DE19920454C2 - Vorrichtung zur Herstellung eines im wesentlichen zylinderförmigen Gehäuses für einen Körper, vorzugsweise für einen Katalysator - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung eines im wesentlichen zylin­ derförmigen Gehäuses für einen Körper, vorzugsweise einen Katalysator.

Katalysatoren für Kraftfahrzeuge mit Verbrennungsmotor bestehen üblicherweise aus einem Keramikmaterial, auf das ein Metall aufgedampft sein kann. Das Kera­ mikmaterial, üblicherweise in der Form eines Monolithen, muß mit einem Gehäuse versehen werden. Es wird üblicherweise mit einem Blechgehäuse ummantelt. Zwi­ schen dem Monolithen und dem Blechgehäuse ist eine Quellmatte angeordnet, die sich je nach Temperatur unterschiedlich ausdehnt und die dafür sorgt, daß der Mo­ nolith im Gehäuse zuverlässig und rüttelfest gelagert ist.

Bei einem bekannten Verfahren zur Herstellung eines Blechgehäuses für einen Katalysator wird der mit einer Quellmatte umgebene, aus Keramikmaterial beste­ hende Monolith von einem Blech umwickelt. Um das Blech werden mehrere Metall­ bänder gelegt und zusammengezogen, so daß die Enden des Bleches auf Stoß oder überlappend aneinander grenzen. An den zwischen den Metallbändern lie­ genden Stellen kann der Blechmantel dann geschweißt oder geheftet werden. An­ schließend werden die Metallbänder gelöst und entfernt, so daß dann die gesamte Länge der Naht geschweißt werden kann. Diese Verfahrensweise ist jedoch mit erheblichen Problemen verbunden. Bei der Fertigung muß die Quellmatte auf eine definierte Stärke zusammengedrückt werden. Da der Monolith nur mit einer be­ stimmten Toleranz gefertigt wird, kann die definierte Stärke für die Quellmatte oft­ mals nicht eingehalten werden. Der Monolith weist üblicherweise Abweichungen von der vorgegebenen Form auf. Beispielsweise hat er an einem Ende einen grö­ ßeren Durchmesser als am anderen Ende; dieser Durchmesserunterschied längs der Längsachse wird als "Elefantenfuß" bezeichnet. Ferner sind Abplattungen vor­ handen, also Abweichungen von dem vorgegebenen kreisförmigen Querschnitt des Monolithen. Dies bedeutet, daß die Quellmatte an den im Durchmesser geringeren und/oder abgeplatteten Stellen des Monolithen eine unzulässig große Schichtdicke aufweisen kann.

Aus der DE 196 26 692 A1 ist eine Abgasreinigungsvorrichtung für einen Verbren­ nungsmotor bekannt, die ein im wesentlichen zylinderförmiges Gehäuse aufweist, das aus zwei Gehäusehälften durch hydromechanisches Tiefziehen aus einem ebenen Blechzuschnitt hergestellt ist.

Die DE 197 35 434 C1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines im wesentli­ chen zylinderförmigen Hohlkörpers aus zwei aufeinandergelegten Metallplatinen mittels Innenhochdruckumformen.

Aus der DE 34 28 102 A1 ist ein Katalysator in Form eines keramischen Monoliten bekannt, der in einem aus Blech bestehenden, im wesentlichen zylinderförmigen Gehäuse angeordnet ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte Vorrichtung zur Herstellung eines Gehäuses für einen Körper, vorzugsweise einen Katalysator, vorzuschlagen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Die Vorrichtung weist mehrere nebeneinander angeordnete Spannbänder auf, die sich jeweils über einen Winkelbereich von weniger als 360° erstrecken. Für jedes Spannband ist eine Spannvorrichtung vorgesehen. Durch die Spannvorrichtung kann auf das jeweilige Spannband eine Kraft ausgeübt werden, die vorzugsweise im wesentlichen tangential zu dem Spannband verläuft. Vor­ zugsweise wird die das Spannband spannende Kraft am Ende des jeweiligen Spannbandes eingeleitet. Hierdurch wird das im allgemeinen im wesentlichen zy­ linderförmige Gehäuse zusammengedrückt. Bei der Fertigung kann das Gehäuse vorgebogen worden sein. Es kann aus einem Blech gebogen sein, vorzugsweise derart, daß es sich über einen Winkelbereich von weniger als 360° erstreckt. In die­ ses im wesentlichen zylinderförmige Blechgehäuse kann der Körper, vorzugsweise ein Katalysator, der mit einer Quellmatte ummantelt sein kann, in axialer Richtung eingeschoben werden. Die gesamte Einheit, bestehend aus Katalysator, Quellmatte und vorgebogenem Gehäuse, wird dann in die erfindungsgemäße Vorrichtung ein­ gelegt. Die Spannbänder werden gespannt, so daß das Blechgehäuse zusammen­ gedrückt wird. Es kann auf Stoß zusammengedrückt werden. Da sich die Spann­ bänder über einen Winkelbereich von weniger als 360° erstrecken, kann die Naht des Gehäuses in einem Vorgang durchgehend geschweißt werden. Grundsätzlich ist es auch möglich, das Gehäuse nicht auf Stoß, sondern überlappend zusam­ menzudrücken und gegebenenfalls zu schweißen oder anderweitig zu verbinden. Durch die Erfindung wird es ermöglicht, die gesamte Länge des Gehäuses in einem einzigen Vorgang zu schweißen bzw. anderweitig zu verbinden.

