CN1246079A - 制造蜂窝体的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

建议一种用于制造一种蜂窝体的方法,这种蜂窝体具有许多可流过一种流体的通道,这些通道由许多至少局部具有特定结构的金属板构成,在这种方法中,由许多至少局部具有特定结构的金属板形成至少一板迭。将该板迭放入一模具,并由一在板迭中心区域的缠绕装置保持在模具内。然后对板迭进行缠绕,直到板迭达到一预定的环绕度。至少在缠绕过程中保持一种在中心区域形成的构造,这种构造具有彼此相对的金属板结构。

Description

制造蜂窝体的方法和装置
本发明涉及一种制造蜂窝体，特别是一种催化剂载体的方法，这种蜂窝体包括至少一迭金属板，这些金属板至少部分具有特定结构，本发明还涉及一种用于制造这种蜂窝体的装置。
催化剂载体用于减少排气，特别是动力机器的排气中的有害物质，其可以构造成一种金属蜂窝体的形式。这种蜂窝体包括一迭至少局部具有特定结构的金属板。US-A4923109描述了一种蜂窝体，其具有一迭至少局部具有特定结构的金属板，这些金属板沿相反的方向彼此环绕并围绕着一中心区域。
从DE19521685中得知一种制造这种蜂窝体的方法。该方法建议，首先由若干至少局部具有特定结构的金属板层形成一迭，然后由该其放入一由与所制造的蜂窝体相对应的模具段构成的开式模具内，并由一缠绕装置保持在中心区域。然后将该迭沿一旋转方向环绕，当达到一预定的环绕程度后，模具段逆着缠绕装置的旋转方向偏转，使模具封闭。
从DE19522327中得知一种制造一蜂窝体的方法，这种蜂窝体具有许多供一种流体流过的通道，该通道由若干至少局部具有特定结构的金属板层构成。这种方法特别适用于制造一种通过WO90/03220公知的蜂窝体。这种蜂窝体具有至少三迭金属板，其中至少有三个金属板迭分别绕一相应的弯曲线在蜂窝体的中心区域折叠，在折叠状态下，彼此同向环绕，并绕具有该弯曲线的中心区域环绕。按照DE19522327A1，通过分别绕一弯曲线折叠各迭金属板来制造这种蜂窝体。将这样折叠的金属板迭放入一模具中各金属板迭通过一缠绕装置保持在一中心区域。缠绕装置具有缠绕芯轴，其在各弯曲线的范围内与弯曲的金属板迭接合。通过缠绕芯轴绕一中心轴的旋转，各金属板迭同方向环绕。
从WO94/01661中得知一种蜂窝体，其仅由少量的金属板构成，其结构适合于将至少一条细长电导线集成在金属板层中的一层内，或者金属板层中的一层设计成细长的绝缘电导体。为了制造这种由至少局部具有特定结构的金属板层构成的金属蜂窝体，WO94/01661建议，由少量至少局部具有特定结构的金属板条制成一空心锥体。该空心锥体或圆环在至少三条线上从外向内变形，因此，不仅在一外环区域内，而且在一内环区域内形成许多相应的折返线。通过在内折返线与外折返线之间延伸的回线的旋转缠绕对这种相当于星状或玫瑰状的具有回线的构形进行缠绕。
已经发现，在制成的蜂窝体的宏观结构中出现局部的缺陷，这种缺陷影响了蜂窝体的质量。在用同一台机器连续地生产若干蜂窝体时，这种缺陷无规律地出现。这就要求生产蜂窝体时要有特殊的措施来保证质量。
因此，本发明的基本任务是提供一种方法，通过该方法改善所制造的蜂窝体的质量。本发明的另一目标是提供一种生产很多蜂窝体的方法，通过这种方法可以简化质量保证的措施。本发明的再一个目标是提供一种用于制造蜂窝体的装置，用这种装置可以制造出质量改善了的蜂窝体。
