EP1896704A1 - Verfahren zum herstellen von abgasführenden vorrichtungen - Google Patents

Verfahren zum herstellen von abgasführenden vorrichtungen

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Publication number
EP1896704A1
EP1896704A1 EP06754057A EP06754057A EP1896704A1 EP 1896704 A1 EP1896704 A1 EP 1896704A1 EP 06754057 A EP06754057 A EP 06754057A EP 06754057 A EP06754057 A EP 06754057A EP 1896704 A1 EP1896704 A1 EP 1896704A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
insert
outer housing
weight
substrate
determined
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP06754057A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Peter Kroner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Faurecia Emissions Control Technologies Germany GmbH
Original Assignee
Emcon Technologies Germany Augsburg GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Emcon Technologies Germany Augsburg GmbH filed Critical Emcon Technologies Germany Augsburg GmbH
Publication of EP1896704A1 publication Critical patent/EP1896704A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N13/00—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00
    • F01N13/18—Construction facilitating manufacture, assembly, or disassembly
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/24—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by constructional aspects of converting apparatus
    • F01N3/28—Construction of catalytic reactors
    • F01N3/2839—Arrangements for mounting catalyst support in housing, e.g. with means for compensating thermal expansion or vibration
    • F01N3/2853—Arrangements for mounting catalyst support in housing, e.g. with means for compensating thermal expansion or vibration using mats or gaskets between catalyst body and housing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2450/00—Methods or apparatus for fitting, inserting or repairing different elements
    • F01N2450/02—Fitting monolithic blocks into the housing

Definitions

  • the invention relates to a method for producing exhaust gas-carrying devices, in particular exhaust gas purification devices, each having an outer housing and an insert clamped therein.
  • the exhaust gas-carrying devices which are involved in the invention are, for example, mufflers, but in particular exhaust-gas purification devices, such as catalytic converters and diesel particulate filters.
  • the insertion and clamping of the insert in the outer housing is usually done either by winding a sheet metal jacket around the insert, by inserting the insert into a tube with or without subsequent calibration or closing of trays. If the applied force is too large, it can lead to the destruction of the inserter, that is to say in the case of catalysts of the substrate.
  • the elastic compensation element typically the bearing mat
  • the outer housing ensures a pressure equalization and a constant bias.
  • the disadvantage of this bearing mat is that, after it is compressed, it is subjected to a certain setting process, one speaks of relaxation, so that the pressure passed through it to the substrate decreases.
  • the spring back of the outer housing after insertion and clamping also causes the initially applied pressure on the substrate and thus the applied clamping force decreases.
  • the holding pressure of the bearing mat decreases during operation (eg due to aging).
  • the outer housing can exert even more initial pressure on the inserter, which is why the limits of stability are encountered with individual substrates.
  • the object of the invention is to provide a method which also ensures the inserts for a sufficiently secure clamping in the outer casing with minimal reject rates.
  • the necessary holding pressure is determined once and adjusted the outer geometry of the housing to obtain this pressure.
  • a constant force is used to deform the outer housing and thus to ensure the desired holding pressure. This is done regardless of the load capacity and individually required holding pressure for each depositor.
  • the invention takes a different route by installing the necessary holding power for each individual Depositor first determined, and then, depending on this capacity, to match the clamping force through the outer housing thereon.
  • the required holding force depends on the mass of the insert and can basically be determined by the following formula:
  • Holding force mass of the insert x max. Acceleration during operation + frontal pressure difference x cross-sectional area of the substrate.
  • Holding force coefficient of friction x pressure of an elastic compensating element x clamping surface of the elastic compensating element x operating coefficient (for example for temperature, aging, etc.)
  • the elastic compensation element is usually clamped between insert and inside of the outer housing.
  • the hitherto conventional methods which take into account the outer diameter of the insert or the pressure of the compensating element, disregards the clearly fluctuating weight of the insert, including its weight tolerance-bearing coating, so that possibly too much holding force is exerted on the substrate and this therefore unnecessarily loaded or selected Holding pressure is too low.
  • coating can be used for a conventional automotive catalytic converter
  • the clamping force adapted to it is determined and applied to it by providing an outer housing which is tailor-made with regard to geometry.
