DE19912871A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen eines metallischen Wabenkörpers - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen eines metallischen Wabenkörpers

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Abstract

Zur Herstellung eines metallischen Wabenkörpers wird vorgeschlagen, daß der Wabenkörper zwischen Druckelementen (6, 7, 8) gewalkt wird, so daß wenigstens die Mantelfläche (5) des Mantelrohres elastisch verformt wird.

Description

Der Gegenstand der Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren sowie auf eine Vor­ richtung zum Herstellen eines metallischen Wabenkörpers.
Insbesondere zur Reduktion bestimmter Schadstoffkomponenten in Abgasen, ins­ besondere in Abgasen von Verbrennungskraftmaschinen, vorzugsweise Ottomoto­ ren, werden sogenannte Katalysatoren verwendet. Ein Katalysator umfaßt einen Trägerkörper, der mit einer katalytisch wirksamen Beschichtung versehen ist. Der Trägerkörper weist eine Vielzahl von für ein Abgas durchströmbaren Kanälen auf. An den Wänden der Kanäle haftet die katalytisch wirksame Beschichtung. Der Trägerkörper als solcher weist eine wabenförmige Struktur auf.
Ein Wabenkörper ist vorzugsweise in Form eines monolithischen Körpers ausge­ bildet. Er kann aus einem keramischen Werkstoff bestehen. Es sind auch Waben­ körper bekannt, die aus einem metallischen Werkstoff bestehen. Solche Waben­ körper werden durch Sintern oder Gießen hergestellt.
Insbesondere auf dem Gebiet der Abgaskatalysatoren sind auch metallische Wa­ benkörper bekannt, die aus wenigstens teilweise strukturierten Blechlagen beste­ hen. Eine Ausführungsform eines solchen metallischen Wabenkörpers beschreibt beispielsweise die EP 0 263 324 A1. Der Wabenkörper bzw. die Matrix ist aus einem gewellten oder einem glatten und einem gewellten Metallband gebildet. Das Metallband bzw. die Metallbänder werden zu mehreren aneinander grenzen­ den Schichten gewickelt oder gefaltet. Die EP 0 263 324 A1 zeigt einen spiralig gewickelten Wabenkörper. Die Matrix wird in ein Mantelrohr eingebracht. Gege­ benenfalls wird der Wabenkörper mit dem Mantelrohr verlötet. Während eines solchen Lötvorgangs können auch einzelne Blechlagen untereinander verlötet werden.
Zur Herstellung eines Wabenkörpers mit einer Vielzahl von für ein Fluid durch­ lässigen Kanälen aus einer Vielzahl von zumindest teilweise strukturierten Blechlagen ist durch die WO 97/06358 A1 ein Verfahren bekannt, bei dem zu­ nächst ein Stapel aus einer Mehrzahl von zumindest teilweise strukturierten Ble­ chen gebildet wird. Der Stapel wird in eine offene Form eingebracht und in dieser von einer Halteeinrichtung in einem Zentralbereich gehalten. Wenigstens zwei Formsegmente der Form werden aus ihren Ausgangslagen jeweils so verschoben, daß wenigstens ein Teilabschnitt eines jeden Mantelabschnitts zur Anlage am Sta­ pel gelangt. Danach wird der Stapel unter Ausbildung einer Matrix verformt. Die so ausgebildete Matrix wird in ein Mantelrohr eingebracht.
Ein weiteres Verfahren zum Herstellen eines Wabenkörpers beschreibt die WO 97/00135 A1.
