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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einziehen eines Rohrendes, insbesondere des Endes eines Kraftfahrzeug-Katalysatorgehäuses, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines Kraftfahrzeug-Katalysators gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 4 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung der genannten Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 5.
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Es sind für das Erzeugen einer Einziehung beziehungsweise Einschnürung an einem Rohr Verfahren bekannt, bei denen die Verformung über eine Drückrolle geschieht. Die Drückrolle rotiert dabei relativ zum zu bearbeitenden Rohr um die Rohrachse und übt einen radial nach innen zur Rohrachse hin gerichteten Verformungsdruck aus. Das Rohrende wird häufig zusätzlich erwärmt, um die Verformung zu unterstützen. Ein derartiges Verfahren ist zum Beispiel in der
DE 44 03 897 A1 offenbart.
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Aus der
DE 94 18 718 U1 ist ein einstückiges Kraftfahrzeug-Katalysatorgehäuse und ein Verfahren zu dessen Herstellung bekannt. Dabei wird ein als Ausgangsmaterial dienendes Rohr an einem ersten Ende erwärmt und mittels einer Drückwalze durch einen radial nach innen gerichteten Verformunsgdruck eingezogen. Nach dem Abkühlen des ersten Endes wird das zweite Ende ebenfalls erwärmt und entprechend durch die Drückwalze eingezogen.
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Aus der
EP 0 916 426 A1 ist ein weiteres Verfahren zum Einziehen von Rohrenden bekannt. Bei dem darin beschriebenen Verfahren wird ein Ende des Rohres von drei relativ zum Rohr um die Rohrachse rotierenden Drückrollen verformt, wobei die Drückrollen in einem Winkelabstand von 120° um die Rohrachse herum angeordnet sind. An dem anderen Ende des Rohres liegt dabei ein Stopper an, der in axialer Richtung bewegbar ist, um das Rohr relativ zu den Drückrollen geeignet zu positionieren.
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Ein Verfahren zum Einziehen eines Rohrendes der eingangs genannten Art und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art sind aus der
DE 34 23 223 C1 bekannt. Die darin beschriebene Vorrichtung weist eine Halterung auf, die drei in gleichen Winkelabständen angeordnete Drückrollen haltert. Die Drückrollen können an einem Ende eines Rohres radialen Druck auf dieses ausüben, so dass das Rohrende eingezogen wird.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Einziehen der Enden eines Rohres, insbesondere der Enden eines Kraftfahrzeug-Katalysatorgehäuses, anzugeben, mit welchen die Bearbeitung schneller und schonender durchgeführt werden kann.
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Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens zum Einziehen eines Rohrendes durch ein Verfahren der eingangs genannten Art mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1, hinsichtlich des Verfahrens zur Herstellung eines Kraftfahrzeug-Katalysators durch ein Verfahren der eingangs genannten Art mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 4 sowie hinsichtlich der Vorrichtung durch eine Vorrichtung der eingangs genannten Art mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 5 gelöst.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren bleibt keine radiale Kraftresultierende übrig, die zu einer Belastung des Rohres senkrecht zur Rohrachse führen würde und welche durch eine entsprechende Halterung mit einem Widerlager aufgefangen werden müsste. Dementsprechend kann das Rohr (abgesehen von dem Verformungsdruck der Drückrollen) kräftefrei gelagert werden, und es treten keine Biegebeanspruchungen auf. Weiterhin besitzt das Verfahren durch den Einsatz mehrerer Drückrollen den Vorteil, dass die Verformung mit einer entsprechend höheren Geschwindigkeit erfolgt.
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Das einzuziehende Rohr weist in der Regel einen kreisförmigen Querschnitt auf, es kann jedoch auch andere Querschnittsformen haben.
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Der einfachste Fall einer erfindungsgemäßen Anordnung, bei der sich die radialen Kräfte der Drückrollen aufheben, besteht aus zwei sich relativ zur Rohrachse diametral gegenüber liegenden Drückrollen. Vorzugsweise werden jedoch drei Drückrollen in einem Winkelabstand von 120° um die Rohrachse herum angeordnet. Hiermit lässt sich eine stabile Halterung des Rohres gewährleisten, wobei sich die von den Drückrollen radial auf das Rohr ausgeübten (gleich großen) Kräfte in ihrer Summe gerade aufheben.
