DE10226281A1

DE10226281A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Beleimen einer Wabenstruktur

Info

Publication number: DE10226281A1
Application number: DE10226281A
Authority: DE
Inventors: Hans-Peter Caspar
Original assignee: Emitec Gesellschaft fuer Emissionstechnologie mbH
Current assignee: Vitesco Technologies Lohmar Verwaltungs GmbH
Priority date: 2002-06-13
Filing date: 2002-06-13
Publication date: 2003-12-24
Also published as: JP4602077B2; WO2003106048A1; JP2005528983A; DE10392746B4; DE10392746D2

Abstract

Stempel (1) zum Beleimen einer Wabenstruktur (2), umfassend eine Aufnahme (3), einem Stempelbelag (4), eine Dosiereinheit (5) und eine Kammer (6), wobei die Kammer (6) von der Aufnahme (3) und der Dosiereinheit (5) begrenzt und der Stempelbelag (4) auf einer von der Kammer (6) abgewandten Seite (7) der Dosiereinheit (5) angeordnet ist. Weiterhin werden eine Vorrichtung (17) sowie ein Verfahren zum Beleimen einer Wabenstruktur (2), insbesondere eines metallischen Katalysator-Trägerkörpers zur Abgasreinigung mobiler Verbrennungskraftmaschinen, beschrieben. Das Verfahren umfasst folgende Schritte: zumindest teilweises Eintauchen eines Stempels (1) in ein zumindest teilweise mit Leim (14) gefülltes Leimreservoir (18); Aufnahme von Leim (14) über einen Stempelbelag (4) und/oder in eine Dosiereinheit (5) des Stempels (1); Entfernen des Stempels (1) aus dem Leimreservoir (18), so dass zumindest der Stempelbelag (4) freigelegt ist; Einstellen einer vorgegebenen Leimmenge in dem Stempelbelag (4) und/oder der Dosiereinheit (5), wobei eine überschüssige Leimmenge in eine Kammer (6) auf der dem Stempelbelag (4) abgewandten Seite (7) der Dosiereinheit (8) abgeführt wird; Kontaktieren des Stempelbelags (4) mit einer Stirnseite (22) eines Wabenkörpers.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Stempel zum Beleimen einer Wabenstruktur bzw. auf eine Vorrichtung umfassend mindestens einen solchen Stempel. Weiterhin wird ein Verfahren zum Benetzen einer Wabenstruktur mit Leim beschrieben.
Die oben genannten Wabenstrukturen sind in der Regel metallische Strukturen, welche separate Wände umfassen, die für ein Fluid durchströmbare Kanäle bilden. Die Wände werden dabei zumindest teilweise im Inneren der Kanäle mit einem Klebstoff benetzt. Anschließend wird die Wabenstruktur mit einem Lot in Kontakt gebracht, welches an dem Klebstoff haftet, wobei danach eine thermische Behandlung zur Ausbildung von Lotverbindungen zwischen den separaten Wänden durchgeführt wird. Derartige metallische Strukturen bzw. Wabenkörper werden bevorzugt als Katalysator-Trägerkörper in Abgassystemen mobiler Brennkraftmaschinen eingesetzt.
Im Hinblick auf eine solche Verwendung und zur Erzielung einer hohen Effektivität einer katalytischen Umsetzung von Schadstoffen im Abgas ist es erforderlich, eine möglichst große katalytisch aktive Kontaktfläche der metallischen Struktur zur Verfügung zu stellen. Aus diesem Grund zeichnete sich in den letzten Jahren ein Entwicklungstrend hin zu hohen Kanaldichten und sehr dünnen Kanalwänden ab. Die Verwendung von sehr dünnen Kanalwänden, insbesondere aus hochtemperatur- und korrosionsbeständigen Metallfolien, hat jedoch zur Folge, dass die fligetechnischen Verbindungen der Kanalwände miteinander unter Berücksichtigung der hohen thermischen und dynamischen Beanspruchung im Abgassystem eines Automobils erfolgen müssen. So ist es beispielsweise zur Gewährleistung einer thermisch bedingten Ausgleichsdehnung zwischen Wänden der Kanäle und einem die Wabenstruktur umschließenden Gehäuse erforderlich, die Kanalwände zumindest teilweise nur in einem vorgebbaren axialen Abschnitt miteinander zu verbinden, so dass eine komplette, durchgehende fligetechnische Verbindung über die gesamte Länge der Kanäle vermieden wird. Die Grenzen dieses Verbindungsabschnittes sind dabei auch aus fertigungstechnischer Sicht möglichst exakt einzuhalten.
Eine weitere Vergrößerung der katalytisch aktiven Oberfläche wird dadurch erreicht, dass die relativ glatten Kanalwände bzw. Metallfolien mit einem so genannten Washcoat beschichtet werden, der eine stark zerklüftete Oberfläche aufweist. Diese zerklüftete Oberfläche gewährleistet einerseits ein ausreichend großes Platzangebot für die Fixierung katalytisch wirkender Bestandteile (als Katalysatoren werden z. B. Platin, Rhodium etc. eingesetzt), und dient andererseits zur Verwirbelung des durchströmenden Abgases, wobei ein besonders intensiver Kontakt zum Katalysator bewirkt wird. Allerdings hat das Auftragen des Washcoats eine weitere Reduzierung des frei durchströmbaren euerschnitts des Wabenkörpers zur Folge, was insbesondere bei hohen Kanaldichten zu einem unerwünschten Druckabfall über den Katalysator-Trägerkörper fuhren kann. Insofern ist es bedeutsam, das Lotmaterial jeweils nur in den Kontaktstellen der Kanalwände anzuordnen, um die Beschichtungshöhe (Lot + Washcoat) ausgehend von der Kanalwand nicht unnötig weiter zu vergrößern.
Zur Gewährleistung einer dauerhaften fügetechnischen Verbindungen der Kanalwände miteinander bzw. der Metallfolien untereinander sowie gegebenenfalls mit einem den Wabenkörper umgebenden Gehäuse ist es von besonderem Interesse, exakt definierte Verbindungsbereiche zu generieren. Hierzu ist es im Hinblick auf das Verbinden von Metallfolien mittels eines Lotverfahrens wünschenswert, dass sich das Lot tatsächlich nur in diesen gewünschten Verbindungsbereichen anlagert und auch während der nachfolgenden thermischen Behandlung des Wabenkörpers aus diesen Bereichen nicht herausläuft. In diesem Zusammenhang sind bereits einige Techniken bekannt, in welcher Weise ein Klebemittel bzw. ein Leim im Inneren eines solchen Wabenkörpers anzuordnen ist, um das später zugeführte Lot zu fixieren.