  • Outer casing to be customized This does not necessarily mean that only after determination of the weight of the tailor-made outer casing is made. It is quite possible to make outer casings of different geometries or their individual parts beforehand and then the
  • the geometry of the outer housing should preferably also not be optimized exclusively depending on the determined weight, but also with regard to other data, which will be discussed in more detail below.
  • the weight can be determined by measuring the external geometry (e.g., only by measuring the cross-section or diameter of the insert). This determination takes place, for example, via the density calculation or via a so-called assignment matrix. In such an assignment matrix, the assigned weights are stored for different outer geometries, so that without further calculation, the weight immediately comes into play with the measured outer geometry.
  • Outer housing an elastic compensation element whose weight can also be determined, so that the geometry of the outer housing may also be determined depending on the compensation element, i. is tuned to it. Since the elastic compensation element is to form a unit with the substrate and is to be secured against displacement, the consideration of the weight of the compensation element ensures a more accurate determination of the tailored outer geometry and clamping force.
  • the weight of the compensating element is usually significantly lower than the weight of the substrate and also subject to significantly lower tolerances.
  • Depositors lateral, in particular radial pressure are exerted.
  • For a specific elastic deformation of the necessary pressure is then determined, preferably measured. This can be the density of the Determine the balancing element, which then uses the weight to determine the optimum geometry of the outer housing.
  • All determined data for determining the geometry of the outer housing are fed into a controller, preferably fully automatically by coupling with the measuring devices.
  • the controller then determines the custom geometry.
  • the controller is simultaneously coupled to the tool which brings the outer housing to the desired geometry.
  • the device produced by the method of the invention is, in the preferred embodiment, an exhaust gas catalyst or diesel particulate filter, both of which are provided with a pressure sensitive substrate as the core of the insert.
  • the pressure exerted on the inserter is normally directed radially inwardly, which of course depends on the shape of the outer housing. This need not be circular cylindrical in cross-section, but may also be out of round, e.g. angular, running.
  • the housing is designed in particular as a sheet-metal housing.
  • the method according to the invention can be applied to all hitherto known methods for producing exhaust gas-conducting devices.
  • a first method is the so-called winding, in which a plate-shaped sheet metal section is wound around the insert and then fastened and closed at its edges after reaching the predetermined internal dimensions.
  • a second method is the calibration, is pressed against the outside of the circumference of the prefabricated tube against this to plastically deform and press against the insert.
  • a third method provides a housing of several shells, which are pressed against the insert and then secured together.
  • a fourth embodiment provides a so-called stuffing method.
  • several cylindrical housings with different internal dimensions are prefabricated.
  • the inner dimension of the housing is determined, which ensures the desired pressure.
  • the housing can be used with the appropriate dimensions to insert the end face of the insert into the housing.
  • the internal geometry of the housing can be steplessly adjusted individually to the insert.
  • a categorization is made and a corresponding weight category associated with the geometry of the housing is used. This may make it possible to dispense with weighing the substrates, since these are usually already supplied by the manufacturer sorted by weight groups (usually in the categories light, medium and heavy).
  • weight groups usually in the categories light, medium and heavy.
  • a particular geometry may be used for a substrate of a particular weight class or category.
  • FIG. 1 shows a longitudinal sectional view through an apparatus in the form of an exhaust gas purification device produced by the invention
  • FIG. 2 shows schematic views of measuring devices used in the method according to the invention
  • FIG. 3 shows a perspective view of a calibration tool used in the method according to the invention, partly in section
  • FIG. 4 shows an end view of a device produced by the method according to the invention, wherein the outer housing is wound
  • FIG. 5 shows an end view of a device produced by the method according to the invention with an outer housing produced from shells
  • FIG. 6 is a schematic diagram showing the alternative used in the inventive method plug.
  • Figure 1 is a housed in a motor vehicle exhaust-leading
  • the vehicle exhaust purification device is either an exhaust catalyst or a diesel particulate filter or a combination of both.
  • an elongated, cylindrical substrate 10 which consists for example of a ceramic substrate or a type of wound corrugated cardboard or another catalytic support or filter material with or without coating.
  • the substrate 10 may have a circular cylindrical cross section or a non-circular cross section. For the sake of simplicity, a circular-cylindrical cross-section is shown in the figures.
  • the substrate is surrounded by a bearing mat 12, which acts as an elastic compensation element between the substrate 10 and an outer housing 14.
