DE10327455A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines strukturierten Blechbandes - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines strukturierten Blechbandes (1), umfassend zumindest die folgenden Schritte: DOLLAR A - Zuführen eines glatten Blechbandes (1) hin zu einer formgebenden Vorrichtung (3) entlang einer Führungsrichtung (4); DOLLAR A - Einbringen einer Primärstruktur (5) in das glatte Blechband (1) mit der formgebenden Vorrichtung (3), wobei eine Mehrzahl von separaten Formwerkzeugen (6) im wesentlichen senkrecht zur Führungsrichtung (4) auf das Blechband (1) einwirkt. DOLLAR A Darüber hinaus wird eine Vorrichtung (3) zur Herstellung eines strukturierten Blechbandes (1) beschrieben, die strukturierte Blechbänder (1) mit besonders kleinem Verhältnis von Welllänge zu Wellhöhe herstellen kann. Solche strukturierten Blechbänder (1) werden insbesondere zur Herstellung von Reinigungskomponenten in mobilen Abgasanlagen eingesetzt.
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines strukturierten Blechbandes mit einer Primärstruktur sowie eine Vorrichtung zur Einbringung von zumindest einer Primärstruktur in ein Blechband. Derartige strukturierte Blechbänder werden bevorzugt zur Herstellung von Abgasreinigungskomponenten mobiler Verbrennungskraftmaschinen eingesetzt.
- Bei der Abgasbehandlung von mobilen Verbrennungskraftmaschinen, wie z.B. Otto- und Dieselmotoren, ist es bekannt, Komponenten bzw. Strukturen in der Abgasleitung anzuordnen, die eine relativ große Oberfläche bereitstellen. Diese Komponenten werden üblicherweise mit einer adsorbierenden, katalytisch aktiven oder ähnlichen Beschichtung versehen, wobei aufgrund der großen Oberfläche der Komponenten ein inniger Kontakt mit dem vorbeiströmenden Abgas realisiert wird. Solche Komponenten sind beispielsweise Filterelemente zum Herausfiltern von im Abgas enthaltenen Partikeln, Adsorber zum zumindest zeitlich begrenzten Speichern von im Abgas enthaltenen Schadstoffen (z.B. NOx), katalytische Konverter (z.B. 3-Wege-Katalysator, Oxidationskatalysator, Reduktionskatalysator, etc.), Diffusoren zur Strömungsbeeinflussung bzw. Verwirbelung des hindurchströmenden Abgases, oder auch Heizelemente, die gerade nach dem Kaltstart der Verbrennungskraftmaschine das Abgas auf eine vorgegebene Temperatur erwärmen. Im Hinblick auf die Einsatzbedingungen im Abgassystem eines Automobils haben sich grundsätzlich folgende Trägersubstrate bewährt: keramische Wabenkörper, extrudierte Wabenkörper und Wabenkörper aus Metallfolien. Aufgrund der Tatsache, dass diese Trägersubstrate an ihre Funktionen stets anzupassen sind, sind hochtemperaturfeste und korrosionsbeständige Blechfolien besonders gut geeignet, als Ausgangsmaterial zu dienen.
- Es ist bekannt, Wabenkörper mit einer Mehrzahl von zumindest teilweise strukturierten Blechfolien herzustellen, die anschließend in ein Gehäuse eingebracht werden und somit einen Trägerkörper bilden, der mit einer oder mehreren der oben genannten Beschichtungen versehen werden kann. Die zumindest teilweise strukturierten Blechfolien werden dabei so angeordnet, dass im wesentlichen parallel zueinander angeordnete Kanäle gebildet sind. Um dies zu gewährleisten ist beispielsweise ein Teil der Blechfolie mit einer Primärstruktur versehen, welche sich unter anderem durch eine regelmäßige, sich wiederholende Struktur auszeichnet, insbesondere eine Art Sinus-Wellung, eine Sägezahn-Struktur, eine Rechteck-Wellung, eine Dreiecks-Wellung, eine Omega-Wellung, oder dergleichen. Mit einer Primärstruktur versehene Blechfolien werden dann (gegebenenfalls abwechselnd mit glatten Zwischenlagen) aufeinander gestapelt, miteinander verwunden und in ein Gehäuse eingefügt. Nach einer fügetechnischen Verbindung der Blechfolien mit dem Gehäuse ist ein Wabenkörper gebildet, der im wesentlichen zueinander parallel Kanäle aufweist.
- Weiter ist bekannt, eine zweite, kleine, Struktur in derartige Blechfolien (glatte und/oder welche, die eine Primärstruktur aufweisen) einzubringen, die insbesondere verhindern soll, dass sich unmittelbar nach Eintritt des Abgases in den Wabenkörper eine laminare Strömung ausbildet, wobei ein Gasaustausch von dem Zentrum eines solchen Kanals liegenden Bereichen des Teilabgasstroms mit den z. B. katalytisch aktiven Kanalwandbereichen nicht stattfindet. Diese Sekundärstruktur stellt demnach Anströmflächen bereit, die eine Art Verwirbelung der Teilabgasströme im Inneren eines solchen Kanals zur Folge hat. Dies führt zu einer intensiven Mischung der Teilabgasströme selbst, so dass ein inniger Kontakt der im Abgas enthaltenen Schadstoffe mit der Kanalwand gewährleistet ist. Weiterhin ist es möglich, durch derartige Sekundärstrukturen Strömungspassagen quer zum Kanal zu bilden, die einen Gasaustausch von Teilabgasströmen in benachbar te Kanäle ermöglichen. Aus diesem Grund sind Sekundärstrukturen bekannt, die beispielsweise Leitflächen, Mikrostrukturen, Noppen, Vorsprünge, Flügel, Laschen, Löcher oder ähnliches umfassen. Insofern ergibt sich eine deutlich erhöhte Variationsvielfalt bei der Herstellung metallischer Wabenkörper gegenüber solchen aus keramischem Material, weil mit einem Extrudiervorgang eine derart komplexe Kanalwand nicht bzw. mit nur besonders hohem technischen Aufwand realisiert werden kann.
- Weiter ist es bei der Abgasbehandlung von besonderem Interesse, dass eine Umsetzung der im Abgas enthaltenen Schadstoffe nahezu unverzüglich nach dem Start des Motors erfolgt. Dabei sollte dies gemäß den gesetzlichen Bestimmungen bzw. Richtlinien mit einer besonders hohen Effektivität stattfinden. Aus diesem Grund wurden in der Vergangenheit immer dünner werdende Blechfolien eingesetzt. Sehr dünne Blechfolien haben zur Folge, dass eine sehr geringe oberflächenspezifische Wärmekapazität vorliegt. Das heißt, dass dem vorbeiströmenden Abgas relativ wenig Wärme entzogen wird bzw. die Blechfolien selbst relativ schnell eine Temperaturerhöhung erfahren. Das ist deshalb wichtig, weil z.B. die derzeit im Abgassystem eingesetzten katalytisch aktiven Beschichtungen erst ab einer bestimmten Anspringtemperatur mit der Umsetzung der Schadstoffe beginnen, die in etwa bei Temperaturen von 230° C bis 270° C liegt. Mit dem Ziel, bereits nach wenigen Sekunden die Schadstoffe mit einer mindestens 98%-igen Effektivität umzusetzen, werden Blechfolien eingesetzt, die eine Foliendicke beispielsweise kleiner 20 μm haben.