Während der Ausbildung der Matrix entstehen ungleichmäßig über den Quer­ schnitt der Matrix verteilte Spannungen, die zur Ausbildung von Fehlstellen füh­ ren können. Bei solchen Fehlstellen wird die Festigkeit der Matrix reduziert, da die benachbarten Blechlagen in diesen Bereichen nicht miteinander verlötet wer­ den. Dieses Problem tritt insbesondere dann verstärkt auf, wenn die Matrix aus Blechlagen gebildet ist, die eine Mikrostruktur, insbesondere eine transversale Mikrostruktur, aufweisen.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen eines metallischen Wabenkörpers anzugeben, durch das bzw. die eine Reduktion von Fehlstellen ermöglicht wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zum Herstellen eines metallischen Wabenkörpers mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst. Wei­ tere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind Gegenstand der jeweiligen abhängigen Pa­ tentansprüche.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen eines metallischen Wa­ benkörpers wird zunächst aus zumindest einer wenigstens teilweise strukturierten Blechlage eine Matrix durch Wickeln, Schichten oder Verschlingen gebildet. Die so ausgebildete Matrix wird in einem Mantelrohr angeordnet. In einem weiteren Herstellungsschritt wird der so vorbereitete Wabenkörper mit einer im wesentli­ chen linienförmigen Kraft beaufschlagt. Die Kraft ist im wesentlichen radial ein­ wärts gerichtet. Die Einwirkung der Kraft auf die Mantelfläche des Mantelrohres erfolgt sukzessiv, wobei die Kraft ausreichend hoch ist, so daß durch diese wenig­ stens das Mantelrohr elastisch verformt. Der Wabenkörper wird quasi gewalkt. Durch diese Verfahrenskonzeption wird ein lärmfreies Entspannen der Matrix erreicht, so daß die Fehlstellen der Matrix reduziert werden.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird vorgeschlagen, daß der Wabenkörper zwischen wenigstens zwei zueinander beabstandeten Druckele­ menten angeordnet wird. Mindestens eines der Druckelemente wird angetrieben. Der Abstand zwischen mindestens zwei der mindestens zwei Druckelemente ist relativ zueinander veränderlich. Dadurch, daß wenigstens ein Druckelement an­ getrieben wird, wird sukzessiv die Mantelfläche des Mantelrohres mit der not­ wendigen Kraft beaufschlagt. Durch die Veränderung des Abstandes zwischen den wenigstens zwei Druckelementen kann die zur wenigstens elastischen Ver­ formung des Mantelrohres notwendige Kraft eingestellt werden.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschla­ gen, daß wenigstens eines der Druckelemente eine translatorische Bewegung aus­ führt. Vorzugsweise wird der Wabenkörper zwischen zwei plattenförmigen Druck­ elementen angeordnet, wobei die plattenförmigen Druckelemente relativ und im wesentlichen parallel zueinander bewegt werden.
Es ist nicht zwingend notwendig, daß beide Druckelemente bewegt werden. Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird vorgeschlagen, daß ledig­ lich ein plattenförmiges Druckelement bewegt wird, während das andere platten­ förmige Druckelement ortsfest angeordnet ist. Dies führt zu einer Vereinfachung der Verfahrensführung.
Gemäß einer noch weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird vor­ geschlagen, daß die plattenförmigen Druckelemente entgegengesetzt gerichtet bewegt werden. Hierdurch wird der Platzbedarf bzw. die Verfahrstrecke der Druckelemente reduziert. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn der Wa­ benkörper einen relativ großen Durchmesser aufweist.
Nach einer noch weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird vorge­ schlagen, daß wenigstens eines der Druckelemente rotatorisch bewegt wird. Ins­ besondere wird vorgeschlagen, daß alle Druckelemente rotatorisch bewegt wer­ den. Hierdurch kann eine vereinfachte Verfahrensführung erreicht werden. Insbe­ sondere wird der Platzbedarf für die Durchführung des Verfahrens verringert.
Vorzugsweise wird das Verfahren zum Herstellen eines metallischen Wabenkör­ pers in der Weise durchgeführt, daß der Wabenkörper zwischen wenigstens drei zylinderförmigen Druckelementen angeordnet wird, wobei die zylinderförmigen Druckelemente um die jeweiligen Achsen drehbar sind. Vorzugsweise liegen die Achsen der Druckelemente auf einem gedachten Kreisumfang. Vorzugsweise sind die Achsen äquidistant zueinander auf dem gedachten Kreisumfang verteilt.
Gemäß einem weiteren erfinderischen Gedanken wird eine Vorrichtung zum Her­ stellen eines metallischen Wabenkörpers vorgeschlagen. Die Vorrichtung weist wenigstens zwei relativ zueinander bewegliche Druckelemente auf. Der Abstand mindestens zweier der wenigstens zwei Druckelemente ist relativ zueinander ver­ änderlich, so daß die Druckelemente zur Anlage an die Mantelfläche des Mantel­ rohres bringbar sind und sukzessiv auf wenigstens einen Teil des Umfangs des Mantelrohres eine im wesentlichen radial einwärts gerichtete Kraft ausüben, durch die wenigstens das Mantelrohr elastisch verformbar ist.
Vorzugsweise ist mindestens eines der Druckelemente mit einem Antrieb verbun­ den. Die Kraft, mit der die Druckelemente auf der Mantelfläche des Mantelrohres einwirken ist einstellbar. Gegebenenfalls können entsprechende Sensoren an we­ nigstens einem Druckelement vorgesehen sein, die die Kraft messen.