  • the outer housing 14 is made very thin-walled and in particular made of sheet metal. Upstream and downstream, an inflow funnel 16 and an outflow funnel 18 are connected to the outer housing 14, respectively.
  • the substrate 10 together with the bearing mat 12 is a prefabricated unit.
  • exhaust gas flows through the inlet funnel 16 end face in the substrate 10 and leaves with fewer pollutants finally provided the substrate 10 on the opposite end face to leave the cleaning device via the outlet funnel 18.
  • the preparation of the cleaning device will be explained below with reference to Figures 2 and 3.
  • FIG. 2 shows various measuring stations with which properties of each individual inserter to be installed (substrate 10 or its bearing mat 12) are determined with regard to an optimized, matched clamping force in the housing 14.
  • the substrate 10 may be measured alone or as a unit together with the bearing mat 12. If in the following so only the depositor is mentioned, so it is automatically expressed also that the substrate 10 alone or alternatively, the unit of substrate 10 and bearing mat 12 can be measured.
  • the outer diameter or the entire outer geometry (shape and outer dimensions) of the insert is determined by means of preferably non-contact measuring sensors 21.
  • the measuring sensors 21 are connected to a controller 24, in which the measured values obtained for the
  • the weight of the insert is determined on a balance 23, which is also coupled to the controller 24. Again, the data obtained are stored in the controller 24.
  • the weight can be extrapolated even without the balance 23 alone on the determination of the outer geometry.
  • a measuring device is provided in which the
  • the insert is positioned in the device and distributed by at least one pressure jaw 20, preferably three or more circumferentially
  • Pressure jaws radially inwardly increasingly loaded. With the jaws 20 are Load cells 22 coupled, which constantly scan the applied force F. The force F can then also be used to determine the pressure acting inwardly on the insert laterally on the circumference.
  • the applied to the depositor force F is steadily increased until reaching a predetermined gap S between the substrate 10 and pressure jaws 20.
  • the measuring device is coupled to the controller 24, which calculates the density and the weight of the bearing mat 12 via the pressure.
  • Control 24 determines a geometry matched to at least the individual weight of the outer housing (preferably taking into account the exact outer dimensions, a settlement factor and the compliance), which can be done by arithmetic or by comparison with a stored in the control 24 allocation matrix.
  • the individual geometry is designed to achieve the required, individually tailored to the depositor and exercising clamping force.
  • the insert is now installed in a next step with its tailor-made outer housing, wherein the tailoring of the outer housing or the use of a corresponding matching outer housing can be done in different ways, as will be explained below with reference to FIGS 3 to 6 by way of example.
  • FIG. 3 shows a calibration device.
  • This includes numerous circular segment-shaped, radially movable jaws 26 which can close to form a ring.
  • the circular cylindrical tubular outer housing 14 is placed, in which the insert is inserted axially.
  • the jaws 26 are then moved radially inward, wherein the previously determined in the controller 24 values are used with respect to the geometry of the outer housing 14. That is, the previously determined by the controller 24 desired dimensions of the outer housing 14 are achieved by a path-controlled movement of the jaws 26 with simultaneous plastic deformation of the outer housing 14.
  • the condition is, of course, that the Insert was positioned almost free of play before deformation in the outer housing 14 or the game was taken into account in the deformation.
  • the pressure applied to the insert by the plastically deformed outer housing 14 corresponds to the desired pressure.
  • the calibration can also by means
  • Rolls take place, which are pressed against the outer housing with therein depositor laterally to the predetermined travel and rotated. Also, a so-called pressing is possible in this context, in which the outer housing 14 is moved with insert disposed therein relative to the predetermined travel against a single role and then a relative rotation between the roller and the outer housing together with insert takes place, so that the roller circumferentially pushes into the outer housing and this plastically deformed inward.
  • a metal strip is wrapped around the insert.
  • the sheet metal strip then forms the outer housing 14.
  • the overlapping edges 30, 32 are welded together, after they have been pushed over one another so far that the inner dimension on the inside of the resulting outer housing 14 correspond to the determined values, as previously determined.
  • the embodiment shown in Figure 5 operates with two or more shells 34, 36 which are telescoped. Again, the shells 34, 36 wegrange or pressure controlled or force-controlled as far as pushed into each other until the inner dimensions correspond to the determined dimensions. The shells 34, 36 are then z. B. welded together, folded or soldered.