Ein solches Verfahren zur Herstellung eines Katalysator-Trägerkörpers geht beispielsweise aus der US 5,082,167 bzw. Re. 35,063 hervor. Insbesondere werden dort die technischen Problemen betreffend die Dosierung und das Auftragen eines Lotmittels auf eine Wabenstruktur beschrieben. So wird erläutert, dass übermäßiger Lotmittelverbrauch bei ungenauer Beleimung zur Korrosion in den Metallfolien führen kann, wobei darauf zu achten ist, dass der Leim bzw. das Bindemittel nur in den Berührpunkten bzw. Kontaktbereichen der Metallfolien angeordnet wird. Weiter wird dort ausgeführt, dass ein Auftragen des Lotmittels vor einem Wickel- oder Schichtvorgang der Metallfolien problematisch ist, da einerseits der endgültige Durchmesser des Wabenkörpers in Folge der zwischen den Metallfolien angeordneten Lotkörner nicht exakt einstellbar ist, und unter Umständen wegen des nachträglichen Verflüssigens der Lotkörner zwischen den benachbart angeordneten Metallfolien Lücken entstehen können. Auch eine Besprühung des Katalysator-Trägerkörpers mit Leim über dessen Stirnseite in innere Bereiche hinein hat sich als ineffektiv herausgestellt, da es sehr schwierig ist, mit einer Düse nahe an die entsprechenden Verbindungsbereiche im Inneren der Kanäle heranzukommen.

In der Re. 35,063 wird vorgeschlagen, einen wabenförmig aufgebauten Katalysator-Trägerkörper durch Schichten und Wickeln von glatten und gewellten Metallfolien herzustellen. Die Wabenstruktur wird anschließend stirnseitig mit einem Saug-Schwamm in Verbindung gebracht. Dieser Saug-Schwamm ist oben in einem Behälter mit einem Bindemittel bzw. einem Klebstoff angeordnet und von diesem durchtränkt. Beim Aufsetzen der Wabenstruktur auf den Saug-Schwamm dringt das Bindemittel aus dem Inneren des Saug-Schwamms aufgrund einer Kapillarwirkung in das Innere der Kanäle der Wabenstruktur. Nach Erreichen der gewünschten Steighöhe des Klebstoffes im Inneren der Kanäle wird die Stirnseite der Wabenstruktur von dem Saug-Schwamm entfernt. Dieser Vorgang kann gegebenenfalls von der anderen Stirnseite der Wabenstruktur wiederholt werden.

Bezüglich des Saug-Schwamms wird erläutert, dass eine kontinuierliche Bereitstellung von ausreichend Klebstoff gewährleistet sei, da der Saug-Schwamm stets Klebstoff von einer Seite aus einem Klebstoff-Reservoir hochsaugen und über eine andere Oberfläche wieder abgeben kann. Allerdings weist der Saug- Schwamm eine Vielzahl von Poren und Durchgängen auf, welche jeweils stark variierende Strömungsquerschnitte aufweisen. Dies kann zur Folge haben, dass eine gleichmäßige Bereitstellung von Klebstoff an der Oberfläche, auf welche die metallische Struktur bzw. der Wabenkörper aufgesetzt wird, nicht sichergestellt werden kann. Zudem können Verunreinigungen, welche im Rahmen der Fertigung solcher Wabenkörper entstehen und sich auf dem Saug-Schwamm oder in dem Klebstoff-Reservoir ablagern, zur Folge haben, dass sich die Qualität der Dosierung zunehmend verschlechtert. Dies würde beispielsweise eine häufige Unterbrechung der Fertigung bedingen, da der Saug-Schwamm oft gereinigt oder ausgetauscht werden muss. Findet dies nicht statt, werden Katalysator-Trägerkörper mit sehr unterschiedlicher Qualität betreffend ihre fügetechnischen Verbindungen und somit auch Haltbarkeit produziert, was insbesondere im Automobilbau bzw. in der Abgastechnik nicht toleriert werden kann. Außerdem saugt der Saug-Schwamm solange Leim aus dem Klebstoff-Reservoir wie eine Verbindung zu einem Wabenkörper besteht, so dass eine Dosierung nur über genaue Zeitsteuerung möglich ist.