按照本发明，建议一种用于制造一种蜂窝体的方法，这种蜂窝体具有许多可流过一种流体的通道，这些通道由许多至少局部具有特定结构的金属板构成，在这种方法中，由许多至少局部具有特定结构的金属板形成至少一金属板迭。将该板迭放入一模具，并由一在板迭中心区域的可绕一轴旋转的缠绕装置保持在模具内。然后对放入模具内的板迭进行缠绕，直到板迭达到一预定的环绕度，其中至少在缠绕过程中保持一种在中心区域形成的构造，这种构造具有彼此相对的金属板构形。本发明的这种实施形式保证了在板迭的中心区域不出现构形的相对运动，从而制造出质量一致的蜂窝体。优选从这种带有相对构形的金属板的构造在板迭的中心区域形成开始就将该构造保持在中心区域。对于板迭绕一折叠线折叠的蜂窝体，板迭在中心区域，即，在折叠线区域的宏观构造被认为是这种构造。
优选的是，所述构造设置在板迭的中心区域。也可以根据经验在板迭的中心区域找出一种导致质量特别有利的构造。
正如前面所指出的，蜂窝体可能在宏观上具有缺陷。这种缺陷涉及由至少局部具有特定结构的金属板构成的通道壁的变形。这种变形特别与蜂窝体具有较硬构形的区域相邻。为了避免在这种较硬的区域内的通道壁的变形，建议板迭由具有波峰和波谷的金属型板与平金属板交替分布而形成，其中一金属型板的波峰基本上位于相邻的金属型板的两波谷之间。这样的板迭的刚性较小。通过一个或若干板迭的环绕，相邻金属板之间的构形发生了相对移动。这样，在蜂窝体的横截面上出现了刚度可能较大的区域，将这种区域作为中心区域。然而，这种较硬的区域并没有明显到，或者说硬到使这些区域的相邻区域内的构成通道壁的构形变形。这种具有一较软的中心区域的板迭的设计特别适合于制造直径小，或者说环绕度小的蜂窝体。
如果一板迭的中心区域内的构造较软，则足以避免蜂窝体的横截面上的较硬的区域。也可以这样来设计一板迭，使垂直于所述构形纵向的板迭的刚度整个相同。为此建议，金属型板具有以恒定的波长反复出现的波峰和波谷。在金属型板的折衷实施方式中建议，金属板在形成板迭之前先分割成金属板带，其中金属板的长度为波长的整数倍。通过金属板的折衷长度分割，使得在形成金属型板时能够使一金属型板的波峰基本上位于一相邻金属型板的两波谷之间。
替代一种在中心区域具有刚度较小的构造的板迭，建议在板迭中心区域的构造具有较大的刚度。为此，使具有波峰和波谷的金属型板以及金属平板交替放置以形成层，并使相邻金属型板的波峰和波谷基本上垂直于波峰或波谷的连线叠置成一行，从而使板迭的中心区域内的构造具有较大的刚度。如果金属型板的波峰和波谷具有重复的波长，则通过成层制造一具有较大刚度的板迭。通过板迭的缠绕，相邻金属板的波峰与波谷出现了相对移动。因此，波峰不再与相邻金属板的波谷排成对正，这样，最后制成的蜂窝体在中心区域之外形成一构形，其从径向上看比中心区域的刚度低。最后制成的蜂窝体的中心区域可以视为一较硬的核，而在核外的区域可视为较软的皮。通过本发明的方法的折衷实施形式还可以制造一种蜂窝体，其避免了在皮上形成一明显高强度的区域。
为了形成具有以波长λ重复的波峰和波谷的金属型板的蜂窝体，建议在形成板迭之前先由一长度满足关系式L＝nλ+0.5λ的金属板带分割出金属板，式中n为一自然数。为此，要保证在形成金属型板时使相邻金属型板的波峰和波谷基本上彼此对正。
在制造蜂窝体时，金属型板的长度并不总是可自由选择的，因为最后制成的催化剂载体必须具有特定的几何特征，例如在横截面上有若干通道。为了在板迭的中心区域形成特定的构造，建议在形成板迭后将定位件放入中心区域内的通道内。通过定位件的形式和彼此之间的排列关系，可以在板迭的中心区域实现一种具有较小或较大的刚度的构造。也可以在中心区域得到适当的板迭刚度，在此，定位件相应地适合于中心区域的所要求的构造。
