DE3928750A1 - Verfahren zum herstellen eines metallenen substrats fuer einen katalytischen abgasreiniger - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen zum Gebrauch in einem Kraftfahrzeug bestimmten katalytischen Wandler für die Reinigung der vom Motor des Fahrzeugs erzeugten Abgase und richtet sich insbesondere auf ein Verfahren zum Herstellen eines solchen katalytischen Wandlers. Ganz speziell bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Herstellen eines ein wichtiges Teil eines solchen Wandlers darstellenden metallenen Substrats für einen Abgaskatalysator.

Zur Erläuterung der der Erfindung zugrunde liegenden Auf­ gabe sei zunächst ein herkömmliches Verfahren für die Herstellung eines metallenen Substrats für einen Abgas­ katalysator anhand von Fig. 4A, 4B, 4C und 4D der beige­ fügten Zeichnung beschrieben. Dieses Verfahren ist im übrigen in der veröffentlichten japanischen Gebrauchs­ musteranmeldung 63-54 432 offenbart.

In Einem in Fig. 4A dargestellten ersten Schritt des bekannten Verfahrens werden zunächst ein Glattblechband 22 und ein Wellblechband 23 mit ihren einander zugewandten Enden aneinandergelegt und dann, wie in Fig. 4B gezeigt, mehrere Male um einen gemeinsamen zylindrischen Kern 21 gewickelt, so daß ein zylindrischer Körper 24 entsteht. Anschließend wird dann der zylindrische Kern 21 aus dem Körper 24 herausgezogen, wie in Fig. 4C zu erkennen. Auf diese Weise erhält man einen halbfertigen zylindrischen Körper 24 mit einem mittleren Durchlaß 25. Wie in Fig. 4D gezeigt, wird der zylindrische Körper 24 dann gepreßt, so daß der Durchlaß 25 in die Breite verformt und zusammen­ gedrückt wird. Dabei entsteht aus dem zylindrischen Körper 24 ein im wesentlichen ovaler Körper 26, dessen Form anschließend durch Schweißen fixiert wird. Unter Anwendung eines bekannten Beschichtungsverfahrens werden die Innen­ flächen des den ovalen Körper 26 bildenden Wabengefüges dann mit einem geeigneten Katalysatormaterial beschichtet. Der formfixierte und mit dem Katalysatormaterial beschich­ tete ovale Körper 26 wird schließlich in ein (nicht gezeigtes) Gehäuse eingeschlossen, womit der katalytische Wandler fertig ist.

Das beschriebene Verfahren weist jedoch einige inhärente Mängel auf. Wie man in Fig. 4C und 4D erkennt, entstehen beim Pressen des halbfertigen zylindrischen Körpers 24 zu dem zylindrischen Körper 26 unvermeidlich zwei Schlaufen 27 a und 27 b an den seitlichen Enden des flachgedrückten Durchlasses 25. Diese unerwünschte Erscheinung ist des besseren Verständnisses halber in Fig. 5 übertrieben dargestellt.

Wie man in dieser Figur erkennt, kommen die oberen und unteren mittleren Wandbereiche 26 a bzw. 26 b des zylin­ drischen Durchlasses 25 beim Zusammenpressen des zylindrischen Körpers 24 in gegenseitige Anlage. An den seitlichen Enden 26 c und 26 d des flachgedrückten Durch­ lasses setzt das Material jedoch der dort notwendigen besonders starken Verformung einen großen Widerstand entgegen, so daß die entsprechenden Wandbereiche nicht in gegenseitige Anlage kommen, was zur Entstehung der Schlaufen 27 a und 27 b führt. Bei der Verwendung eines solchen ovalen Körpers 26 in einem katalytischen Wandler bewirken diese Schlaufen 27 a und 27 b eine erhebliche Verschlechterung der abgasreinigenden Wirkung des Wandlers, da ein Teil der von der Maschine erzeugten Abgase durch die Schlaufen 27 a und 27 b hindurchströmt und dabei ungereinigt bleibt. Dieses Entweichen ungereinigter Abgase könnte selbstverständlich verhindert werden, indem man die Schlaufen 27 a, 27 b bei der Beschichtung mit dem Katalysator­ material mit diesem verschließt. Dazu ist jedoch eine größere Menge des Katalysatormaterials notwendig, so daß sich die Fertigungskosten ganz beträchtlich erhöhen.

Ein Ziel der Erfindung ist deshalb die Schaffung eines von den vorstehend erläuterten Mängeln freien Verfahrens zum Herstellen eines metallenen Substrats für einen kataly­ tischen Abgasreiniger.

