DE10015498A1 - Verfahren zur Ausbildung wenigstens einer Blechlage für einen metallischen Wabenkörper - Google Patents

Verfahren zur Ausbildung wenigstens einer Blechlage für einen metallischen Wabenkörper

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Abstract

Zur Ausbildung wenigstens einer Blechlage (5) für einen metallischen Wabenkörper wird von einem Blechbandwickel (1) ein Blechband abgewickelt. Das Blechband (2) wird wenigstens einem Umformvorgang unterzogen, durch den dem Blechband (2) eine Profilstruktur verliehen wird, die eine im wesentlichen parallel zum Blechband (2) verlaufende Ebene wenigstens zweimal durchdringt. Von dem Blechband (2) wird in einer Trennstation (4) wenigstens eine Blechlage (5) vorgegebener Länge abgetrennt, wobei die Profilstruktur im wesentlichen in einer Längsrichtung der Blechlage (5) verläuft.

Description

Der Gegenstand der Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Ausbildung wenigstens einer Blechlage für einen metallischen Wabenkörper.
Metallische Wabenkörper dienen beispielsweise als Katalysatorträgerkörper. Solche Katalysatorträgerkörper werden beispielsweise in Abgasanlagen von Verbrennungskraftmaschinen verwendet. Jedoch ist die Erfindung nicht auf diese Anwendung beschränkt, da auch zum Beispiel die Anwendung eines metallischen Wabenkörpers als Wärmetauscher möglich ist.
Durch die EP 0 136 515 B1 ist die Ausbildung eines metallischen Wabenkörpers bekannt. Der Wabenkörper ist durch spiralig gewickelte, abwechselnd geschichtete gewellte und nicht gewellte Blechbänder gebildet. Die Blechbänder sind an Berührungsstellen miteinander verlötet. Bei der nach der EP 0 136 515 B1 bekannten Ausgestaltung des metallischen Wabenkörpers weist das nicht gewellte Blechband eine in Wickelrichtung oder ungefähr in Wickelrichtung verlaufende Struktur aus Rillen oder Nuten auf. Solche Rillen oder Nuten verhindern beim Löten ein Herauslaufen von Lot in einer schmelzflüssigen Phase. Jeweils an den Rillen oder Nuten bildet sich dadurch ein Tropfen, so daß zumindest in diesem Bereich eine feste Lötverbindung zustande kommt.
Durch die WO 89/07488, WO 90/08249 und die WO 96/09892 sind weitere Ausgestaltungen von metallischen Wabenkörpern bekannt. Insbesondere die WO 89/07488 beschreibt einen Wabenkörper der durch gegensinnig verschlungene Bleche gebildet ist. Hierzu wird zunächst ein Stapel von Blechlagen gebildet, wobei sich gewellte Blechlagen mit glatten Blechlagen abwechseln.
Durch die WO 90/08249 ist ein Wabenkörper bekannt, der durch gegensinnig miteinander verschlungene Blechlagen gebildet ist. Zur Verbesserung der Wärmeübertragung sowie der Diffusionsvorgänge, die für eine katalytische Effektivität des Wabenkörpers als Katalysatorträgerkörper von Bedeutung sind, weisen die glatten Blechlagen Mikrostrukturen auf. Die Mikrostrukturen haben eine Höhe des 0,01- bis etwa 3-fachen der mittleren Kanalbreite, mindestens jedoch 15 µm. Die Mikrostrukturen sind quer oder im Winkel zur Strömungsrichtung ausgebildet. Sie folgen in Abständen von 1-10 mm in Strömungsrichtung aufeinander.
Die Ausbildung von Mikrostrukturen auch bei gewellten Blechlagen ist durch die WO 96/09892 bekannt.
Für die Ausbildung insbesondere eines metallischen Wabenkörpers mit gegensinnig verschlungenen Blechlagen wird zunächst ein Stapel von Blechlagen gebildet. Die einzelnen Blechlagen werden übereinandergestapelt und danach verschlungen. Sie überlappen sich vorzugsweise vollständig. Es wechseln sich gewellte Blechlagen mit glatten Blechlagen ab.
Zur Ausbildung einzelner Blechlagen wird von einem Blechbandwickel ein Blechband abgezogen. Von diesem Blechband werden einzelne Blechlagen abgetrennt. Gegebenenfalls wird dem Blechband vor dem Abtrennen der Blechlagen eine Wellung aufgeprägt. Danach werden die einzelnen Blechlagen abwechselnd gestapelt.
Insbesondere bei den ungewellten Blechlagen besteht das Problem, daß diese die Neigung haben sich selbsttätig zu verbiegen, was auf die Biegung des Blechbandes im Blechbandwickel zurückgeführt wird. Es ist festgestellt worden, daß die Krümmung der ungewellten Blechlagen unterschiedlich sein kann. Gekrümmte ungewellte Blechlagen die Handhabung des Stapels, der aus gewellten und ungewellten besteht.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Zielsetzung zugrunde, ein Verfahren anzugeben, durch welches die Ausbildung einer Blechlage für einen metallischen Wabenkörper möglich wird, so daß die Blechlage keine oder nur eine sehr geringe Krümmung nach einem Abtrennen von einem Blechband aufweist.
