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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine
Vorrichtung zum Herstellen eines metallischen Wabenkörpers
zum Tragen eines Katalysatorstoffs, der in einem Katalysator
zum Reinigen der von einem Verbrennungsmotor ausgestoßenen
Abgase und in einem Katalysator in einer chemischen Anlage
verwendbar ist.
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In den letzten Jahren wurde ein Katalysator, bei dem ein
metallischer Wabenkörper als ein Katalysatorstoffträger
verwendet wurde, der aus einem Stapel metallischer Folien
bestand, beispielsweise beim Reinigen der von
Verbrennungsmotoren, insbesondere Automobilen, ausgestoßenen Abgase
verwendet. In diesem Fall werden, wie in den Fig. 6(A)
und (B) dargestellt ist, eine metallische, flache Folie b und
eine metallische, gewellte Folie c, wobei die flache Folie
und die gewellte Folie übereinander geschichtet werden,
spiralförmig auf eine Wickelwelle a gewickelt, wodurch ein
Wabenkörper e mit einer großen Anzahl von Durchgangslöchern o
in Richtung der Wickelwelle gebildet wird, und der so
erhaltene Wabenkörper e wird dann in ein metallisches Gehäuse
d eingepaßt, um einen zylindrischen, metallischen Träger f zu
bilden.
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Es ist bei der Herstellung des metallischen Wabenkörpers
e zum Gewährleisten der Strukturfestigkeit, damit
stabilisierte Katalysatorstoff-Trägerfunktionen verwirklicht werden
können, üblich, die flache Folie b und die gewellte Folie c,
die den metallischen Wabenkörper e bilden, an das Gehäuse d
zu löten und dadurch den metallischen Wabenkörper e mit dem
Gehäuse d zu integrieren.
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Ein Beispiel herkömmlicher Verfahren zum Verbinden einer
flachen Folie b mit einer gewellten Folie c bei der
Herstellung eines metallischen Wabenkörpers e beinhaltet das
Wickeln einer flachen Folie b und einer gewellten Folie c,
wobei die flache Folie und die gewellte Folie übereinander
geschichtet werden, das Befestigen des äußersten Umfangsendes
der flachen Folie b, das unter Druck erfolgende Einpassen der
sich ergebenden Spirale in ein metallisches Gehäuse d, das
Verbreiten eines pulverförmigen Lötmetalls im Inneren der
Anordnung und das Erwärmen der Anordnung zum Absetzen des
pulverförmigen Lötmetalls zwischen der gewellten Folie und
der flachen Folie und zwischen dem metallischen Wabenkörper
und dem metallischen Gehäuse, wodurch die gewellte Folie mit
der flachen Folie verbunden wird und gleichzeitig der
metallische Wabenkörper mit dem metallischen Gehäuse
verbunden wird.
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Dieses Verfahren ist jedoch in der Hinsicht nachteilig,
daß es schwierig ist, das pulverförmige Lötmetall sicher an
den zu verbindenden Stellen zu verbreiten und abzusetzen, daß
keine sichere und stabile Verbindung bereitgestellt werden
kann und daß die Kosten des pulverförmigen Lötmetalls hoch
sind.
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In US-A-4 847 966 ist ein Verfahren zum Herstellen einer
Matrix für einen katalytischen Reaktor zum Reinigen von
Abgasen offenbart, wobei während des Wickelns einer
metallischen, flachen Folie und einer metallischen, gewellten
Folie ein Lötdraht oder eine Lötfolie fortlaufend in
Vertiefungen eingeführt wird, die an den Punkten der gewellten
Folie ausgebildet sind, die an die benachbarten Schichten
angrenzen.
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Zum Lösen der oben angegebenen Probleme wurde
beispielsweise ein anderes, in Fig. 7 dargestelltes
Verbindungsverfahren vorgeschlagen. Dieses Verfahren umfaßt das
Bereitstellen einer Lötfolie g, die zuvor zu einem sehr kleinen
Stück geschnitten wurde, beispielsweise einem Stück mit einer
angenäherten Größe von 0,05 mm in der Dicke, 1 mm in der
Breite und 12 mm in der Länge, in vorgegebenen Abständen an
vorgegebenen Positionen der flachen Folie, das Verbinden der
flachen Folie b und der gewellten Folie c mit einer
Wickelwelle a, die auch als eine Elektrode dient, das
Aufwickeln von ihnen, wobei die flache Folie b und die
gewellte Folie c übereinander geschichtet werden, auf die
Wickelwelle a zur Bildung eines Wabenkörpers e mit einer
vorgegebenen Abmessung, das Befestigen des äußersten
Umfangsendes der flachen Folie b, das Einpassen des
Wabenkörpers in ein metallisches Gehäuse und das Erwärmen der
Anordnung in einem Vakuumofen zum Schmelzen der Lötfolie, um
die flache Folie b, die gewellte Folie c und das metallische
Gehäuse d miteinander zu verbinden.
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Weil sich bei der Herstellung eines zylindrischen,
metallischen Wabenkörpers e durch dieses Verfahren jedoch die
Wellenhöhe und der Wellenabstand der gewellten Folie c
ändern, ändert sich die Relativposition der geschnittenen
Lötfolien g selbst dann, wenn das Wickeln unter konstanten
Bedingungen ausgeführt wird, so daß die Verbindungsstellen
zwischen der flachen Folie b, der gewellten Folie c und dem
metallischen Gehäuse d in manchen Fällen gegenüber einem
vorgegebenen Verbindungsstellenbereich verschoben werden.