Gemäß der Erfindung umfaßt ein solches Verfahren zum Herstellen eines metallenen Substrats für einen kataly­ tischen Abgasreiniger die folgenden Schritte:

• a) Zusammenfügen jeweils eines Endstücks eines Glattblech­ bands und eines Wellblechbands in der Weise, daß sich die Hauptteile der Blechbänder in einander abgewandten Rich­ tungen erstrecken,
• b) Anordnen der zusammengefügten Endstücke der Bänder zwischen zwei im wesentlichen flachen Kernteilen, c) Aufwickeln der Hauptteile des Glattblechbands und des Wellblechbands übereinanderliegend und in einer vorbe­ stimmten Anzahl von Windungen auf die Kernteile zur Aus­ bildung eines ovalen Körpers aus dem Glattblechband, dem Wellblechband und den von diesen umgebenen Kernteilen, d) Herausziehen der Kernteile aus dem Körper, so daß ein halbfertiger ovaler Körper mit zwei darin verbliebenen flachen Durchlässen entsteht, und
• e) Pressen des halbfertigen ovalen Körpers zur Beseitigung der Durchlässe und damit zur Fertigstellung eines eng gewickelten Körpers aus dem Glattblechband und dem Well­ blechband.

Im folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1A, 1B, 1C, 1D und 1E Darstellungen von aufeinander folgenden Schritten bei der Fertigung eines metallenen Substrats für einen katalytischen Abgasreiniger unter Anwendung eines Verfahrens gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 eine Schnittansicht von im erfindungsgemäßen Verfahren verwendbaren Kernteilen,

Fig. 3A, 3B, 3C, 3D und 3E Fig. 1A bis 1E entsprechende Darstellungen der Schritte eines Verfahrens gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 4A, 4B, 4C und 4D wiederum Fig. 1A bis 1E entsprechende Darstellungen der Schritte eines bekannten Verfahrens und

Fig. 5 eine Fig. 4D entsprechende vergrößerte Schnitt­ ansicht mit übertriebener Darstellung einer bei dem bekannten Verfahren auftretenden unerwünschten Erscheinung.

Fig. 1A bis 1E zeigen die aufeinander folgenden Schritte einer ersten Ausführungsform eines Verfahrens zum Herstellen eines metallenen Substrats für einen katalytischen Abgas­ reiniger.

Wie man in Fig. 1A erkennt, werden ein Glattblechband 1 und ein Wellblechband 4 mit ihren einander zugewandten Endstücken 2 bzw. 5 derart übereinandergelegt, daß sich ihre Hauptteile in einander abgewandten Richtungen erstrecken. Dabei bilden die genannten Endstücke 2 und 5 ein sogenanntes Kernstück 7. Anschließend werden zwei jeweils einen rechtwinkligen Querschnitt aufweisende Kernteile 8 A und 8 B so angeordnet, daß das aus den über­ einandergelegten Endstücken 2 und 5 gebildete Kernstück 7 dazwischen festgehalten ist.

Darauf werden dann, wie in Fig. 1B dargestellt, das Glattblechband 1 und das Wellblechband 4 übereinander­ liegend um die Kernteile 8 A und 8 B gewickelt. Auf diese Weise wird mit den Bändern 1 und 4 eine vorbestimmte Anzahl von Windungen aufgebaut, so daß der in Fig. 1C dargestellte ovale Körper 9 entsteht. Danach werden dann die beiden Kernteile 8 A und 8 B aus dem ovalen Körper 9 herausgezogen, so daß in diesem zwei flache Durchlässe 10 A und 10 B zurückbleiben, wie in Fig. 1D zu erkennen. Der auf diese Weise erhaltene halbfertige ovale Körper 9 wird nun gepreßt, um die beiden Durchlässe 10 A, 10 B zu beseitigen. Dabei entsteht aus dem halbfertigen ovalen Körper 9 ein in Fig. 1E insgesamt mit 11 bezeichneter eng gewickelter ovaler Körper 11. Die Form des ovalen Körpers 11 wird anschließend durch Punktschweißen fixiert. Darauf werden dann die Innenflächen der Wabenzellen des ovalen Körpers 11 in einem herkömmlichen Beschichtungsverfahren mit einem geeigneten Katalysatormaterial beschichtet. Der auf diese Weise formfixierte und mit dem Katalysatormaterial beschichtete Körper 11 wird abschließend in ein (nicht dargestelltes) Gehäuse eingesetzt, um den katalytischen Abgasreiniger fertigzustellen.

Anstelle der vorstehend beschriebenen flachen Kernteile 8 A und 8 B können auch die in Fig. 2 gezeigten, jeweils eine gewölbte Oberfläche 12 a, 12 b aufweisenden Kernteile 13 A und 13 B verwendet werden.

Ferner können bei dem anhand von Fig. 1B erläuterten Auf­ wickeln der Blechbänder zusätzliche Paare von Kernteilen verwendet werden. In diesem Falle werden nach dem Auf­ wickeln einer vorbestimmten Anzahl von Windungen auf die Kernteile 8 A und 8 B zwei weitere Kernteile 8 A′ und 8 B′ an den soweit vorhandenen Bandwickel angesetzt, worauf dann mit dem Wickeln fortgefahren wird.

In Fig. 3A bis 3E sind die Schritte eines Verfahrens zum Herstellen eines metallenen Substrats in einer zweiten Ausführungsform der Erfindung dargestellt.