Durch die Erfindung wird es ermöglicht, das Spaltmaß des Gehäuses (offenes Spaltmaß oder überlappendes "Spaltmaß") durch die von der Spannvorrichtung ausgeübte Spannkraft einzustellen. Das Spaltmaß kann auf diese Weise über die von der Spannvorrichtung ausgeübte Spannkraft bestimmt werden.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Vorzugsweise sind die Spannvorrichtungen schwenkbar gelagert. Bei fortschreiten­ der Spannung des Spannbandes kann sich der Angriffspunkt der Spannvorrichtung an dem Spannband verlagern. Durch die schwenkbare Lagerung der Spannvor­ richtungen ist eine Anpassung bzw. selbsttätige Anpassung an diese Verlagerung möglich. Anstelle einer schwenkbaren Lagerung der Spannvorrichtungen kann auch eine andere Lagerung vorgesehen werden, die es ermöglicht, auf die Ortsver­ änderung des Kraftangriffspunktes zu reagieren.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung ist dadurch gekennzeichnet, daß jede Spannvorrichtung ein mit einer Kraft beaufschlagbares Druckteil aufweist. Das Druckteil ist mit einer Druckkraft beaufschlagbar. Es gibt diese Druckkraft an das jeweilige Spannband weiter. Grundsätzlich ist es allerdings auch möglich, anstelle von Druckteilen Zugteile zu verwenden, die mit einer Zugkraft beaufschlagt werden.

Nach einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung sind die Spannvorrichtungen bzw. Druckteile jeweils mit dem Kolben bzw. der Kolbenstange einer Kolben-Zylinder- Einheit verbunden. Hierbei handelt es sich vorzugsweise um eine hydraulische Kol­ ben-Zylinder-Einheit. Die Spannvorrichtungen bzw. Druckteile könnten auch mit dem Zylinder der vorzugsweise hydraulischen Kolben-Zylinder-Einheit verbunden werden; hierdurch würde der Aufbau der Vorrichtung jedoch komplizierter. Ferner wäre es grundsätzlich auch möglich, pneumatische Kolben-Zylinder-Einheiten zu verwenden. Die Spannvorrichtungen bzw. Druckteile können mit dem Kolben bzw. der Kolbenstange der Kolben-Zylinder-Einheit einstückig sein. Das Spaltmaß des Gehäuses kann durch den Druck in den Kolben-Zylinder-Einheiten eingestellt wer­ den. Es wird über den eingestellten Druck bestimmt.

