何形状。此后，把所述嵌入件从前侧嵌入所述外罩。
附图说明
从以下借助于附图的描述中本发明其他的一些特征和优点将会显而易见，其中：
图1是穿过呈现废气清洁装置形式并根据本发明制作的装置的纵向剖面视图；
图2是表示在根据本发明所述方法中使用的测量装置和工具的示意图；
图3是根据本发明的所述方法制作的具有包缠外罩的装置的前视图；
图4是根据本发明在所述方法中使用的校准工具的局部剖切透视图；
图5是根据本发明的所述方法制作的具有由壳体组成的外罩的装置的前视图；和
图6是表示根据本发明在所述方法中使用的夯实工艺的原理图。
具体实施方式
图1图示一种呈现车用废气清洁装置形式并容纳在机动车中的废气载送装置。所述车用废气清洁装置是一种废气催化器，或是一种柴油机粒子过滤器，或是二者的组合。
所述废气清洁装置的芯件是细长的柱状基材10，它包括比如陶瓷基材或一种被包缠的、波纹状的板或其他带有或不带涂层的催化载体或过滤材料。基材10可具有圆筒状横截面或非圆形横截面。为简化图示，在各图中示出圆筒状横截面。所述基材被衬垫12围绕，其中衬垫12用作基材10与外罩14之间的弹性补偿元件。外罩14设计成具有很小的壁厚，特别是它由金属薄板制成。在上游和下游位置处，入口漏斗16和出口漏斗分别与外罩14连接。
基材10与衬垫12形成预制单元。
在操作中，废气流过端面处的入口漏斗16进入基材10并最终带着少量有害物质在相对端面处离开基材10以经过出口漏斗离开所述清洁装置。
下面将通过图2和3解释清洁装置的制造。图2表示各种测量台，在此，根据各自合适的外罩用所述测量台确定要被安装的(即，基材10和衬垫12的)每一个嵌入件的特性以获得所述嵌入件在外罩14之内的优化夹紧力。
测量台经由控制单元20耦接到制作外罩14和把所述嵌入件安装和夹紧在外罩14中的工具。以下要说明的工作台以制作方法的优选顺序进行描述。
在第一测量装置中，通过无接触测量传感器22优先确定基材10外部几何形状(形状和外部尺寸，特别是周边)。测量传感器22与控制单元20连接，其中控制单元20存放为基材10获取的各测量数值。
接着，在量秤24上确定衬垫12的重量，该量秤24同样耦接于控制单元20。此时，获取的数据也存放在控制单元20之中。
依据已确定的要被安装的嵌入件(构成基材10和衬垫12)的数据，控制单元20确定所述外罩的几何形状(优先考虑设置因素和配装衬垫12的贴合性)，其中所述外罩的几何形状适合于至少基材10各自的外部几何形状，这可以通过计算或通过与存放在控制单元20之中的相关矩阵对比而实现。所述各自几何形状的目标是实现所希望的夹紧力，其中所述夹紧力是要施加的并各自适合于所述嵌入件的夹紧力。
除了以上所述的数据之外，当然也可能在计算所述罩体外部几何形状期间计算所述各自嵌入件的另外一些数据，比方诸如基材10的重量。
在下一步骤中，已确定的具有合适几何形状的外罩14是通过递增变形制作(见26处)的。这可例如通过在心轴或辊子周围弯曲来实现；不过，在此工艺中，弯曲辊子必须具有很小的尺寸，以使可以产生必需的微小变形。
最后，用所谓的包缠方法(见28处)把由基材10和衬垫12预制成的嵌入件与其经过定制的外罩14组装在一起。为此，预制成的外罩14稍微张开而所述嵌入件沿侧向嵌入外罩14。通过搭接的边30、32以压力受控和距离受控的方式封闭外罩14，其中搭接的边30、32被重叠到一定程度，这样外罩14的尺寸等于早先确定的数值。封闭工艺借助适当参数(压力、距离)来实现，这些参数早先在控制单元20之中已确定并适合于各自的基材10或外罩14。作为下一步骤，各搭接边彼此焊接，或者压接或钎焊接合。成品图示于图3中。
除了包缠外罩14之外，组装也可以通过所谓校准而实现。相应的校准装置示于图4之中。此装置具有大量沿径向可动的卡爪34，卡爪34具圆形扇段形状并能够彼此相向移动以限定一个环圈。圆筒状的、管式的外罩14(其中沿轴向插入所述嵌入件)被插进由卡爪34圈成的工作空间内部。接着，卡爪34沿径向向内移动，同时利用早先在控制单元20中确定的与外罩14相关的几何形状数值。这意味着，先前由控制单元20确定的所希望的外罩14尺寸是通过以距离受控的方式移动卡爪34而获得的，卡爪34的移动同时伴随着预先沿周向被封闭并预制成具有相应较大直径的外罩14塑性变形。
除了示于图4中的卡爪34以外，也可以通过按预定的行走距离侧向压靠所述外罩(所述嵌入件已被插入其中)然后被旋转的辊子来完成校准。在这种情况下，也可能是一种所谓的旋压工艺，其中外罩14(其中布置有所述嵌入件)通过预定的行走距离被推靠于一个单独的辊子并随后在所述辊子和装有所述嵌入件的外罩之间发生相对转动，以致所述辊子沿周向压入所述外罩并在向内方向上使其发生塑性变形。