Diese Zielsetzung wird erfindungsgemäß durch das Verfahren nach Anspruch 1 erreicht. Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Ausbildung wenigstens einer Blechlage für einen metallischen Wabenkörper, insbesondere für einen Katalysatorträgerkörper, wird vorgeschlagen, daß ein Blechband von einem spiralförmigen Blechbandwickel abgewickelt wird. Das Blechband wird einem Umformvorgang unterzogen. Durch den Umformvorgang wird dem Blechband eine Profilstruktur verliehen, die eine im wesentlichen parallel zum Blechband verlaufende Ebene wenigstens zweimal durchdringt. Von dem Blechband wird wenigstens eine Blechlage vorgegebener Länge abgetrennt, wobei die Profilstruktur im wesentlichen in einer Längsrichtung der Blechlagen verläuft.
Dadurch, daß dem Blechband eine Profilstruktur verliehen wird, wird erreicht, daß ein selbsttätiges Verformen der Blechlagen verhindert wird. Hierdurch kann ein Stapel, der aus übereinandergeschichteten Blechlagen besteht einfacher gehandhabt werden. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens kann darin gesehen werden, daß die Blechlagen genauer gestapelt werden können. Dies erhöht die Qualität eines metallischen Wabenkörpers. Wird der Stapel zur Ausbildung des Wabenkörpers gegensinnig verschlungen, so wird durch die Profilstruktur erreicht, daß der Stapel eine höhere Vorspannung aufweist, als dies bei einem Stapel mit Blechlagen ohne Profilstruktur der Fall ist. Wird der so verschlungene Stapel in ein Mantelrohr eingebracht, so liegen die Längskanten wenigstens der Blechlagen mit der Profilstruktur an der Mantelinnenfläche des Mantelrohres an, so daß eine Lötverbindung zwischen dem Mantelrohr und den Randbereichen der Blechlagen genauer ausgebildet werden können. Die höhere Vorspannung des Stapels hat auch den Vorteil, daß die Gefahr einer Teleskopierbarkeit des Wabenkörpers verringert wird.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird vorgeschlagen, daß durch den Umformvorgang eine solche Profilstruktur ausgebildet wird, daß die Profilstruktur die Ebene mit einer geraden Anzahl von Durchdringungen durchdringt. Vorzugsweise ist die Profilstruktur im wesentlichen symmetrisch ausgebildet.
Nach einer noch weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird vorgeschlagen, daß die Profilstruktur so ausgebildet wird, daß der zwischen zwei benachbarten Durchdringungen eingeschlossene Winkel α größer, vorzugsweise wesentlich größer, als 90° ist. Die Profilstruktur ist im Querschnitt betrachtet im wesentlichen zick-zack-förmig ausgebildet. Der Winkel liegt insbesondere zwischen 140° und 170°.
Nach einer noch weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird vorgeschlagen, daß das Blechband zur Ausbildung der Profilstruktur zwischen wenigstens zwei kämmenden Profilwerkzeugen geführt wird. Diese Verfahrensführung kann noch weiter vereinfacht werden, indem das Blechband zwischen wenigstens zwei rotierenden Profilwalzen geführt wird.
Um die Biegefähigkeit der Blechlage um eine im wesentlichen quer zur Längsachse verlaufende Biegeachse zu gewährleisten ist die Profilstruktur so ausgebildet, daß die Höhe der Profilstruktur relativ gering ist. Um eine solche Profilstruktur auszubilden wird nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens vorgeschlagen, daß zunächst durch den Umformvorgang eine Profilstruktur ausgebildet wird, die stärker ausgeprägt ist als eine vorgegebene Soll-Profilstruktur. Danach wird das Blechband mit der Profilstruktur einer Reduktionseinrichtung zugeführt, in der die Profilstruktur auf die Soll- Profilstruktur reduziert wird. Der Vorteil dieser Prozeßführung ist, daß ein mögliches Auffedern beziehungsweise Zurückfedern der Blechlage während der Herstellung der Soll-Profilstruktur berücksichtigt werden kann. Die Reduktionseinrichtung weist vorzugsweise wenigstens zwei Glattwalzen auf, durch die das Blechband geführt wird. Der zwischen den Glattwalzen bestehende Spalt kann dabei kleiner sein als die Höhe der Soll-Profilstruktur, so daß nach einem Zurückfedern des Blechbandes dieses die vorgegebene Soll-Profilstruktur aufweist. Durch die Höhe des Spaltes können unterschiedliche Soll- Profilstrukturen gebildet werden, wobei die Profilwerkzeuge gleicher Kontur sein können.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 schematisch eine Vorrichtung zur Ausbildung wenigstens einer Blechlage mit einer Profilstruktur,
Fig. 2 perspektivisch eine Blechlage mit einer Profilstruktur,
Fig. 3 die Blechlage nach Fig. 2 in einer Vorderansicht,
Fig. 4 schematisch und in einer Vorderansicht eine Blechlage mit einer Soll- Profilstruktur und eine Blechlage mit einer Profilstruktur vor einer Reduktionseinrichtung,
Fig. 5 einen Stapel von gewellten und ungewellten Blechlagen und