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Das zu bearbeitende Rohrende wird während der Verformung vorzugsweise erwärmt, um durch ein Fließen des Materials die Verformung zu unterstützen und eine dauerhafte Umorganisation der zugrunde liegenden Kristallstrukturen zu ermöglichen. Die Erwärmung kann dabei insbesondere durch eine auf die Verformungsstelle gerichtete Gasflamme und/oder über eine Induktionsheizung durch induzierte Ströme erfolgen.
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Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die beiden Enden gleichzeitig bearbeitet. Dies hat den Vorteil, dass die während der Bearbeitung auf das Rohr auftretenden in axialer Richtung gelegenen Kraftkomponenten symmetrisch bezüglich des Rohrmittelpunktes sind und sich daher gegenseitig aufheben. Zu der radialen Kräftebalance kommt somit eine axiale hinzu.
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Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines Kraftfahrzeug-Katalysators, welcher aus einem Träger mit dem Katalysatormaterial und einem an beiden Enden trichterförmig zulaufenden Gehäuse besteht. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass der Träger mit dem Katalysatormaterial in das unverformte, durchgehend zylindrische Gehäuse eingesetzt wird und dass dann die Enden des Gehäuses mit einem Verfahren der oben beschriebenen Art eingezogen werden. Das heißt, dass die Enden durch mindestens zwei Drückrollen eingezogen werden, welche so um die Rohrachse des Gehäuses herum verteilt sind, dass sich ihre auf das Rohr ausgeübten radialen Kräfte in der Summe aufheben. Da bei einem Kraftfahrzeug-Katalysator beide Enden des Gehäuses einzuschnüren sind, werden sie gleichzeitig bearbeitet, damit sich auch Kräfte in axialer Richtung gegenseitig aufheben und die Belastungen für das Gehäuse minimiert werden.
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Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung der oben genannten Verfahren. Diese ist dadurch gekennzeichnet, dass beidseitig der Halterung Drückrollen zur gleichzeitigen Bearbeitung beider Rohrenden angeordnet sind, so dass sich auch die von den Drückrollen in axialer Richtung des Rohres auf das Rohr ausgeübten Kräfte gegenseitig aufheben können.
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Die Verteilung der Drückrollen in gleichmäßigen Winkelabständen bedeutet, dass der in Bezug auf die Rohrachse als Scheitelpunkt gemessene Winkel zwischen zwei benachbarten Drückrollen für alle betrachteten Paare von Drückrollen gleich groß ist. Wenn n die Anzahl der Drückrollen ist, so beträgt der entsprechende Winkel zwischen Zweien von ihnen 360°/n. Durch eine solche gleichmäßige Anordnung der Drückrollen wird erreicht, dass sich die von den Drückrollen radial auf das Rohr ausgeübten Kräfte in ihrer Summe gegenseitig aufheben, so dass keine Biegebelastungen für das Rohr auftreten. Bei der Vorrichtung sind vorzugsweise die Halterung und/oder die Drückrollen so ausgestaltet, dass sie um die Rohrachse rotieren können.
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Zur gleichzeitigen Bearbeitung beider Enden eines Rohres enthält die Vorrichtung beidseitig der Halterung angeordnete Drückrollen. Durch die gleichzeitige Bearbeitung von beiden Rohrenden wird zum einen das Endprodukt entsprechend schneller fertiggestellt, zum anderen heben sich auch die in axialer Richtung liegenden Kraftkomponenten der Drückrollen gegenseitig auf.
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Die Vorrichtung kann ferner mindestens einen Gasbrenner und/oder mindestens eine Induktionsspule zur Erwärmung der zu bearbeitenden Rohrenden enthalten. Durch die Erwärmung lässt sich die Verformung in vorteilhafter Weise thermisch unterstützen.
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Im folgenden wird die Erfindung mit Hilfe der Figuren beispielhaft erläutert. Es zeigen:
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1 einen Querschnitt durch eine Vorrichtung zur Herstellung eines Katalysators;
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2 eine Seitenansicht der Vorrichtung nach 1.
