DE19723939A1

DE19723939A1 - Verfahren zur Herstellung eines Abgaskatalysators

Info

Publication number: DE19723939A1
Application number: DE19723939A
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz Koestermeier
Original assignee: Leico GmbH and Co Werkzeugmaschinenbau
Current assignee: Leifeld Metal Spinning GmbH
Priority date: 1997-06-06
Filing date: 1997-06-06
Publication date: 1998-12-10
Anticipated expiration: 2017-06-07
Also published as: DE19723939C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Abgaskatalysators, welcher ein Gehäuse und einen darin an geordneten Katalysatorkern umfaßt, wobei das Gehäuse zwei Anschlußstutzen als Einlaß beziehungsweise Auslaß aufweist. Derartige Abgaskatalysatoren finden insbesondere bei Kraft fahrzeugen Verwendung.

Abgaskatalysatoren besitzen einen Katalysatorkern, welcher von einer Vielzahl von Kanälen durchzogen ist, an deren Wandungen ein katalytischer Stoff aufgebracht ist. Der Katalysatorkern kann aus einem Keramikkörper, einem soge nannten Monolith, oder einem gewickelten Blechkörper aufge baut sein. Das Gehäuse des Katalysators besteht üblicher weise aus einzelnen Schalenteilen, welche nach einem Zieh verfahren auf Pressen hergestellt werden. Nachdem der Katalysatorkern in eine Halbschale des Gehäuses eingelegt und positioniert ist, wird die zweite Halbschale aufgesetzt und die beiden Schalen werden entlang ihrer Teilungsebene miteinander verschweißt. Im Anschluß daran werden zusätzli che Anschlußrohre für die Abgasanlage angeschweißt.

Bei diesem Verfahren entsteht im Übergangsbereich zwischen der Schalenschweißnaht und der Schweißnaht an den Anschluß rohren eine Schweißnahtdoppelung, die zu Leckagen neigt. Ferner ist der Übergangsbereich zwischen Schale und An schlußrohr aufgrund der Geometrie in fertigungstechnischer Hinsicht problematisch, weil die Rundung der Schale an den Ein- und Ausgängen nur sehr schwierig in Übereinstimmung mit dem Durchmesser des jeweiligen Anschlußrohres herzu stellen ist. Für die Qualität des Schweißprozesses ist je doch die geometrische Übereinstimmung der Teile im An schlußbereich von entscheidender Bedeutung.

Zudem verursachen Schweißungen in dem Gehäusewerkstoff un erwünschte Veränderungen, welche in bezug auf Korrosions beständigkeit Schwachstellen bedeuten. Eine gute Korro sionsbeständigkeit ist jedoch für Katalysatorgehäuse beson ders wichtig, da Abgaskatalysatoren bei Kraftfahrzeugen an deren Unterseite angebracht sind, wo sie häufig aggressiven Medien ausgesetzt sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dem Abgaskatalysatoren bei guten Festigkeits- und Korrosionseigenschaften einfach herge stellt werden können.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß zum Bilden des Gehäuses ein Rohr verwendet wird, dessen Innendurchmesser etwa dem Außendurchmesser des Katalysatorkerns entspricht, daß der Katalysatorkern in das Rohr eingesetzt wird, daß das Rohr an seinen beiden Enden spanlos umgeformt und im Durchmesser verengt wird und daß beim Umformen die beiden Anschlußstutzen ausgebildet wer den.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann ein Abgaskatalysa tor mit einem einteiligen Gehäuse ohne Schweißnähte herge stellt werden. Da ein Schweißen nicht mehr erforderlich ist, entfallen auch die vorgenannten Probleme, die durch das Schweißen verursacht sind. Bei Verwendung eines mit einer Korrosionsschutzschicht versehenen Rohres kann in einfacher Weise ein Abgaskatalysator hergestellt werden, bei dem nach dem Umformen und Einschließen des Katalysa torkerns keine Oberflächenbehandlung mehr notwendig ist.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß vor dem Einsetzen des Katalysatorkerns das Rohr an einem Ende umgeformt wird und daß nach dem Einsetzen des Katalysatorkerns das andere Ende des Rohres umgeformt wird. Dabei wird das Positionieren des Katalysatorkerns im Rohr vereinfacht. Es besteht auch die Möglichkeit, beim Umfor men des ersten Rohrendes in das Rohr einen Absatz einzu formen, welcher als ein Anschlag zum Positionieren des Katalysatorkerns dienen kann.

Eine besonders wirtschaftliche Ausführung des Verfahrens wird nach der Erfindung dadurch erreicht, daß das Umformen als Drücken oder Drückwalzen auf einer Drückwalzmaschine ausgeführt wird. Beim Drücken oder Drückwalzen können die Rohrenden mit einer großen Gestaltungsfreiheit geformt werden. Bei diesem Umformen kann üblicherweise das Werk stück in Rotation versetzt werden.

