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Die
vorliegende Erfindung basiert auf und beansprucht die Priorität der Anmeldung
mit der koreanischen Anmeldenummer 10-2005-0096420, angemeldet am
13. Oktober, 2005, deren ganze Offenbarung hiermit durch Bezugnahme
Bestandteil derselben geworden ist.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von
Formteilen zur Fertigung von Katalysatorträgern und insbesondere ein Verfahren zur
Herstellung eines Formteils zur Fertigung von Katalysatorträgern mit
Zellen, von denen jede einen kreisförmigen Querschnitt aufweist.
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Aus
der
DE 101 47 338
A1 ist ein keramischer Katalysatorträge bekannt, der einen keramischen
Träger
mit einem direkt auf der Oberfläche
einer Substratkeramik aufgebrachten Katalysator und eine auf dem
keramischen Träger
geträgerte
Katalysatorkomponente aufweist.
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Aus
der
DE 697 07 347
T2 ist ein Wabenstrukturkörper bekannt mit einer Vielzahl
von in axialer Richtung ausgerichteten Durchgängen, die durch Trennwände definiert
werden. Der Wabenstrukturkörper
ist aus einem Keramikmaterial oder Materialien gebildet.
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Aus
der 199 21 780 A1 ist eine Hexagonalzellen-Wabenstruktur mit einer Vielzahl on
Zellenkanälen
bekannt. Die Querschnittsform jeder Zelle weist eine hexagonale
Form auf.
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Generell
sind Katalysatorträger
derart geformt, dass deren Zellen in einer Bienenwabenstruktur angeordnet
sind. Ein Formteil zur Fertigung von Katalysatorträgern ist
ein Spritzgussformteil. Das heißt,
dass Material auf einer Seite des Formteils unter Anwendung von
Druck injiziert wird, so dass ein Produkt geformt wird, das auf
der gegenüberliegenden
Seite des Formteils entnommen wird.
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Üblicherweise
haben die meisten Zellen quadratische oder hexagonale Querschnitte.
Formteile zur Fertigung von Katalysatorträgern sind mittels Schleifen
oder elektrische Entladung hergestellt worden. Daher bestehen aufgrund
von maschinellen Genauigkeitsgrenzen Schwierigkeiten bei der Herstellung
eines Formteils, mit dem Katalysatorträger hergestellt werden können, die
eine Zellendichte von ungefähr
900 cpsi (cells per square inch) und ein Web mit einer Dicke von
ungefähr
2.5 mil (mili-inches) aufweisen.
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Ausführungsformen
er vorliegenden Erfindung stellen ein Verfahren zur Herstellung
eines Formteils zur Fertigung von Katalysatorträgern bereit, die Strukturen
mit Zellen kreisförmigen
Querschnitts aufweisen, um eine große Zellendichte zu realisieren
und ein sehr dünnes
Web zu bilden.
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Ein
Verfahren zur Herstellung eines Formteils zur Fertigung von Katalysatorträgern nach
einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung umfasst einen Pinherstellungs-Schritt
zur Herstellung einer Mehrzahl von I-förmigen Pins, von denen jeder an
dem oberen und dem unteren Ende desselben vorgesehene Kopfteile
und ein Mittelteil aufweist, das zwischen den Kopfteilen angeordnet
ist und einen Durchmesser hat, der geringer ist als der Durchmesser
jedes der Kopfteile. Bei dem Pinzusammensetz-Schritt werden die
I-förmigen
Pins zusammengesetzt und gegenseitig angehaftet, so dass die I-förmigen Pins 3 eine
Ebene bilden. Bei dem Schweiß-Schritt
wird eine Angussloch-Platte gebildet, wobei die oberen und unteren
Enden der zusammengesetzten I-förmigen
Pins 3 durch Schweißen aneinander
gebunden werden. Bei dem Schneid-Schritt werden Zwischenabschnitte
der geschweißten
I-förmigen
Pins geschnitten. Bei dem Koordinatenfestsetzungs-Schritt werden
die Koordinaten von Angusslöchern
auf den geschweißten
Abschnitten der I-förmigen Pins
festgesetzt. Bei dem maschinellen Angussloch-Herstellungsschritt
werden an den festgesetzten Koordinaten die Angusslöcher maschinell
in der Angussloch-Platte
hergestellt.
