DE60110134T3

DE60110134T3 - Verfahren zum Wellen eines Blattmaterials sowie durch dieses Verfahren hergestellte Folie

Info

Publication number: DE60110134T3
Application number: DE60110134T
Authority: DE
Inventors: Sven Melker Nilsson
Original assignee: Ecocat Oy
Current assignee: Dinex Ecocat Oy
Priority date: 2000-02-11
Filing date: 2001-02-07
Publication date: 2012-02-09
Anticipated expiration: 2021-02-08
Also published as: US6497130B2; US20010021462A1; DE60110134D1; SE513927C2; EP1123759B2; DE60110134T2; EP1123759B1; SE0000429L; EP1123759A2; EP1123759A3; SE0000429D0

Description

Hintergrund
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Wellen einer Metallfolie gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 (siehe z. B. US-A-5,983,692 ).
Das Aufwickeln von gewellten und flachen dünnen Metallfolien zu einer zylindrischen Einheit zur Verwendung in rotierenden Wärmetauschern, Abgasreinigern oder Schalldämpfern ist bereits bekannt. Es wird eine Vielzahl von längsverlaufenden Leitungen zwischen der gewellten und der flachen Folie gebildet, die es erlauben, dass ein Strom eines Gases oder einer Flüssigkeit durch die Leitungen fließt. Diese Anwendungen haben das gemeinsame Merkmal, dass sie darauf abzielen, eine große Kontaktfläche zwischen der Folie und der Strömung zu erreichen, wobei die Vorderfläche begrenzt ist. Außerdem ist es wünschenswert, den Druckabfall über den Folienkörper niedrig zu halten, teilweise um die Notwendigkeit eines Pumpeneinsatzes zu reduzieren und teilweise um Beschädigungen zu vermeiden, die die Folieneinheit in Mitleidenschaft ziehen können. Herkömmliche Techniken zum Erhalten der Folieneinheiten umfassen Punktschweißen, Löten oder querlaufende Faltungen, wie in EP 604 868 , US 4,719,680 und WO 93/02792 beschrieben.
Die Folieneinheit ist üblicherweise mit verschiedenen Beschichtungslagen ausgerüstet, z. B. aktiven Schichten aus Platin mit Trägern in Abgasreinigern oder hygroskopischen Schichten in Wärmetauschern. In diesem Zusammenhang besteht ein anderes Ziel darin, solche Schichten mit einer möglichst gleichmäßigen Dicke, und ohne Materialansammlungen an Leitungsecken hinzuzufügen, da lokal dickere Schichten die Durchflussfläche beschränken und einen unnötigen Verbrauch von Schichtmaterial, das oft teuer ist, mit sich bringen.
JP 09174180 A offenbart in 3 ein Verfahren zum Wellen einer Metallfolie, bei dem die Metallfolie durch mehrere Paare wellenformender Walzen geführt wird, um in Längsrichtung verlaufende Wellungen von zunehmender Höhe zu bilden. Ziel der Erfindung ist es, ein alternatives Verfahren zur Herstellung einer gewellten Folie zu liefern.
Beschreibung
Die Erfindung wird mit Bezug auf die Figuren beschrieben, von denen 1 eine Querschnittsansicht der Folieneinheit ist, 2 eine vergrößerte Detailansicht einer Durchflussleitung mit einer Folie ist, die gemäß der vorliegenden Erfindung gewellt ist, 3 eine Durchflussleitung ist, deren Folie gemäß bekannter Techniken gewellt ist, 4 ein Walzensystem zum Wellen von Folien gemäß der Erfindung ist, 5 eine Folie ist, die gemäß der Erfindung gewellt ist, 6 eine Ausführungsform einer gewellten Folie ist, die gemäß der Erfindung hergestellt wurde.
Die Patentschriften 4,719,680 und EP 542 805 beschreiben z. B. Metallfolien als Teile von Einheiten, durch die Gase fließen, und sie sind, wie in 1 zeigt, üblicherweise durch Wickeln einer gewellten Folie (11) zusammen mit einer flachen Folie (12) ausgeführt. Gemäß herkömmlicher Techniken ist die gewellte Folie mit sinusförmigen oder abgerundeten Biegungen ausgeführt, um das Risiko von Rissen in der Folie zu vermeiden, die durch das Wellen relativ steif und brüchig geworden ist. Auf Grund der abgerundeten Form gibt es nur begrenzte Spannungen, die über einen größeren Bereich der Folie verteilt werden. In den Fällen, in denen die Folien durch Schweißen, Kleben oder Löten verbunden sind, kann dort eine große Kontaktfläche erwünscht sein, wo die Folien in gegenseitigem Kontakt (13) kommen, um eine feste Verbindung zu erzielen.