Eine alternative Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ver fahrens liegt darin, daß das Rohr beim Umformen feststeht und mindestens eine Drückrolle am Rohr umläuft. Diese Ver fahrensvariante ist vor allem dann geeignet, wenn der Katalysatorkern bereits in das Rohr eingesetzt ist. Anders als bei einem rotierenden Werkstück besteht dabei keine Gefahr, daß sich der Katalysatorkern während des Umformens in unerwünschter Weise verschiebt. Neben einer radialen Zu stellung der Drückrollen kann zwischen den Drückrollen und dem Werkstück auch eine Axialbewegung ausgeführt werden, wobei zusätzlich Wanddickenveränderungen eingeformt werden können.

Weiterhin ist bevorzugt, daß an den Enden des Rohres eine definierte Übergangskontur eingeformt wird, welche den an grenzenden Anschlußstutzen mit einem den Katalysatorkern enthaltenen Bereich des Rohres verbindet. Insbesondere kann eine zylindrische oder konische Form an den Rohrenden aus gebildet werden. Weiterhin können der Ein- und der Aus laßstutzen ungleich ausgebildet sein. Der mittlere Bereich des Rohres bleibt unverformt.

Eine effektive Durchführung des Verfahrens wird weiter da durch erreicht, daß der Katalysatorkern an seiner Außensei te eine elastisch verformbare Polsterwatte aufweist, durch welche der Katalysatorkern nach dem Einsetzen im Gehäuse in Position gehalten wird. Es kann somit eine aufwendige Spanneinrichtung zum Fixieren des Katalysatorkerns während der Herstellung entfallen. Die elastisch verformbare Pol sterwatte, welche gleichzeitig zu Isolationszwecken dient, wird auf der Außenseite des im wesentlichen zylindrischen oder im Querschnitt ovalen Katalysatorkerns aufgebracht. Der Außendurchmesser des Katalysatorkerns mit aufgebrachter Polsterwatte ist dabei etwas größer als der Innendurch messer des Rohres. Die Polsterwatte kann jedoch so weit zusammengedrückt werden, daß der Katalysatorkern in das Rohr einschiebbar ist und in der eingeschobenen Position durch die Polsterwatte kraftschlüssig fixiert ist.

Grundsätzlich ist das Verfahren nicht auf die Herstellung von rotationssymmetrischen Teilen beschränkt. Vielmehr kön nen auch Teile mit beispielsweise ovaler Querschnittsform gefertigt werden. Um Anschlußstutzen für nicht koaxial zu einander angeordnete Anschlußrohre der Abgasanlage oder für ovale Anschlußflächen zu erzeugen, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, daß im Anschluß an das Umformen der Enden des Rohres an mindestens einem Ende ein Schnitt in einem schrägen Winkel zu einer Längsachse des Abgaskatalysators ausgeführt wird. Die Längsachse des Abgaskatalysators ent spricht der Rotationsachse beim Umformen auf einer Drück walzmaschine. Der Schnitt kann durch bekannte Blechschnei deeinrichtungen durchgeführt werden, wobei jedoch ein Schneiden mittels Laser bevorzugt ist. Durch Variieren des Schnittwinkels können in flexibler Weise unterschiedlich ste Formen von Anschlußstutzen erzeugt werden.

Die Erfindung wird weiter anhand von bevorzugten Ausfüh rungsformen erläutert, welche schematisch in der Zeichnung dargestellt sind. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 bis 6 die schrittweise Herstellung eines Abgaskata lysators nach der Erfindung in Querschnittsan sichten eines bearbeiteten Werkstücks;

Fig. 7 eine Querschnittsansicht einer ersten alter nativen Ausbildung eines Abgaskatalysators;

Fig. 8 eine Querschnittsansicht einer zweiten alter nativen Ausbildung eines Abgas katalysators; und

Fig. 9 eine Querschnittsansicht einer dritten alter nativen Ausbildung eines Abgaskatalysators.

Gemäß den Fig. 1 bis 6 wird als Ausgangswerkstück ein abgelängtes Rohr 10 verwendet. An einer Seite wird das Rohr 10 spanlos umgeformt und ein erster Anschlußstutzen 11 ein geformt. Der zylindrische Anschlußstutzen 11 weist einen Durchmesser auf, welcher geringer ist als der des Rohres 11. Zwischen dem Anschlußstutzen 11 und dem unverformten Bereich des Rohres ist eine konische Übergangskontur 12 eingeformt.