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Die hier verwendete Lötfolie g bewirkt das Verbinden der
flachen Folie b, der gewellten Folie c und des metallischen
Gehäuses d miteinander. Wenn der metallische Wabenkörper e in
einen elektrisch geheizten Katalysator eingebaut ist, um das
Fließen eines Stroms durch die Wicklungswelle a und das
metallische Gehäuse d zum Heizen der metallischen Folien an
sich zu ermöglichen und dadurch das in kurzer Zeit erfolgende
Erhöhen der Temperatur des metallischen Wabenkörpers auf die
Aktivierungstemperatur des Katalysators zu gestatten, bewirkt
die Lötfolie g auch das Bilden von Verbindungen, denen
Energie zugeführt werden kann.
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Daher ergeben sich aus der Verschiebung der
Verbindungsstellen infolge der Lötfolie gegenüber dem vorgegebenen
Bereich Probleme, wie eine verringerte Verbindungsfestigkeit,
eine Verschiebung eines durch das Zuführen von Energie
erzeugten Wärmemusters, wodurch ein Fehler bei der Erzeugung
von Wärme hervorgerufen wird, woraus sich eine
Verschlechterung der oben angegebenen Funktionen des metallischen
Wabenkörpers und ein Verringern der Abmessungsgenauigkeit
ergeben. Dies führt wiederum zu einer verringerten Ausbeute
der annehmbaren Wabenkörperprodukte, und es wird dadurch die
Produktivität des metallischen Wabenkörpers verringert (siehe
die ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung (Kokai)
179939/1993).
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Angesichts des oben Erwähnten besteht eine Aufgabe der
vorliegenden Erfindung darin, eine Lötfolie sicher an
gewünschten Stellen zwischen einer gewellten Folie und einer
flachen Folie zuzuführen.
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Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht
darin, eine gewellte Folie und eine flache Folie mit Hilfe
einer Lötfolie an den optimalen Stellen zu verbinden, wodurch
das Erzeugen eines starken Katalysatorstoffträgers ermöglicht
wird.
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Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht
darin, einen Katalysatorstoffträger herzustellen, der in
kurzer Zeit auf eine Temperatur erwärmt werden kann, bei der
ein auf einem metallischen Wabenkörper getragener
Katalysatorstoff aktiviert wird.
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Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht
darin, einen Herstellungsprozeß und eine
Herstellungsvorrichtung bereitzustellen, durch die ein metallischer
Wabenkörper mit guter Produktivität hergestellt werden kann.
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Die oben angegebenen Aufgaben der vorliegenden Erfindung
können durch das folgende Verfahren und die folgende
Vorrichtung gelöst werden.
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Gemäß einer Erscheinungsform der vorliegenden Erfindung
ist ein Verfahren zum Herstellen eines metallischen Wabenkörpers
zur Verwendung als ein Katalysatorstoffträger
vorgesehen, welches den folgenden Schritt aufweist:
spiralförmiges, gemeinsames Wickeln einer metallischen, gewellten
Folie und einer metallischen, flachen Folie, wobei die
metallische, flache Folie schichtförmig auf der metallischen,
gewellten Folie angeordnet wird, auf einer Wickelwelle zur
Bildung eines metallischen Wabenkörpers, wobei gewünschte
Verbindungsstellen in durch das Wickeln gebildeten Schichten
zuvor festgelegt werden und wobei, wenn eine Kontaktstelle
zwischen der Innen- oder der Außenfläche der flachen Folie
und der Außen- oder der Innenfläche der gewellten. Folie mit
der vorab festgelegten Verbindungsstelle übereinstimmt, eine
zuvor geschnittene Lötfolie an der Kontaktstelle eingeführt
und in die metallischen Folien eingewickelt wird, wodurch die
Lötfolie zugeführt wird.
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Es werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zum
Bestimmen der oben angegebenen gewünschten Verbindungsstellen
beschrieben. Beispielsweise ist ein Winkeldetektor
vorgesehen, der die Anzahl der Wicklungen zuzüglich des
Winkels x (des gewünschten Winkels) gegenüber dem als
Verbindungsanfangspunkt definierten Ursprung, an dem die
vorderen Enden der flachen Folie und der gewellten Folie mit
der Wickelwelle verbunden werden, erfaßt. Getrennt werden die
Winkel gegenüber dem Ursprung (die Gesamtzahl der Wicklungen
zuzüglich des Winkels x), wo jede Lötfolie in jede Schicht
eingeführt wird, vorab in einer Festlegungseinrichtung
festgelegt. Wenn die Gesamtzahl der Wicklungen und der
Winkel, die vom Winkeldetektor erfaßt wurden, mit der vorab
festgelegten Anzahl der Wicklungen und dem vorab festgelegten
Winkel übereinstimmen, wird eine mit einer
Antriebssteuervorrichtung versehene Lötfolien-Einführungsvorrichtung
betätigt, um eine Lötfolie an einer vorgegebenen Stelle zwischen
der flachen Folie und der gewellten Folie einzuführen.