Wie man in Fig. 3A erkennt, wird zunächst ein freies End­ stück 3 eines Glattblechbands 1 an einer mit 2 bezeichneten Stelle rückwärts umgebogen. In entsprechender Weise wird ein freies Endstück 6 eines Wellblechbands 4 an einer mit 5 bezeichneten Stelle rückwärts umgebogen. Die beiden U-förmig umgebogenen Endstücke 3 und 6 werden dann inein­ ander verhakt, so daß die Hauptteile des Glattblechbands 1 und des Wellblechbands 4 sich in einander abgewandten Richtungen erstrecken. Die ineinander verhakten Endstücke 3 und 8 bilden zusammen ein Kernstück 7, an dessen ein­ ander gegenüberliegenden Seiten dann zwei flache Kernteile 8 A und 8 B angelegt werden, um es in der vorgegebenen Form zu halten.

Anschließend werden das Glattblechband 1 und das Wellblech­ band 4 von entgegengesetzten Seiten über die Kernteile 8 A und 8 B geführt und einander überdeckend auf diese aufge­ wickelt (Fig. 3B). Auf diese Weise wird eine vorbestimmte Anzahl von Windungen aufgewickelt, so daß man den in Fig. 3C dargestellten ovalen Körper 9 erhält. Danach werden dann die beiden Kernteile 8 A und 8 B aus dem Körper 9 herausgezogen, so daß zwei flache Durchlässe 19 a, 10 b in dem Körper 9 zurückbleiben (Fig. 3D). Anschließend wird der ovale Körper 9 durch eine von außen darauf ausgeübte Kraft zusammengepreßt, um die Durchlässe 10 a und 10 b zu schließen, wodurch man den in Fig. 3E dargestellten eng gewickelten Körper 11 erhält, dessen Form anschließend durch Punktschweißen fixiert wird. Die Innenflächen der Wabenzellen des Körpers 11 werden dann mit einem geeigneten Katalysatormaterial beschichtet, worauf der formfixierte und mit dem Katalysatormaterial beschichtete ovale Körper 11 in ein (nicht gezeigtes) Gehäuse eingesetzt wird, um den katalytischen Abgasreiniger fertigzustellen.

Durch den Erfinder unternommene Versuche haben erwiesen, daß bei der Herstellung eines metallenen Substrats nach dem erfindungsgemäßen Verfahren keine Hohlräume nach Art der in Fig. 5 dargestellten Schlaufen 27 a und 27 b entstehen. Die Erfindung beseitigt somit die dem herkömmlichen Verfahren anhaftenden Mängel.

Das erfindungsgemäße Verfahren bietet auch die folgenden weitern Vorteile:

Dank der Verwendung der flachen Kernteile 8 A, 8 B erhält der gewickelte Körper 9 bereits vor dem Pressen eine ovale Form. Dies erleichtert das Zusammenpressen des ovalen Körpers 9 zu dem verdichteten Körper 11.

Da ferner die im ovalen Körper 9 zurückbleibenden Durchlässe 10 a und 10 b bereits eine flache Form haben, braucht das Material an den seitlichen Enden der Durchlässe beim Zusammenpressen des ovalen Körpers 9 nur in geringem Maße verformt zu werden. Dadurch sind höhere Belastungen und Spannungen in den an den Enden der Durchlässe 10 a, 10 b liegenden Bereichen 1 a und 4 a der Blechbänder 1 bzw. 4 vermieden.

Claims (5)

1. Verfahren zum Herstellen eines metallenen Substrats für einen katalytischen Abgasreiniger, dadurch gekennzeichnet, daß es die folgenden Schritte umfaßt:

• a) Zusammenführen jeweils eines Endstücks eines Glattblech­ bands und eines Wellblechbands derart, daß sich die Haupt­ teile der jeweiligen Bänder in einander abgewandten Richtungen erstrecken,
• b) Anordnen der zusammengeführten Endstücke der Bänder zwischen zwei im wesentlichen flachen Kernstücken,
• c) Aufwickeln der Hauptteile des Glattblechbands und des Wellblechbands auf die Kernteile übereinanderliegend und in einer vorbestimmten Anzahl von Windungen zur Ausbildung eines aus den Glatt- und Wellblechbändern sowie den Kern­ teilen gebildeten ovalen Körpers,
• d) Herausziehen der Kernteile aus dem ovalen Körper zur Bildung eines halbfertigen ovalen Körpers mit zwei darin zurückgebliebenen, im wesentlichen flachen Durchlässen, und
• e) Pressen des halbfertigen ovalen Körpers zum Schließen der Durchlässe und zur Bildung eines eng gewickelten ovalen Körpers aus den Glatt- und Wellblechbändern.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die freien Enden des Glattblechbands und des Wellblechbands vor dem Zusammenführen derselben rückwärts umgebogen und beim Zusammenführen ineinander­ gehakt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die im wesentlichen flachen Kernteile jeweils einen rechteckigen Querschnitt aufweisen.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die im wesentlichen flachen Kernteile jeweils eine gewölbte Querschnittsform aufweisen.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß während des Aufwickelns ein weiteres Paar Kernteile in einander diametral gegenüberliegenden Bereichen des halbfertigen Wickels angeordnet und anschließend zusammen mit den ersten beiden Kernteilen herausgezogen werden.