按照另一发明构思建议一制造蜂窝体的方法，其中各蜂窝体具有许多可流过一种流体的通道，该通道由若干至少局部具有特定的结构的金属板构成，通过这种方法可以制造出质量改善了的蜂窝体。
按照这种制造蜂窝体的方法，建议由若干至少局部具有特定结构的金属板形成至少一个板迭。将所形成的板迭放入一模具中，并由一在板迭中心区域的一可绕一轴旋转的缠绕装置保持在模具中。对板迭进行缠绕，直到板迭达到一预定的环绕度。将这样环绕的板迭从模具中取出，例如通过一套管，必要时还要先进行固定。对另一蜂窝体的各板迭重复这一工艺步骤。各板迭在一中心区域始终形成相同的构造。这种构造彼此相对的金属板构形。至少在各板迭的缠绕过程中保持这种构造。通过使各蜂窝体的具有在板迭中心区域相对的构形的构造相同，保证了通道在整个蜂窝体的横截面的分布对于很多蜂窝体几乎相同。优选的是，为若干蜂窝体中的第一个预先确定这种板迭中心区域的构造。优选这样选择预先确定的中心区域构造，使得预先确定的蜂窝体的横截面内没有明显的大刚度区域，在该区域附近形成变形的构形。
按照本发明的方法的一种进一步的发展在于，为若干蜂窝体中的第一个形成一板迭，并为该第一蜂窝体确定所述板迭中心区域的构造。如果由第一板迭制成的蜂窝体符合预定的标准，则通过以相应的方式将金属板形成用于其它蜂窝体的板迭来重复地在板迭的中心区域形成第一板迭的所述构造。
按照本发明的另一构思建议一种制造蜂窝体、特别是催化剂载体的装置，这种蜂窝体包括至少一个由若干至少局部具有特定结构的金属板构成的板迭，所述金属板构成许多用于一种流体流过的通道。这种装置包括一模具，其内部形状基本上相当于所制造的蜂窝体的外形。此外还带有一缠绕装置，其至少在缠绕期间将一板迭保持在中心区域。该缠绕装置带有一保持装置，其将各板迭保持在板迭的中心区域，并至少在缠绕期间保持一在中心区域形成的具有相对布置的板迭构形的构造。
有利的是，保持装置具有定位件，其至少可部分放入各板迭的一中心区域。该定位件的形状基本上相当于通道的形状。优选的是，定位件设计成芯轴式。保持件的宽度优选相当于一板迭的厚度。
下面结合附图描述本发明的方法和装置的进一步的细节。
图1示出一板迭的第一实施例的构成过程，
图2示出一板迭的第二实施例的构成过程，
图3示出示出一具有一板迭的装置的实施例的俯视图，
图4示出一缠绕装置的第一实施例，
图5示出一缠绕装置的第二实施例，
图6示出图5所示的缠绕装置的剖面图。
在图1中示出了一板迭1的构成过程。板迭1包括许多至少局部具有特定结构的金属板2。在一个落在一个上形成层带有特别结构的金属型板2之间设置平金属板3。金属型板2与平板3在板迭1上构成通道4。一切割装置6将各金属型板2切成一相应长度的金属板条5。
金属型板2具有波峰7和波谷8。这些金属型板2这样交替地形成层，相邻的金属型板2的波峰7和波谷8基本上相互对齐。
金属型板2具有以波长λ重复的波峰7和波谷8。在构成板迭之前，将金属板2分割成一长度为L的金属板条5，长度L符合关系式L＝nλ+0.5λ，式中的n为许多自然数集合中的一个。通过板迭的这种实施形式和布置，这种板迭具有较大硬度。
图2示出金属型板2与平板3的另一种可能的形成层的方式。如图2的板迭9具有一种金属型板2和平板3的设置，其中一金属型板2的波峰7位于一相邻的金属型板2的两波谷8之间。金属型板2具有以波长λ重复的波峰和波谷。在构成板迭之前，将金属型板2分割成一长度为L的金属板条5，长度L为波长λ的整数倍。
