DE10159361A1 - Verfahren zum Messen des Drucks auf dem Substrat eines durch Drückformen gebildeten Katalysators - Google Patents

Verfahren zum Messen des Drucks auf dem Substrat eines durch Drückformen gebildeten Katalysators

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein einen in Kraftfahrzeugen vorgesehenen Katalysator. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen des Drucks auf dem Substrat, wenn der Katalysator einem Drückformungsprozess unterworfen wird. Die Druckmessvorrichtung, wie etwa ein Sensor, befindet sich in Kontakt mit dem Substrat. Um Daten von dem sich drehenden Katalysator auf einen stationären Gegenstand zu übertragen, ist eine Schleifringvorrichtung mit dem Druckmesssensor verbunden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Katalysator, der in einem Kraftfahrzeug zum Einsatz kommt. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen des Drucks auf einem Substrat eines Katalysators.
Kraftfahrzeuge nutzen Katalysatoren zum Verringern von Emissi­ onen. Katalysatoren nehmen in den Fahrzeugen unterschiedliche Positionen ein, von denen einige es erfordern, dass die Abgas­ einlass- und Auslassrohre unter bestimmten Winkeln relativ zu dem Katalysatorkörper angeordnet werden.
Eine bevorzugte Art und Weise, einen Katalysator zu montieren bzw. zusammenzubauen, besteht darin, sein externes Gehäuse bzw. seine externe Schale einstückig aus einem Stahlrohr zu bilden. Durch Variieren des Durchmessers des Rohrs von schmal bis breit und daraufhin zu schmal wird ein Katalysatorkörper ausgebildet.
Eine der bekannten Techniken zum Bilden von Katalysatoren ist die sogenannte Drückformungstechnik. Während des Drückfor­ mungsverfahrens wird das in dem Katalysator vorhandene Kataly­ satorsubstrat einem hohen Druck unterworfen, was zu dem Bruch des Substrats führen kann.
Es besteht deshalb ein Bedarf am Messen des Drucks auf dem Substrat, wenn der Katalysator dem Drückformungsprozess unterzogen wird.
In Übereinstimmung mit den Lehren der vorliegenden Erfindung werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen des Drucks auf dem Substrat während des Drückformungsprozesses be­ reitgestellt. Eine Druckmessvorrichtung befindet sich bevor­ zugt im Kontakt mit dem Substrat. Die Druckmessvorrichtung ist mit einer Schleifringvorrichtung verbunden, die einen sich drehenden Teil und einen stationären Teil umfasst. In Über­ einstimmung mit den Lehren der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der stationäre Teil der Schleif­ ringvorrichtung mit einer Steuervorrichtung derart verbunden, dass der Druck auf der Steuervorrichtung gemessen wird.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung beispiel­ haft näher erläutert; in dieser zeigen
Fig. 1 eine aufgeschnittene Ansicht eines Katalysators mit ei­ nem Substrat, das in Übereinstimmung mit den Lehren der vorliegenden Erfindung gebildet ist, und
Fig. 2 eine Querschnittsansicht des Katalysators, bei dem die Druckmessvorrichtung in dem Katalysator in Übereinstim­ mung mit den Lehren der vorliegenden Erfindung einge­ setzt ist.
Ein in Fig. 1 gezeigter Katalysator, der dazu bestimmt ist, in einem Abgassystem eines Kraftfahrzeugs zum Einsatz zu kommen, ist allgemein mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet. Obwohl in den Zeichnungen nicht gezeigt, ist der Katalysator 10 typi­ scherweise im unteren Karosserieteil eines Fahrzeugs vorgese­ hen und bildet einen Teil des Fahrzeugabgassystems. Alternativ kann er an einer anderen geeigneten Stelle in dem Fahrzeug vorgesehen sein, um giftige Emissionen typischerweise kataly­ tisch umzusetzen, die von dem Motor ausgetragen werden.