Nach dem einseitigen Umformen des Rohres 10 wird ein Kata lysatorkern 13 mit einer Polsterwatte 14 am Umfangsbereich eingeschoben. Der Katalysatorkern 13 ist durch die ela stisch verformbare Polsterwatte 14 in dem Rohr 10 kraft schlüssig fixiert.

Das Zwischenprodukt wird gemäß Fig. 3 auf einen Dorn 15 ei ner Drückwalzmaschine aufgesetzt, wobei der Außendurchmes ser des Dorns 15 dem Innendurchmesser des ersten Anschluß stutzens 11 entspricht. Der erste Anschlußstutzen 11 liegt auf Anschlag an einem Absatz des Dorns 15 an, welcher selbst als ein Anschlag zur Positionierung des Katalysator kerns 13 innerhalb des Rohres 10 dient. Daraufhin wird ein zweiter Dorn 16 axial in das Rohr 10 verfahren, bis der eingeschobene Katalysatorkern 13 zwischen den beiden Dornen 15, 16 fixiert ist. Der Dorn 16 kann auch zum Einschieben des Katalysatorkerns 13 in das Rohr 10 dienen. Ein An schlagring 17 ist am zweiten Dorn 16 vorgesehen, wobei der Anschlagring 17 das nicht verformte Ende des Rohres 10 kon taktiert. Anschließend wird mittels einer nicht dargestell ten Drückrolle an dem noch unverformten Ende des Rohres 10 ein zweiter Anschlußstutzen 18 und eine konische Übergangs kontur 19 angeformt, wobei das Gehäuse 20 fertig geformt wird.

Anschließend werden die beiden Dorne 15, 16 axial zurückge fahren und ein fertiger Abgaskatalysator 30 kann entnommen werden. Der in Fig. 6 dargestellte Abgaskatalysator 30 ist rotationssymmetrisch und weist eine Längsachse 21 auf.

Eine alternative Ausbildung eines Abgaskatalysators 30a ist in Fig. 7 dargestellt. Bei dem Abgaskatalysator 30a sind die beiden Anschlußstutzen 11a, 18a insgesamt konisch ausge formt.

Eine weitere Form eines Abgaskatalysators 30b ist in Fig. 8 gezeigt. Der Abgaskatalysator 30b ist aus dem in Fig. 7 dargestellten Abgaskatalysator 30a durch ein Beschneiden der konischen Anschlußstutzen gefertigt. Durch einen Schnitt in einem schrägen Winkel zu einer Längsachse 21b werden Anschlußstutzen 11b, 18b erzeugt, welche zum Einbau in eine Abgasanlage geeignet sind, bei welcher die zugehö rigen Anschlußrohre nicht koaxial verlaufen.

Durch Veränderung des Schnittwinkels können andere Formen von Anschlußstutzen 11c, 18c flexibel erzeugt werden, wie bei einem weiteren Abgaskatalysator 30c in Fig. 9 zu er sehen ist.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines Abgaskatalysators (30), welcher ein Gehäuse (20) und einen darin ange ordneten Katalysatorkern (13) umfaßt, wobei das Ge häuse (20) zwei Anschlußstutzen (11, 18) als Einlaß bzw. Auslaß aufweist, dadurch gekennzeichnet,

- daß zum Bilden des Gehäuses (20) ein Rohr (10) ver wendet wird, dessen Innendurchmesser etwa dem Außendurchmesser des Katalysatorkerns (13) ent spricht,
- daß der Katalysatorkern (13) in das Rohr (10) ein gesetzt wird,
- daß das Rohr (10) an seinen beiden Enden spanlos umgeformt und im Durchmesser verengt wird und
- daß beim Umformen die beiden Anschlußstutzen (11, 18) ausgebildet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß vor dem Einsetzen des Katalysatorkerns (13) das Rohr (10) an einem Ende umgeformt wird und
daß nach dem Einsetzen des Katalysatorkerns (13) das andere Ende des Rohrs (10) umgeformt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Umformen als Drücken oder Drückwalzen auf einer Drückwalzmaschine ausgeführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (10) beim Umformen feststeht und minde stens eine Drückrolle am Rohr (10) umläuft.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß an den Enden des Rohres (10) eine definierte Über gangskontur (12, 19) angeformt wird, welche den an grenzenden Anschlußstutzen (11, 18) mit einem den Ka talysatorkern (13) enthaltenden Bereich des Rohres (10) verbindet.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysatorkern (13) an seiner Außenseite eine elastisch verformbare Polsterwatte (14) aufweist, durch welche der Katalysatorkern (13) nach dem Ein setzen im Gehäuse (20) in Position gehalten wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet daß im Anschluß an das Umformen der Enden des Rohres (10) an mindestens einem Ende ein Schnitt in einem schrägen Winkel zu einer Längsachse (21) des Abgas katalysators (13) ausgeführt wird.