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Zu
einem besseren Verständnis
des Wesens und der Aufgabe der vorliegenden Erfindung sollte auf
die folgende detaillierte Beschreibung mit den zugehörigen Figuren
Bezug genommen werden, die zeigen:
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1 ein
Flussdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung eines Formteils zur
Fertigung von Katalysatorträgern
nach einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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2 eine
Ansicht zur Darstellung eines Prozesses des Zusammensetzens von
I-fömigen Pins
nach der vorliegenden Erfindung;
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3 eine
Ansicht, die eine durch Schweißen
gebildete Angussloch-Platte nach der vorliegenden Erfindung zeigt;
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4 eine
Ansicht zur Darstellung des Schneid-Schrittes nach der vorliegenden Erfindung;
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5 eine
schematische Darstellung, die ein fertig gestelltes Formteil nach
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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6 eine
Anssicht zur Darstellung sowohl der I-förmigen
Pins im zusammengebauten Zustand als auch ein Verfahren nach der
vorliegenden Erfindung, bei dem die zusammengebauten I-förmigen Pins
während
des Schweißens
gepresst werden;
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7 eine
Ansicht, die ein Beispiel eines Verfahrens zur Teilung der zusammengesetzten
I-förmigen
Pins in eine Mehrzahl von Abschnitten beim Schweiß-Schritt
nach der vorliegenden Erfindung;
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8 eine
Ansicht, die ein Verfahren zur Bestimmung von Koordinaten eines
Mittelpunkts eines herzustellenden Angussloches auf der Basis eines Referenzpunktes
der Angusslochplatte nach der vorliegenden Erfindung;
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9 eine
Ansicht, die einen Prozess zur Bildung eines Beobachtungsloches
an dem Satz von Koordinaten des Angussloches und einen Prozess zur
Regulierung der Koordinaten des Angussloch-Mittelpunkts an eine
genaue Position zeigt; und
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10 eine
Ansicht, die eine Mehrzahl von in der Angussloch-Platte angeordneten
Beobachtungslöchern
nach der vorliegenden Erfindung zeigt.
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Im
Folgenden wird eine Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren
im Detail beschrieben.
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1 ist
ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung eines Formteils
zur Fertigung von Katalysatorträgern
nach einer Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung. Das Formteil-Herstellungsverfahren der vorliegenden
Erfindung umfasst einen Stab- oder Pin-Herstellungsschritt zur Herstellung
einer Mehrzahl von I-förmigen Pins.
Jeder I-förmige
Stab, im folgenden Pin genannt, weist an dem oberen und dem unteren
Ende des I-förmigen Pins vorgesehene
Kopfteile und ein Mittelteil auf, der zwischen den Kopfteilen 1 angeordnet
ist und einen Durchmesser aufweist, der geringer ist als der Durchmesser
jedes Kopfteils 1. Das Formteil-Herstellungsverfahren umfasst weiterhin
einen Pinzusammensetz-Schritt mit dem Zusammensetzen und mit der gegenseitigen
Anhaftung der I-förmigen
Pins 3, so dass die I-förmigen
Pins 3 eine Ebene bilden, sowie einen Schweiß-Schritt zur Bildung
einer Einspeise-Lochplatte 5, bei dem die oberen und unteren
Enden der zusammengebauten I-förmigen Pins 3 durch Schweißen aneinander
gebunden werden. Das Formteil-Herstellungsverfahren umfasst ferner
einen Schneid-Schritt zum Schneiden von Zwischenabschnitten der
geschweißten
I-förmigen
Pins 3, einen Koordinatenfestsetzungs-Schritt zum Festsetzen
der Koordinaten von Einspeiselöchern 7 auf
den geschweißten
Abschnitten der I-förmigen
Pins 3, und einen maschinellen Angussloch-Herstellungsschritt
zur maschinellen Herstellung der Einspeiselöcher 7 in der Einspeise-Lochplatte 5 an
den festgesetzten Koordinaten der Einspeiselöcher 7.
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Die
Schritte der Pin-Herstellung und des Pin-Zusammensetzens sind in der 2 gezeigt.