Ein weiteres Verfahren zur Herstellung einer metallischen Struktur bzw. eine Vorrichtung zur Benetzung der metallischen Struktur mit einem Klebstoff geht aus der (nicht vorveröffentlichten) DE 101 51 487 hervor. Das dort beschriebene Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass die dosierte Zugabe des Klebstoffs bzw. Leims mittels mindestens eines mit dem Klebstoff bzw. Leim in Verbindung stehenden, wabenförmig ausgestalteten Dosierelementes erfolgt. Der Klebstoff gelang dabei über die Eintrittsseite in das Dosierelement und wird über die Austrittsseite gleichmäßig in die Kanäle der Wabenstruktur weiter gegeben.

Das Dosierelement kann dabei zudem mit einem für den Leim durchdringbaren Belag versehen sein, der sich über die Austrittsseite des Dosierelementes erstreckt. Der Belag hat hierbei unter anderem die Funktion, den aus den Zuleitungen des Dosierelementes austretenden Klebstoff über den Querschnitt zu verteilen. Zur Gewährleistung einer solchen Verteilung des Klebstoffes wird bisher z. B. ein Abstreifer benutzt, der auf den Belag aufgesetzt und über diesen unter Druck abgerollt wird. Die Belagfeuchtigkeit bzw. die im Belag enthaltene Menge des Klebstoffes wird dann z. B. durch unterschiedliche Aufdruckkräfie des Rollenabstreifers eingestellt.

Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Stempel bzw. eine Vorrichtung zum Benetzen einer Wabenstruktur mit Leim anzugeben, durch die das Versehen der Wabenstruktur mit Leim auch im Rahmen einer Serienfertigung prozesssicher ausgelegt werden kann. Weiterhin soll ein entsprechendes Verfahren angegeben werden. Dabei steht eine exakte und gleichmäßige Befüllung bzw. Benetzung des Beleimstempelbelages unter Vermeidung eines nur bedingt reproduzierbaren Abstreifvorganges im Vordergrund. Weiterhin soll ein Einstellen der konkreten Belagfeuchtigkeit bzw. des Belagfüllgrades mit Leim ermöglicht werden. Weiterhin soll sichergestellt werden, dass der Stempelbelag einfach befestigt ist und gegebenenfalls zu Wartungszwecken schnell ausgetauscht werden kann.

Diese Aufgaben werden gelöst durch einen Stempel zum Beleimen einer Wabenstruktur gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 bzw. einer Vorrichtung zum Beleimen einer Wabenstruktur gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 8 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 11. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den jeweils abhängigen Patentansprüchen enthalten, wobei die dort beschriebenen Merkmale gegebenenfalls auch beliebig miteinander kombiniert werden können.

Der erfindungsgemäße Stempel zum Beleimen einer Wabenstruktur umfasst eine Aufnahme, einen Stempelbelag, eine Dosiereinheit und eine Kammer. Die Kammer ist von der Aufnahme und der Dosiereinheit begrenzt. Der Stempelbelag ist dabei auf einer von der Kammer abgewandten Seite der Dosiereinheit angeordnet. Dabei wird ein direkter Kontakt des Saug-Schwamms bzw. des Dosierelementes mit dem Leim unterbunden. Die Dosiereinheit ist hier von einer Seite mit dem Stempelbelag bedeckt und von der anderen Seite durch die Aufnahme bzw. die Kammer begrenzt. Die Dosiereinheit ist dabei bevorzugt wie das Dosierelement absgeführt, welches in der (nicht vorveröffentlichten) DE 101 51 487 beschrieben ist. Der Offenbarungsinhalt der DE 101 51 487 wird hiermit vollständig zum Gegenstand dieser Beschreibung gemacht.

Zur Erläuterung der Funktionen der einzelnen Komponenten des erfindungsgemäßen Stempels wird nun auf eine mögliche Verwendung des Stempels Bezug genommen. Das Befüllen bzw. Benetzen des Stempelbelages mit Leim erfolgt so beispielsweise durch Abtauchen des Stempels in ein Leimreservoir, wobei der Leim über den Stempelbelag auch in die Dosiereinheit eindringt. Der Stempelbelag besteht z. B. aus einem technischen Wollfilz und/oder Samt bzw. Velours, der vorzugsweise als eine Art Scheibe mit vorgegebenem Durchmesser ausgeführt ist. Die äußere Gestalt (rund, eckig, . . .) des Beleimbelages ist unter Berücksichtigung des Kontaktbereiches des Stempels mit der Wabenstruktur auszulegen. Nach diesem Benetzungsvorgang des Stempelbelages erfolgt ein Einstellen der gewünschten Leimmenge, die weiter unten in der Beschreibung näher erläutert wird. Die auf der dem Stempelbelag abgewandten Seite der Dosiereinheit angeordnete Kammer dient dabei als Behälter für überschüssigen Leim. Durch das exakte Einstellen der gewünschten Leimmenge und das Abführen des überschüssigen Leimes in die Kammer ist ein Abstreifvorgang beispielsweise mittels eines Rollenabstreifers nicht mehr erforderlich, wobei dennoch eine gleichmäßige Benetzung bzw. Durchfeuchtung des Stempelbelages über den gesamten Querschnitt sichergestellt ist.