- Aus den oben genannten Zielsetzungen resultieren jedoch eine Reihe fertigungstechnischer und anwendungstechnischer Probleme. Die Herstellung derartiger filigraner Strukturen, insbesondere der Sekundärstrukturen, erfordert besonders präzise arbeitende Werkzeuge, die üblicherweise sehr teuer sind und demnach lange Standzeiten verwirklichen sollten. Dabei ist auch zu berücksichtigen, dass die relativ dünne Foliendicke ein relativ „schonendes" Umformen bedingt. Derartig dünne Metallfolien sind besonders anfällig im Hinblick auf die Kaltverfestigung, welche gerade bei mehrmaligen Umformen auftritt. Dies führt zur Versprödung des Materials und kann gerade im Hinblick auf die im Abgassystem auftretenden, hohen thermischen und dynamischen Belastungen schnell zum Versagen des Bauteils führen. Außerdem ist zu berücksichtigen, dass die Blechfolien bei der Umformung in der Regel nicht gequetscht werden dürfen, da dies schnell zum Einreißen des Materials führen kann. Solche, z.T. sehr kleinen, Risse sind Quellen für eine Rissausbreitung, die wegen der thermischen Wechselbeanspruchung während des späteren Einsatzes ebenfalls die Funktionalität des Bauteils gefährden. Weiter ist zu vermeiden, dass die Blechfolien bei der Herstellung knittern bzw. zum Aufrollen neigen. Die Knitter haben beispielsweise zur Folge, dass unter Umständen Kanäle verstopft werden bzw. Risse gebildet sind, die sich infolge der späteren Belastungen im Abgassystem eines Automobils fortpflanzen und die strukturelle Integrität des Wabenkörpers gefährden. Außerdem ist zu beachten, dass derartige geknitterte oder deformierte Primär- und/oder Sekundärstrukturen sich in einer unerwünschten Weise dem Abgas entgegenstellen, so dass unter Umständen ein erhöhter Staudruck vor dem Abgaskörper festzustellen ist, was gegebenenfalls zur Reduzierung der Motorleistung führen kann.
- Bekanntermaßen wird die Blechfolie mittels ineinandergeifender Profilwerkzeuge, beispielsweise nach dem Verfahren des Wellwalzens, mit einer Primärstruktur versehen. Dabei wird das glatte Blechband durch zwei in Umfangsrichtung profilierte Walzen hindurchgeführt, wobei die Walzenachsen senkrecht zur Biegeebene stehen. Die Walzen sind beispielsweise mit evolventenförmig ausgebildeten Profilzähnen ausgestattet, wobei die Profilzähne der Walzen ineinandergreifen. Dabei besteht jedoch die Gefahr, dass das umzuformende Blechband teilweise an den Flanken der Profilzähne eingeklemmt wird und gleichzeitig eine Deformierung durch den Profilzahn-Kopf stattfindet. Dies hat häufig eine Stauchung des Materi als im Bereich der Flanken und eine Rissbildung nahe dem Profilzahn-Kopf zur Folge. Weiterhin besteht bezüglich dieses Herstellungsverfahrens die Einschränkung, dass die generierte Primärstruktur im wesentlichen das Profil der Wellwalzen abbildet, welches selbst dadurch limitiert ist, dass die Zähne aufeinander abrollen bzw. wegen des Abwalzvorgangs eine gewisse Steifigkeit bedingen. Dabei sind nur ganz bestimmte Verhältnisse von Welllänge zu Wellhöhe der Primärstruktur herstellbar.
- Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die zuvor beschriebenen technischen Probleme zu überwinden. Insbesondere ist es Aufgabe, ein Verfahren zur Herstellung von strukturierten Blechbändern anzugeben, das kostengünstig ist, bevorzugt kontinuierlich durchführbar ist, eine übermäßige Kaltverfestigung der Blechfolien vermeidet, die Gestaltung unterschiedlichster Primär- und Sekundärstrukturen erlaubt sowie eine Primärstruktur generiert, die zur Herstellung von im Abgas mobiler Verbrennungskraftmaschinen geeignet ist, wobei dieser Trägerköper einen sehr geringen Strömungswiderstand, insbesondere bei hohen Kanaldichten und integrierter Sekundärstruktur, aufweisen soll. Weiterhin soll ein Werkzeug zur Herstellung solcher strukturierter Blechbänder angegeben werden, welches geeignet ist, besonders komplexe und strömungstechnisch günstige Strukturen in dünne Blechfolien einzubringen bzw. zu verändern.
- Diese Aufgaben werden gelöst mit einem Verfahren zur Herstellung eines strukturierten Blechbandes mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie einer Vorrichtung zur Einbringung von mindestens einer Primärstruktur in ein Blechband mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den jeweils abhängigen Patentansprüchen beschrieben, wobei die dort genannten Merkmale beliebig miteinander kombiniert werden können.
- Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines strukturierten Blechbandes umfasst zumindest die folgenden Schritte:
- – Zuführen eines glatten Blechbandes hin zu einer formgebenden Vorrichtung entlang einer Führungsrichtung;
- – Einbringen einer Primärstuktur in das glatte Blechband mit der vorgebenden Vorrichtung, wobei eine Mehrzahl von separaten Formwerkzeugen im wesentlichen senkrecht zur Führungsrichtung auf das Blechband einwirkt.
- Ein wesentliches Merkmal dieses Herstellungsverfahrens ist, dass die Herstellung der Primärstuktur nicht mehr durch rotierende, ineinandergreifende Profilwerkzeuge hergestellt wird, sondern dass eine Mehrzahl von separaten Formwerkzeugen eine Art Hubbewegung ausführen und das glatte Blechband in eine vorgegebene Gegenform drücken. Aufgrund der Tatsachen, dass die separaten Formwerkzeuge sich mit einer im wesentlichen senkrechten Bewegung auf die Gegenform zubewegen, sind eine Vielzahl unterschiedlicher, beliebig ausgebildeter Ausführungsformen für eine Primärstruktur erzielbar. Da hier eine Mehrzahl von separaten Formwerkzeugen eingesetzt werden, kann die Materialbelastung weiter reduziert werden. Das bedeutet nämlich, dass jedes Formwerkzeug nur eine relativ kleine Fläche des Blechbandes bearbeitet, wobei (gegebenenfalls in den Zwischenräumen zwischen benachbart angeordneten Formwerkzeugen bzw. durch eine definierte, zeitliche Abfolge der Hubbewegungen der Formwerkzeuge) die Lageveränderung des Blechbandes aufgrund des versetzten, fortschreitenden Umformungsvorganges ausgeglichen wird. Dies hat eine besonders materialschonende Generierung der Primärstruktur zur Folge.
- Mit einer Mehrzahl von separaten Formwerkzeugen sind mindestens 2, bevorzugt mindestens 10 und insbesondere sogar mehr als 20 separate Formwerkzeuge gemeint. Dabei bezieht sich diese Anzahl insbesondere nur auf die Formwerkzeuge, die auf der gleichen Seite des Blechbandes angeordnet sind, während bevorzugt auf der gegenüberliegenden Seite des Blechbandes eine Gegenform positioniert wird. Üblicherweise hat eine solche Gegenform mehrere Extrema, in die die separaten Formwerkzeuge eingreifen und unter Umständen fast zum Anliegen kommen (so dass der Spalt in etwa nur noch der Blechdicke entspricht). Betrachtet man nun diese Extrema der Gegenform, so liegen diese üblicherweise auf einer geraden oder gekrümmten Linie. Diese Linie liegt im wesentlichen parallel zur Führungsrichtung des Blechbandes durch die formgebende Vorrichtung. Gerade zu dieser Führungsrichtung bzw. zu dieser Linie werden die separaten Formwerkzeuge im wesentlichen senkrecht bewegt. Eine detailliertere Beschreibung dieses Verfahrens wird nachfolgend mit Bezug auf unterschiedliche Werkzeuge vorgenommen.
- Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens wird nach dem Einbringen der Primärstruktur das strukturierte Blechband getrennt, so dass Blechfolien hergestellt sind. Während das obengenannte Verfahren bevorzugt mit einem von einer Spule abgezogenen Blechband durchgeführt wird, werden gerade bei den eingangs beschriebenen Abgasreinigungskomponenten Blechfolien mit einer bestimmten hänge eingesetzt. Diese Länge hängt wesentlich von dem Aufbau des Wabenkörpers ab, wobei Längen beispielsweise bis 40 cm bei spiralig gewickelten oder auch nur 12 cm bei beispielsweise S-förmig gewundenen Blechfolien zur Herstellung von Trägerkörpern eingesetzt werden.
- Weiter wird vorgeschlagen, dass ein strukturiertes Blechband mit einer Primärstruktur erzeugt wird, die durch eine Welllänge und eine Wellhöhe charakterisiert ist, wobei das Verhältnis von Welllänge zu Wellhöhe kleiner 2 ist, insbesondere kleiner 1,5. Grundsätzlich sei zunächst angemerkt, dass die Begriffe „Welllänge" und „Wellhöhe" nicht nur auf eine „wellen"-ähnliche Primärstruktur anzuwenden sind, sondern sich derartige Verhältnisse auch in analoger Weise auf andere Primärstrukturen anwenden lässt. Die Welllänge beschreibt dabei den Abstand zwi schen zwei gleichartigen Extrema, beispielsweise zwei direkt benachbarten Wellenbergen oder zwei direkt benachbarten Wellentälern. Damit ist klar, dass hierbei die Wiederhollänge der Primärstruktur gemeint ist. Unter der Wellhöhe ist der Abstand zweier entgegengesetzter Extrema zu verstehen, also beispielsweise der Abstand eines Wellenberges hin zum benachbarten Wellental. Üblicherweise stehen Welllänge und Wellhöhe senkrecht aufeinander.
- Ein Verhältnis von Welllänge zu Wellhöhe kleiner 2, insbesondere kleiner 1,5 beschreibt Primärstrukturen mit relativ steil abfallenden Flanken. Solche Primärstrukturen bilden später beim Zusammensetzen zu einer Wabenstruktur (eines für das Abgas durchströmbaren Trägerkörpers) Kanäle mit vorteilhaften Eigenschaften. So ist beispielsweise möglich, in den Zwickeln, also in den Kontaktbereichen benachbart zueinander angeordneter Blechfolien, relativ einfach die erforderliche Menge Lot und/oder Beschichtung vorzusehen, so dass hier sehr kostengünstig gearbeitet werden kann. Darüber hinaus zeichnen sich solche Kanäle durch ein verbessertes Strömungsverhalten aus, insbesondere da die Flanken relativ dicht beieinander stehen und somit ein inniger Kontakt des hindurchströmenden Abgases mit den z. T. beschichteten Kanalwänden möglich ist.
- Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens ist das Blechband bzw. die Blechfolie aus einem hochtemperatur- und korrosionsbeständigen Material, und hat eine Dicke, die kleiner als 0,11 mm beträgt, insbesondere kleiner 0,06 mm und bevorzugt sogar 0,03 mm. Das Material enthält vorzugsweise Chrom und/oder Aluminium (in der Regel mit einer Eisen-Basis), und/oder umfasst eine Nickel-Basis. Gerade bei derartigen Materialien mit den angegebenen Dicken musste zuvor mit einer Schädigung bei der Einbringung der Primärstruktur gerechnet werden. Dies hat einerseits Ursprung darin, dass die angegebenen Materialien sehr leicht zur Kaltverfestigung neigen, andererseits aber auch durch ihre Materialdicke ein Risiko darstellten. Insofern ist das vorgeschlagene Verfahren mit den se paraten Formwerkzeugen, die im wesentlichen senkrecht zur Führungsrichtung auf das Blechband einwirken besonders für die hier genannten Materialien bzw. Materialdicken vorteilhaft. Vorteilhafterweise lassen sich mit den Blechfolien, wie sie in der Beschreibung charakterisiert sind, Trägerkörper herstellen, die eine Kanaldichte von mehr als 200 cpsi („calls per sgaure inch") haben, insbesondere mehr als 400 cpsi und bevorzugt sogar mehr als 800 cpsi.
- Gemäß noch einer Weiterbildung des Verfahrens wird vorgeschlagen, dass vor dem Einbringen des Blechbandes in die formgebende Vorrichtung Löcher und/oder Schlitze in das Blechband eingebracht werden, insbesondere mit dem Fertigungsverfahren Stanzen. Derartige Löcher, beispielsweise mit einem Durchmesser von 2 mm bis 6 mm, dienen üblicherweise als Passage für Teilabgasströme in Abgasreinigungskomponenten, die einen Gasaustausch benachbarter Kanäle ermöglichen. Die Schlitze dienen üblicherweise als Ausgangspunkt für die Sekundärstruktur, die an den Stellen der Schlitze durch Deformierung des Blechbandes wie Umstülpen, Aufbiegen, Aufweiten, etc. hergestellt wird. Dabei werden insbesondere Leitflächen, Flügeln oder ähnliche Strukturen gebildet. Es ist aber auch möglich, dass die Löcher direkt an den Schlitzen angeordnet sind. Damit ist insbesondere gemeint, dass die Schlitze in den Randbereichen Aufweitungen haben, die die Kerbwirkung reduzieren. In diesem Fall haben die Löcher bzw. Aufweitungen einen Radius, der deutlich kleiner als 1 mm ist. Grundsätzlich ist noch anzumerken, dass dem Fachmann eine Vielzahl von Fertigungsverfahren bekannt sind, wie derartige Löcher und/oder Schlitze (ggf. auch gemeinsam) in ein Blechband einzubringen sind. Hier wird das Fertigungsverfahren Stanzen favorisiert, da sich dieses besonders kostengünstig auch im Rahmen einer Serienfertigung einsetzen lässt.
- Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird das Blechband nach dem Einbringen der Primärstruktur mittels miteinander kämmender Profilwerk zeuge mit einer Sekundärstruktur versehen, wobei diese bevorzugt Löcher und/oder Schlitze im Blechband zumindest teilweise begrenzt. Üblicherweise wird dieser Verfahrensschritt noch vor dem Trennen des strukturierten Blechbandes in separate Blechfolien durchgeführt. Bei den hier genannten, miteinander kämmenden Profilwerkzeugen sind insbesondere solche gemeint, die keine Flanken aufweisen, welche aufeinander abrollen. Vielmehr handelt es sich hierbei um stiftartige Konstruktionen, die bevorzugt nur mit den Bereichen des Blechbandes in Kontakt treten, an denen später die Sekundärstruktur ausgebildet wird. Dabei dienen beispielsweise die Löcher und/oder Schlitze als Positionierungshilfen.
- Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung zur Einbringung von zumindest einer Primärstruktur in ein zugeführtes Blechband mit einer Mehrzahl von separaten, nebeneinander angeordneten Formwerkzeugen vorgeschlagen, welche jeweils eine Kontaktfläche haben, die im wesentlichen einem Abschnitt der Primärstruktur entspricht. Die Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die Formwerkzeuge im wesentlichen senkrecht zur Führungsrichtung des Blechbandes und zumindest teilweise zueinander versetzt bewegbar sind. Bezüglich dieser Vorrichtung wird an dieser Stelle auf die Erläuterungen, wie sie bereits mit Bezug auf das Verfahren vorgenommen wurden, Bezug genommen.
- Darüber hinaus ist anzumerken, dass als „Kontaktfläche" der Teil der Formwerkzeuge zu betrachten ist, welcher mit dem Blechband in Kontakt tritt, also mit dessen Umformung bewirkt. Diese Kontaktfläche ist so ausgebildet, dass sie im wesentlichen einen Abschnitt der Primärstruktur darstellen. Damit ist gewährleistet, dass die Formwerkzeuge das Blechband mit der gewünschten Primärstruktur in beispielsweise eine Gegenform hineindrücken bzw. einpressen können. Die Anordnung der separaten Formwerkzeuge nebeneinander erfolgt dabei bevorzugt in einer solchen Weise, dass für den Fall, dass sich alle Formwerkzeuge im Eingriff mit dem Blechband bzw. der Gegenform befinden (also ihren maximalen Hub aufweisen), die Kontaktflächen der Formwerkzeuge aneinander angrenzen und/oder im wesentlichen parallel zu einem Profil der Gegenform positioniert sind.
- Die zueinander versetzte Bewegung der separaten Formwerkzeuge gewährleistet, dass ausreichend Material des Blechbandes in die Verformungsregion nachgezogen werden kann, und somit eine übermäßige Beanspruchung des Blechbandes bei der Umformung vermieden wird (übermäßige Dehnung, übermäßige Stauchung, Kaltverfestigung, etc). Damit ist klar, dass ein größerer Bereich des Blechbandes nahe der Formwerkzeuge angeordnet ist, dieser Bereich jedoch zu unterschiedlichen Zeitpunkten bzw. mit unterschiedlicher Intensität zum gleichen Zeitpunkt umgeformt wird. Demnach ist eine „zueinander versetzte Bewegung" so zu verstehen, dass die Hubbewegung zueinander benachbart angeordneter Formwerkzeuge zu unterschiedlichen Zeitpunkten, mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten, mit unterschiedlicher Kraft und/oder mit unterschiedlicher Krafteinwirkungsrichtung stattfindet.
- Bevorzugt erfolgt die Umformung des Blechbandes in der Weise, dass ein außen angeordnetes Formwerkzeug (bzw. ein Formwerkzeug, welches in Führungsrichtung zuletzt angeordnet ist) mit der Hubbewegung beginnt, und zeitlich nacheinander die angrenzenden, benachbarten Formwerkzeuge ihre Hubbewegung durchführen, bis das andere, gegenüberliegende (bzw. in Führungsrichtung zuerst angeordnete) Formwerkzeug erreicht ist. Dabei ist besonders vorteilhaft, wenn zu keinem Zeitpunkt des Umformschrittes alle separaten Formwerkzeuge mit dem Blechband in Eingriff sind, vielmehr sollen höchstens die Hälfte der separaten Formwerkzeuge, insbesondere weniger als ein Drittel der separaten Formwerkzeuge, mit dem Blechband in Kontakt sein. Andererseits sollten mindestens 2, vorzugsweise mindestens 3, insbesondere mindestens 5 derartige Formwerkzeuge gleichzeitig eine Kraft auf das Blechband bei der Umformung ausüben, um ein sicheres Halten sowie eine kontinuierliche Umformung zu ermöglichen.
- Weiter wird vorgeschlagen, dass die Primärstruktur eine Welllänge und eine Wellhöhe hat, und das Verhältnis von Welllänge zu Wellhöhe bevorzugt kleiner 2 ist, wobei die Formwerkzeuge eine Breite haben, die kleiner als das 10fache der Welllänge ist, insbesondere kleiner als das 5fache der Welllänge. Betreffend die Begriffe Wellhöhe und Welllänge sei auf die obigen Ausführungen verwiesen. Bei der hier beschriebenen Vorrichtung wird die Breite der separaten Formwerkzeuge näher definiert. Dabei werden relativ schmale Formwerkzeuge angegeben, die nur eine bestimmte Anzahl von Wellenbergen bzw. Wellentälern ausbilden. Ganz besonders bevorzugt entspricht die Breite der Formwerkzeuge im wesentlichen der doppelten Welllänge. Diese relativ schmale Ausführung der Formwerkzeuge hat eine besonders schonende Umformung des Blechbandes zur Folge, da gleichzeitig nur ein sehr begrenzter Bereich des Blechbandes umgeformt wird. Damit werden Materialflüsse im Blechband durch Stauchen oder Dehnen deutlich reduziert.
- Weiter wird vorgeschlagen, dass Mittel vorgesehen sind, die eine räumlich versetzte Hubbewegung der separaten Formwerkzeuge gewährleisten, wobei vorzugsweise eine zeitliche Überlagerung der Hubbewegungen benachbarter Formelemente möglich ist. Unter einer „räumlich versetzten Hubbewegung" ist insbesondere zu verstehen, dass alle Formwerkzeuge betragsmäßig die gleiche Hubbewegung ausführen, diese aber während des Umformvorganges unterschiedlich erfolgen, so dass zumindest eine Mehrzahl der Formwerkzeuge sich hinsichtlich ihrer Hubbewegung in unterschiedlichen Stadien befinden. Mit einer „zeitlichen Überlagerung der Hubbewegung" ist insbesondere gemeint, dass sich eine Mehrzahl von Formwerkzeugen gleichzeitig nicht in ihren Extremstellungen befinden sondern die Hubbewegung ausführen.
- Als ein Mittel für eine solche Hubbewegung wird eine Nockenwelle mit in Rotationsrichtung zueinander versetzten Nocken vorgeschlagen. Eine solche Nockenwelle kann beispielsweise derart ausgebildet sein, dass diese eine Mehrzahl von in axialer Richtung gesehen nebeneinander angeordneten Nockenabschnitten aufweist, die in Rotationsrichtung zueinander versetzt angeordnet sind, bzw. in Rotationsrichtung zueinander versetzte Maxima der Nocken haben. Üblicherweise entsprechen die Anzahl der Nocken der Mehrzahl von separaten, nebeneinander angeordneten Formwerkzeugen, die mit den Nocken so in Kontakt gebracht sind, dass diese ihre Hubbewegung ausführen. Die Hubbewegung kann dabei durch die spezielle Ausgestaltung der Nocken einfach angepasst werden, so dass die Geschwindigkeit oder auch der Hubweg durch das Profil der Nocken leicht einstellbar ist. Um eine zeitliche Überlagerung von benachbart angeordnetem Formwerkzeug zu realisieren, überlappen sich die entsprechenden Nocken zumindest teilweise bei einer stirnseitigen Ansicht der Nockenwelle in Rotationsrichtung.
- Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Vorrichtung umfassen die Mittel einen Schlitten, der relativ so zu den Formwerkzeugen bewegbar angeordnet ist, dass durch die Relativbewegung und eine geeignete Verbindung des Schlittens mit den Formwerkzeugen eine Hubbewegung erzeugt wird. Während bei der zuvor genannten Nockenwelle die Relativbewegung durch eine Rotationsbewegung der Nockenwelle generiert wird, beschreibt der Schlitten eine translatorische oder eine ähnliche Bewegung, die insbesondere mit einer geeigneten Führung durchgeführt wird. Das heißt mit anderen Worten, dass ein solcher Schlitten nacheinander so mit den separaten Formwerkzeugen in Kontakt gebracht wird, dass dieser eine Kraft auswirkt, die eine Hubbewegung zur Folge hat. Beispielsweise lässt sich das dadurch verwirklichen, dass ein solcher Schlitten auf der den Kontaktflächen der Formwerkzeuge gegenüberliegenden Seite vorbeigeführt wird, wobei eine Ablauffläche die Formwerkzeuge hin zur Position des Blechbandes drückt. Die Hubbe wegung, insbesondere deren Geschwindigkeit und deren Hubweg, kann durch eine geeignete Profilierung dieser Abrollfläche eingestellt werden. Außerdem ist es möglich, durch die Geschwindigkeit, mit der der Schlitten an den Formwerkzeugen vorbeigeführt wird, die Taktfrequenz der Bearbeitungsschritte zu beeinflussen.
- Weiter wird vorgeschlagen, dass die separaten Formwerkzeuge parallel zueinander angeordnet sind. Das bedeutet mit anderen Worten, dass die Führungsrichtung des Blechbandes im wesentlichen ebenfalls gerade ist. Bei einer solchen Anordnung der Formwerkzeuge bietet sich besonders die Generierung der Hubbewegung mittels der oben beschriebenen Nockenwelle an.
- Alternativ dazu wird auch vorgeschlagen, dass die Formwerkzeuge schräg zueinander angeordnet sind, insbesondere mit einem Winkel ausgehend von ihren Kontaktflächen von wenigstens 10°. Ganz besonders vorteilhaft ist es dabei, dass die Formwerkzeuge strahlenförmig angeordnet sind, wobei in einem Zentrum ein Profilrad vorgesehen ist. Bei einer solchen schrägen Anordnung der Formwerkzeuge ist üblicherweise davon auszugehen, dass die Bereiche der Formwerkzeuge, welche die Kontaktflächen bilden, zueinander den kleinsten Abstand aufweisen. Die schräge Anordnung der Formwerkzeuge erlaubt einen relativ kompakten Aufbau der Vorrichtung. Die Formwerkzeuge, zwischen denen bevorzugt stets derselbe Winkel vorliegt, können letztendlich eine kreisförmige Fläche bedecken; es ist jedoch auch möglich, dass nur Teilkreisabschnitte, wie beispielsweise ein Halbkreis oder ein Dreiviertelkreis, durch die Formwerkzeuge gebildet sind.
- Die Formwerkzeuge führen in diesem Fall eine Hubbewegung aus, die radial einwärts, hin zum Zentrum gerichtet ist, wenn eine Deformierung bzw. Umformung des Blechbandes vorgenommen werden soll. Als Gegenform ist im Zentrum ein Profilrad vorgesehen, das im wesentlichen die Negativform der Kontaktflächen der Formwerkzeuge umfasst. Dieses Profilrad kann gleichzeitig zum Vorschub des strukturierten Blechbandes benutzt werden, wenn es mit einer entsprechenden Antriebseinheit verbunden ist. Während der Ausbildung der Primärstruktur, also während der Hubbewegung der Formwerkzeuge, findet in Führungsrichtung jedoch keine Relativbewegung des Profilrades gegenüber den Formwerkzeugen statt.
- In diesem Zusammenhang ist es auch besonders vorteilhaft, dass das Profilrad eine Drehrichtung und ein auf einer äußeren Kreisbahn geführten Schlitten eine entgegengesetzte Bewegungsrichtung hat. Dadurch wird wieder das Prinzip verwirklicht, dass sich die Umformung des Blechbandes bzw. die Herstellung der Primärstruktur stets von dem bereits umgeformten Bereich des Blechbandes ausgehend entgegengesetzt der Führungsrichtung fortpflanzt. Dadurch wird gewährleistet, dass glatte Bereiche des Blechbandes in die Profile nachgezogen werden können.
- Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Vorrichtung wird vorgeschlagen, dass Mittel für eine kontinuierliche Zufuhr und Abfuhr des Blechbandes vorhanden sind, die vorzugsweise einen Vorschub von mindestens 20 m/min (Meter pro Minute) gewährleisten. Unter einer „kontinuierlichen Zufuhr und Abfuhr" ist in diesem Zusammenhang insbesondere gemeint, dass ein stetiges, ununterbrochenes, automatisches Transportieren des Blechbandes vorliegt, wobei zeitlich über eine Stunde gemittelt ein Vorschub von mindestens 20 m/min erreicht wird.
- Schließlich wird auch noch vorgeschlagen, dass die Mittel zur Gewährleistung der Hubbewegung der separaten Formwerkzeuge mit einem Antrieb verbunden sind, der zumindest noch eine weitere Einrichtung aus der Reihe der folgenden Einrichtungen antreibt: eine Zufuhreinrichtung des Blechbandes; eine Profilierungseinrichtung zur Erzeugung einer Sekundärstruktur mit miteinander kämmenden Pro filwerkzeugen; eine Stanzeinrichtung zur Erzeugung von Löchern und/oder Schlitzen in das Blechband; eine Trenneinrichtung zur Erzeugung von separaten Blechfolien aus dem Blechband.
- Dadurch wird gewährleistet, dass die weiteren Verfahrensschritte zur Umformung des Blechbandes bzw. alle vorgelagerten Verfahrensschritte exakt auf den Bewegungsablauf in der formgebenden Vorrichtung abgestimmt ist. Zwar wäre es auch möglich, eine solche Abgleichung der Bewegungen mittels EDV-Hilfsmittel und/oder Software zu erreichen, aus Prozesssicherheitsgründen ist jedoch hier eine Kopplung der einzelnen Antriebsaggregate durch geeignete Antriebsstränge bevorzugt.