Der Katalysator 10 umfasst ein Gehäuse bzw. eine äußere Schale bzw. Außenschale 12. Obwohl in den Zeichnungen nicht gezeigt, ist typischerweise ein Ende des Gehäuses 12 mit einer Leitung zum Aufnehmen von Abgasen von dem Motor verbunden. Das andere Ende des Gehäuses 12 ist mit einem Abgasrohr verbunden, das Gase austrägt, die durch den Katalysator 10 katalytisch gewan­ delt wurden. Das Gehäuse 12 umfasst eine Innenwandung 14, eine Außenwandung 15 und es legt einen hohlen Innenraum 16 fest.
Der gezeigte Katalysator 10 umfasst lediglich ein (einziges) Gehäuse 12. Alternativ kann ein Katalysator 10 mit doppeltem Gehäuse ein Innengehäuse und ein Außengehäuse aufweisen. Das Gehäuse 12 umfasst bevorzugt einen zentralen Abschnitt 20 und zwei Endabschnitte 22 und 24, die auf jeder Seite des zentra­ len Abschnitts 20 in Verbindung gebracht sind. Der Katalysator 10 legt eine Mittenachse fest, die mit der Bezugsziffer 26 be­ zeichnet ist. Der Katalysator 10 legt außerdem eine vertikale Achse 25 fest. Der zentrale Abschnitt 20 ist bevorzugt symmet­ risch um die Mittenachse 26 und die vertikale Achse 25. Alter­ nativ kann der Querschnitt des zentralen Abschnitts 20 rund, elliptisch oder oval sein.
Der Katalysator 10 in Übereinstimmung mit den Lehren der vor­ liegenden Erfindung umfasst außerdem ein Katalysatorsubstrat 30, das in den hohlen Innenraum 16 des Gehäuses 12 eingesetzt ist. Bevorzugt befindet sich das Substrat 30 im zentralen Ab­ schnitt 20 des Gehäuses 12. Das bei der vorliegenden Erfindung zum Einsatz gelangende Substrat 30 ist kommerziell erhältlich von Corning, Inc., und es handelt sich bei ihm um einen kera­ mischen Verbundstoffziegel, auf dem ein geeigneter Katalysator durch Beschichtung aufgetragen ist.
Um das Substrat 30 von einer Beschädigung durch die Umgebung zu schützen oder während eines Einsatzes des Katalysators 10 ist eine Matte 32 (in Fig. 2 gezeigt) um das Substrat 30 ge­ schlungen. Die Matte 32 besteht aus Glasfasern. Bevorzugt be­ trägt die Dicke der Matte 32 etwa 10 mm. Die Matte 32 ist be­ vorzugt an dem Substrat 30 mit Hilfe eines Klebstoffs, wie et­ wa eines Klebbands, befestigt.
Wie in Fig. 2 gezeigt, werden das Substrat 30 und die Matte 32 in den hohlen Innenraum 16 des zentralen Abschnitts 20 unter Verwendung an sich bekannter Techniken eingeführt. Sobald das Substrat 30 und die Matte 32 in den hohlen Innenraum 16 einge­ führt sind, ist zwischen der Matte 32 und den Innenwänden 14 des Gehäuses 12 ein Spalt 34 festgelegt. Um den Spalt 34 bzw. dessen Größe zwischen der Matte 32 und der Innenwandung 40 zu Verringern, wird der Katalysator 10 einem Drückformungsprozess unterworfen. Alternativ wird ein Drückformungsprozess verwen­ det, um das Gehäuse des Katalysators 10 mit dem zentralen Ab­ schnitt 20 und den Endabschnitten 22 und 24 zu bilden. Um den Katalysator 10 auszubilden, wird ein rohrförmiges Arbeitsteil verwendet, und das Substrat wird in das rohrförmige Ar­ beitsteil eingeführt. Das rohrförmige Arbeitsteil wird darauf­ hin dem Drückformungsprozess unterworfen, um das Gehäuse 12 mit einem zentralen Abschnitt 20 und Endabschnitten 22 und 24 zu bilden.