Gemäß einer Weiterbildung des Stempels ist die Dosiereinheit eine zumindest teilweise poröse und/oder wabenartig aufgebaute, insbesondere scheibenförmige, Struktur. Die Dosiereinheit dient vordergründig als Leimspeicher, wobei der in ihr gespeicherte Leim infolge von Kapillar-Effekten dem Stempelbelag zugeführt werden kann, wenn dieser beim Kontakt mit der zu beleimenden Wabenstruktur seine Leimmenge abgibt. Unter einer porösen Struktur ist hier gemeint, dass diese zumindest abschnittsweise Poren, Durchlässe, Hohlräume und/oder dergleichen aufweist, wobei diese nicht zwingend jeweils eine Öffnung hin zu beiden Seiten der Dosiereinheit aufweisen. Eine solche poröse Struktur besteht vorzugsweise aus Sintermetall, Kunststoff bzw. Keramikschaum oder ähnlichen Materialien. Eine wabenartig aufgebaute Struktur zeichnet sich dem gegenüber durch voneinander getrennte Zuleitungen aus, welche jeweils eine Eintrittsöffnung auf der einen Seite der Dosiereinheit und eine Austrittsöffnung auf der anderen Seite der Dosiereinheit aufweisen. Diese Zuleitungen sind im Wesentlichen geradlinig und parallel zueinander angeordnet. Zu weiteren Parametern einer solchen Dosiereinheit sei an dieser Stelle erneut auf die DE 101 51 487 verwiesen. Die wabenartige Struktur besteht beispielsweise aus glatten und/oder gewellten Metallfolien, Lochscheiben oder dergleichen.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Stempels weist dieser Mittel zur Erzeugung eines vorgebbaren Druckes in der Kammer auf. Vorzugsweise umfassen die Mittel eine Regeleinheit zum Einstellen eines vorgebbaren Druckes in der Kammer. Auf diese Weise wird das Einstellen eines gewünschten Druckunterschiedes zwischen dem Inneren der Kammer und der Umgebung des Stempels ermöglicht. Durch Einstellen eines Unterdrucks in der Kammer kann beispielsweise die überschüssige Leimmenge aus der Dosiereinheit bzw. dem Stempelbelag abgesaugt werden. Im Hinblick auf das Anliegen eines Unterdrucks in der Kammer wird sichergestellt, dass eine über den Querschnitt der Dosiereinheit bzw. dem Stempelbelag gleichmäßige Saugwirkung erzeugt wird, wodurch eine gleichmäßige und homogene Befüllung des Stempelbelags bzw. der Dosiereinheit erfolgt. Zudem kann dieser Vorgang sehr schnell und ohne großen Energieeinsatz durchgeführt werden, was insbesondere im Hinblick auf die Serienfertigung von wabenförmig ausgebildeten Katalysator-Trägerkörpern für den Automobilbau vorteilhaft ist. Dach Herstellen eines Überdrucks in der Kammer kann allerdings auch ein Wechsel des Stempelbelages erleichtert werden.

Weiter wird vorgeschlagen, dass der Stempel mindestens einen Sensor zur Bestimmung der vom Stempel aufgenommenen Leimmenge aufweist, wobei der mindestens eine Sensor vorzugsweise in dem Stempelbelag und/oder der Dosiereinheit selbst integriert ist. Die Messung der vom Stempel (Stempelbelag und/oder Dosiereinheit) aufgenommenen Leimmenge kann nach einem elektrischen (Widerstand, Stromfluss, Leitwert, etc.) oder einem physikalischen Prinzip (Druckdifferenz, Druckabfallzeit, etc.) erfolgen. Zur Erfassung dieser Messwerte kann der Fachmann auf eine Vielzahl bekannter Sensoren zurückgreifen. Die Anordnung des mindestens einen Sensors erfolgt dabei vorzugsweise in der Art, dass dieser mit dem Leim in Kontakt steht. Auf diese Weise ist die Stempelbelagfeuchtigkeit bzw. die Menge des Leims in der Dosiereinheit ein messbarer Prozessparameter. So kann beispielsweise auch die Alterung des Stempelbelages durch Verdichtung oder Verschmutzung auf diese Weise durch Erfassen unterschiedlicher Durchflussgeschwindigkeiten, Druckverhältnisse und dergleichen ermittelt werden. Die Erfassung der vorn Stempel aufgenommenen Leimmenge erlaubt eine Beleimung eines Katalysator-Trägerkörpers mit einer im Wesentlichen konstanten Leimmenge über eine Vielzahl von Beleimungsvorgängen, auch wenn sich die Qualität des Stempelbelages ändert oder der Beleimungsvorgang von unterschiedlichen Personen durchgeführt wird.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Stempels ist der Stempelbelag mit einer verschiedenartigen Durchlässigkeit ausgeführt, wobei diese bevorzugt in radial außenliegenden Bereichen des Stempels gegenüber mittig angeordneten Bereichen erhöht ist. Die Durchlässigkeit bzw. gegebenenfalls auch die Speicherfähigkeit des Stempelbelages wird im Wesentlichen durch den Aufbau bestimmt. Wesentlich sind beispielsweise die Porosität, die Zuleitungsdichte pro Einheitsquerschnitt, das Material, etc. Eine über den Querschnitt des Stempelbelages unterschiedlich ausgeführte Durchlässigkeit erlaubt eine Anpassung des Beleimvorganges an die Produktanforderungen der Wabenstruktur, da die Durchlässigkeit einen erheblichen Einfluss auf die Kapillar-Effekte hat.