板迭9与板迭1相比刚度较小，因为一金属型板2的波峰7始终位于一相邻的金属型板2的两波谷8之间。
图3示出一制造蜂窝体的装置。在此涉及的是一制造蜂窝体的装置的举例的图示。在DE19521685A1中公开了一种这样的装置。这种装置具有一模具12，该模具由两个模具段10、11构成。各模具段10、11分别可绕一相应的旋转轴13、14旋转。模具段10、11在旋转状态下包围着一通过缠绕装置15构成的蜂窝体。编号16表示蜂窝体的包络线。
缠绕装置15可绕一中心轴17旋转。缠绕装置15将板迭1束紧在一中心区域18。
在图4中图示出缠绕装置15。这种缠绕装置15具有一载架19。在载架19的各端设置一卷绕芯轴20、21，它们分别与板迭1的外表面22、23接合。在卷绕芯轴20与21之间设置基本上平行于卷绕芯轴20、21的定位件22。定位件22基本上设计成杆状。它们至少部分接合在板迭1的通道4内，从而将板迭的构造保持在中心区域18。缠绕装置15可以具有多排定位件22。这些定位件也可以彼此相对移动地设置。定位件22基本上按照所需要的板迭在中心区域18的构造来分布。定位件22与载架19在此构成一保持装置23，通过该保持装置，各板迭这样保持在板迭1的中心区域18，使得至少在缠绕过程进行期间保持一在中心区域18形成的金属型板2的构造，该构造具有彼此相对的构形，这种构形特别是波峰7和波谷8。
在图5和6中示出了缠绕装置15的另一实施例。这种缠绕装置15特别用于由若干至少局部具有特定形状的金属板制造一蜂窝体，该蜂窝体带有很多可以流过一种流体的通道，其中由若干至少局部具有特定形状的金属板2形成若干板迭，将各板迭绕一弯折线折叠。将板迭放入一敞开的、由与所制造的蜂窝体的外形相应的模具段所构成的模具，由缠绕装置15将板迭保持在这些模具中。使这些图中未示出的板迭沿一旋转方向相互环绕。在DE19522327A1和DE19521685A1中举例描述了这种蜂窝体的制造。这两份文件的内容作为本专利申请的内容也是有效的。
如图5所示，缠绕装置15具有三个载架19、24、25，它们从一共同的中心26伸出。在中心26设有一驱动轴27，缠绕装置15通过该驱动轴可绕轴17摆动。各载架19、24、25具有同样结构。在各载架19、24、25之间是一大约为120°的角。各载架19、24、25的自由端上设置一卷绕芯轴20，芯轴20可与一个或若干板迭接合。芯轴20基本上接合在板迭的弯折线区域。通过卷绕芯轴20沿一方向绕轴17的旋转，图中未示出的各板迭在相同的方向上环绕。为了保证板迭的构造至少在缠绕期间保持在中心区域，各载架19、24、25具有定位装置22，这些定位装置至少局部可进入一板迭。定位件22在保持装置23的各载架19、24、25上的分布不一定非得相同。定位件22可以不同地设置。

Claims (12)

1.制造一种蜂窝体的方法，这种蜂窝体具有许多可流过一种流体的通道(4)，这些通道由许多至少局部具有特定结构的金属板(2)构成，在这种方法中，
a)由许多至少局部具有特定结构的金属板(2)形成至少一金属板迭(1)，
b)将该板迭(1、9)放入一模具(12)，并由一缠绕装置(15)保持在板迭(1、9)的中心区域(18)内，
c)对板迭(1、9)进行缠绕，直到板迭(1、9)达到一预定的环绕度，至少在缠绕期间保持一种在中心区域(18)形成的构造，这种构造具有彼此相对的金属板(2)的构形(7、8)。