Vorteilhaft ist es, wenn die Zylinder der Kolben-Zylinder-Einheiten hydraulisch mit­ einander verbunden sind. Diese Verbindung erfolgt vorzugsweise durch ein Aus­ gleichsgefäß. Durch die hydraulische Verbindung bzw. das Ausgleichsgefäß ist ge­ währleistet, daß in allen Spannvorrichtungen im wesentlichen derselbe Druck herrscht, so daß alle Spannvorrichtungen im wesentlichen dieselbe Kraft auf das jeweils zugeordnete Spannband ausüben. Dadurch, daß hydraulische Kolben- Zylinder-Einheiten verwendet werden, ist ferner gewährleistet, daß die von der je­ weiligen Spannvorrichtung auf das jeweilige Spannband ausgeübte Kraft wegunab­ hängig ist. Hierdurch kann auf besonders effektive Weise ein Gehäuse für einen Körper, vorzugsweise einen Katalysator, der von der Idealform abweicht, hergestellt werden. Wenn der Körper bzw. Katalysator bzw. Monolith an einem Ende einen geringeren Durchmesser aufweist, wird das in diesem Bereich liegende Spannband weiter zusammengedrückt, wofür die zugehörige Spannvorrichtung einen größeren Weg zurücklegen muß. Durch den Druckausgleich, der durch die hydraulische Ver­ bindung bzw. das Ausgleichsgefäß bewirkt wird, wird dabei allerdings gewährlei­ stet, daß gleichwohl die auf das Spannband ausgeübte Kraft genauso groß ist wie die auf die übrigen Spannbänder ausgeübte Kraft. Die Quellmatte zwischen dem Monolithen und dem Blechgehäuse bzw. Blechmantel wird also überall mit dersel­ ben Kraft zusammengedrückt, so daß sie auch überall die vorher festgelegte, je­ weils gleiche Stärke aufweist. Im wesentlichen dieselben Ergebnisse könnten auch mit pneumatischen Kolben-Zylinder-Einheiten erreicht werden. Besonders vorteil­ haft sind ferner andere denkbare Lösungen, durch die sichergestellt ist, daß auf alle Spannbänder auf wegunabhängige Weise die jeweils gleiche Kraft ausgeübt wird. Grundsätzlich wäre es auch möglich, Spannvorrichtungen mit mechanischen Fe­ dern zu verwenden. Wenn diese Federn entsprechend vorgespannt sind, ist ihre Wegabhängigkeit gering. Durch eine Erhöhung der Vorspannung kann die Wegab­ hängigkeit weiter verringert werden. Allerdings müssen die Bauteile der Vorrichtung dann entsprechend höhere Kräfte aufnehmen können und entsprechend wider­ standsfähiger dimensioniert sein.

Bei hydraulischen bzw. pneumatischen Kolben-Zylinder-Einheiten kann ein gleicher Druck in den Kolben-Zylinder-Einheiten auch dadurch erreicht werden, daß eines oder mehrere Druckregelventile verwendet werden.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Spann­ vorrichtungen auf einem Schließbügel angeordnet sind, der um eine vorzugsweise horizontale Achse schwenkbar gelagert ist. Der Schließbügel kann durch einen An­ trieb schwenkbar sein. Bei dem Antrieb handelt es sich vorzugsweise um einen Schließzylinder, also um eine vorzugsweise hydraulische Kolben-Zylinder-Einheit.

Nach einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung sind die Spannbänder in eine Rüt­ telbewegung versetzbar. Die Vorrichtung kann einen Rüttler aufweisen, durch den die Spannbänder in eine Rüttelbewegung oder Schwingbewegung versetzbar sind. Hierbei ist es möglich, daß der Rüttler andere Bauteile in eine Rüttelbewegung oder Schwingbewegung versetzt und daß die Rüttelbewegung bzw. Schwingbewegung durch diese anderen Bauteile auf die Spannbänder übertragbar ist. Wenn während des Spannvorgangs und/oder nach Abschluß des Spannvorgangs eine Rüttelbe­ wegung durchgeführt wird, kann der Spannvorgang erleichtert werden. Es kann dadurch auf bessere Weise möglich werden, das vorbestimmte Spaltmaß zu errei­ chen und genau einzuhalten. Die Rüttelbewegung ist vorzugsweise derart ausge­ legt, daß die Haftreibung zwischen den Spannbändern und dem Gehäuse jeweils zeitweise bzw. kurzzeitig überwunden wird. Die Amplitude und/oder Frequenz der Rüttelbewegung kann zu diesem Zweck entsprechend eingestellt werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnung im einzelnen erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 die Vorrichtung in einer Seitenansicht,

Fig. 2 die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung in einer Ansicht von oben und

Fig. 3 einen Hydraulikplan.

Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Vorrichtung dient zur Herstellung eines Gehäu­ ses für einen Katalysator, der aus einem im wesentlichen zylinderförmigen Monoli­ then besteht, der von einer Quellmatte umgeben ist. In einem Ausführungsbeispiel beträgt der Durchmesser des Monolithen 153,8 mm. Die ihn umgebende Quell­ matte muß eine Stärke von 3,8 +/- 0,6 mm aufweisen. Der Monolith wird mit einer Toleranz von +/-1,6 mm im Durchmesser gefertigt.

Die Vorrichtung weist mehrere, nämlich vier nebeneinander angeordnete Spann­ bänder 1, 2, 3, 4 auf, die sich jeweils über einen Winkelbereich von etwa 340° er­ strecken. Der Winkelbereich ist geringer als 360°. Er ist derart bemessen, daß der von den Spannbändern 1-4 offengelassene Spalt 5 breit genug ist, um eine Schweißnaht an dem Gehäuse anbringen zu können. Der Winkelbereich, über den sich die Spannbänder 1-4 erstrecken, ist vorzugsweise größer als 180°; er liegt also vorzugsweise im Bereich zwischen 181° und 359°, ferner vorzugsweise im Be­ reich von 280° bis 350°, ferner vorzugsweise im Bereich von 320° bis 350°, ferner vorzugsweise im Bereich von 330° bis 345°.

