DE3726502C3 - Verfahren zur Herstellung eines Metall-Trägerkörpers - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Metall-Trägerkörpers für einen Konverter zur Abgasreinigung, insbe­ sondere bei Brennkraftmaschinen von Kraftfahrzeugen, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

Ein gattungsgemäßes Verfahren ist aus der DE-OS 29 24 592 in der Weise bekannt, daß nach Aufwickeln von glatten und gewellten Stahl­ blechen zur Bildung eines zylindrischen Wabenkörpers nach Erhitzen desselben auf Löttemperatur unter Vakuum- bzw. Schutzgasatmosphäre zumindest eine seiner Stirnflächen bis zu einer bestimmten Tiefe in geschmolzenes Lot eingetaucht wird. Dieses Verfahren ist nicht nur hinsichtlich des hohen Energieaufwands, sondern auch im Hinblick auf das Handling des erhitzten Wabenkörpers beim Eintauchen in das geschmolzene Lot und beim nachträglichen Einbringen in einen Mantel nachteilig.

Aus derselben Druckschrift bekannt ist auch ein Verfahren, bei dem nach dem Wickeln des Wabenkörpers zumindest eine seiner Stirnflä­ chen in ein Gefäß mit Binder getaucht und die erforderliche Lotmen­ ge in Form eines Pulvers mittels eines Siebes gleichmäßig aufge­ bracht wird. Wie die Praxis gezeigt hat, haftet dann zwar zwischen den einzelnen Lagen des Wabenkörpers die erforderliche Lotmenge an, nicht jedoch auf einem äußeren Mantelbereich desselben, so daß zur Herstellung einer einwandfreien Verbindung zwischen Wabenkörper und Mantel zumindest- sicherheitshalber ein zusätzlicher Lotauftrag er­ forderlich wird.

Dieselbe Druckschrift offenbart auch ein Verfahren, bei dem zumin­ dest eine Stirnfläche des gewickelten Wabenkörpers in ein Gefäß mit flüssiger Lotpaste getaucht wird. Dabei handelt es sich um ein Ge­ misch von Bindemittel und Lotmaterial. Dieses Verfahren ist jedoch an eine Lotpaste solcher Zusammensetzung gebunden, daß sie flüssig ist; außerdem ist eine Beeinflussung der Materialansammlung zwi­ schen den Lagen des Wabenkörpers durch Entfernen einer Überschuß­ menge von Bindematerial nicht möglich.

Bei anderen, in dieser Schrift angegebenen Verfahren erfolgt ein Lotauftrag auf die später den Wabenkörper bildenden Stahlbleche vor dem Wickelvorgang. Nach erfolgter Lotbeaufschlagung werden die Me­ tallbänder dann zu einem Metallwabenkörper aufgewickelt, in einen Mantel eingesetzt und in einem Ofen verlötet. Dabei besteht die Möglichkeit, den Mantel am gesamten Umfang mit dem Wabenkörper zu verlöten.

In diesem Zusammenhang ist aus der DE-OS 28 56 030 bekannt, die Trägermatrix, also den gewickelten Wabenkörper, zunächst unter ra­ dialem Spiel in den Mantel einzuschieben und zu positionieren und anschließend den Mantel mittels eines Ziehwerkzeugs auf einen ver­ ringerten Durchmesser einzuziehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein insbesondere auch für Großserienfertigung geeignetes, nach Möglichkeit automatisierbares Herstellungsverfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs zu schaffen, das durch einen einzigen Lötvorgang eine sichere Verlö­ tung der einzelnen Stahlblechlagen des Trägerkörpers untereinander sowie des Trägerkörpers mit einem ihn umgebenden Gehäuse bei gerin­ gem Ausschuß gewährleistet.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht in den kennzeich­ nenden Merkmalen des Patentanspruchs.

Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß durch die Art der Auftragung des Lotes eine sehr ein­ fache und gut kontrollierbare Lötung des Trägerkörpers ermöglicht wird. Aus diesem Grunde kann eine solche Lötung vorteilhaft in einem automatisierten Verfahren durchgeführt werden.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel eines solchen Lötver­ fahrens dargestellt, bei dem die einzelnen Figuren die aufeinander­ folgenden Schritte des Herstellungsverfahrens andeuten.