Das heißt beispielsweise, dass ein erhöhter Leimauftrag in den radial außenliegenden Bereichen erzielt werden kann. Handelt es sich bei der herzustellenden Wabenstruktur um einen Katalysator-Trägerkörper, der eine Vielzahl miteinander zu verlötende Blechfolien sowie ein darum angeordnetes Gehäuse umfasst, so ist es unter Umständen wünschenswert, gerade in einem radial außenliegenden Bereich des Katalysator-Trägerkörpers, in dem die Metallfolien mit dem Gehäuse zusammen treffen, eine erhöhte Menge Leim anzuordnen. Da die die Wabenstruktur bildenden Metallfolien in der Regel relativ empfindlich im Hinblick auf eine Überladung mit Lotmittel reagieren, kann über den erfindungsgemäßen Stempel im mittleren Bereich eine geringere Leimmenge aufgetragen werden. Im Hinblick auf andere Produktanforderungen kann jedoch auch eine hiervon abweichende Aufteilung des Stempelbelags im Hinblick auf seine unterschiedliche Durchlässigkeit vorgenommen werden. Eine weitere Möglichkeit der unterschiedlichen Dosierung von Leim über dem Querschnitt des Stempels ließe sich auch über mehrere Kammern verwirklichen, die einzeln mit unterschiedlichen Drücken beaufschlagt werden können.

Nach einer weiteren Ausgestaltung des Stempels liegt der Stempelbelag auf der Dosiereinheit auf und ist mittels mindestens einer Saugeinheit auf der Dosiereinheit fixiert, wobei diese Saugeinheit bevorzugt durch die Kammer und eine Regeleinheit zum Einstellen eines vorgebbaren Drucks in der Kammer gebildet ist. Das hat den Vorteil, dass auf zusätzliche Befestigungsmittel zur Fixierung des Stempelbelages auf der Dosiereinheit verzichtet werden kann. Insbesondere wird so das Auswechseln des Stempelbelages in einfacher Weise ermöglicht. Dazu wird die Kammer (zumindest teilweise bzw. abschnittsweise) vorzugsweise über die Regeleinheit mit einem Überdruck versehen, wobei sich der Stempelbelag leicht von der Dosiereinheit lösen lässt. Durch die Ausgestaltung der Saugeinheit durch die Kammer und einer Regeleinheit kann der Stempelbelag einerseits durch Anlegen eines Unterdrucks in der Kammer fixiert und befestigt werden, andererseits kann der Stempelbelag bei Anlegen eines Überdrucks in der Kammer schnell und ohne Werkzeug entfernt und gegen einen neuen Stempelbelag ausgetauscht werden. In diesem Zusammenhang ist es auch möglich, den Stempelbelag lokal auch luftundurchlässig auszugestalten, und ihn durch das Anlegen eines Unterdrucks gerade in diesem Bereich zu fixieren. Eine solche Ausgestaltung des Stempels erhöht die Wartungsfreundlichkeit, da der Stempelbelag schnell gewechselt werden kann und umständliche Nebentätigkeiten wie beispielsweise das Bespannen des Beleimstempels wegfallen.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung zum Beleimen einer Wabenstruktur vorgeschlagen, wobei diese mindestens ein Leimreservoir und mindestens einen erfindungsgemäßen Stempel umfasst. Der mindestens eine Stempel ist mittels eines Antriebes relativ zu dem Leimreservoir bewegbar. Als Leimreservoir kann eine Vielzahl von unterschiedlichen Behältern, Düsen, Schwämmen, Rollen und dergleichen dienen. Der Antrieb hat den Stempel dabei in einer Weise in das Leimreservoir einzutauchen, so dass über den Stempelbelag bzw. die Dosiereinheit Leim aus dem Leimreservoir zugeführt werden kann.

Ist das Leimreservoir beispielsweise ein zumindest teilweise mit flüssigem Leim gefüllter Behälter, ist es besonders vorteilhaft, wenn der Antrieb eine Hubbewegung des Stempels in Richtung einer Achse des Stempels erzeugt. Dabei taucht der Stempel in einer Richtung der Hubbewegung so weit in das Leimreservoir bzw. den Leim ab, dass der Stempelbelag mit dem Leim direkt in Kontakt steht. Anschließend fährt der Antrieb den Stempel in entgegengesetzter Richtung wieder aus dem leim heraus, so dass ein direkter Kontakt des im Leimreservoir befindlichen Leimes mit dem Stempelbelag nicht mehr gegeben ist. Ein derartiges Hubsystem ist relativ preiswert und störungsunanfällig, so dass sich hier auch der Einsatz für eine Serienfertigung von Wabenstrukturen anbietet.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Vorrichtung ist mindestens eine Positioniereinheit vorgesehen, welche eine im Wesentlichen zentrische Anordnung einer Stirnseite eines Wabenkörpers zu der Achse des Stempels gewährleistet. Das bedeutet, dass die mindestens eine Positioniereinheit eine im Wesentliche zentrische bzw. fluchtende Anordnung der Wabenstruktur zu dem Stempel bzw. Stempelbelag sicherstellt. Bei einem anschließenden Kontakt der Stirnseite des Wabenkörpers mit dem Stempelbelag wird die gewünschte Leimmenge an die Wabenstruktur übergeben, wobei ein ebenmäßiges Aufsetzen insbesondere mit über dem Querschnitt des Stempelbelages gleichmäßig verteiltem Druck erfolgt.