An ihren in den Fig. 1 und 2 links dargestellten Enden sind die Spannbänder 1-4 durch Montageelemente 6, 7, 8, 9 fest eingespannt. An ihren anderen, in den Fig. 1 und 2 rechts gezeigten Enden weisen die Spannbänder 1-4 jeweils eine Ab­ winklung 10, 11, 12, 13 auf, mit der sie eine entsprechend geformte Nase eines Druckteils 14, 15, 16, 17 übergreifen, das an jeweils einer Kolbenstange 18, 19, 20, 21 einer Kolben-Zylinder-Einheit 22, 23, 24, 25 lösbar befestigt ist, deren Zylinder 26, 27, 28, 29 um horizontale Achsen 30, 31 schwenkbar gelagert sind.

Die Spannvorrichtungen 14, 18, 26; 15, 19, 27; 16, 20, 28; 17, 21, 29 sind ein­ schließlich der Schwenkachsen 30, 31 auf einem Schließbügel 32 angeordnet, der um eine horizontale Achse 33, die sich unterhalb des Mittelpunktes der Spannbän­ der 1-4 befindet, schwenkbar gelagert ist. Der Schließbügel 32 ist an seinem un­ teren Ende durch ein Gelenk 34 mit der Kolbenstange 35 einer weiteren hydrauli­ schen Kolben-Zylinder-Einheit verbunden, deren Zylinder (Schließzylinder) 36 mit dem Maschinenrahmen 37 durch ein Gelenk 38 verbunden ist.

Aus dem in Fig. 3 gezeigten Hydraulikplan geht hervor, daß die den Kolbenstangen 18-21 abgewandten Enden der Hydraulikzylinder 26-29 hydraulisch miteinander sowie mit einem Ausgleichsgefäß 38 verbunden sind. Das Ausgleichsgefäß 38 ist ferner mit einem Hydraulikventil 39 verbunden. Die den Kolbenstangen 18-21 zu­ gewandten Enden der Hydraulikzylinder 26-29 sind ebenfalls hydraulisch mitein­ ander sowie über eine Anschlußleitung 40 mit dem Hydraulikventil 39 verbunden.

Beim Betrieb der Vorrichtung wird ein mit einer Quellmatte umhüllter Katalysator mit einem vorgebogenen Blechmantel umgeben. Diese Einheit, bestehend aus Blech­ mantel und Katalysator mit Quellmatte, wird in axialer Richtung in die Spannbänder 1-4 eingeschoben, und zwar derart, daß der noch offene Spalt des Blechgehäu­ ses unter dem Spalt 5 der Spannbänder 1-4 zu liegen kommt.

Anschließend wird der Magnet 41 des Hydraulikventils 39 betätigt, so daß die Ven­ tilstellung 42 in Eingriff kommt. In dieser Stellung wird die von der Hydraulikpumpe 43 geförderte Hydraulikflüssigkeit über die Leitung 44 dem Rückschlagventil 45 zu­ geführt. Sie strömt von dort über die Leitung 46 und die Ventilstellung 42 in die Leitung 47 und von dort in das Ausgleichsgefäß 38. Von dort gelangt die Hydraulik­ flüssigkeit auf die den Kolbenstangen 18-21 bzw. den zugehörigen Kolben abge­ wandten Seiten der Hydraulikzylinder 26-29. Die Kolben bzw. Kolbenstangen 18- 21 werden dadurch mit der jeweils gleichen Druckkraft beaufschlagt. Hierdurch wird auf die Spannbänder 1-4 eine jeweils gleiche Druckkraft ausgeübt. Diese Druck­ kraft ist - unabhängig von dem von der jeweiligen Kolbenstange 18-21 zurückge­ legten Weg - stets gleich groß. Hierdurch ist gewährleistet, daß jedes Spannband mit derselben Kraft angezogen wird und auf das Gehäuse überall dieselbe Kraft angewendet wird, unabhängig von eventuellen Fertigungstoleranzen des Kataly­ sators bzw. Monolithen.