Insbesondere wird vorgeschlagen, daß wenigstens eines der Druckelemente translatorisch bewegbar ist. Die Druckelemente sind vorzugsweise plattenförmig ausgebildet und im wesentlichen parallel zueinander bewegbar. Zwischen diesen plattenförmigen Druckelementen wird der Wabenkörper angeordnet.
Alternativ können die Druckelemente rotatorisch bewegbar sein. Insbesondere wird vorgeschlagen, daß die Vorrichtung durch wenigstens drei zylinderförmige Druckelemente gebildet ist, wobei die zylinderförmigen Druckelemente um ihre jeweilige Achse drehbar sind.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand der in der Zeich­ nung dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 schematisch und perspektivisch einen Wabenkörper,
Fig. 2 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung in einer perspektivischen Ansicht,
Fig. 3 die Vorrichtung nach Fig. 1 in einer Vorderansicht,
Fig. 4 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung und
Fig. 5 ein drittes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung.
Fig. 1 zeigt schematisch einen Wabenkörper, der durch eine Matrix und ein Man­ telrohr 5 gebildet ist. Die Matrix ist durch abwechselnde Lagen glatter 1 und ge­ wellter 2 Bleche gebildet. Die glatten und die gewellten Bleche 1, 2 werden zu­ nächst geschichtet und dann umeinander um die Umschlingungsachsen 3, 4 mit­ einander verschlungen. Danach wird die Matrix in das Mantelrohr 5 eingebracht.
Fig. 2 zeigt schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum Herstellen eines metallischen Wabenkörpers. Die Vorrichtung weist Druckele­ mente 6, 7, 8 auf, zwischen denen der Wabenkörper angeordnet ist. Die Drucke­ lemente 6, 7, 8 sind zylinderförmig ausgebildet. Ein jedes Druckelement 6, 7, 8 ist um seine jeweilige Achse 9, 10, 11 verdrehbar gelagert. Wenigstens eines der Druckelemente 6, 7, 8 ist mit einer Antriebseinheit, welche nicht dargestellt ist, verbunden. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Druckelement 6 so ausgebildet, daß dieses von dem Wabenkörper und zu diesem verfahrbar ist. Über nicht dargestellte Mittel kann die Kraft, mit der das Druckelement 6 gegen den Mantel 6 des Wabenkörpers druckt, eingestellt werden.
Die Druckelemente 6, 7, 8 sind auf einem gedachten Kreisumfang 12 angeordnet. Sie sind äquidistant zueinander angeordnet.
Wird ein Wabenkörper zwischen die Druckelemente 6, 7, 8 eingebracht und eine entsprechende Kraft eingestellt, so wird wenigstens ein Druckelement über den nicht dargestellten Antrieb ist in eine Rotationsbewegung versetzt. Zwischen den Druckelementen und dem Wabenkörper entstehen linienförmige Berührungsbe­ reiche, die jeweils eine radial einwärts gerichtete Kraft wenigstens in das Mantel­ rohr 5 einleiten, so daß wenigstens das Mantelrohr 5 elastisch verformt wird. Durch die Rotation wird die Kraft sukzessiv in Umfangsrichtung des Mantelrohrs betrachtet an unterschiedlichen Bereichen in das Mantelrohr eingebracht. Der Wabenkörper wird zwischen den Druckelementen gewalkt.
Fig. 4 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum Herstellen eines metallischen Wabenkörpers. Ein Wabenkörper wird zwischen zwei platten­ förmigen Druckelementen 13, 14 angeordnet. Die plattenförmigen Druckelemente 13, 14 sind relativ zueinander bewegbar, so daß die Kraft, mit der die Druckele­ mente 13, 14 auf das Mantelrohr 5 einwirkt unterschiedlich eingestellt werden kann. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 sind die plattenförmi­ gen Druckelemente 13, 14 vorzugsweise entgegengesetzt gerichtet bewegbar. Die in der Fig. 4 schematisch dargestellte Vorrichtung kann auch in der Weise abge­ ändert werden, daß lediglich ein plattenförmiges Druckelement bewegt wird. Das andere plattenförmige Druckelement ist ortsfest angeordnet.
Fig. 5 zeigt ein noch weiteres Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung. Die Vor­ richtung umfaßt Druckelemente 16, die zylinderförmig ausgebildet sind. Ein im wesentlichen plattenförmiges Druckelement 15 bildet gemeinsam mit den Druck­ elementen 16 einen Zwischenraum, in den der Wabenkörper eingebracht wird. Die Druckelemente 15, 16 liegen an der Mantelfläche des Mantelrohres 5 an. Durch Bewegung des plattenförmigen Druckelementes 15 in einer zum platten­ förmigen Druckelement parallelen Ebene kann wenigstens das Mantelrohr 5 ela­ stisch verformt werden, so daß wenigstens die Anzahl der Fehlstellen in der Ma­ trix reduziert wird.