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Die oben erwähnte Einführungseinrichtung kann anders als
im Stand der Technik den Einfluß von Änderungen der
Wellenhöhe und des Wellenabstands der gewellten Folie
verringern und wirksam das Auftreten eines Fehlers beim
Verbinden und bei der Wärmeerzeugung verhindern. Weil
weiterhin die Stelle für das Einführen einer Lötfolie zum
Verringern eines additiven Fehlers durch einen Winkel
geregelt wird, kann die relative Positionsgenauigkeit für die
Verbindung innerhalb eines festgelegten Bereichs selbst dann
stabil gewährleistet werden, wenn sich die Wellenhöhe und der
Wellenabstand der gewellten Folie geändert haben. Hierdurch
wird die Schwankung der Qualität von Wabenkörpern verringert,
die Ausbeute erheblich verbessert und gleichzeitig das
automatische Herstellen des Wabenkörpers ermöglicht.
Weiterhin kann der Schritt des Anbringens einer geschnittenen
Lötfolie an der gewellten Folie oder der flachen Folie vor
dem Wickeln fortgelassen werden, was zu einer verbesserten
Produktivität des metallischen Wabenkörpers führt.
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Andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung
werden beim Lesen der folgenden Beschreibung mit Bezug auf
die anliegende Zeichnung voll verständlich werden.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung ist in der anliegenden Zeichnung dargestellt,
wobei:
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Fig. 1 eine Draufsicht zur Darstellung eines
Grundkonzepts gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung ist,
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Fig. 2 eine teilweise vergrößerte Draufsicht zur
Darstellung eines Beispiels der Anordnung von
Verbindungsstellen durch eine Lötfolie gemäß der in Fig. 1 dargestellten
Ausführungsform ist,
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Fig. 3 eine Draufsicht zur Darstellung eines Konzepts zum
Festlegen einer Lötfolien-Einführungsstelle gemäß der
vorliegenden Erfindung ist,
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Fig. 4 eine perspektivische Ansicht zur Darstellung einer
Ausführungsform einer Lötfolien-Einführungsvorrichtung gemäß
der vorliegenden Erfindung ist,
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Fig. 5(A) eine Draufsicht zur Darstellung eines
Beispiels der Anordnung von Verbindungen in einem in einem
Arbeitsbeispiel der vorliegenden Erfindung hergestellten
metallischen Wabenkörper ist und Fig. 5(B) eine Draufsicht
zur Darstellung eines weiteren Beispiels der Anordnung von
Verbindungen in einem metallischen Wabenkörper ist,
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Fig. 6(A) eine perspektivische. Ansicht zur Darstellung
des herkömmlichen Prozesses zum Herstellen eines metallischen
Wabenkörpers ist und Fig. 6(B) eine Draufsicht zur
Darstellung des herkömmlichen metallischen Wabenkörpers ist
und
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Fig. 7 eine perspektivische Ansicht zur Darstellung eines
Beispiels der Verbindung durch eine Lötfolie beim
herkömmlichen metallischen Wabenkörper ist.
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Die vorliegende Erfindung wird in näheren Einzelheiten
mit Bezug auf die anliegende Zeichnung beschrieben. Fig. 1
ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung. Bei dieser Ausführungsform wird ein
metallischer Wabenkörper gebildet, der in einem elektrisch
geheizten Katalysator verwendet wird.
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Insbesondere hat bei dem oben erwähnten Katalysator eine
Lötfolie zum Verbinden einer flachen Folie und einer
gewellten Folie eine elektrisch leitende Funktion, und sie
ist so angeordnet, daß für jede Schichtwicklung ein
vorgegebener Abstand von der vorhergehenden Lötfolie bleibt,
so daß zwischen einer mittleren Elektrode in Stabform, die in
der Mitte des metallischen Wabenkörpers ausgebildet ist, und
einer externen Elektrode als ein zylindrisches Gehäuse zum
Unterbringen des metallischen Wabenkörpers ein elektrischer
Durchgang bereitgestellt ist. Wie in den Fig. 6(A) und
(B) dargestellt ist, wird der erwähnte metallische
Wabenkörper durch gemeinsames spiralförmiges Wickeln eines
Streifens einer gewellten Folie und eines Streifens einer
flachen Folie in zylindrischer Form hergestellt, wobei die
gewellte Folie und die flache Folie auf einer Wickelwelle
übereinander geschichtet werden.
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Wie in Fig. 1 dargestellt ist, werden die vorderen Enden
einer flachen Folie 2 und einer gewellten Folie 3 mit einer
Wickelwelle 1 verbunden, und die Wickelwelle 1 wird gedreht,
wobei eine bestimmte Zugspannung auf die flache Folie und die
gewellte Folie ausgeübt wird, um die flache Folie 2 und die
gewellte Folie 3 spiralförmig aufzuwickeln und dadurch einen
zylindrischen metallischen Wabenkörper 4 zu bilden. In diesem
Fall werden für jede in radialer Richtung gebildete
Folienschicht die zu einer vorgegebenen Länge geschnittenen
Folien 5a, 5b jeweils an einem Punkt A, an dem die
Innenfläche der flachen Folie 2 in Kontakt mit der
Außenfläche der gewellten Folie 3 gelangt, und an einem Punkt
B, an dem die Außenfläche der flachen Folie 2 in Kontakt mit
der Innenfläche der gewellten Folie 3 gelangt, eingeführt.