Gemäß noch einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Benetzung einer Wabenstruktur mit Leim vorgeschlagen, welches zumindest folgende Schritte umfasst:

- Zumindest teilweises Eintauchen eines Stempels in ein zumindest teilweise mit Leim gefüllten Leimreservoir;
- Aufnahme von Leim über einen Stempelbelag und/oder in eine Dosiereinheit des Stempels;
- Entfernen des Stempels aus dem Leimreservoir, so dass zumindest der Stempelbelag freigelegt ist;
- Einstellen einer vorgebbaren Leimmenge in dem Stempelbelag und/oder der Dosiereinheit, wobei eine überschüssige Leimmenge in eine Kammer auf der vom Stempelbelag abgewandten Seite der Dosiereinheit abgeführt wird;
- Kontaktieren des Stempelbelages mit einer Stirnseite eines Wabenkörpers.

Vorzugsweise erfolgt die Durchführung des oben geschilderten Verfahrens unter Einsatz des erfindungsgemäßen Stempels bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Benetzen einer Wabenstruktur.

Besonders vorteilhaft ist hier, dass das Einstellen der vorgebbaren Leimmenge durch mindestens zeitweises Erzeugen eines vorgebbaren Differenzdruckes zwischen der Umgebung außerhalb des Stempels und der Kammer bewirkt wird. Dabei ist zum Entfernen einer überschüssigen Leimmenge in dem Stempelbelag und/oder der Dosiereinheit vorzugsweise ein Unterdruck in der Kammer anzulegen, um eine Abfuhr dieser überschüssigen Leimmenge in die Kammer hin zu bewirken. Zur Erzeugung eines solchen vorgebbaren Differenzdruckes eignen sich eine Vielzahl bekannter Pump-Systeme, die mit der Kammer in Verbindung stehen; z. B. Kolbenpumpen, Verdrängerpumpen, Zahnradpumpen, Flügelzellenpumpen, Taumel- und Schrägscheibenpumpen, Sperr- und Rollflügelpumpen oder dergleichen.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird zum Einstellen der vorgegebenen Leimmenge zunächst die tatsächlich von dem Stempel aufgenommene Leimmenge mittels mindestens eines Sensors bestimmt. Das bedeutet, dass der Stempel zunächst mit dem Leim des Leimreservoirs in Kontakt gebracht wird, dieser eine unbestimmte Leimmenge aufnimmt und wieder aus dem Leimreservoir entfernt wird. Nun wird mittels des Sensors (wie er bereits weiter oben beschrieben wurde) die aufgenommene Leimmenge des Stempelbelages bzw. der Dosiereinheit bestimmt. Alternativ oder auch in Kombination dazu kann die Ermittlung der tatsächlich vom Stempel aufgenommene Leimmenge auch schon während des Eintauchens des Stempels in das Leimreservoir erfolgen (z. B. mittels einer Durchflussmessung). Die erfassten Messwerte werden beispielsweise in einer Rechnereinheit zur Bestimmung der aufgenommenen Leimmenge herangezogen, wobei die Regeleinheit in Abhängigkeit von den erfassten Messwerten den Differenzdruck bzw. die Zeitdauer des Anlegens eines solchen Differenzdruckes einstellt.

Weiterhin wird vorgeschlagen, dass die überschüssige Leimmenge in der Kammer gesammelt und in vorgebbaren Intervallen entfernt wird. Das Entfernen der überschüssigen Leimmenge aus der Kammer kann dabei nach festen zeitlichen Intervallen, in Abhängigkeit der durchgeführten Benetzungsvorgänge und/oder in Abhängigkeit von dem Füllgrad der Kammer durchgeführt werden. Zu diesem Zweck kann beispielsweise die Aufnahme eines solchen Stempels mit einem Abfluss versehen sein, der Dichtungsmittel aufweist die in Abhängigkeit der vorgegebenen Intervalle ein Abfluss des gesammelten Leimes ermöglichen.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens führt der Stempel eine Hubbewegung in Richtung einer Achse des Stempels zum Ein- und Auftauchen aus dem Leim des Leimreservoirs aus. Diese einfache Bewegung des Stempels erlaubt die Reduzierung von Taktzeiten und den Einsatz kostengünstiger Antriebe bei der Herstellung von Katalysator-Trägerkörpern.