  • FIG. 6 symbolizes the so-called plugging.
  • the desired dimensions of the outer housing are determined.
  • a cylindrical, tubular outer housing 14 with the desired Diameter made. This calibration can be done in one or more work cycles or in a continuous process (eg rolling).
  • the insert is stuffed axially into the selected outer housing 14.
  • corresponding funnel-shaped aids are provided here.
  • the shells 34, 36 according to FIG. 5 can already be shaped in advance to the desired dimensions, similar to that described in connection with FIG.
  • the method described leads to a better quality of the manufactured device with low capital investment for the devices.

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Abstract

Ein Verfahren zum Herstellen von abgasführenden Vorrichtungen, insbesondere Abgasreinigungsvorrichtungen, sieht vor, dass das Gewicht jedes Einlegers (10, 12) oder Substrates (10) ermittelt wird und in Abhängigkeit von diesem Gewich der Einleger (10, 12) in einem darauf abgestimmten Aussengehäuse (14) untergebracht und geklemmt wird.

Description

Verfahren zum Herstellen von abgasführenden Vorrichtungen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von abgasführenden Vorrichtungen, insbesondere Abgasreinigungsvorrichtungen, die jeweils ein Außengehäuse und einen darin geklemmten Einleger haben.
Die abgasführenden Vorrichtungen, um die es sich bei der Erfindung handelt, sind beispielsweise Schalldämpfer, insbesondere aber Abgasreinigungsvorrichtungen wie Katalysatoren und Dieselpartikelfilter.
In solchen Vorrichtungen sind gegen radialen Druck sehr empfindliche Einleger untergebracht, bislang handelt es sich dabei überwiegend um axial durch- strömte Keramiksubstrate, die mit einem elastischen Ausgleichselement (z.B. in Form einer Matte) umwickelt sind. Diese Einleger werden, wenn möglich, nur durch radiale Klemmung im Außengehäuse in axialer und seitlicher Richtung gehalten. Zusätzlich ist eine axiale Abstützung z.B. mit einem Drahtgestrickring möglich. Bei einer radialen Klemmung muß diese groß genug sein, damit im Fahrbetrieb durch den Gasdruck als auch durch Vibrationen keine Verschiebung des Einlegers relativ zum Außengehäuse in axialer Richtung zustande kommt. Auf der anderen Seite darf natürlich der radiale Druck nicht so groß sein, daß es zum Zerstören des Einlegers kommt, insbesondere zum Zerstören des auf Druck empfindlichen Katalysatorsubstrats bzw. Dieselpartikelfiltersubstrats.
Das Einbringen und Klemmen des Einlegers im Außengehäuse erfolgt bislang üblicherweise entweder durch Wickeln eines Blechmantels um den Einleger, durch Einschieben des Einlegers in ein Rohr mit oder ohne nachträgliches Kalibrieren oder Schließen von Schalen. Wenn die aufgebrachte Kraft zu groß ist, kann es zum Zerstören des Einlegers, das heißt bei Katalysatoren des Substrats, kommen.
Eine große Schwierigkeit beim Herstellen von Abgasreinigungsvorrichtungen besteht darin, daß zwischen dem Substrat und dem Außengehäuse das elastische Ausgleichselement, typischerweise die Lagermatte, vorgesehen ist, die für einen Druckausgleich und eine stetige Vorspannung sorgt. Der Nachteil dieser Lagermatte besteht jedoch darin, daß sie, nachdem sie zusammengedrückt wird, einem gewissen Setzungsvorgang unterworfen ist, man spricht von Relaxieren, so daß der über sie an das Substrat weitergegebene Druck abnimmt. Das Zurückfedern des Außengehäuses nach dem Einbringen und Klemmen führt ebenfalls dazu, daß der anfänglich aufgebrachte Druck auf das Substrat und damit die aufgebrachte Klemmkraft nachläßt. Weiterhin nimmt der Haltedruck der Lagermatte im Betrieb ab (z.B. durch Alterung). Dies führt dazu, daß man im Hinblick auf die spätere sichere Klemmung des Substrats im Außengehäuse sicherheitshalber das Außengehäuse noch mehr anfänglichen Druck auf den Einleger ausüben läßt, weshalb man bei einzelnen Substraten an die Grenzen der Stabilität geht.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren vorzustellen, das auch bei den Einlegern für eine ausreichend sichere Klemmung im Außengehäuse bei minimalen Ausschußraten sorgt.