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Einzelheiten des Einführungszustands der Lötfolie
zwischen der flachen Folie und der gewellten Folie sind in
Fig. 2 dargestellt. In der Zeichnung werden die Lötfolien
5aIII, 5bIII jeweils an einer Verbindung 6III einer
metallischen Folienschicht III in die Innen- und Außenflächen
der flachen Folie 2 eingeführt, und wird eine Lötfolie 5aII
an einer Verbindung 6II einer metallischen Folienschicht II
in die Innenfläche der flachen Folie 2 eingeführt, wobei ihre
Position um einen Winkel XIII gegenüber einem Anfangsende
SIII der Verbindung 6III verschoben ist. Daher überlappt die
Verbindung 6III die Verbindung 6II in einem durch einen
Winkel YIII der Verbindung 6III definierten Bereich.
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Weiterhin wird nach dem Einführen der Lötfolie 5aII am
Punkt A der metallische Wabenkörper 4 in einer durch einen
Pfeil angegebenen Richtung um 360º gedreht, und wenn der
Anfangspunkt SII der Lötfolie 5aII den Punkt B erreicht hat,
wird eine Lötfolie 5bII durch eine
Lötfolien-Einführungsvorrichtung 13b zwischen der Innenfläche 3-2 der gewellten
Folie 3 und der Außenfläche 2-1 der flachen Folie 2
eingeführt. Wenn der metallische Wabenkörper um einen Winkel
XI (nicht dargestellt) gedreht wird, wird in ähnlicher Weise
eine Lötfolie 5aI durch eine Lötfolien-Einführungsvorrichtung
13a an einem Punkt A eingeführt, an dem die Außenfläche 3-1
der gewellten Folie 3 in Kontakt mit der Innenfläche 2-2 der
flachen Folie 2 gelangt. Wenn der metallische Wabenkörper
weiterhin um 360º gedreht wird, so daß das Anfangsende SI der
Lötfolie 5aI den Punkt B erreicht, wird eine Lötfolie 5bI
eingeführt.
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Demgemäß werden die Lötfolien 5a und 5b auf beiden Seiten
der flachen Folie 2 symmetrisch um die flache Folie
angeordnet, wobei die Verbindungsstelle für jede metallische
Folienschicht in gegebenen Abständen verschoben wird.
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Weil, wie oben beschrieben wurde, bei dieser
Ausführungsform der metallische Wabenkörper als ein
Katalysatorstoffträger in einem elektrisch geheizten Katalysator
verwendet wird, sollte die Anordnung der Verbindungen 6 durch
die Lötfolien 5a und 5b derart sein, daß zwischen
benachbarten Verbindungen in radialer Richtung eine vorgegebene
Überlappung 7 bereitgestellt wird, um einen elektrischen
Durchgang 8 genau zu bilden.
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Zu diesem Zweck werden bei der vorliegenden Erfindung das
Drehen des metallischen Wabenkörpers um einen vorgegebenen
Winkel und das Einführen der Lötfolie unter Verwendung der
folgenden Vorrichtung ausgeführt.
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Fig. 1 ist ein schematisches Diagramm einer
Ausführungsform einer Vorrichtung, die eine Lötfolie genau handhaben
kann und die Lötfolie an einer vorgegebenen Stelle zwischen
einer flachen Folie und einer gewellten Folie einführen kann.
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In der Zeichnung erfaßt ein mit der Wickelwelle 1
verbundener Winkeldetektor 9 beim Wickeln der flachen Folie 2
und der gewellten Folie 3 die Anzahl der Wicklungen der
flachen Folie 2 und der gewellten Folie 3 von einem Ursprung
aus, beispielsweise von einem Wicklungsanfangspunkt c aus,
und den Winkel der flachen Folie 2 und der gewellten Folie 3
gegenüber dem Ursprung, die durch das Drehen der Wickelwelle
1 hervorgerufen werden.
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Der Winkeldetektor 9 steht über eine Recheneinheit 11 in
Verbindung mit einer Festlegungseinrichtung 10. In der
Festlegungseinheit 10 werden Stellen, an denen die Lötfolien
5a, 5b einzuführen sind, in bezug auf den Winkel gegenüber
dem Ursprung C (Gesamtzahl der Wicklungen + Winkel X) vorab
festgelegt, und die vorab festgelegten Werte werden im voraus
in die Recheneinheit 11 eingegeben.
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Die Gesamtzahl der Wicklungen und die Winkelsignale, die
vom Winkeldetektor erfaßt wurden, werden in die Recheneinheit
11 eingegeben, und die eingegebenen Werte werden mit der
vorab festgelegten Anzahl der Wicklungen und dem Winkel X
verglichen, die in die Recheneinheit 11 eingegeben worden
sind. Wenn die Werte vom Winkeldetektor 9 mit denen von der
Festlegungseinheit übereinstimmen, sendet die Recheneinheit
11 Signale an Antriebssteuervorrichtungen 12a, 12b, 12c. Die
Antriebssteuervorrichtung 12c sendet Signale zu einer
Antriebseinheit für die Wickelwelle. Hierdurch wird das
Drehen der Wickelwelle 1 unterbrochen, und es werden dadurch
Lötfolien-Einführungsvorrichtungen 13a, 13b zum Einführen der
Lötfolien 5a, 5b, die zuvor zu einer vorgegebenen Größe
geschnitten worden sind, an vorgegebenen Stellen zwischen der
flachen Folie 2 und der gewellten Folie 3, die sich in einem
angehaltenen Zustand befinden, betätigt. Nach Abschluß des
Einführens des vorderen Endes der Lötfolien beginnt sich die
Wickelwelle 1 ansprechend auf Signale von der
Antriebssteuervorrichtung 12c zu drehen, wodurch die Lötfolien an den
vorgegebenen Stellen eingeführt und angeordnet werden.