Wellungen mit abgerundeter Wellenform werden herkömmlich hergestellt, indem eine ursprünglich flache Folie zwischen zwei axial gerillten Walzen hindurchgezogen wird. Durch die Reibung gegenüber den Spitzen der Rillen wird verhindert, dass die Folie auf diesen gleitet, und das Wellenprofil wird durch gleichzeitiges Biegen und Dehnen der Folie in deren Längsrichtung gebildet. Um jedoch die Foliendicke zu erhalten und das Risiko von Rissen zu begrenzen, sollte die Längsdehnung begrenzt sein, was mit sich bringt, dass die Wellen soweit wie möglich eine nach der anderen ausgeführt werden sollten, indem Walzen mit kleinen Durchmessern gewählt werden, aber solche Walzen würden flexibel, was es schwierig macht, hochpräzise Wellungen zu erzielen. Unter Anwendung herkömmlicher Techniken ist es schwierig, Wellungen herzustellen, deren Tiefe mehr als 35% des Wellenabstandes beträgt, deren Wellen- oder Krümmungsradius mehr als 12% des Wellenabstandes beträgt und die über 45 Grad Neigung gegenüber der Längsrichtung haben.
Der Wellenkrümmungsradius ist entscheidend für den Strömungswiderstand und die Ausnutzung der Folienoberfläche, da, wie in dem Stand der Technik in 3 gezeigt, die Folien innerhalb eines großen Bereichs in der Nähe des Punktes (33) nahe beieinander liegen, wo die gewellte Folie (31) die glatte Folie (32) berührt. Der geringe Querschnitt in diesem Gebiet verursacht eine Ansammlung (34) von Beschichtungsmaterial, die die Durchflussfläche reduziert und dicke Schichten bildet, was unnötig hohen Verbrauch von oft teurem Beschichtungsmaterial und eine Oberfläche mit sich bringt, die erheblich kleiner als die Folienoberfläche ist. In herkömmlichen Folieneinheiten ist es oft nur möglich, 80 bis 85% der Folienoberfläche auszunutzen. In WO 93/02792 ist der Bereich der Wellung mit einer konvexgerundeten Form durch drei scharfe Teilfaltungen ersetzt, um zu ermöglichen, dass Lötmaterial sich in einer scharf definierten begrenzten Verbindung ansammelt, ohne dass sich Schichtmaterial ansammelt, aber auch in diesem Fall ist es nicht möglich, die eng beieinanderliegenden Folienbereiche zu nutzen.
Eine Ausführungsform einer Durchflussleitung, die einen niedrigen Strömungswiderstand und die Nutzung eines großen Anteils der Folienoberfläche (21, 22) erlaubt, ist so ausgestaltet, dass der Leitungsquerschnitt ein gleichseitiges Dreieck mit scharfen 90 Grad Ecken ist, wie in 2 gezeigt. Bei dieser Gestaltung wird die Ansammlung von Beschichtungsmaterial in Ecken (23) minimiert. Die Anforderungen an die Größe der Kontaktoberfläche können herabgesetzt werden, indem die Folieneinheit in einer anderen Weise zusammengehalten wird, z. B. durch tangentiale Vertiefungen und Vorsprünge, wie in SE 8702771-0 , wobei der nutzbare Anteil der Folienoberfläche mit absinkendem Krümmungsradius der Ecken auf 95% oder mehr ansteigt.
Um zu ermöglichen, dass Wellen mit einer größeren Tiefe und einem kleineren Krümmungsradius gebildet werden, findet die Wellung gemäß der Erfindung in zwei Schritten in einem Walzwerk wie in 4 gezeigt statt. In dem ersten Schritt wird die ursprünglich flache Folie (40) in herkömmlicher Weise mit Wellen eines relativ großen Krümmungsradius geformt, wie in 3 gezeigt, indem sie zwischen einem Paar von gerillten Walzen (42) mit relativ kleinem Durchmesser gewalzt wird, was ermöglicht, dass Längsdehnung und Biegespannungen begrenzt sind, weil nur einige Rillen gleichzeitig in Kontakt mit der Folie sind. Die Rillen 41 sind mit einem so großen Krümmungsradius hergestellt, dass der Folienstreifen (40) über die Rillen gleiten kann, ohne beschädigt zu werden. In dem ersten Schritt werden die Wellungen mit einer geringfügig kleineren Höhe als der endgültigen gebildet, aber mit einem größeren Krümmungsradius und mit leicht gekrümmten Seiten, um so eine Seitenlänge gleich derjenigen der endgültigen Wellen zu schaffen, deren Krümmungsradius kleiner ist. Nach dem ersten Schritt wird die gewellte Folie mittels einer einzelnen federbelasteten Rolle (45) flach und gespannt gehalten.