Fig. 6 einen Wabenkörper in einer Vorderansicht.
Fig. 1 zeigt schematisch eine Vorrichtung zur Ausbildung wenigstens einer Blechlage 5. Die Vorrichtung umfaßt wenigstens zwei kämmende Profilwerkzeuge 3. Bei den Profilwerkzeugen handelt es sich vorzugsweise um wenigstens zwei rotierende Profilwalzen.
In Transportrichtung T betrachtet sind den Profilwerkzeugen 3 zwei Glattwalzen 9 nachgeordnet, die eine Reduktionseinrichtung 10 bilden. Auf die Reduktionseinrichtung 10 folgt eine Trennstation 4.
Von einem Blechbandwickel 1 wird ein Blechband 2 abgewickelt. Das Blechband wird wenigstens einem Umformvorgang unterzogen, durch den dem Blechband 2 eine Profilstruktur verliehen wird. Die Profilstruktur wird durch die Profilwerkzeuge 3 in das Blechband eingebracht. Das mit einer Profilstruktur versehene Blechband 2 wird weiter zu der Reduktionseinrichtung 10 transportiert.
Nach den Profilwerkzeugen 3 hat das Blechband 2 eine Profilstruktur, die stärker ausgeprägt ist als eine vorgegebene Soll-Profilstruktur. In der Reduktionseinrichtung 10 die durch die Glattwalzen 9 gebildet ist, wird die Profilstruktur des Bandes auf die Soll-Profilstruktur reduziert. Das Blechband 2 mit der Soll-Profilstruktur wird einer Trennstation 4 zugeführt, in der von dem Blechband 2 Blechlagen 5 vorgegebener Länge abgetrennt werden.
Fig. 2 zeigt eine Blechlage 5 mit einer Profilstruktur 6. Die Profilstruktur 6 ist dadurch gebildet, daß die Blechlage 5 um Knicklinien 11 zick-zack-förmig geknickt ist. Die Knicklinien 11 verlaufen in Längsrichtung der Blechlage 5. Die Profilstruktur 6 ist im wesentlichen symmetrisch ausgebildet.
Fig. 3 zeigt die Blechlage 5 in einer Vorderansicht. Mit dem Bezugszeichen 7 ist eine Ebene bezeichnet, die im wesentlichen parallel zum Blechband 2 verläuft. Die Profilstruktur 6 durchdringt die Ebene 7 an den Durchdringungen 8. Bei den Durchdringungen 8 handelt es sich um gedachte Durchdringungslinien, die im wesentlichen in Längsrichtung der Blechlage 5 verlaufen. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind 4 Durchdringungen 8 vorhanden. Zwischen zwei benachbarten Durchdringungen 8 schließt die Profilstruktur jeweils einen Winkel α ein. Der Winkel α ist größer, vorzugsweise wesentlich größer als 90°. Vorzugsweise ist der Winkel α zwischen 140° und 170°.
Vorstehend wurde im Zusammenhang mit der Fig. 1 dargestellt, daß das Blechband 2 einem Umformvorgang unterzogen wird, durch den diesem eine Profilstruktur verliehen wird. Durch die Profilwerkzeuge 3 wird dem Blechband 2 eine Profilstruktur 12 verliehen, wie sie beispielhaft gestrichelt in der Fig. 4 dargestellt ist. Die Profilstruktur 12 weist eine Höhe H auf, die größer ist als eine Höhe h einer Soll-Profilstruktur 6. Auch die Profilstruktur 12 ist zick-zack-förmig ausgebildet. Die Winkel β der Profilstuktur 12 sind dabei kleiner als die Winkel α der Soll-Profilstruktur 6. Das Blechband 2 wird mit der Profilstruktur 12 der Reduktionseinrichtung 10 zugeführt, durch die Profilstruktur 12 so reduziert wird, daß nach der Reduktionseinrichtung 10 die Soll-Profilstruktur 6 vorliegt.
Die Reduktionseinrichtung 10 ist durch wenigstens zwei Glattwalzen gebildet. Die Achsen der Glattwalzen sind fluchtend angeordnet. Sie verlaufen parallel zueinander. Der Spalt zwischen den Glattwalzen kann variabel sein, so daß mit Hilfe der gleichen Profilwerkzeuge 3 durch Variation der Spaltbreite unterschiedliche Soll-Profilstrukturen erhältlich sind.
Durch die Profilstruktur 6 wird sichergestellt, daß einer Rückfederung der Blechlagen 5 entgegengewirkt wird. Die Gefahr einer Rückfederung der Blechlagen 5 besteht dadurch, daß die Blechlagen 5 von einem Blechband 2 abgetrennt werden, welches auf einem Blechbandwickel 1 aufgewickelt ist.
Fig. 5 zeigt einen Stapel von ungewellten Blechlagen S mit einer Profilstruktur 6 sowie von gewellten Blechlagen 13. Die ungewellten Blechlagen 5 und die gewellten Blechlagen 13 sind abwechselnd geschichtet. Durch die Profilstruktur 6 wird eine gewisse Vorspannung des Stapels 5 erreicht, wenn dieser um zwei Fixpunkte 14, 15 gegensinnig verschlungen und in ein Mantelrohr 16 eingebracht wird. Die Endbereiche der Blechlagen 5, 13 liegen an der Innenmantelfläche des Mantelrohres 16 an. Die Randbereiche der Blechlagen können ganz oder teilweise mit dem Mantelrohr 16 verbunden werden, insbesondere durch Hochtemperaturlötung.
Bezugszeichenliste
1
Wickel
2
Blechband
3
Profilwerkzeug
4
Trennstation
5
Blechlagen
6
Profil
7
Ebene
8
Durchdringung
9
Glattwalze
10
Reduktionseinrichtung
11
Knicklinie
12
Profilstruktur
13
gewellte Blechlage
14
,
15
Fixpunkt
16
Mantelrohr