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Weil sich die Lötfolien-Einführungsstelle von Schicht zu
Schicht ändert, sind die Einführungsvorrichtungen 13a, 13b so
ausgelegt, daß die Abstände ha und hb von der Mitte der
Wickelwelle 1 bis zur Einführungsstelle und die schrägen
Einführungswinkel θa und θb veränderlich sind. In der
Festlegungseinheit 10 sind die Betriebsbedingungen für die
Einführungsvorrichtungen 13a, 13b entsprechend der Lötfolien-
Einführungsstelle in jeder Schicht vorab festgelegt, und die
Einführungsvorrichtungen 13a, 13b werden durch die Recheneinheit
11 und die Antriebssteuervorrichtungen 12a, 12b, 12c
entsprechend den vorab festgelegten Betriebsbedingungen
gesteuert.
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Das Einführen der Lötfolie wird weiter mit Bezug auf
Fig. 3 beschrieben.
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Fig. 3 ist ein Konzeptdiagramm, in dem das Festlegen von
Lötfolien-Einführungsstellen, den Punkten A und B, für jede
Schicht bei einer Ausführungsform dargestellt ist, bei der
die Länge der Lötfolien 5a und 5b konstant ist und eine
Überlappung mit einer gegebenen Breite y zum Erzeugen eines
elektrischen Durchgangs zwischen benachbarten Verbindungen in
radialer Richtung gebildet ist.
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Zu Beginn wird das Einführen einer Lötfolie 5a am Punkt A
beschrieben.
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Eine Verbindung C, an der eine flache Folie und eine
gewellte Folie mit einer Wickelwelle 1 verbunden sind, wird
als Ausgangspunkt angesehen, und eine Lötfolie 5a wird durch
eine Einführungsvorrichtung 13a in die Schicht (1)
eingeführt, so daß ein Anfangsende S1 unter einem Winkel W
angeordnet ist, wodurch eine Verbindung 6a gebildet wird.
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Als nächstes wird in der Schicht (2) eine Verbindung 6b
gebildet. In diesem Fall wird ein Anfangsende S2 einer
Lötfolie an einer Verbindung 6b für die Schicht (2), die in
radialer Richtung außerhalb und neben der Verbindung 6a in
der Schicht (1) angeordnet ist, an einer Position (360º +
X&sub1;º) angeordnet, wobei das Anfangsende S1 der Lötfolie an der
Verbindung 6a der Anfangspunkt ist, wodurch eine Überlappung
mit einer Breite y&sub1; gebildet wird, um einen elektrischen
Durchgang zwischen einem Anschluß e&sub1; der Lötfolie an der
Verbindung 6a in der Schicht (1) und dem Anfangsende der
Lötfolie an der Verbindung 6b in der Schicht (2) zu erzeugen.
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Das Anfangsende einer Lötfolie an einer Verbindung 6c,
die in radialer Richtung außerhalb und neben der Verbindung
6b in der Schicht (2) angeordnet ist, wird an einer Position
(360º + X&sub2;º) angeordnet, wobei das Anfangsende der Lötfolie
an der Verbindung 6b der Anfangspunkt ist, wodurch eine
Überlappung mit, einer Breite y&sub2; gebildet wird, um einen
elektrischen Durchgang zwischen einem Anschluß e&sub2; der
Lötfolie an der Verbindung 6b und dem Anfangsende der Lötfolie
an der Verbindung 6c zu erzeugen.
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Das Anfangsende einer Lötfolie an einer Verbindung 6d in
einer Schicht (4), die in radialer Richtung außerhalb und
neben der Verbindung 6c in der Schicht (3) angeordnet ist,
wird an einer Position (360º + X&sub3;º) angeordnet, wobei das
Anfangsende der Lötfolie an der Verbindung 6c der
Anfangspunkt ist, wodurch eine Überlappung mit einer Breite
y&sub3; gebildet wird, um einen elektrischen Durchgang zwischen
einem Anschluß e&sub3; der Lötfolie an der Verbindung 6c und dem
Anfangsende der Lötfolie an der Verbindung 6d zu erzeugen.
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Das Anfangsende einer Lötfolie an einer Verbindung 6e in
einer Schicht (5), die in radialer Richtung außerhalb und
neben der Verbindung 6d in der Schicht (4) angeordnet ist,
wird an einer Position (360º + X&sub4;º) angeordnet, wobei das
Anfangsende der Lötfolie an der Verbindung 6d der
Anfangspunkt ist, wodurch eine Überlappung mit einer Breite
y&sub4; gebildet wird, um einen elektrischen Durchgang zwischen
einem Anschluß e&sub4; der Lötfolie an der Verbindung 6d und dem
Anfangsende der Lötfolie an der Verbindung 6e zu erzeugen.
Auf diese Weise werden die Bedingungen zum Anordnen einer
Lötfolie in jeder Schicht festgelegt.