In der Zeichnung ist jeweils mit 1 der Trägerkörper bezeichnet, der aus übereinandergeschichteten Lagen von glatten und gewellten, hitzebeständigen Stahlblechen oder -folien besteht, die an we­ nigstens einer Stirnseite 2 durch Lötung miteinander verbunden werden sollen. Dabei kann der Trägerkörper zweckmäßigerweise zylin­ drisch ausgeführt sein, indem in an sich bekannter Weise zwei Fo­ lienbänder, nämlich ein glattes und ein mit parallel zur Aufwickel­ achse verlaufenden Wellen ausgebildetes Folienband, spiralförmig übereinander gewickelt werden. Es ergibt sich dann ein etwa waben­ förmiger Körper mit in Längsrichtung durchlaufenden Kanälen, deren Form im wesentlichen durch die Wellenform des gewellten Folienban­ des bestimmt wird. Die durchlaufenden Kanäle sind in der Zeichnung jeweils mit 5 bezeichnet.

Der auf diese Weise hergestellte Rohträgerkörper wird zweckmäßiger­ weise durch eine Punktschweißung oder durch andere Mittel in seiner Form fixiert und zunächst, wie dies aus der Fig. 1 ersichtlich ist, mit der zu verlötenden Stirnseite 2 in eine Bindemittellösung 4 eingetaucht, die beispielsweise in einem Behälter 3 befindlich ist. Die Eintauchtiefe t des Trägerkörpers 1 soll dabei der ge­ wünschten Löttiefe entsprechen, die zwischen 1 und 10 mm, vorzugs­ weise bei etwa 5 mm, liegen soll. Als Bindemittel kann zweckmäßi­ gerweise ein Zement auf Kunststoffbasis verwendet werden. Es ist jedoch auch möglich, als Bindemittel einen Nitroklarlack oder einen anderen Binder, der bei der anschließenden Lötung nach Möglichkeit restlos verbrennen sollte, zu verwenden.

Nach dem Eintauchen des Trägerkörpers 1 in das flüssige oder teigige Bindemittel wird der Bindemittelüberschuß, der die durchgehenden Kanäle 5 des Trägerkörpers 1 im Bereich der Stirnseite 2 verstopfen könnte, dadurch entfernt, daß ein unter Druck stehendes Gas, vor­ zugsweise Druckluft, durch den Innenraum des Trägerkörpers, also durch die Kanäle 5, hindurchgeblasen wird (Fig. 2). Dazu wird zum Beispiel eine Druckluftleitung 8 unter Zwischenschaltung einer ela­ stischen, beispielsweise aus Gummi bestehenden Anschlußmanschette 6 an die der zu verlötenden Stirnseite 2 abgewandte Stirnseite des Trägerkörpers 1 angeschlossen und der Trägerkörper in Richtung der Pfeile 7 mit Druckluft durchblasen. Auf diese Weise wird sicherge­ stellt, daß nur die die Durchgangskanäle 5 des Trägerkörpers 1 be­ grenzenden Wände des Stahlblech- oder -folienlagen bis zur Ein­ tauchtiefe mit dem Bindemittel benetzt bleiben und eine Verstopfung der Kanäle ausgeschlossen wird. Am Außenumfang des Trägerkörpers 1 kann dagegen das Bindemittel in einer etwas dickeren Schicht auf­ getragen bleiben, da dort eine Verstopfung nicht zu befürchten ist und andererseits ein dort reichlicher aufgetragenes Bindemittel auch eine größere Menge an Lotpulver aufnehmen kann, das dann eine sichere Verlötung mit dem Gehäuse gewährleistet.

Auf die von dem Bindemittel benetzte und von dem Bindemittelüber­ schuß befreite Stirnfläche 2 des Trägerkörpers 1 wird anschließend das Lot in Pulverform aufgebracht. Dies erfolgt dadurch, daß der Trägerkörper 1 gemäß der Darstellung in der Fig. 3 in eine lose Lotpulverschüttung 10 eingetaucht wird. Diese Lotpulverschüttung kann dabei in einem Behälter 9 bereitgestellt sein. An den Stellen, an denen der Trägerkörper von Bindemittel benetzt ist, bleibt dann das Lotpulver haften, wobei überschüssiges Lotpulver, wiederum zur Vermeidung von Verstopfungen der Gasdurchtrittskanäle 5, durch Schütteln des Trägerkörpers oder durch Klopfen, beispielsweise mittels eines Hammers 12 aus Kunststoff oder dergleichen, beseitigt wird (Fig. 4).