- Die Erfindung sowie deren technisches Umfeld wird nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Dabei sei darauf hingewiesen, dass die Figuren besonders bevorzugte, vorteilhafte Ausführungsbeispiele zeigen, die jedoch die Erfindung nicht begrenzen. Es zeigen:
-
1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, -
2 eine Detailansicht des Ausführungsbeispiels aus1 , -
3 ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung, -
4 einen Trägerkörper für eine Abgasreinigungskomponente mit einer Blechfolie nach dem erfindungsgemäßen Verfahren, -
5 ein Ausführungsbeispiel einer strukturierten Blechlage wie sie mit einem erfindungsgemäßen Verfahren herstellbar ist, -
6 schematisch den Ablauf der Herstellung eines strukturierten Blechbandes, welches als Katalysator-Trägerkörper eingesetzt werden kann, und -
7 schematisch den Aufbau einer Fertigungsstraße für strukturierte Blechfolien nach einem erfindungsgemäßen Verfahren. -
1 zeigt eine Vorrichtung3 zur Einbringung von zumindest einer Primärstruktur5 in ein zugeführtes Blechband1 mit einer Mehrzahl von separaten, nebeneinander angeordneten Formwerkzeugen6 , welche jeweils eine Kontaktfläche14 haben, die im wesentlichen einem Abschnitt15 der Primärstruktur5 entspricht. Dieses lässt sich insbesondere aus dem vergrößerten Teilbereich, wie er in2 dargestellt ist, erkennen. Die Formwerkzeuge6 sind im wesentlichen senkrecht zur Führungsrichtung4 des Blechbandes1 und zumindest teilweise zueinander versetzt bewegbar. Die Vorrichtung3 weist Mittel zur Erzeugung einer Hubbewegung33 der Formwerkzeuge6 auf, so dass eine zeitliche Überlagerung der Hubbewegung33 benachbarter Formwerkzeuge6 möglich ist. Zu diesen Mitteln zählt der Schlitten20 , der relativ so zu den Formwerkzeugen6 bewegbar angeordnet ist, dass durch die Relativbewegung und eine geeignete Verbindung des Schlittens20 mit den Formwerkzeugen6 die Hubbewegung33 erzeugt wird. - Dabei sind hier die Formwerkzeuge
6 schräg, insbesondere strahlenförmig, zueinander angeordnet, wobei diese einen Winkel21 ausgehend von ihren Kontaktflächen14 von wenigstens 10° aufweisen. Bevorzugt wird der Schlitten20 mit einer gleichmäßigen Geschwindigkeit auf der Kreisbahn25 mit einer Bewegungsrichtung26 angetrieben. Dabei ist bevorzugt ein Bereich vorgesehen, während dessen der Schlitten20 bei seiner Bewegung keinen Kontakt mit einem Formwerkzeug6 hat, wie dies im unteren linken Teilabschnitt gezeigt ist. Dieser Teilabschnitt, bzw. der Zeitraum, den der Schlitten20 benötigt, um diesen Teilabschnitt zu durchfahren, wird genutzt, um einen Vorschub bezüglich des Blechbandes1 zu realisieren. Dazu dreht sich das Profilrad23 im Zentrum22 in Drehrichtung24 . Vorzugsweise dreht sich das Profilrad23 so weit, dass die zuletzt gebildete Primärstruktur5 nun gerade nahe dem in Führungsrichtung4 zuletzt angeordneten Formwerkzeug6 positioniert ist. Dieser Vorschub-Vorgang ist abgeschlossen, wenn der Schlitten20 gerade dieses zuletzt angeordnete Formwerkzeug6 erreicht und bei ihm eine Hubbewegung33 bewirkt. -
3 zeigt schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel einer formgebenden Vorrichtung3 zur Herstellung strukturierter Blechbänder1 mit einer Primärstruktur5 . Wiederum sind eine Mehrzahl, diesmal im wesentlichen parallel zueinander angeordnete, Formwerkzeuge6 vorgesehen, die nacheinander versetzt zueinander eine Hubbewegung33 ausführen können. Zur Erzeugung dieser Hubbewegung33 ist auf der den Kontaktflächen14 der Formwerkzeuge6 abgewandten Seite eine Nockenwelle17 mit in Rotationsrichtung18 versetzt zueinander angeordneten Nocken19 vorgesehen. Diese Nocken19 drücken die Formwerkzeuge6 bei den dargestellten Ausführungsbeispiel nach oben, wobei eine Reduzierung im Durchmesser des Nockens19 wiederum ein Absenken der Formwerkzeuge6 zur Folge hat. Wie aus der3 zu erkennen ist, bilden die benachbart zueinander angeordneten Nocken19 ein Gefälle bzw. eine Steigung, wobei die Nocken19 zu unterschiedlichen Zeitpunkten, je nach Rotationswinkel der Nockenwelle17 , mit anderen Formwerkzeugen6 in Kontakt treten. - Durch die Hubbewegung
33 drücken die Formwerkzeuge6 das Blechband1 in eine Gegenform46 , die hier ebenfalls eine Hubbewegung33 ausführen kann. Bei der dargestellten Ausführungsform beginnen zunächst die rechts angeordneten Formwerkzeuge6 mit einer Umformung des Blechbandes1 , wobei nach und nach die weiter links angeordneten Formwerkzeuge6 eine Umformung bewirken. Ist schließlich auch das äußerste, in der Darstellung am weitesten links gelegene Formwerkzeug6 mit seiner Hubbewegung33 am Ende, so wird hier mit der Ge genform46 ein Vorschub des Blechbandes1 bewirkt, indem dieses entlang der Pfeile47 verfährt. Dabei sind die Formwerkzeuge6 nicht mehr im Eingriff mit der Primärstruktur5 des Blechbandes1 , die Gegenform46 verfährt teilweise nach rechts in der Darstellung, hebt dann nach oben ab, und verfährt anschließend wieder nach links, so dass dessen Profilierung wieder direkt gegenüber den Kontaktflächen14 der Formwerkzeuge6 angeordnet ist. Dann liegt wieder ein glatter Abschnitt des Blechbandes1 zwischen den Formwerkzeugen6 und der Gegenform46 . - Auch bei diesem Ausführungsbeispiel ist es möglich, dass die Nocken
19 der Nockenwelle17 so gestaltet sind, dass zu einem bestimmten Zeitpunkt bzw. für einen bestimmten Zeitraum keine der Nocken19 mit den Formwerkzeugen6 in Kontakt stehen und genau dieser Zeitpunkt bzw. Zeitraum zum Vorschub des Blechbandes1 genutzt wird. Das hat den Vorteil, dass die Nockenwelle17 stets mit einer gleichen Geschwindigkeit kontinuierlich angetrieben werden kann. -
4 zeigt schematisch und perspektivisch einen Trägerkörper38 als Abgasreinigungskomponente für mobile Anwendungen, wie beispielsweise bei Automobilen, Motorrädern, Rasenmähern etc.. Die nach dem obengenannten Verfahren bzw. mit den zuvor beschriebenen Vorrichtungen hergestellten Blechfolien2 werden gestapelt bzw. geschichtet und anschließend so gewunden bzw. aufgewickelt, dass sie eine Wabenstruktur39 mit einer Mehrzahl von im wesentlichen parallel zueinander angeordneten Kanälen35 bilden. Diese Wabenstruktur39 wird üblicherweise in ein entsprechendes Gehäuse37 eingesetzt und mit diesem fügetechnisch, insbesondere mit einem Lötverfahren, verbunden. Der daraus resultierende Trägerkörper38 kann als katalytischer Konverter, Partikelfalle, Adsorber, Strömungsmischer etc. eingesetzt werden. Bevorzugt sind dabei die Kanäle35 , die sich von einer Stirnseite40 bis hin zur gegenüberliegenden im wesentlichen durchgängig erstrecken, wobei auch eine Verbindung benachbarter Kanäle35 zueinander vorgesehen sein kann. - In dem vergößert dargestellten Ausschnitt lassen sich wiederum Blechfolien