2.制造蜂窝体的方法，其中各蜂窝体具有许多用于流过一种流体的通道，这些通道由若干至少局部具有特定结构的金属板(2)构成，所述方法包括：
a)由许多至少局部具有特定结构的金属板(2)形成至少一金属板迭(1、9)，
b)将该板迭(1、9)放入一模具(12)，并由一缠绕装置(15)保持在板迭(1、9)的中心区域(18)内，
c)对板迭(1、9)进行缠绕，直到板迭(1、9)达到一预定的环绕度，
d)在环绕状态下将板迭(1、9)从模具(1 2)中取出，
e)对另一蜂窝体的板迭(1、9)重复步骤a)至d)，使各板迭(1、9)在一中心区域(18)始终具有相同的构造，这种构造具有相对布置的金属板(2)的构形(7、8)，至少在缠绕过程中保持住一板迭(1、9)的金属板(2)的相对布置的构形(7、8)的构造。
3.如权利要求1或2的方法，其中为蜂窝体或若干蜂窝体中的第一个预先确定板迭(1、9)的中心区域(18)的构造。
4.如权利要求2的方法，其中为一第一蜂窝体形成一板迭(1、9)，并为该第一蜂窝体确定所述在板迭(1、9)的中心区域(18)的构造，当由第一板迭(1、9)制成的蜂窝体满足预定的质量准则时，通过以相应的方式将其它金属板分别形成用于另一蜂窝体的板迭(1、9)来重复这种构造。
5.如权利要求1、2或3中任一项的方法，其中带有波峰(7)和波谷(8)的金属型板(2)和平板(3)交替布置以形成一板迭(9)，并使一金属型板(2)的波峰(7)基本上位于一相邻的金属型板(2)的两波谷(8)之间。
6.如权利要求5的方法，其中金属型板(2)具有以一波长(Λ)重复的波峰(7)和波谷(8)，并在形成板迭(2)之前先从一板带上分割出金属板(2)，该板带的长度(L)相当于波长(λ)的整数倍。
7.如权利要求1、2或3中任一项的方法，其中带有波峰(7)和波谷(8)的金属型板(2)与金属平板(3)交替布置以形成层，并使相邻金属型板(2)的波峰(7)和波谷(8)基本上彼此对正。
8.如权利要求7的方法，其中金属型板(2)具有以波长(λ)重复的波峰(7)和波谷(8)，并在形成板迭之前由一金属板带(5)分割成金属板(2)，该板带的长度(L)符合关系式
L＝nλ+0.5λ式中n为一自然数集合中的一个。
9.如权利要求1至8中任一项的方法，其中在中心区域形成板迭(1、9)之后将定位件(22)至少局部放入通道(4)内。
10.制造至少一蜂窝体，特别是一催化剂载体的方法，该蜂窝体包括至少一个由若干至少局部带有特定结构的金属板(2)构成的板迭(1、9)，这些金属板构成许多用于流过一种流体的通道(4)，所述装置包括一模具(12)，其内部形状基本上对应于待制造的蜂窝体的外形，还包括一缠绕装置(15)，通过该装置，各板迭(1、9)至少在缠绕期间保持在一中心区域(18)，其特征在于：缠绕装置(15)具有一保持装置(23)，通过该保持装置将各板迭(1、9)保持在板迭(1、9)的中心区域(18)，并至少在缠绕期间保持住一在中心区域(18)形成的具有两个相对布置的构形(7、8)的金属型板(2)的构造。
11.如权利要求10的装置，其特征在于：保持装置(23)带有定位件(22)，其至少局部可放入各板迭(1、9)的中心区域(18)的构造的通道(4)内。
12.如权利要求11的装置，其特征在于：所述定位件(22)设计成芯轴式。
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