In dem zweiten, endgültigen Schritt wird die Wellung vertieft, indem die Folie zwischen einem Paar von Walzen (43) mit größerem Durchmesser, wie in 4 gezeigt, und mit schmalen Rillen (44) mit geringem Krümmungsradius gewalzt wird, die die Folie nur an dem Boden der zuerst hergestellten Wellungen berühren. Die Rillen sind hoch, können aber von den Wellen abgehoben werden, da sie schmal sind. Die vergrößerte Höhe der Wellungen wird ohne jegliche Längsdehnung kompensiert, indem die zuvor gekrümmten Bereiche der Seiten gerade gezogen werden, und dies erlaubt eine erhebliche Reduzierung des Wellenkrümmungsradius, ohne das Risiko von Rissen oder Brüchen und ohne ein gegeneinander Verschieben zwischen der Folie und den Rillen. Auf Grund des größeren Walzendurchmessers können die Wellen mit hoher Präzision geformt werden. Wie in 5 gezeigt, haben die Wellungen nach dem ersten Schritt z. B. eine Höhe (52) von 2,43 mm und einen Wellenkrümmungsradius (51) von 0,4 mm und nach dem zweiten Schritt eine Höhe (54) von 2,62 mm und einen Krümmungsradius (53) von 0,1 mm bei einem Wellenabstand (55) von 3,3 mm.
In Walzwerken, die zur Ausführung des Verfahrens der Erfindung geeignet sind, muss nur eine der Walzen eines Walzenpaars motorangetrieben sein.
Diese Walzwerke können auch dazu verwendet werden, um Folien in die Form aus 6 zu wellen, die in Patent WO 97/21489 beschrieben ist, wo die endgültige Form der Wellungen teilweise Vertiefungen 61 an der Spitze der Wellung und teilweise Vorsprünge 62 an dem Wellungsboden aufweist. Während des Walzens bilden die Vertiefungen und Vorsprünge tangentiale Reihen, die mit tangentialen Rillen in der glatten Folie zusammenwirken und die Folieneinheit ohne Löten oder Schweißen zusammenhalten. Diese Form einer Wellung ist sehr schwierig in nur einem einzigen Wellungsvorgang zu erreichen, aber sie kann einfacher ausgeführt werden als letzter Schritt für eine Folie, die zuerst mit richtigen Wellenabständen, aber mit großem Wellenkrümmungsradius gewellt worden ist. Das Verfahren der Erfindung bietet größere Sicherheit und höhere Präzision als das in der zuvor zitierten US-Patentschrift 5,983,692 vorgeschlagene, in der die gesamte gewellte Folie tangentiale Rillen vor der Wellung hat und die Walzenrillen bei den Leitungen unterbrochen sind, so dass die Wellungen in diesen ohne Kontrolle ihrer Form gebildet werden.
Folieneinheiten der oben beschriebenen Art werden u. a. für Katalysatoren in Abgassystemen verwendet, bei denen die Folie aus Chromstahl hergestellt ist, und für rotierende Wärmetauscher, die eine hoch widerstandsfähige Aluminiumlegierung verwenden. In beiden Fällen ist es für die Funktionsfähigkeit entscheidend, intakte Oxidschichten ohne Risse an der Folienoberfläche zu haben, was mit herkömmlichen Techniken schwierig zu erreichen war.

Claims

Verfahren zum Wellen einer Metallfolie, bei dem eine ursprünglich flache Metallfolie (40) in wenigstens zwei Schritten zwischen axial gerillten Walzen (42, 43), die paarweise angeordnet sind, gewalzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Schritt die Walzenrillen (41) einen Krümmungsradius an ihren Spitzen haben, der 10% oder mehr des Abstandes zwischen den Rillenspitzen ausmacht, und dass in einem Endschritt die Walzrillen (44) einen Krümmungsradius an ihrer Spitze haben, der kleiner als der Krümmungsradius in dem ersten Schritt ist.
Wellungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenhöhe (54) nach dem Endschritt größer als die Höhe (52) nach dem ersten Schritt ist.
Wellungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nur eine der Walzen eines in einem Schritt verwendeten Paars von Walzen direkt motorgetrieben ist.
Wellungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Endschritt die Rillen einer Walze Vorsprünge (62) entlang eines kleineren Abschnitts ihrer Länge haben und dass die Rillen der zweiten Walze Ausnehmungen (61) entlang eines kleineren Abschnitts ihrer Läge haben.