2 erkennen, wobei ein Teil dieser Blechfolien2 eine Primärstruktur5 aufweist. Außerdem weisen die Blechfolien2 eine Sekundärstruktur13 auf, die zumindest teilweise von einem Loch10 begrenzt werden. Diese Löcher10 gewährleisten, dass ein Gasaustausch hinsichtlich benachbart angeordneter Kanäle35 möglich ist. Die Primärstruktur5 der Blechfolie2 gewährleistet eine sehr große Oberfläche36 des Trägerkörpers38 , so dass ein inniger Kontakt von Abgas mit einer, auf der Oberfläche36 angeordneten, Beschichtung34 ermöglicht ist. Um ein schnelles Umsetzen mittels der Beschichtung34 zu bewirken, weisen die Blechfolien2 bevorzugt eine Dicke9 auf, die kleiner 0,1 mm ist, insbesondere kleiner 0,5 mm. -
5 zeigt schematisch und perspektivisch eine Blechfolie2 mit einer Primärstruktur5 und einer Sekundärstruktur13 . Die Primärstruktur5 ist von wellenähnlicher Gestalt und weist Wellenberge41 und Wellentäler42 auf. Die Wellenberge41 und Wellentäler42 verlaufen im wesentlichen parallel zueinander über die gesamte Länge48 der Blechfolie2 . Zusätzlich ist die Blechfolie2 mit einer Sekundärstruktur13 versehen, wobei diese eine Mehrzahl von Leitflächen43 umfasst, die sich ausgehend von den Wellentälern42 nach oben und ausgehend von den Wellenbergen41 nach unten erstrecken. Nahe dieser Leitflächen43 sind Löcher10 vorgesehen, die eine Grenzströmung in Strömungsrichtung44 entlang der Blechfolie2 abschälen und in benachbarte Teilbereiche umlenken. -
6 zeigt schematisch eine Ausgestaltung des Verfahrens zur Herstellung von mehrfach strukturierten Blechfolien2 bzw. Blechbändern1 . Der mit (A) gekennzeichnete Schritt umfasst das Einbringen von mehreren Schlitzen11 in einen Innenbereich des im wesentlichen ebenen Blechbandes1 . In der dargestellten Aus führungsform sind die Schlitze11 im wesentlichen parallel zu den Kanten des Blechbandes1 angeordnet, dies ist aber nicht zwingend der Fall. Die Schlitze11 können in beliebiger Anordnung zueinander vorgesehen werden. Die Schlitze11 sind hier zumindest teilweise auch mit Löchern10 in den Randbereichen dargestellt, wobei die Löcher10 die Aufgabe haben, nach der Ausbildung der Sekundärstruktur13 eine Rissausbreitung ausgehend von den Randbereichen der Schlitze11 zu vermeiden. - Während des Schrittes (B) wird das Blechband
1 erstmalig umgeformt, wobei eine Primärstruktur5 mit einer ersten Welllänge7 erzeugt wird. Demnach wurde das bereits mit Löchern10 und Schlitzen11 versehene Blechband1 beispielsweise mit einer der oben genannten formgebenden Vorrichtungen3 mit einer Primärstruktur5 versehen. Die Primärstruktur5 lässt sich einfach von der Kante aus erkennen, wobei zwei gleichartige, benachbarte Extrema (Wellenberge41 bzw. Wellentäler42 ) die erste Welllänge7 beschreiben. Als weiteres Kriterium für die Beschreibung der Primärstruktur5 ist die Wellhöhe8 heranzuziehen, wobei hier nach dem ersten Umformschritt beispielsweise eine erste Wellhöhe8 vorliegt, und in dieser Phase das Verhältnis von Welllänge7 zu Wellhöhe8 kleiner 2 beträgt. - In einem weiteren Umformschritt (C) wird die Sekundärstruktur
13 in das Blechband1 eingebracht. Die dargestellte Sekundärstruktur13 weist wiederum Löcher10 und Leitflächen43 auf, die entgegengesetzt ausgerichtet sind. Die Sekundärstruktur13 überlagert die Primärstruktur1 . - In dem dargestellten Umformschritt (D) wird die Primärstruktur
5 gerafft bzw. so umgeformt, dass eine zweite Welllänge7 erzeugt wird, die kleiner als die erste Welllänge7 ist. In der Darstellung ist zu erkennen, dass durch die Reduzierung der Welllänge7 eine entsprechende Vergrößerung der Wellhöhe8 stattfindet, also die erste Wellhöhe8 kleiner als die zweite Wellhöhe8 ist. Mit dem hier gezeigten Verfahren kann das Verhältnis von Welllänge7 zu Wellhöhe8 weiter reduziert werden, beispielsweise auf Werte kleiner 1,5. - Grundsätzlich ist hier jedoch darauf hinzuweisen, dass die Verfahrensschritte (B) und (C) auch in einem Fertigungsschritt durchführbar sind. Das heißt mit anderen Worten, dass die formgebende Vorrichtung
3 bzw. die Formwerkzeuge6 so ausgebildet sein können, dass gleichzeitig die Primärstruktur5 und die Sekundärstruktur 13 beim Kontakt mit dem Blechband1 generiert werden können. -
7 zeigt schematisch den Aufbau einer Fertigungsstraße, wie er zur Herstellung von strukturierten Blechfolien eingesetzt werden kann. Ausgehend von der Metallband-Spule, auf der das glatte, unstrukturierte Blechband1 aufgewickelt ist, wird das Blechband1 mittels einer Zufuhreinrichtung28 zunächst einer Stanzeinrichtung29 zugeführt. Dort werden beispielsweise die Öffnungen10 und/oder Schlitze11 in das Metallband1 eingebracht (nicht näher dargestellt). Anschließend wird das Blechband1 weiter zu einer Justiereinrichtung32 geführt, die den Vorschub des Blechbandes1 beispielsweise durch Erfassung der Stanzungen bzw. der Löcher10 und Schlitze11 genau überprüft. Anschließend wird das Blechband1 der formgebenden Vorrichtung3 zugeführt, wobei in der dargestellten Ausführungsform die Formwerkzeuge6 wieder strahlenförmig angeordnet sind. Nach dem Verlassen der formgebenden Vorrichtung3 wird das strukturierte Blechband1 nun einer Profilierungseinrichtung31 zugeführt, die zwei miteinander kämmende Profilwerkzeuge12 hat. Beim Hindurchführen des Blechbandes1 durch die Profilwerkzeuge12 wird die Sekundärstruktur13 (nicht dargestellt) ausgebildet. Schließlich wird das fertig gestaltete Blechband1 noch einer Trenneinrichtung30 zugeführt, wobei das Blechband1 in Blechfolien2 mit einer vorgegebenen Länge bzw. Breite abgeschert wird. - Wie aus
7 weiter zu entnehmen ist, weist die formgebende Vorrichtung3 einen Antrieb27 auf, der zum Antrieb der Formwerkzeuge6 dient, wobei dieser gleichzeitig für zumindest die Stanzeinrichtung29 , die Profilierungseinrichtung31 und/oder die Trenneinrichtung30 als Antrieb zur Verfügung steht. - Das hier beschriebenen Verfahren bzw. die hier genannten Vorrichtungen zur Herstellung von strukturierten Blechbändern sind besonders preiswert und prozesssicher. Unerwünschte Deformierungen des Blechbandes, welche gerade im Hinblick auf den Einsatz in Abgasanlagen mobiler Verbrennungskraftmaschinen unerwünscht sind, werden nahezu vollständig vermieden. Zudem lassen sich extrem hohe Taktzeiten und somit ein besonders hoher Ausstoß von Blechfolien verwirklichen.