Obwohl in den Zeichnungen nicht gezeigt, umfasst der Drückfor­ mungsprozess die Verwendung einer Drückformmaschine. Wie in Fig. 2 gezeigt, wird der Katalysator 10 horizontal auf einer (nicht gezeigten) Welle angebracht und mit Hilfe eines Spann­ futters 36 in Position gehalten. Der Katalysator 10 ist um seine Mittenachse 26 in Richtung der mit der Bezugsziffer 38 bezeichneten Pfeile drehbar.
Wie in Fig. 1 gezeigt, umfasst die Drückformmaschine eine Rol­ le 40. Die bei der vorliegenden Erfindung zum Einsatz gelan­ gende Rolle 40 ist an sich bekannt und wird nicht näher erläu­ tert. Die Rolle 40 ist senkrecht oder unter einem Winkel zu der Mittenachse 26 angeordnet und befindet sich in Kontakt mit der Außenwandung 15 des Katalysators 10, so dass die Rolle 40 sich in einer gewünschten Richtung bewegt. Die Rolle 40 ist bevorzugt auf (nicht gezeigten) Betätigungsorganen angebracht, um die Rolle 40 in einer Richtung, die durch Pfeile 42 gezeigt ist, quer zur Mittenachse 26 derart zu bewegen, dass die Rolle 40 in Richtung auf die Mittenachse 26 bewegt wird. In dieser Richtung verringern die Rollen 40 den Durchmesser der Außen­ wandung 15 des Katalysators 10. Außerdem ist die Rolle 32 in der Lage, sich in einer Richtung, die durch Pfeile 44 gezeigt ist, parallel zu der Mittenachse 26 derart zu bewegen, dass die Rolle 40 die gewünschte Form des Gehäuses 12 ausbildet.
Wie in Fig. 1 und 2 gezeigt, wird dann, wenn der Katalysator 10 dem Drückformungsprozess unterworfen wird, ein großer Druck auf das Substrat 30 ausgeübt. Um den auf das Substrat 30 wäh­ rend des Drückformungsprozesses ausgeübten Druck zu messen, ist eine Druckmessvorrichtung vorgesehen. Die Druckmessvor­ richtung ist in Kontakt mit dem Substrat 30 derart angeordnet, dass der Druck auf dem Substrat 30 gemessen wird, wenn der Ka­ talysator 10 dem Drückformungsprozess unterworfen wird.
Die Druckmessvorrichtung umfasst einen Drucksensor 48 und zu­ mindest einen Leitungsdraht 50, der mit dem Drucksensor 48 verbunden ist. Der Drucksensor 48 befindet sich in Kontakt mit dem Substrat 30. Der Drucksensor 48 ist in der Lage, ein Drucksignal auszugeben, das den Druck anzeigt, der auf das Substrat 30 ausgeübt wird. Bevorzugt wird ein folienartiger Drucksensor verwendet, der kommerziell erhältlich ist von Tekscan, Inc. Der Leitungsdraht 50 überführt das Drucksignal zu einer Signalverarbeitungselektronikkarte 56. Bevorzugt han­ delt es sich bei der Signalverarbeitungselektronik(schalt)kar­ te 56 um eine Analog/Digital-Wandlerkarte (A/D-Wandlerkarte). Die Signalverarbeitungselektronikkarte 56 wirkt als Signalauf­ bereiter für das Drucksignal von dem Drucksensor. Insbesondere wandelt die Signalverarbeitungselektronikkarte analoge Signale in digitale Signale um. Die Signalverarbeitungselektronikkarte 56 umfasst bevorzugt einen Eingangsabschnitt 58 und einen Aus­ gangsabschnitt 60. Die Signalverarbeitungselektronikkarte 56 ist an dem Gehäuse 12 mittels Klammern 57 angebracht und sie kann sich zusammen mit dem Katalysator 10 drehen.