Bezugszeichenliste
1
glatte Blechlage
2
strukturierte Blechlage
3
,
4
Umschlingungsachsen
5
Mantelrohr
6
,
7
,
8
Druckelement
9
,
10
,
11
Achse
12
Kreis
13
,
14
,
15
plattenförmiges Druckelement
16
zylinderförmiges Druckelement

Claims (16)

1. Verfahren zum Herstellen eines metallischen Wabenkörpers, bei dem zu­ mindest eine wenigstens teilweise strukturierte Blechlage (1, 2) zu einer Matrix gewickelt, geschichtet oder geschlungen und in einem Mantelrohr (5) angeordnet wird; in Umfangsrichtung des Mantelrohres (5) betrachtet, wird auf die Mantelfläche des Mantelrohres (5) sukzessive eine im wesentlichen linienförmige und im wesentlichen radialeinwärts gerichtete Kraft ausgeübt, durch die wenigstens das Mantelrohr (5) elastisch verformt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Wabenkörper zwischen wenigstens zwei zueinander beabstandeten Druckelementen (6, 7, 8, 13, 14, 15, 16) angeordnet und mindestens eins der Druckelemente (6, 7, 8, 13, 14, 15, 16) angetrieben wird, wobei der Abstand mindestens zweier der wenigstens zwei Druckelemente (6, 7, 8, 13, 14, 15, 16) relativ zueinander veränderlich ist.
3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem wenigstens eins der Druckelemente (13, 14, 15) translatorisch bewegt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem der Wabenkörper zwischen zwei plattenförmigen Druckelementen (13, 14) angeordnet wird, wobei die plattenförmigen Druckelemente (13, 14) relativ und im wesentlichen parallel zueinander bewegt werden.
5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem ein plattenförmiges Druckelement ortsfest ist und das andere plattenförmige Druckelement bewegt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem die plattenförmigen Druckelemente (13, 14) entgegengesetzt gerichtet bewegt werden.
7. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, bei dem wenigstens eins der Druckelemente (6, 7, 8, 16) rotatorisch bewegt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem der Wabenkörper zwischen wenigstens drei zylinderförmigen Druckelementen (6, 7, 8) angeordnet wird, wobei die zylinderförmigen Druckelemente (6, 7, 8) um die jeweilige Achse (9, 10, 11) drehbar sind.
9. Vorrichtung zum Herstellen eines metallischen Wabenkörpers mit einer aus zumindest einer wenigstens teilweise strukturierter Blechlage (1, 2) gewickelten, geschichteten oder geschlungenen Matrix und mit einem Mantelrohr (5), in dem die Matrix angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung wenigstens zwei relativ zueinander bewegliche Druckelemente (6, 7, 8, 13, 14, 15, 16) aufweist, daß der Abstand mindestens zweier der wenigstens zwei Druckelemente (6, 7, 8, 13, 14, 15, 16) relativ zueinander veränderlich ist, wobei der Wabenkörper zwischen den Druckelementen (6, 7, 8, 13, 14, 15, 16) so anordenbar ist, daß die Druckelemente (6, 7, 8, 13, 14, 15, 16) zur Anlage an die Mantelfläche des Mantelrohres (5) bringbar sind und diese sukzessive auf wenigstens einen Teil des Umfangs des Mantelrohres (5) eine im wesentlichen radialeinwärts gerichtete Kraft ausüben, durch die wenigstens das Mantelrohr (5) elastisch verformt wird.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eins der Druckelemente (6, 7, 8, 13, 14, 15, 16) mit einem Antrieb verbunden ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eins der Druckelemente (13, 14, 15) translatorisch bewegbar ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckelemente (13, 14) plattenförmig ausgebildet und im wesentlichen parallel zueinander bewegbar sind.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein plattenförmiges Druckelement ortsfest und das andere Druckelement bewegbar ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die plattenförmigen Druckelemente (13, 14) entgegengesetzt gerichtet bewegbar sind.
15. Vorrichtung nach Anspruch 9, 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eins der Druckelemente (6, 7, 8, 16) rotatorisch bewegbar ist.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens drei zylinderförmige Druckelemente (6, 7, 8) vorgesehen sind, wobei die zylinderförmigen Druckelemente (6, 7, 8) um die jeweilige Achse (9, 10, 11) drehbar sind.
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