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Wenn die Gesamtzahl der Wicklungen und der Winkel x
gegenüber dem Ursprung C, die vom Winkeldetektor 9 erfaßt
wurden, im Laufe des Wickelns der flachen Folie 2 und der
gewellten Folie 3 auf die Wickelwelle 1 die oben angegebenen
vorab festgelegten Werte erreicht haben, wird die Lötfolie 5a
für jede Schicht eingeführt. Der Winkeldetektor 9 ist von
einem Typ, der die Geschichte eines Gesamtwinkels gegenüber
dem Ursprung C aufzeichnen kann, wodurch das Ansammeln von
Winkelfehlern verhindert wird.
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Wenngleich das Einführen der Lötfolie 5a am Punkt A oben
beschrieben wurde, kann das Einführen der Lötfolie 5b am
Punkt B ebenso wie oben in Zusammenhang mit dem Einführen am
Punkt A ausgeführt werden, wobei jedoch die
Einführungsvorrichtung 13b verwendet wird.
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Bei dieser Ausführungsform sollten jedoch die folgenden
Punkte beachtet werden. Der Punkt A befindet sich an einer
Position, die um etwa eine Wicklung von der Position am Punkt
B abweicht. Weiterhin liegt die Einführungsstelle für den
Punkt A auf der Innenflächenseite der flachen Folie, während
die Einführungsstelle für den Punkt B auf der
Außenflächenseite der flachen Folie liegt. Weiterhin unterscheidet sich
das Einführen am Punkt A vom Einführen am Punkt B auch
hinsichtlich des Einführungswinkels θb und des Abstands hb
von der Mitte der Wickelwelle. Aus diesem Grund kann die
Einführungsvorrichtung so ausgelegt sein, daß die
Betriebsbedingungen für das Einführen der Lötfolie am Punkt A
getrennt von denjenigen für das Einführen der Lötfolie am
Punkt B festgelegt werden können und der Vorgang des
Einführens der Lötfolie am Punkt A und der Vorgang des
Einführens der Lötfolie am Punkt B durch Verknüpfen mit dem
Betrieb des Wickelmechanismus gesteuert werden.
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Demgemäß können das Herstellen eines metallischen
Wabenkörpers und die damit verbundenen Arbeitsgänge durch
Verknüpfen des Mechanismus zum Wickeln der flachen Folie und
der gewellten Folie, der Antriebssteuerschaltung für den
Antriebsmechanismus des Lötfolien-Einführungsmechanismus und
der Rechenschaltung für die Antriebsbedingungen und durch
Steuern der einzelnen Antriebsmechanismen in einer
verknüpften Weise durch die Rechenschaltung entsprechend den
Bedingungen für das Gehäuse und den metallischen Wabenkörper
leicht automatisiert werden.
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Eine Ausführungsform eines für das Einführen einer
Lötfolie gemäß der vorliegenden Erfindung verwendeten
Einführungsmechanismus ist in Fig. 4 dargestellt.
Insbesondere ist in Fig. 4 eine Einführungsvorrichtung 13a zum
Einführen einer Lötfolie 5a dargestellt.
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In Fig. 4 wird eine Lötfolienrolle 14 drehbar von einer
Tragwelle 15 getragen. Das vordere Ende der Lötfolienrolle 14
ist zwischen Klemmwalzen 16 sandwichförmig angeordnet und
wird von diesen getragen und bis zu einer vorgegebenen Länge
durch eine Zulieferungsführung 17 einer Haltevorrichtung 18
zum Halten des vorderen Endes der Lötfolie zugeführt.
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Ein Folienschneider 19 ist in der Nähe der
Zulieferungsführung 17 bereitgestellt. Das vordere Ende der
Lötfolienrolle 14 wird mit der Haltevorrichtung 18 gehalten, wobei
eine sehr kleine Kraft ausgenutzt wird, und die
Lötfolienrolle wird in diesem Zustand mit dem Lötfolienschneider 19 zu
einer vorgegebenen Länge geschnitten. Die Haltevorrichtung 18
wird auf einem beweglichen Körper 21 drehbar und vertikal
beweglich getragen. Der bewegliche Körper 21 wird auf einer
Schiene 20r eines Trägers 20 bewegt. Bei der vorliegenden
Erfindung bilden die Haltevorrichtung 18 und der bewegliche
Körper 21 eine Einführungsvorrichtung 13a.
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Der Träger 20 wird in horizontaler Richtung von einer
drehbaren Vorrichtung (nicht dargestellt) drehbar getragen,
so daß die horizontale Position der an dem Träger 20
ausgebildeten Schiene 20r bezüglich der Wickelwelle 1
geändert werden kann.
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Die Haltevorrichtung 18 hält ansprechend auf eine
Anweisung von der Antriebssteuervorrichtung 12a eine Lötfolie
5a, die mit dem Lötfolienschneider 19 geschnitten wurde, und
bewegt sich zusammen mit dem beweglichen Körper 21 auf der
Schiene 20r. Im Laufe der Bewegung wird die Haltevorrichtung
18 so gedreht, daß die Folie in einem horizontalen Zustand in
einen vertikalen Zustand versetzt wird, und der Träger 20
wird gleichzeitig in horizontaler Richtung gedreht, um die
Lötfolie 5a oberhalb einer Position in der Nähe der Position
anzuordnen, wo die flache Folie 2 und die gewellte Folie 3 in
Kontakt miteinander gelangen und übereinander geschichtet
sind.