Um den auf das Substrat 30 während des Drückformungsprozesses ausgeübten Druck zu messen, ist ein Kabel 51 von dem Ausgangs­ abschnitt 60 der Signalverarbeitungselektronikkarte 56 mit ei­ ner Schleifringvorrichtung 62 verbunden. Das Kabel 51 vermag sich zusammen mit dem Katalysator 10 zu drehen. Die Schleif­ ringvorrichtung 62 umfasst einen Schleifringrotor 64, einen Schleifringstator 66 und einen Schleifringadapter 68. Der Schleifringrotor 64 umfasst einen Eingangs- bzw. Eingabesockel 70, wobei das Kabel 51 von dem Ausgangsabschnitt 60 der Sig­ nalverarbeitungselektronikkarte 56 mit dem Eingangs- bzw. Ein­ gabesockel 70 des Schleifringrotors 64 verbunden ist. Der Schleifringrotor 64 empfängt das Drucksignal von dem Drucksen­ sor 48. Der Schleifringrotor 64 vermag sich um eine Achse in der durch den Pfeil 72 bezeichneten Richtung zusammen mit dem Katalysator 10 zu drehen. Wenn der Katalysator 10 sich um die Achse 26 dreht, dreht sich deshalb der Schleifringrotor 64 e­ benfalls zusammen mit dem Katalysator 10. Der Schleifringrotor 64 ist mit dem Schleifringstator 66 mechanisch und elektrisch verbunden. Der Schleifringstator 66 ist bevorzugt stationär und mit einem stationären Gegenstand 76, wie etwa einem Reit­ stockdorn mit Hilfe eines Schleifringadapters 68 verbunden.
Der Schleifringstator 66 umfasst einen Ausgangssockel 78 ent­ sprechend dem Eingangssockel 70. Der Ausgangssockel 78 ist mit einem Prozessor 80, wie etwa einem Computer, verbunden. Der Prozessor 80 misst das Drucksignal von dem Schleifringrotor 64 und er misst dadurch den auf das Substrat 30 ausgeübten Druck. Es ist bevorzugt, dass der auf das Substrat 30 ausgeübte Druck 100 psi nicht übersteigt. Wenn der Prozessor 80 den Druck auf das Substrat 30 als die bevorzugte Grenze übersteigend misst, vermag der Prozessor 80 die Drückformungsparameter zu ändern, wie etwa die Drehzahl des Katalysators 10, die Geschwindig­ keit, mit welcher die Rollen 40 sich senkrecht oder parallel zur Mittenachse 26 bewegen, oder die Distanz, die durch die Rolle 40 in Richtung auf die Mittenachse 26 zurückgelegt wur­ de. Durch Steuern der Drückformungsparameter des auf das Sub­ strat 30 ausgeübten Drucks kann ein vorzeitiges Zerbrechen des Substrats 30 vermieden werden.
Einem Fachmann auf diesem Gebiet der Technik erschließen sich aus der vorstehend angeführten Beschreibung, aus der Zeichnung und aus den Ansprüchen, Modifikationen und Abwandlungen an der erläuterten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, ohne von deren Umfang abzuweichen, der in den Ansprüchen festgelegt ist.

Claims (21)

1. System zum Ausbilden eines um eine Mittenachse drehzylind­ rischen Katalysators mit einem Gehäuse und einem Substrat, das in das Gehäuse eingesetzt ist, für ein Kraftfahrzeug, wobei das System aufweist:
Eine Rolle zum Bilden des Gehäuses des Katalysators, einen Drucksensor, der an dem Substrat zum Erfassen des Drucks auf dem Substrat angebracht ist, wobei der Drucksen­ sor ein Drucksignal ausgibt, das den auf das Substrat aus­ geübten Druck anzeigt,
eine Schleifringvorrichtung, die mit dem Drucksensor ver­ bunden ist, um das Drucksignal von dem Drucksensor zu emp­ fangen, und
einen Prozessor, der mit der Schleifringvorrichtung verbun­ den ist, um das Drucksignal von der Schleifringvorrichtung zu messen.
2. System nach Anspruch 1, wobei die Rolle sich in einer Rich­ tung quer zur Mittenachse bewegt, um den Durchmesser des Gehäuses zu verringern.
3. System nach Anspruch 1, wobei die Rolle sich in einer Rich­ tung parallel zu der Mittenachse bewegt, um eine vorbe­ stimmte Form des Gehäuses auszubilden.