示于图5中的实施例采用彼此嵌入的两个或多个壳体36、38。同样在此情况下，壳体36、38是以距离受控、压力受控或力受控的方法彼此嵌入的，直至所述内部各尺寸等于确定的尺寸为止。壳体36、38彼此被比如焊接、压接或钎焊接合。当然，起初可以此方式制成壳体36、38这样它们具有所希望的最终尺寸，类似于结合图6所述的情况。
图6表示所谓的夯实工艺。在所述测量装置中，确定了所述外罩的所希望的尺寸。接着，以所期望的目标直径和对应的形状制成柱状的、管形外罩14。这是比如依靠辊压来实现的。然后，所述嵌入件被轴向地推入选定的外罩14。在此，当然，已经备好相应的漏斗状的器具。作为制作具有所需尺寸的外罩的另一种方案，也可能从具有不同直径的一些预制外罩中选定正好适合所述尺寸的一个。
应当着重指出，图示的方法并不是打算用于制作单独的催化器或柴油机粒子过滤器的实验目的。相反，此方法打算用于成批生产，在所述成批生产中每一个基材和其衬垫一起接收其定制后的外罩。所述方法可使所制作的装置质量更好而装置的投资更少。

Claims (14)

1.一种制作废气载送装置的方法，其中每一所述废气载送装置具有嵌入件夹紧于其中的外罩(14)，所述嵌入件包括废气流经的基材(10)、以及围绕所述基材(10)的弹性补偿元件(12)，其特征在于包括以下步骤：
a)确定所述基材(10)的特定外部几何形状；
b)确定适配于所述基材(10)特定外部几何形状的所述外罩(14)的几何形状，以实现相应地适合于所述嵌入件并施加在所述嵌入件上的所需夹紧力；
c)制作具有步骤b)中所确定的适配几何形状的所述外罩(14)；
d)将所述嵌入件嵌入步骤c)中所制作的所述外罩(14)中；以及
e)把步骤d)中所嵌入的所述嵌入件安装并夹紧在所述外罩(14)中，以压力受控或力受控的方式进行所述外罩(14)的封闭。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述废气载送装置是废气清洁装置。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，除了确定所述基材(10)外部几何形状之外，还确定所述补偿元件(12)的相应重量。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，通过递增变形形成所述外罩(14)的适配几何形状。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，在封闭所述外罩(14)之前确定用于封闭工艺的适当参数。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，以距离受控或几何形状受控的方法封闭所述外罩(14)。
7.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，所述基材(10)基本上呈柱状并具有偏离圆形的基面。
8.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，对所述基材(10)进行测量以确定特定外部几何形状。
9.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，为所述嵌入件确定的数据被输入控制单元(20)，并在所述控制单元(20)中建立相应外罩(14)的特定几何形状。
10.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，所述废气载送装置是废气催化器或柴油机颗粒过滤器或它们的组合。
11.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，把金属薄板外罩用作所述外罩(14)。
12.根据权利要求1-3中任何一项所述的方法，其特征在于，所述步骤e)是通过校准过程执行的，在所述校准过程中使所述外罩(14)压靠于所述嵌入件。
13.根据权利要求1-3中任何一项所述的方法，其特征在于，所述外罩(14)由压靠于所述嵌入件并被彼此紧固连接的多个壳体(36、38)组成。
14.根据权利要求1-3中任何一项所述的方法，其特征在于，所述嵌入件被夯进具有适配几何形状的预制柱状外罩(14)内。
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