Die an den oberen und unteren Enden der I-förmigen Pins 3 vorgesehenen
Kopfteile 1 sind Abschnitte, die in die Angussloch-Platten 5 zu
integrieren sind, indem die oberen und unteren Enden der I-förmigen Pins 3 aneinander
zu koppeln sind durch einen Schweiß-Schritt und indem diese aufzubauen
sind. Die Mittelteile der I-förmigen
Pins 3 sind Abschnitte, die im Wesentlichen die netzförmige Packung
des zu fertigenden Katalysatorträgers,
im folgenden Web genannt, bilden.
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Daher
bestimmt der Durchmesser jedes I-förmigen Pins 3 die
Größe (Pitch)
jeder Zelle des Katalysatorträgers.
Der sich zwischen den Mittelteilen von benachbarten I-förmigen Pins 3 ergebende Abstand
bestimmt die Dicke des Web des Katalysatorträgers.
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6 ist
eine Draufsicht auf die I-förmigen Pins 3 der 2 beim
Pinzusammensetz-Schritt. Wie in der 6 gezeigt,
werden die I-förmigen
Pins 3 vorzugsweise derart zusammengesetzt, dass sie eine
regelmäßige hexagonale
Fläche
bilden. Der Grund dafür
ist, dass der Katalysatorträger
als Endprodukt typischerweise kreisförmig ist, so dass das Verhältnis des
Anwendungsbereichs der tatsächlichen
Nutzung in einem Produktionsprozess zu dem Bereich der zusammengesetzten
Pins größer ist,
als wenn die I-förmigen
Pins zu einer quadratische oder dreieckige Form zusammengesetzt
würden.
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Bei
dem Schweiß-Schritt
werden, wie in der 3 gezeigt, die oberen und die
unteren Enden der I-förmigen
Pins 3 durch Schweißen
zusammengesetzt, um die Angussloch-Platten 5 zu bilden.
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Im
Detail werden die Kopfteile 1 der I-förmigen Pins 3 zu einem
Ganzen geschweißt,
wobei ein Prozess wie ein Laser-Plattierverfahren
(laser cladding process) verwendet wird. Gleichzeitig werden die
Kopfteile 1 der I-förmigen
Pins 3 zusammengebaut, indem Metallpulver zugeführt und
geschmolzen wird, bis die Kopfteile 1 eine vorbestimmte
Dicke erreicht haben, um die Angussloch-Platte 5 zu bilden.
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Beim
Schweiß-Schritt
werden die oberen und unteren Enden der I-förmigen Pins 3 vorzugsweise
abwechselnd geschweißt.
Weiterhin wird der Bereich der oberen und unteren Enden der I-förmigen Pins 3 in
eine Mehrzahl von Sektionen a, b, c und d unterteilt und in sequentieller
Abfolge geschweißt, um
somit zu vermeiden, dass ein Bündel
von I-förmigen Pins 3 aufgrund
der Schweißtemperatur
thermisch verformt werden.
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In
dem Schweiß-Schritt
werden die Zwischenräume
zwischen den I-förmigen
Pins 3 durch Schweißen
gefüllt.
Da das Phänomen,
bei dem das Volumen des Bündels
von I-förmigen
Pins 3 durch plastische Deformation der I-förmigen Pins 3 reduziert
wird, auftreten kann, sollten die I-förmigen Pins 3 in der
Richtung der durch die in der 6 angegebenen
Pfeile gepresst werden. Dann behalten die I-förmigen
Pins 3 den Zustand einer regelmäßigen Anordnung, ohne dass
diese Anordnung durch eine Reduktion des Volumens des Bündels der
I-förmigen Pins 3 verändert wird.
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Dies
ist notwendig, um die Genauigkeit der Koordinaten der Einspeiselöcher 7 sicherzustellen, die
im später
beschriebenen Angusslochfestsetzungs-Schritt festzusetzen sind.
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Vorzugsweise
wird zur Bildung der Angussloch-Platte der nicht in der 1 gezeigte
Abkühlungs-Schritt
zur Abkühlung
der durch Schweißen geformten
Angussloch-Platte 5 nach dem Schweiß-Schritt durchgeführt. Dies
verhindert eine Veränderung
der zwischen den I-förmigen
Pins 3 befindlichen Zwischenräume beim nachfolgenden Schneid-Schritt aufgrund
einer vom Schweißen
resultierenden Restspannung in der Angussloch-Platte.
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Wie
es in der 4 gezeigt ist, wird, indem die
geschweißten
I-förmigen
Pins 3 an einer mittleren Position in zwei Teile geschnitten
werden, wobei jedes der zwei Teile ein Medium eines Formteils bildet.