Wenn die durch das Rückschlagventil 45 begrenzte Kraft auf alle Spannbänder aufgebracht worden ist, tritt der Schließzylinder 36 in Aktion. Durch eine Betätigung des Schaltmagneten 48 des Hydraulikventils 49 wird dessen Ventilstellung 50 in Eingriff gebracht, in der das von der Hydraulikpumpe 43 geförderte Druckmittel über die Leitung 50' in die Leitung 51 gefördert wird, die in dem Schließzylinder 36 zu der der Kolbenstange 35 zugewandten Seite des Kolbens führt. Hierdurch wird die Kolbenstange 35 in den Schließzylinder 36 eingezogen, so daß auf den Schließbügel 32 eine in der Darstellung der Fig. 1 gegen den Uhrzeigersinn wir­ kende Drehung um die horizontale Achse 33 ausgeübt wird. Hierdurch wird eine auf alle Spannbänder gleichmäßig wirkende Schließbewegung für das Gehäuse aus­ geübt.

Nach dem Verschweißen des Blechgehäuses längs des Spaltes 5 werden die Schaltmagneten 52, 53 der Hydraulikventile 39, 49 betätigt, so daß die Ventilstel­ lungen 54, 55 in Eingriff gelangen. Hierdurch wird das Ausgleichsgefäß 38 mit dem Hydraulikbehälter 56 verbunden. Die Kolbenstangen 18 bis 21 werden also entla­ stet. Von der Hydraulikpumpe 43 geförderte Hydraulikflüssigkeit wird über die Lei­ tung 44, das Rückschlagventil 45, die Leitung 46 und die Ventilstellung 54 in die Leitung 40 gefördert, wodurch die Kolbenstangen 18 bis 21 zurückgezogen werden. Ferner wird von der Hydraulikpumpe 43 geförderte Hydraulikflüssigkeit über die Leitung 50' und die Ventilstellung 55 in die Leitung 57 gefördert, die mit dem Schließzylinder 36 auf der dem Kolben der Kolbenstange 35 abgewandten Seite verbunden ist, so daß der Kolben 35 ausgefahren wird, wodurch der Schließbügel 32 im Uhrzeigersinn um die Achse 33 verschwenkt wird. Der Rückfluß der Hydrau­ likflüssigkeit vom Zylinder 36 erfolgt über die Leitung 51 und die Ventilstellung 55 in den Behälter 56 für die Hydraulikflüssigkeit.

Nachdem die Ausgangsposition wieder erreicht worden ist, werden die Hydraulik­ ventile 39, 49 in die in der Fig. 3 gezeigte Mittelstellung gebracht, in der die Leitun­ gen 40, 47 und 51, 57 "blind" enden und in der die Zuleitungen 44, 50' mit dem Be­ hälter 56 verbunden sind. In dieser Stellung kann dann ein neuer Zyklus beginnen.

Unterhalb der Spannbänder 1-4 ist ein Rüttler (Vibrator) 61 vorgesehen, der auf dem Segment 62 angeordnet ist und der die Spannbänder 1-4 in eine Rüttelbe­ wegung versetzt. Der Rüttler sitzt aus Gründen der Dämpfung auf Gummipuffern.

Claims (9)

1. Vorrichtung zur Herstellung eines im wesentlichen zylinderförmigen Gehäuses für einen Körper, vorzugsweise einen Katalysator,
mit mehreren nebeneinander angeordneten Spannbändern (1; 2; 3; 4), die sich jeweils über einen Winkelbereich von weniger als 360° erstrecken,
und einer Spannvorrichtung (14, 18, 22, 26; 15, 19, 23, 27; 16, 20, 24, 28; 17, 21, 25, 29) für jedes Spannband (1-4),
wobei das Gehäuse in die Spannbänder (1-4) einschiebbar und von den Spannbändern (1-4) zusammendrückbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannvor­ richtungen (14-29) schwenkbar (30; 31) gelagert sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Spannvorrichtung (14-29) ein mit einer Kraft beaufschlagbares Druckteil (14; 15; 16; 17) aufweist.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Spannvorrichtungen (14-29) bzw. Druckteile (14-17) jeweils mit dem Kolben (18; 19; 20; 21) einer vorzugsweise hydraulischen Kol­ ben-Zylinder-Einheit (22; 23; 24; 25) verbunden sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinder (26; 27; 28; 29) der Kolben-Zylinder-Einheiten (22-25) hydraulisch miteinander verbunden sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylin­ der (26-29) der Kolben-Zylinder-Einheiten (22-25) hydraulisch mit einem Ausgleichsgefäß (38) verbunden sind.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Spannvorrichtungen (14-29) auf einem um eine Achse (33) schwenkbaren Schließbügel (32) angeordnet sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Schließbügel (32) durch einen Antrieb, vorzugsweise einen Schließzylinder (36) schwenk­ bar ist.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden. Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Rüttler (61) zum Versetzen der Spannbänder (1-4) in eine Rüt­ telbewegung.