Dies wird durch folgende Verfahrensschritte erreicht:
a) Bestimmen des individuellen Gewichts des Einlegers oder des Substrates,
b) Ermitteln einer auf das individuelle Gewicht des Außengehäuses abgestimmten Geometrie zur Schaffung einer erforderlichen, individuellen, auf den Einleger auszuübenden Klemmkraft, vorzugsweise indem die Klemmkraft über den zuvor ermittelten, auf das individuelle Gewicht abgestimmten Haltedruck des Außengehäuses ermittelt wird, und
c) Montieren und Klemmen des Einlegers in einem, den auf den Einleger abgestimmten Haltedruck bzw. die abgestimmte Geometrie aufweisenden Außengehäuse.
Bei den bislang bekannten Verfahren wird der notwendige Haltedruck einmalig bestimmt und die Außengeometrie des Gehäuses angepaßt, um diesen Druck zu erhalten. Alternativ wird eine konstante Kraft eingesetzt, um das Außengehäuse zu deformieren und damit den gewünschten Haltedruck zu gewährleisten. Dies erfolgt unabhängig von der Belastbarkeit und dem individuell erforderlichen Haltedruck für den einzelnen Einleger. Die Erfindung geht einen anderen Weg, indem sie die notwendige Haltekraft für jeden einzelnen verbauten Einleger zuerst bestimmt, um dann, abhängig von dieser Belastbarkeit, die Klemmkraft durch das Außengehäuse darauf abzustimmen. Die erforderliche Haltekraft ist abhängig von der Masse des Einlegers und kann grundsätzlich durch folgende Formel bestimmt werden:
Haltekraft = Masse des Einlegers x max. Beschleunigung im Betrieb + stirnseitige Druckdifferenz x Querschnittsfläche des Substrats.
Die aufgebrachte Haltekraft ergibt sich auch aus der Formel
Haltekraft = Reibungskoeffizient x Druck eines elastischen Ausgleichselements x Klemmfläche des elastischen Ausgleichselements x Betriebs- koeffizient (z.B. für Temperatur, Alterung, etc.)
Es sind auch kompliziertere Formeln möglich, um die erforderliche Haltekraft zu bestimmen. Die o.g. Formel berücksichtigt nur die physikalischen Grundlagen und führt in der Praxis zu ausreichenden Ergebnissen.
Das elastische Ausgleichselement wird üblicherweise zwischen Einleger und Innenseite des Außengehäuses geklemmt. Die bislang üblichen Verfahren, die den Außendurchmesser des Einlegers oder den Druck des Ausgleichselements berücksichtigen, lassen das deutlich schwankende Gewicht des Einlegers samt dessen gewichtstoleranzbehafteter Beschichtung unberücksichtigt, so daß ggf. zu viel Haltekraft auf das Substrat ausgeübt und dieses deshalb unnötig belastet wird oder der ausgewählte Haltedruck zu gering ist. Das Substratgewicht ohne
Beschichtung kann beispielsweise für einen üblichen Kfz-Katalysator zwischen
295 und 415 g schwanken, bei einem Durchmesser von 1 10 mm und einer Länge des Substrats von 125 mm.
Bei der vorliegenden Erfindung wird für jeden individuellen Einleger die auf ihn abgestimmte Klemmkraft ermittelt und auf ihn aufgebracht, indem ein für ihn bezüglich der Geometrie maßgeschneidertes Außengehäuse vorgesehen wird.
„Geometrie" heißt in diesem Zusammenhang, daß Form und Abmaße des
Außengehäuses maßgeschneidert werden. Das muß nicht zwingend bedeuten, daß erst nach Ermittlung des Gewichts das maßgeschneiderte Außengehäuse hergestellt wird. Es ist durchaus möglich, zuvor bereits Außengehäuse unterschiedlicher Geometrien oder deren Einzelteile herzustellen und dann das
Außengehäuse bzw. diejenigen Einzelteile zu verwenden, die der gewünschten Geometrie am nächsten kommen. Die Geometrie des Außengehäuses sollte vorzugsweise auch nicht ausschließlich in Abhängigkeit vom ermittelten Gewicht optimiert werden, sondern auch im Hinblick auf andere Daten, auf die im folgenden noch näher eingegangen wird.