Claims (8)

1. Verfahren zur Ausbildung wenigstens einer Blechlage (5) für einen metallischen Wabenkörper () bei dem ein Blechband (2) von einem Blechbandwickel (1) abgewickelt wird; das Blechband (2) wenigstens einem Umformvorgang unterzogen wird, durch den dem Blechband (2) eine Profilstruktur (12) verliehen wird, die eine im wesentlichen parallel zum Blechband (2) verlaufende Ebene (7) wenigstens zweimal durchdringt; und bei dem von dem Blechband (2) wenigstens eine Blechlage (5) vorgegebener Länge abgetrennt wird, wobei die Profilstruktur (12) im wesentlichen in einer Längsrichtung der Blechlage (5) verläuft.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Profilstruktur (12) die Ebene (7) mit einer geraden Anzahl von Durchdringungen (8) durchdringt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Profilstruktur (12) im wesentlichen symmetrisch ausgebildet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei dem der von der Profilstruktur (12) zwischen zwei benachbarten Durchdringungen (8) eingeschlossener Winkel α größer, vorzugsweise wesentlich größer als 90° ist.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem das Blechband (2) zur Ausbildung der Profilstruktur (12) zwischen wenigstens zwei kämmenden Profilwerkzeugen (3) geführt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem das Blechband (2) zwischen wenigstens zwei rotierenden Profilwalzen (3) geführt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem zunächst durch den Umformvorgang eine Profilstruktur (12) ausgebildet wird, die stärker ausgeprägt ist als eine vorgegebene Soll-Profilstruktur (6) und dann das Blechband (2) mit der Profilstruktur (12) einer Reduktionseinrichtung (10) zugeführt wird, in der die Profilstruktur (12) auf die Soll-Profilstruktur (6) reduziert wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem das Blechband (2) in der Reduktionseinrichtung (10) zwischen wenigstens zwei Glattwalzen (9) geführt wird.
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