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Danach wird ansprechend auf eine Anweisung von der
Antriebssteuervorrichtung 12a zum Einführen der Lötfolie die
Haltevorrichtung 18 abgesenkt, um die Lötfolie 5a in einer
vorgegebenen Position zwischen der flachen Folie 2 und der
gewellten Folie 3 anzuordnen, und der bewegliche Körper 21
wird gleichzeitig leicht zu einem Berührungspunkt zwischen
der flachen Folie 2 und der gewellten Folie 3 bewegt, um die
Lötfolie 5a an dem Berührungspunkt zwischen der flachen Folie
2 und der gewellten Folie 3 einzuführen. Die eingeführte
Lötfolie 5a wird in Wicklungsrichtung gezogen und zusammen
mit der flachen Folie 2 und der gewellten Folie 3 gewickelt.
Weil die Haltevorrichtung 18 die Lötfolie 5a leicht hält,
besteht keine Gefahr, daß die Lötfolie 5a beim Anwenden von
Zugspannung zerrissen wird.
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Nach dem Einführen der Lötfolie 5a wird die
Haltevorrichtung 18 angehoben, und der Träger 20 wird gedreht und
in seine ursprüngliche Position zurückgeführt. Weiterhin wird
der bewegliche Körper 21 in die Position zum Halten einer
Lötfolie zurückgeführt. Während dieses Zeitraums wird die
Haltevorrichtung 18 gedreht und in die ursprüngliche Position
zum Halten einer Lötfolie zurückgeführt und in einen Zustand
versetzt, in dem sie zum Aufnehmen, Halten und Einführen
einer als nächstes einzuführenden Lötfolie bereit ist.
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Die oben angegebenen Schritte bilden einen Zyklus von
Arbeitsgängen zum Einführen der Lötfolie 5a.
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Das Einführen der Lötfolie 5b kann ebenso wie oben
beschrieben ausgeführt werden, wobei jedoch die Lötfolien-
Einführungsvorrichtung 13b verwendet wird.
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Die Arbeitsgänge der den Lötfolien-Einführungsmechanismus
bildenden Elemente, wie das Drehen der Klemmwalzen 16, das
Halten, das Drehen und die vertikale Bewegung der
Haltevorrichtung 18, der Arbeitsgang des Lötfolienschneiders 19,
die Bewegung des beweglichen Körpers 21 und die Drehung des
Trägers 20 werden durch Antriebseinheiten, wie Motoren und
pneumatische Mechanismen, ausgeführt. Diese Arbeitsgänge
sollten in Zusammenhang mit dem Arbeitsgang der Wickelwelle
rechtzeitig ausgeführt werden. Daher wird der Lötfolien-
Einführungsmechanismus durch den in Fig. 1 dargestellten
Mechanismus über eine Verknüpfung mit dem Betrieb der
Wickelwelle gesteuert.
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Der Zeitablauf für das Einführen der Lötfolie ist durch
Bedingungen einschließlich der Abmessung des metallischen
Wabenkörpers, der Abmessungen der flachen Folie und der
gewellten Folie zum Bilden des metallischen Wabenkörpers, der
Abmessung der Lötfolie, der Wickelgeschwindigkeit und des
Verbindungsabstands bestimmt. Wenn die Lötfolie in kurzen
Abständen eingeführt wird, sollte die Einführungszykluszeit
verkürzt sein. Weil das Verkürzen der Einführungszykluszeit
jedoch hinsichtlich des Mechanismus begrenzt ist, sollte auch
das Bereitstellen mehrerer Einführungsmechanismen erwogen
werden.
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Wenngleich die vorliegende Erfindung oben mit Bezug auf
eine Ausführungsform beschrieben wurde, bei der beim Bilden
eines metallischen Wabenkörpers unter Verwendung eines
Streifens einer flachen Folie und eines Streifens einer
gewellten Folie Lötfolien 5a abwechselnd eingeführt werden,
so daß sie einander teilweise überlappen, wodurch
Verbindungen bereitgestellt werden, die die elektrisch leitende
Funktion (den elektrischen Durchgang) in Richtung des
Durchmessers des metallischen Wabenkörpers kontinuierlich
bereitstellen, ist sie nicht auf diese Ausführungsform beschränkt.
Wie beispielsweise in Fig. 5(A) dargestellt ist, können zwei
elektrische Durchgänge E1, E2 bereitgestellt werden, um die
für das Aktivieren eines Katalysators in Anspruch genommene
Zeit weiter zu verkürzen. Wenn weiterhin mehrere Streifen
flacher Folien und gewellter Folien gewickelt werden, um
einen metallischen Wabenkörper zu bilden, kann die Lötfolie
für jeden Streifen eingeführt werden.
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Weiterhin kann die vorliegende Erfindung für das
Herstellen eines metallischen Wabenkörpers eines Typs
verwendet werden, der nicht in einen elektrisch geheizten
Katalysator eingebaut ist.
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Um beispielsweise beim Einführen einer Lötfolie 5 an
einer Verbindungsstelle 6, wie in Fig. 5(B) dargestellt ist,
die flache Folie und die gewellte Folie miteinander zu
verbinden, um einen metallischen Wabenkörper zu bilden,
werden Daten über Stellen zum Einführen der Lötfolie vorab in
eine Festlegungseinheit eingegeben, wird der Wicklungswinkel
gegenüber dem Wicklungsursprung C mit einem Winkeldetektor
erfaßt und werden, wenn jede Schicht zum Bilden des
metallischen Wabenkörpers den vorab festgelegten Winkel α&sub1;,
α&sub2; oder dergleichen erreicht hat, Signale zum Antreiben der
Lötfolien-Einführungsvorrichtung zugeführt, um die Lötfolie
schrittweise an den oben angegebenen Stellen einzuführen.