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In 1 ist schematisch die Herstellung eines Kraftfahrzeug-Katalysators in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt. Der Kraftfahrzeug-Katalysator enthält als Katalysatorträger einen Keramik-Monolith 6 mit einer Blähmatte, welche im mittleren Bereich eines zylindrischen Metallrohres 3 angeordnet sind. Das Rohr 3 ist mit durchgezogenen Linien im unverformten Zustand dargestellt. In der Vorrichtung sollen die beiden offenen Enden des Rohres 3 trichterförmig eingezogen werden, so dass sie den gestrichelt dargestellten Verlauf 5 erhalten.
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Zu diesem Zweck wird das Rohr 3 zunächst zwischen den Backen 2 einer Haltezange eingespannt. Sodann werden an den zu verformenden Rohrenden Drückrollen 4 angesetzt, welche einen radial nach innen, das heißt zur Rohrachse R hin gerichteten Druck ausüben können (s. Pfeile F in 2). Gleichzeitig lassen sich die Drückrollen 4 auch in axialer Richtung bewegen, um ein entsprechend langes axiales Stück des Rohrendes bearbeiten zu können.
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Die erfindungsgemäße Besonderheit der Vorrichtung geht aus der Seitenansicht in 2 hervor. Hieraus ist ersichtlich, dass um die Rohrachse R herum drei Drückrollen 4 in gleichmäßigen Winkelabständen von 120° angeordnet sind. Die von diesen Drückrollen 4 auf das Rohr ausgeübten radialen Kräfte F heben sich somit gegenseitig auf. Hierdurch werden Biegebelastungen des Rohres 3 vermieden, welche sich bei der Bearbeitung mit einer einzigen Drückrolle bzw. einer unsymmetrischen Anordnung von Drückrollen zwangsläufig zwischen der Halterung und der Drückrolle einstellen würden. Selbstverständlich können bei Bedarf auch mehr als die drei in 2 dargestellten drei Drückrollen eingesetzt werden, was zu einer entsprechenden Steigerung der Bearbeitungsgeschwindigkeit führen kann. Die Drückrollen 4 sind in bekannter Weise entsprechend dem Fortschritt der Verformung des Rohrendes in radialer Richtung nach innen verrückbar (zustellbar).
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Aus der Seitenansicht von 1 ist erkennbar, dass an beiden Enden des Rohres eine Anordnung von Drückrollen 4 der oben beschriebenen Art vorhanden ist. Hierdurch ist es möglich, beide Rohrenden gleichzeitig zu verformen, so dass eine entsprechend höhere Bearbeitungsgeschwindigkeit erzielbar ist. Ferner hat die beidseitige Bearbeitung den Vorteil, dass sich auch die von den Drückrollen 4 in axialer Richtung des Rohres auf das Rohr ausgeübten Kräfte gegenseitig aufheben. Um diese Symmetrie der Kraftwirkung sicherzustellen, werden die Drückrollen 4 an beiden Enden des Rohres vorzugsweise fluchtend in Blickrichtung der Rohrachse R angeordnet. Durch die Symmetrie der Kräfte und die Vermeidung der Biegebelastungen bei der Bearbeitung wird ferner das Katalysatorgehäuse 3 und insbesondere der Katalysatorträger 6 geschont, so dass insgesamt ein Produkt höherer Qualität erhalten wird.
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Aus 1 ist ferner erkennbar, dass zur thermischen Unterstützung der Rohrverformung eine Induktionsspule 1 und/oder ein Gasbrenner 7 vorgesehen werden können.
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In der gezeigten Vorrichtung können die Drückrollen 4 drehbar um die Rohrachse R angeordnet werden, so dass sie planetenartig um die Rohrachse umlaufen. Ebenso kann auch die Halterung 2 um die Rohrachse R drehbar sein, wobei die Drückrollen 4 in diesem Falle vorzugsweise feststehen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Induktionsspule
- 2
- Halterung
- 3
- Rohr
- 4
- Drückrollen
- 5
- Verlauf
- B
- Katalysatorträger
- 7
- Gasbrenner