Weitere Vorteile und besonders bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung werden nachfolgend mit Bezug auf die Figuren erläutert. Dabei sei angemerkt, dass es sich hierbei lediglich um Beispiele handelt, die die Erfindung nicht begrenzen.
Es zeigen:
Fig. 1 schematisch den Aufbau einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Stempels und einer Wabenstruktur;
Fig. 2a eine Ausgestaltung einer Vorrichtung zum Benetzen der Wabenstruktur im eingetauchten Zustand;
Fig. 2b die Vorrichtung aus Fig. 2a im aufgetauchten Zustand; und
Fig. 3 schematisch eine Detailansicht des Stempels.
Fig. 1 zeigt einen Stempel 1 zum Beleimen einer Wabenstruktur 2, der eine Aufnahme 3, einen Stempelbelag 4, eine Dosiereinheit 5 und eine Kammer 6 umfasst. Die Kammer 6 ist von der Aufnahme 3 und der Dosiereinheit 5 begrenzt. Der Stempelbelag 4 ist dabei auf einer von der Kammer 6 abgewandten Seite 7 der Dosiereinheit 5 angeordnet. In der dargestellten Ausführungsform ist die Dosiereinheit 5 wabenartig aufgebaut. Zum Einstellen unterschiedlicher Drücke im Inneren der Kammer 6 ist diese über eine Zuleitung 9 und eine Ableitung 10 sowie eine Pumpe 12 mit einer Regeleinheit 8 verbunden. Die Regeleinheit 8 steuert in Abhängigkeit der Messergebnisse, aus denen sich die tatsächlich vom Stempel 1 aufgenommene Leimmenge bestimmen lassen, die Pumpe 12 und somit auch die Druckdifferenz zwischen dem Inneren der Kammer 6 und der Umgebung 23 des Stempels 1. Zum Benetzen des Stempelbelages 4 bzw. der Dosiereinheit 5 mit Leim 14 ist der Stempel 1 parallel zur Achse 20 auf und ab bewegbar. Durch Anlegen eines Unterdrucks in der Kammer 6 nach dem Auftauchen aus dem Leim 14 wird die überschüssige Leimmenge in die Kammer 6 hinein befördert, wobei die Kammer 6 in vorgebbaren Intervallen über den Abfluss 11 geleert werden kann.
Zentrisch zu dem Stempel 1 ist eine Wabenstruktur 2 schematisch dargestellt, welche mittels einer Positioniereinheit 21 mit dem Stempel 1 in Kontakt gebracht werden kann. Die Wabenstruktur 2 umfasst hier ein Gehäuse 24, welches eine Vielzahl zumindest teilweise strukturierter, metallischer Folien 25 umfasst, die so angeordnet sind, dass für ein Fluid (insbesondere Abgas) durchströmbare Kanäle 26 gebildet sind. Die metallischen Folien weisen eine Dicke auf, die üblicherweise kleiner als 50 µm beträgt, insbesondere sogar kleiner 20 µm. Die Kanaldichte einer Wabenstruktur, die für den Einsatz von Abgasanlagen automobiler Verbrennungskraftmaschinen geeignet ist, liegt im Bereich von 600 bis 1600 cpsi ("cells per square inch").
Die Stirnseite 22 der Wabenstruktur 2 wird mit dem Stempelbelag 4 in Kontakt gebracht, wobei der im Stempelbelag bzw. in der Dosiereinheit 5 gespeicherte Leim infolge von Kapillar-Effekten sich in den gemeinsamen Berührungsstellen der Folien 25 der Wabenstruktur 2 anordnet. Bei einem späteren Beloten der Wabenstruktur 2 dient dieser Leim als Haftmittel zur Fixierung von Lotpulver in diesen Bereichen. Bezüglich des Kontaktes der Wabenstruktur 2 mit dem Stempel 1 sei noch ergänzt, dass dieser vorzugsweise so lange stattfindet, bis nahezu der gesamte Leiminhalt des Stempelbelages 4 bzw. der Dosiereinheit 5 auf den Wabenkörper 2 übergegangen ist. Unter Umständen kann es jedoch auch erforderlich sein, den Kontakt zeitlich so zu begrenzen, dass eine Restmenge Leim im Stempel 1 verbleibt.
In den Fig. 2a und 2b ist eine Vorrichtung 17 zum Benetzen einer Wabenstruktur 2 (nicht dargestellt) schematisch veranschaulicht. In der Fig. 2a ist der Stempel 1 in ein mit Leim 14 gefülltes Leimreservoir 18 abgetaucht. Hierzu dient ein Antrieb 19, der eine Hubbewegung des Stempels 1 parallel zur Achse 20 ermöglicht. Fig. 2b zeigt die Vorrichtung 17 in aufgetauchtem Zustand. Durch kurzzeitiges Anlegen (z. B. 1-5 sec) eines Unterdrucks, der beispielsweise 5-50 mbar geringer als der Umgebungsdruck sein kann, in der Kammer 6 wird auf dem Stempelbelag angeordneter bzw. überflüssiger Leim 14 in die Kammer 6 gesaugt, wie dies anhand der Pfeile dargestellt ist. Nunmehr speichert der Stempelbelag bzw. die Dosiereinheit nur noch die gewünschte Leimmenge, die anschließend an die Wabenstruktur 2 übergeben werden soll.
Fig. 3 zeigt schematisch und perspektivisch eine Detailansicht des Stempels 1, wobei dessen Aufnahme 3 zumindest teilweise im Schnitt dargestellt ist. Die Aufnahme 3 dient zur Lagefixierung des Stempelbelages 4 und der Dosiereinheit 5. Der Stempelbelag 4 wird dabei mittels einer Saugeinheit 16 gehalten, welche sich im Wesentlichen aus den Zuleitungen 9 und einer entsprechenden Regeleinheit 8 (nicht dargestellt) zusammensetzt. Demnach wird zur Fixierung des Stempelbelages 4 eine Saugkraft in Richtung des Radius 15 außenliegenden Bereichen während des Einsetzens des Stempelbelages 4 angelegt. Zum Wechsel des Stempelbelages 4 wird in den Zuleitungen 9 ein Überdruck angelegt, so dass sich der Stempelbelag 4 leicht aus der Aufnahme 3 lösen lässt. Die Dosiereinheit 5 ist in diesen radial außenliegenden Bereichen vorzugsweise kanalartig aufgebaut. Der Stempelbelag 4 ist dort bevorzugt luftdicht, wobei lediglich die radial innenliegenden Bereiche zur Benetzung der Wabenstruktur mit Leim herangezogen werden.
Die zuvor beschriebenen Mittel gewährleisten eine exakt bestimmte Leimmenge, die der Wabenstruktur beim Kontakt mit dem Stempel übergeben wird. Daraus resultiert eine prozesssichere Fertigung beispielsweise von Katalysator- Trägerkörpern zur Abgasreinigung von Abgasen mobiler Verbrennungskraftmaschinen. Bezugszeichenliste 1 Stempel
2 Wabenstruktur
3 Aufnahme
4 Stempelbelag
5 Dosiereinheit
6 Kammer
7 Seite
8 Regeleinheit
9 Zuleitung
10 Ableitung
11 Abfluss
12 Pumpe
13 Sensor
14 Leim
15 Radius
16 Saugeinheit
17 Vorrichtung
18 Leimreservoir
19 Antrieb
20 Achse
21 Positioniereinheit
22 Stirnseite
23 Umgebung
24 Gehäuse
25 Folie
26 Kanal