Der so zur Lötung vorbereitete Trägerkörper 1 wird dann, wie aus der Fig. 5 ersichtlich ist, in ein ein Gehäuse bildendes zylindri­ sches Rohr 15 eingesteckt, dessen lichte Weite zunächst ein gegen­ über dem Außendurchmesser des Trägerkörpers ausreichendes Spiel aufweist. Nach dem Einführen zumindest der zu verlötenden Stirnsei­ te 2 des Trägerkörpers 1 in das rohrförmige Gehäuse 15 wird dieses durch radiales Zusammendrücken kalibriert, wodurch der Trägerkörper 1 in dem Gehäuse 15 durch Klemmsitz festgehalten wird (Fig. 6).

Der auf diese Weise in dem rohrförmigen Gehäuse 15 gehaltene Trä­ gerkörper 1 wird dann in einem Vakuumlötofen einer Hochtemperatur­ lötung bei Temperaturen bis zu 1200°C unterworfen, wobei in dem mit 2 bezeichneten Stirnseitenbereich des Trägerkörpers aufgrund des zuvor erfolgten Lotauftrages eine Verlötung der miteinander in Berührung stehenden Stahlblech- oder -folienlagen des Trägerkörpers bzw. dessen Außenkontur mit der Innenkontur des Gehäuses 15, und zwar in einer Ebene, erfolgt (Fig. 7). Als Endergebnis steht ein Metall-Katalysator zur Verfügung, der nach Beschichtung seiner in­ neren Oberfläche mit Keramik und anschließend einem herkömmlichen, katalytisch wirksamen Material, wie zum Beispiel einem Edelmetall, als Konverter zur Abgasreinigung in der Auspuffanlage einer Fahr­ zeug-Brennkraftmaschine eingebaut werden kann.

Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß das für die Lötung erforderliche Lot verhältnismäßig genau in einer an­ gestrebten Tiefe an der Stirnseite des Trägerkörpers aufgebracht werden kann. Die hier geschilderten Einzelschritte des Verfahrens lassen sich dabei in einfacher Weise automatisieren, so daß dieses Verfahren für eine Serienfertigung von Metallkatalysatoren einge­ setzt werden kann.

Selbstverständlich können, wenn dies erwünscht wird, in der glei­ chen zuvor beschriebenen Weise auch beide Stirnseiten des Träger­ körpers bis zu einer Tiefe von ca. 10 mm verlötet werden.

Claims (1)

1. Verfahren zur Herstellung eines Metall-Trägerkörpers für einen Kon­ verter zur Abgasreinigung, insbesondere bei Brennkraftmaschinen von Kraftfahrzeugen, der aus einem in einem Gehäuse gehaltenen, an sei­ ner Oberfläche mit einer katalytisch wirksamen Schicht versehenen, wabenförmigen Körper aus abwechselnd übereinander geschichteten und miteinander durch Lötung verbundenen Lagen von glatten und gewell­ ten, hitzebeständigen Stahlblechen oder -folien besteht, wobei zu­ nächst der Trägerkörper durch Aufeinanderschichtung der einzelnen Stahlblechlagen geformt wird, danach nur an wenigstens einer Stirn­ seite des Trägerkörpers bis zu einer Tiefe von mindestens 1 und höchstens 10 mm Lot durch Eintauchen aufgetragen und anschließend der so behandelte Trägerkörper einer Hochtemperaturlötung unter Vakuum und bei Temperaturen bis zu 1200°C unterzogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß zum Auftragen des Lots die zu verlötende Stirn­ seite (2) des Trägerkörpers (1) zunächst durch Eintauchen in eine Bindemittel-Lösung (4) bis zu einer vorgegebenen Tiefe mit einem Bindemittel benetzt sowie überschüssiges Bindemittel aus dem Trä­ gerkörper (1) durch Ausblasen mit einem Druckgas entfernt wird, daß danach die mit dem Bindemittel benetzte Stirnseite (2) des Träger­ körpers (1) in eine lose Lotpulverschüttung (10) eingetaucht wird, daß der Trägerkörper (1) nach dem Lotauftrag mit Spiel in ein aus hitzebeständigem Stahlblech bestehendes Gehäuse (15) eingebracht wird, das nach dem Einsetzen des Trägerkörpers bis zur Anlage an diesem zusammengedrückt wird, und daß bei der anschließenden Verlö­ tung sowohl die einzelnen Lagen der Stahlbleche des Trägerkörpers (1) an dessen Stirnseiten (2) untereinander als auch der Trägerkör­ per und das Gehäuse (15) miteinander verbunden werden, wobei das Lot am Außenumfang des Trägerkörpers die Verbindung des Trägerkörpers mit dem Gehäuse herstellt.