4. System nach Anspruch 1, wobei die Schleifringvorrichtung einen sich drehenden Teil und einen stationären Teil um­ fasst.
5. System nach Anspruch 4, wobei es sich bei dem sich drehen­ den Teil um einen Schleifringrotor handelt.
6. System nach Anspruch 4, wobei der sich drehende Teil sich gemeinsam mit dem Katalysator dreht.
7. System nach Anspruch 4, wobei der Prozessor mit dem statio­ nären Teil der Schleifringvorrichtung derart verbunden ist, dass das Drucksignal von dem Drucksensor zu dem stationären Teil über den sich drehenden Teil übertragen wird.
8. System nach Anspruch 4, wobei der stationäre Teil der Schleifringvorrichtung ein Schleifringstator ist.
9. System nach Anspruch 1, außerdem aufweisend eine Signalver­ arbeitungselektronikkarte zum Übertragen der Signale des Drucksensors zu der Schleifringvorrichtung.
10. System nach Anspruch 9, wobei die Signalverarbeitungselekt­ ronikkarte als Signalaufbereitungseinrichtung wirkt, um das Drucksignal von dem Drucksensor aufzubereiten.
11. System nach Anspruch 9, wobei die Signalverarbeitungselek­ tronikkarte eine Analog/Digital-Wandlerkarte ist.
12. Verfahren zum Ausbilden eines Katalysators, der sich um ei­ ne Mittenachse dreht und ein Gehäuse und Substrat aufweist, das in das Gehäuse eingesetzt ist, für ein Kraftfahrzeug, wobei das Verfahren aufweist:
Ausbilden des Gehäuses unter Verwendung einer Rolle, Anbringen eines Drucksensors an dem Substrat,
Ausgeben eines Drucksignals von dem Drucksensor zur Anzeige des auf das Substrat ausgeübten Drucks,
Verbinden einer Schleifringvorrichtung mit dem Drucksensor, wobei die Schleifringvorrichtung das Drucksignal von dem Drucksensor empfängt, und
Verarbeiten des Drucksignals von der Schleifringvorrichtung unter Verwendung eines mit der Schleifringvorrichtung ver­ bundenen Prozessors.
13. Verfahren nach Anspruch 12, außerdem aufweisend das Bewegen der Rolle in einer Richtung quer zur Mittenachse, um den Durchmesser des Gehäuses zu verringern.
14. Verfahren nach Anspruch 12, außerdem aufweisend das Bewegen der Rolle in einer Richtung parallel zu der Mittenachse, um eine vorbestimmte Form des Gehäuses zu bilden.
15. Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Schleifringvorrich­ tung außerdem einen sich drehenden Teil und einen stationä­ ren Teil umfasst.
16. Verfahren nach Anspruch 15, außerdem aufweisend das Drehen des sich drehenden Teils der Schleifringvorrichtung gemein­ sam mit dem Katalysator.
17. Verfahren nach Anspruch 15, außerdem aufweisend:
Verbinden des Prozessors mit dem stationären Teil der Schleifringvorrichtung, und
Übertragen des Drucksignals von dem Drucksensor zu dem sta­ tionären Teil über den sich drehenden Teil der Schleifring­ vorrichtung.
18. Verfahren nach Anspruch 12, außerdem aufweisend das Verbin­ den einer Signalverarbeitungselektronikkarte mit dem Druck­ sensor und der Schleifringvorrichtung.
19. Verfahren nach Anspruch 12, außerdem aufweisend das Aufbe­ reiten des Drucksignals von dem Drucksensor durch die Sig­ nalverarbeitungselektronikkarte.
20. Verfahren nach Anspruch 12, außerdem aufweisend das Über­ tragen von Signale von dem Drucksensor zu dem Prozessor ü­ ber die Signalverarbeitungselektronikkarte.
21. Verfahren nach Anspruch 18, außerdem aufweisend das Drehen der Signalverarbeitungselektronikkarte gemeinsam mit dem Katalysator.
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