Zur Bestimmung des Gewichts des Einlegers kann dieser gewogen werden.
Alternativ kann über eine Messung der Außengeometrie (z.B. nur durch Messung des Querschnitts oder des Durchmessers des Einlegers) das Gewicht bestimmt werden. Diese Bestimmung erfolgt beispielsweise über die Dichteberechnung oder über eine sogenannte Zuordnungsmatrix. In einer solchen Zuordnungsmatrix sind für verschiedene Außengeometrien die zugeordneten Gewichte abgespeichert, so daß man ohne weitere Berechnung mit der gemessenen Außengeometrie sofort zum Gewicht kommt.
Als Einleger kann nur das abgasdurchströmte Substrat oder die Einheit aus Substrat und Ausgleichselement angesehen werden.
Wie bereits erwähnt, liegt vorzugsweise zwischen dem Substrat und dem
Außengehäuse ein elastisches Ausgleichselement, dessen Gewicht ebenfalls ermittelt werden kann, so daß die Geometrie des Außengehäuses evtl. auch in Abhängigkeit des Ausgleichelements ermittelt, d.h. darauf abgestimmt wird. Da das elastische Ausgleichselement mit dem Substrat eine Einheit bilden soll und gegen Verschiebung zu sichern ist, sorgt die Berücksichtigung des Gewichtes des Ausgleichselements für eine genauere Bestimmung der maßgeschneiderten Außengeometrie und Klemmkraft. Das Gewicht des Ausgleichselements ist üblicherweise deutlich geringer als das Gewicht des Substrates und auch mit deutlich geringeren Toleranzen behaftet. Gemeinsames Bestimmen des Komplettgewichts des Einlegers kann damit bei akzeptablem Fehler zur Kostenersparnis beitragen.
Zur Bestimmung der individuellen Geometrie kann gemäß einer vorteilhaften
Weiterbildung der Erfindung auf den mit dem Ausgleichselement umgebenen
Einleger ein seitlicher, insbesondere radialer Druck ausgeübt werden. Für eine bestimmte elastische Verformung wird dann der dazu notwendige Druck bestimmt, vorzugsweise gemessen. Hierüber läßt sich die Dichte des Ausgleichselements ermitteln, die dann über das Gewicht in die Bestimmungen der optimalen Geometrie des Außengehäuses einfließt.
Natürlich ist es auch vorteilhaft, wenn die Außenabmessungen des unbelasteten Einlegers zuerst ermittelt werden und diese Daten dann in die Be- Stimmung der individuellen Geometrie mit einfließen.
Sämtliche ermittelten Daten zur Ermittlung der Geometrie des Außengehäuses werden in eine Steuerung eingespeist, vorzugsweise vollautomatisch durch Koppelung mit den Meßeinrichtungen. Die Steuerung ermittelt dann die maßgeschneiderte Geometrie.
Gemäß der bevorzugten Ausführungsform ist die Steuerung gleichzeitig mit dem Werkzeug gekoppelt, welches das Außengehäuse auf die gewünschte Geometrie bringt.
Die Vorrichtung, die durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellt wird, ist gemäß der bevorzugten Ausführungsform ein Abgaskatalysator oder ein Dieselpartikelfilter, die beide mit einem druckempfindlichen Substrat als Kern des Einlegers versehen sind.
Der auf den Einleger ausgeübte Druck ist normalerweise radial einwärts gerichtet, wobei es hierbei natürlich auch auf die Form des Außengehäuses ankommt. Dieses muß nicht kreiszylindrisch im Querschnitt sein, sondern kann auch unrund, z.B. eckig, ausgeführt werden.
Das Gehäuse ist insbesondere als Blechgehäuse ausgeführt.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann auf sämtliche bislang bekannten Verfahren zum Herstellen abgasführender Vorrichtungen angewandt werden.
Ein erstes Verfahren ist das sogenannte Wickeln, bei dem ein plattenförmiger Blechabschnitt um den Einleger gewickelt und anschließend ab Erreichen der vorbestimmten Innenabmessungen an seinen Rändern befestigt und geschlossen wird.