Claims

1. Stempel (1) zum Beleimen einer Wabenstruktur (2) umfassend eine Aufnahme (3), einen Stempelbelag (4), eine Dosiereinheit (5) und eine Kammer (6), wobei die Kammer (6) von der Aufnahme (3) und der Dosiereinheit (5) begrenzt und der Stempelbelag (4) auf einer von der Kammer (6) abgewandten Seite (7) der Dosiereinheit (5) angeordnet ist.

2. Stempel (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosiereinheit (5) eine zumindest teilweise poröse und/oder wabenartig aufgebaute, insbesondere scheibenförmige, Struktur ist.

3. Stempel (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass dieser Mittel (8, 9, 10, 12) zur Erzeugung eines vorgebbaren Druckes in der Kammer (6) aufweist.

4. Stempel (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel eine Regeleinheit (8) zum Einstellen eines vorgebbaren Druckes in der Kammer (6) umfassen.

5. Stempel (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieser mindestens einen Sensor (13) zur Bestimmung der vom Stempel (1) aufgenommenen Leimmenge aufweist, wobei der mindestens eine Sensor (1) vorzugsweise in dem Stempelbelag (4) und/oder in der Dosiereinheit (5) selbst integriert ist.

6. Stempel (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stempelbelag (4) mit einer verschiedenartigen Durchlässigkeit ausgeführt ist, wobei diese bevorzugt in radial außenliegenden Bereichen des Stempelbelages (4) gegenüber mittig angeordneten Bereichen erhöht ist.

7. Stempel (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stempelbelag (4) auf der Dosiereinheit (5) aufliegt und auf dieser mittels mindestens einer Saugeinheit (16) fixiert ist, wobei diese Saugeinheit (16) bevorzugt durch die Kammer (6) und eine Regeleinheit (8) zum Einstellen eines vorgebbaren Druckes in der Kammer (6) gebildet ist.

8. Vorrichtung (17) zum Beleimen einer Wabenstruktur (2), dadurch gekennzeichnet, dass diese mindestens ein Leimreservoir (18) und mindestens einen Stempel (I) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 umfasst, wobei der mindestens eine Stempel (1) mittels eines Antriebs (19) relativ zu dem Leimreservoir (18) bewegbar ist.

9. Vorrichtung (17) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb (19) eine Hubbewegung des Stempels (1) in Richtung einer Achse (20) des Stempels (1) erzeugt.

10. Vorrichtung (17) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Positioniereinheit (21) vorgesehen ist, welche eine im wesentlichen zentrischen Anordnung einer Stirnseite (22) eines Wabenkörpers (2) zu der Achse (20) des Stempels (1) gewährleistet.

11. Verfahren zur Benetzung einer Wabenstruktur (2) mit Leim (14), welches zumindest folgende Schritte umfasst:

- Zumindest teilweises Eintauchen eines Stempels (1) in ein zumindest teilweise mit Leim (14) gefülltes Leimreservoir (18);

- Aufnahme von Leim (14) über einen Stempelbelag (4) und/oder in eine Dosiereinheit (5) des Stempels (I);

- Entfernen des Stempels (I) aus dem Leimreservoir (18), so dass zumindest der Stempelbelag (4) freigelegt ist;

- Einstellen einer vorgegebenen Leimmenge in dem Stempelbelag (4) und/oder der Dosiereinheit (5), wobei eine überschüssige Leimmenge in eine Kammer (6) auf der dem Stempelbelag (4) abgewandten Seite (7) der Dosiereinheit (8) abgeführt wird;

- Kontaktieren des Stempelbelags (4) mit einer Stirnseite (22) eines Wabenkörpers (2).

12. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem das Einstellen der vorgegebenen Leimmenge durch zumindest zeitweises Erzeugen eines vorgebbaren Differenzdruckes zwischen der Umgebung (23) außerhalb des Stempels (1) und der Kammer (6) bewirkt wird.

13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, bei dem zum Einstellen der vorgegebenen Leimmenge zunächst die tatsächlich von dem Stempel (1) aufgenommene Leimmenge mittels mindestens eines Sensors (13) bestimmt wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, bei dem die überschüssige Leimmenge in der Kammer (6) gesammelt und in vorgegebenen Intervallen entfernt wird.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, bei dem der Stempel (I) eine Hubbewegung in Richtung einer Achse (20) des Stempels (I) zum Ein- und Auftauchen aus dem Leim (14) des Leimreservoirs (18) ausführt.