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Im
Folgenden wird diejenige Ausführungsform
beschrieben, bei der beim Schneid-Schritt nur ein Medium produziert
wird.
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Beim
Koordinatenfestsetzungs-Schritt werden vorläufige Koordinaten B eines Mittelpunkts
eines Angusslochs 7, das auf der Basis eines Referenzpunktes
A der Angussloch-Platte 5 maschinell herzustellen
ist, an der Vorderseite der Angussloch-Platte 5 ermittelt,
von der die I-förmigen
Pins 3 wegragen. Daraufhin wird an den ermittelten zeitweiligen
Koordinaten B ein Beobachtungsloch 9 mit einem Durchmesser
gebildet, der kleiner ist als der Durchmesser des Angussloches 7,
wobei sich das Beobachtungsloch von der Rückseite der Angussloch-Platte 5 zu
der Grenze zwischen den Kopfteilen 1 der I-förmigen Pins 3 und
der Angussloch-Platte erstreckt. Nachfolgend wird der Mittelpunkt
C eines Raums als der Mittelpunkt des Angussloches 7 ermittelt,
der bei einem Blick durch die hintere Fläche der Angussloch-Platte 5 zwischen
den Kopfteilen 1 von drei benachbarten I-förmigen Pins 3 auftritt,
wenn Licht auf die Frontfläche
der Angussloch-Platte 5 gestrahlt
wird.
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Nachdem
das Beobachtungsloch 9 geformt ist, wird der Raum zwischen
den Kopfteilen 1 von drei benachbarten I-förmigen Pins 3 untersucht,
wobei das Beobachtungsloch 9 unter Verwendung eines Mikroskops
bei einem Bestrahlen mit Licht untersucht wird. Dabei wird das Mittelpunkt
C dieses Raums als der wahre Mittelpunkt des Angusslochs 7 angesehen.
Da der Durchmesser des Angusslochs 7 größer ist als der Durchmesser
des Beobachtungsloch 9, wird verhindert, dass das Beobachtungsloch 9 von
dem bearbeiteten Angussloch 7 ausgenommen wird, auch wenn
der vorläufige
Mittelpunkt B des Observationslochs 9 leicht versetzt gegenüber dem realen
Mittelpunkt C des Angusslochs 7.
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Alle
Koordinaten der Angusslöcher 7 können mit
dem zuvor genannten Verfahren ermittelt werden. Jedoch können zur
Erhöhung
der Geschwindigkeit des Arbeitsablaufs die Koordinaten der zwischen
den Beobachtungslöchern 9 zu
bildende Einspeiselöcher durch
Interpolation festgesetzt werden, nachdem eine Mehrzahl von Observationslöchern 9 gebildet worden
ist.
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Der
Referenzpunkt A der Angussloch-Platte 5 ist ein willkürlicher
Punkt, dessen Position geeignet für die Festsetzung auf der Basis
von Koordinaten ist.
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Wenn
somit die Angusslöcher 7 in
der Angusslochplatte 5 eingearbeitet werden, ist das Formteil
fertig gestellt, wie es in der 5 gezeigt
ist. Im Fall, dass es schwierig ist, die Angussloch-Platte 5 durch
Schweißen
mit einer gewünschten
Dicke zu bilden, kann weiterhin der Hilfsplattenkopplungs-Schritt durchgeführt werden,
bei dem eine separate Hilfsplatte hergestellt wird, deren Löcher dieselben
sind wie die Angusslöcher 7 der
Angussloch-Platte 5,
und bei dem die Hilfsplatte an die Rückseite der Angussloch-Platte 5 angekoppelt
wird. Dann wird das Formteil mit der Angussloch-Platte 5 mit
der erforderlichen Dicke einfach hergestellt.
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Bei
dem nach dem voranstehend beschriebenen Verfahren hergestellte Formteil
kann die Zellendicke und die Dicke des Web mit gewünschten Werten
einfach realisiert werden.
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Es
ist aus dem Voranstehenden offensichtlich, dass mit der vorliegenden
Erfindung Katalysatorträger
produziert werden können,
die verglichen mit dem Stand der Technik Strukturen großer Zellendichte
mit Zellen kreisförmigen
Querschnitts und ein sehr dünnes
Web aufweisen.