-
- 1
- Blechband
- 2
- Blechfolie
- 3
- Vorrichtung
- 4
- Führungsrichtung
- 5
- Primärstruktur
- 6
- Formwerkzeug
- 7
- Welllänge
- 8
- Wellhöhe
- 9
- Dicke
- 10
- Loch
- 11
- Schlitz
- 12
- Profilwerkzeug
- 13
- Sekundärstruktur
- 14
- Kontaktfläche
- 15
- Abschnitt
- 16
- Breite
- 17
- Nockenwelle
- 18
- Rotationsrichtung
- 19
- Nocken
- 20
- Schlitten
- 21
- Winkel
- 22
- Zentrum
- 23
- Profilrad
- 24
- Drehrichtung
- 25
- Kreisbahn
- 26
- Bewegungsrichtung
- 27
- Antrieb
- 28
- Zufuhreinrichtung
- 29
- Stanzeinrichtung
- 30
- Trenneinrichtung
- 31
- Profilierungseinrichtung
- 32
- Justiereinrichtung
- 33
- Hubbewegung
- 34
- Beschichtung
- 35
- Kanal
- 36
- Oberfläche
- 37
- Gehäuse
- 38
- Trägerkörper
- 39
- Wabenstruktur
- 40
- Stirnseite
- 41
- Wellenberg
- 42
- Wellental
- 43
- Leitfläche
- 44
- Strömungsrichtung
- 45
- Flanke
- 46
- Gegenform
- 47
- Pfeil
- 48
- Länge
Claims (17)
- Verfahren zur Herstellung eines strukturierten Blechbandes (
1 ), umfassend zumindest die folgenden Schritte: – Zuführen eines glatten Blechbandes (1 ) hin zu einer formgebenden Vorrichtung (3 ) entlang einer Führungsrichtung (4 ); – Einbringen einer Primärstruktur (5 ) in das glatte Blechband (1 ) mit der formgebenden Vorrichtung (3 ), wobei eine Mehrzahl von separaten Formwerkzeugen (6 ) im wesentlichen senkrecht zur Führungsrichtung (4 ) auf das Blechband (1 ) einwirkt. - Verfahren nach Anspruch 1, bei dem nach dem Einbringen der Primärstruktur (
5 ) das strukturierte Blechband (1 ) getrennt wird, so dass Blechfolien (2 ) hergestellt sind. - Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem ein strukturiertes Blechband (
1 ) mit einer Primärstruktur (5 ) erzeugt wird, die durch eine Welllänge (7 ) und eine Wellhöhe (8 ) charakterisiert ist, wobei das Verhältnis von Welllänge (7 ) zu Wellhöhe (8 ) kleiner 2 ist, insbesondere kleiner 1,5. - Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei dem das Blechband (
1 ) bzw. die Blechfolie (2 ) aus einem hochtemperatur- und korrosionsbeständigen Material, vorzugsweise Chrom und/oder Aluminium enthaltend, und/oder auf Nickel-Basis, ist und eine Dicke (9 ) hat, die kleiner als 0,11 mm beträgt, insbesondere kleiner 0,06 mm und bevorzugt sogar kleiner 0,03 mm. - Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem vor dem Einbringen des Blechbandes (
1 ) in die formgebende Vorrichtung (3 ) Löcher (10 ) und/oder Schlitze (11 ) in das Blechband (1 ) eingebracht werden, insbesondere mit dem Fertigungsverfahren Stanzen. - Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem das Blechband (
1 ) nach dem Einbringen der Primärstuktur (5 ) mittels miteinander kämmenden Profilwerkzeugen (12 ) mit einer Sekundärstruktur (13 ) versehen wird, wobei diese bevorzugt Löcher (10 ) und/oder Schlitze (11 ) im Blechband (1 ) zumindest teilweise begrenzt. - Vorrichtung (
3 ) zur Einbringung von zumindest einer Primärstuktur (5 ) in ein zugeführtes Blechband (1 ) mit einer Mehrzahl von separaten, nebeneinander angeordneten Formwerkzeugen (6 ), welche jeweils eine Kontaktfläche (14 ) haben, die im wesentlichen einem Abschnitt (15 ) der Primärstruktur (5 ) entspricht, dadurch gekennzeichnet, dass die Formwerkzeuge (6 ) im wesentlichen senkrecht zur Führungsrichtung (4 ) des Blechbandes (1 ) und zumindest teilweise zueinander versetzt bewegbar sind. - Vorrichtung (
3 ) nach Anspruch 7, wobei die Primärstruktur (5 ) eine Welllänge (7 ) und eine Wellhöhe (8 ) hat, und das Verhältnis von Welllänge (7 ) zu Wellhöhe (8 ) bevorzugt kleiner 2 ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Formwerkzeuge (6 ) eine Breite (16 ) haben, die kleiner als das 10fache der Welllänge (7 ) ist, insbesondere kleiner als das 5fache der Wellenlänge (7 ). - Vorrichtung (
3 ) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorgesehen sind, die eine räumlich versetzte Hubbewegung der separaten Formwerkzeuge (6 ) gewährleisten, wobei vorzugsweise eine zeitliche Überlagerung der Hubbewegungen benachbarter Formwerkzeuge (6 ) möglich ist. - Vorrichtung (
3 ) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel eine Nockenwelle (17 ) mit in Rotationsrichtung (18 ) zueinander versetzten Nocken (19 ) umfassen. - Vorrichtung (
3 ) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel einen Schlitten (20 ) umfassen, der relativ so zu den Formwerkzeugen (6 ) bewegbar angeordnet ist, dass durch die Relativbewegung und eine geeignete Verbindung des Schlittens (20 ) mit den Formwerkzeugen (6 ) eine Hubbewegung erzeugt wird. - Vorrichtung (
3 ) nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Formwerkzeuge (6 ) parallel zueinander angeordnet sind. - Vorrichtung (
3 ) nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Formwerkzeuge (6 ) schräg zueinander angeordnet sind, insbesondere mit einem Winkel (21 ) ausgehend von ihren Kontaktflächen (14 ) von wenigstens 10°. - Vorrichtung (
3 ) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Formwerkzeuge (6 ) strahlenförmig angeordnet sind, wobei in einem Zentrum (22 ) ein Profilrad (23 ) vorgesehen ist. - Vorrichtung (
3 ) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Profilrad (23 ) eine Drehrichtung (24 ) und ein auf einer äußeren Kreisbahn (25 ) geführter Schlitten (20 ) eine entgegengesetzte Bewegungsrichtung (26 ) hat. - Vorrichtung (
3 ) nach einem der Ansprüche 7 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel für eine kontinuierliche Zufuhr und Abfuhr des Blechbandes (1 ) vorhanden sind, die vorzugsweise einen Vorschub von mindestens 20 m/min gewährleisten. - Vorrichtung (
3 ) nach einem der Ansprüche 7 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Gewährleistung der Hubbewegung der separaten Formwerkzeuge (6 ) mit einem Antrieb (27 ) verbunden sind, der zumindest noch eine weitere Einrichtung aus der Reihe der folgenden Einrichtungen antreibt: – eine Zufuhreinrichtung (28 ) des Blechbandes (1 ), – eine Profilierungseinrichtung (31 ) zur Erzeugung einer Sekundärstruktur (13 ) mit miteinander kämmenden Profilwerkzeugen (12 ), – eine Stanzeinrichtung (1 ) zur Erzeugung von Löchern (10 ) und/oder Schlitzen (11 ) in das Blechband (1 ), – eine Trenneinrichtung (30 ) zur Erzeugung von separaten Blechfolien (2 ) aus dem Blechband (1 ).
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