Hierdurch wird ermöglicht, daß die gewünschten
Verbindungsstellen sicher gebildet werden. Eine Bezugszahl 23 bezeichnet
eine Innenschichtverbindung, und eine Bezugszahl 24
bezeichnet eine Außenschichtverbindung.
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Demgemäß kann gemäß der vorliegenden Erfindung im Laufe
des Wickelns einer flachen Folie 2 und einer gewellten Folie
3 in Spiralform zum Herstellen eines zylindrischen
Wabenkörpers eine Lötfolie an vorgegeben Stellen mit guter
Genauigkeit zwischen der flachen Folie und der gewellten
Folie eingeführt werden. Dies ermöglicht das stabile
Herstellen von Wabenkörpern, die von Qualitätsschwankungen
frei sind, und es kann daher die Ausbeute verbessert werden,
was zu einer verbesserten Produktivität führt.
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Zum Zeigen der oben angegebenen Wirkungen der
vorliegenden Erfindung sind die Ergebnisse eines Experiments
zum Reinigen von Automobilabgasen durch einen elektrisch
geheizten Katalysator unter Verwendung eines durch den Prozeß
gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellten metallischen
Wabenkörpers als ein Katalysatorstoffträger zusammen mit den
Ergebnissen eines Vergleichsexperiments unter Verwendung des
herkömmlichen metallischen Wabenkörpers in Tabelle 1
zusammengefaßt.
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Der bei diesem Experiment verwendete Wabenkörper
entsprach dem in Fig. 5(A) dargestellten, also einem
Wabenkörper, der durch spiralförmiges Wickeln eines Streifens
einer flachen Folie 2 und eines Streifens einer gewellten
Folie 3, wobei die flache Folie 2 und die gewellte Folie 3
übereinander geschichtet sind, auf eine Wickelwelle (eine
mittlere Elektrode) 1 in zylindrischer Form hergestellt wird.
Der so erhaltene Wabenkörper wurde in ein Gehäuse (eine
externe Elektrode) 22 eingeführt. Alle Lötfolien 5 zum Bilden
von Verbindungen 6, die mit Strom versorgt werden können und
die zwischen der flachen Folie 2 und der gewellten Folie 3
eingeführt wurden, hatten die gleiche Abmessung und wurden so
angeordnet, daß die Abstände zwischen den Verbindungen in
Umfangsrichtung konstant waren.
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Wabenkörper
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Außendurchmesser: 85 mm
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Mittlere Elektrode (Material: ferritischer Edelstahl)
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Durchmesser: 8 mm
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Gewellte Folie (Material: ferritischer Edelstahl)
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Breite: 20 mm, Dicke: 0,05 mm, Wellenhöhe: 1,25 mm,
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Wellenteilung: 2,5 mm
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Flache Folie (Material: ferritischer Edelstahl)
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Breite: 20 mm, Dicke: 0,05 mm
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Lötfolie
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Breite: 1 mm, Dicke: 0,05 mm, Länge: 12 mm
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Breite der Überlappung zwischen Verbindungen: 4 mm
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Wicklungsgeschwindigkeit: 5 m/min
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Isoliermaterial: Oxidfolie
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Wie in Tabelle 1 dargestellt ist, war bei dem Wabenkörper
gemäß einem Beispiel der vorliegenden Erfindung der
Abstandsfehler zwischen benachbarten Verbindungen bezogen auf den
vorab festgelegten Wert sehr klein, war die Breite der
Überlappung zwischen benachbarten Verbindungen in radialer
Richtung gleichmäßig und war die Änderung des elektrischen
Widerstands klein.
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Andererseits trat bei dem herkömmlichen Wabenkörper, der
durch Anbringen einer Lötfolie, die vorab zu einer
vorgegebenen Länge geschnitten worden war, auf beiden Seiten der
flachen Folie, so daß die angebrachten Lötfolien um die
flache Folie herum symmetrisch waren, und durch
spiralförmiges Wickeln der flachen Folie und der gewellten Folie,
wobei die flache Folie und die gewellte Folie übereinander
geschichtet wurden, hergestellt wurde, im Laufe des Wickelns
ein Rutschen auf. Infolge dieser ungünstigen Erscheinung war
die Breite der Überlappung zwischen benachbarten Verbindungen
in radialer Richtung nicht gleichmäßig, war die Anzahl der
Verbindungen, die nicht in radialer Richtung mit einer
benachbarten Verbindung überlappen, nicht gering und war die
Änderung des elektrischen Widerstands viel größer als beim
Wabenkörper gemäß der vorliegenden Erfindung.
Tabelle 1
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Bemerkung zum Vergleichsexperiment: die Verbindungen wurden
durch vorab erfolgendes Anbringen einer Lötfolie an der
flachen Folie gebildet.
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Wenngleich die Erfindung in ihrer bevorzugten
Ausführungsform in einigen Einzelheiten beschrieben wurde,
ist zu verstehen, daß die vorliegende Offenbarung der
bevorzugten Ausführungsform hinsichtlich der Einzelheiten der
Konstruktion und der Kombination und der Anordnung von Teilen
geändert werden kann, ohne vom Schutzumfang der nachfolgend
beanspruchten Erfindung abzuweichen.