Ein zweites Verfahren ist das Kalibrieren, bei dem von außen am Umfang des vorgefertigten Rohres gegen dieses gedrückt wird, um es plastisch zu deformieren und gegen den Einleger zu pressen. Ein drittes Verfahren sieht ein Gehäuse aus mehreren Schalen vor, die gegen den Einleger gepreßt und anschließend aneinander befestigt werden.
Eine vierte Ausführungsform sieht ein sogenanntes Stopfverfahren vor. Hierbei werden mehrere zylindrische Gehäuse mit unterschiedlichen Innen- abmessungen vorgefertigt. Im Schritt b) wird die Innenabmessung des Gehäuses ermittelt, die für den gewünschten Druck sorgt. Anschließend kann dann das Gehäuse mit den entsprechenden Maßen verwendet werden, um stirnseitig den Einleger in das Gehäuse einzuschieben. Alternativ kann die Innengeometrie des Gehäuses stufenlos, individuell auf den Einleger abgestimmt werden.
Gemäß einer vereinfachten Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, daß bei der Bestimmung des individuellen Gewichts des Einlegers bzw. des Substrates eine Kategorisierung vorgenommen wird und eine der entsprechenden Gewichtskategorie zugeordnete Geometrie des Gehäuses verwendet wird. Dies ermöglicht unter Umständen, auf ein Wiegen der Substrate zu verzichten, da diese üblicherweise vom Hersteller bereits nach Gewichtsgruppen sortiert geliefert werden (meist in den Kategorien leicht, mittel und schwer). Indem vor der Montage allgemein bestimmt wird, welche Gehäusegeometrie für die Substrate der Kategorie leicht, mittel und schwer geeignet ist, kann für ein Substrat einer bestimmten Gewichtsklasse bzw. - kategorie eine bestimmt Geometrie verwendet werden. Dieses vereinfache Verfahren liefert zwar kein so optimal angepaßtes Gehäuse wie in den Fällen, in denen jedes Substrat gewogen wird, zeichnet sich aber durch eine große Vereinfachung und damit hohe Kostenersparnis aus.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nach- folgenden Beschreibung und aus den nachfolgenden Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird.
In den Zeichnungen zeigen:
- Figur 1 eine Längsschnittansicht durch eine durch die Erfindung hergestellte Vorrichtung in Form einer Abgasreinigungsvorrichtung,
- Figur 2 schematische Ansichten von beim erfindungsgemäßen Verfahren verwendeten Meßvorrichtungen, - Figur 3 eine perspektivische Ansicht eines beim erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzten Kalibrier-Werkzeugs, teilweise im Schnitt,
- Figur 4 eine stirnseitige Ansicht einer durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellten Vorrichtung, wobei das Außengehäuse gewickelt ist,
- Figur 5 eine stirnseitige Ansicht einer durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellten Vorrichtung mit einem aus Schalen hergestellten Außengehäuse und
- Figur 6 eine Prinzipskizze, die das beim erfindungsgemäßen Verfahren alternativ angewandte Stopfen zeigt.
In Figur 1 ist eine in einem Kraftfahrzeug untergebrachte abgasführende
Vorrichtung in Form einer Fahrzeugabgasreinigungsvorrichtung dargestellt. Die Fahrzeugabgasreinigungsvorrichtung ist entweder ein Abgaskatalysator oder ein Dieselpartikelfilter oder eine Kombination aus beiden.
Kernstück der Abgasreinigungsvorrichtung ist ein langgestrecktes, zylindrisches Substrat 10, das beispielsweise aus einem keramischen Substrat oder einer Art gewickelter Wellpappe oder einem anderen katalytischen Trägeroder Filtermaterial mit oder ohne Beschichtung besteht. Das Substrat 10 kann einen kreiszylindrischen Querschnitt oder einen unrunden Querschnitt aufweisen. Nur zur vereinfachten Darstellung ist in den Figuren ein kreiszylindrischer Querschnitt dargestellt. Das Substrat ist von einer Lagermatte 12 umgeben, die als elastisches Ausgleichselement zwischen dem Substrat 10 und einem Außengehäuse 14 wirkt. Das Außengehäuse 14 ist sehr dünnwandig ausgeführt und insbesondere aus Blech. Stromaufwärts und stromabwärts sind mit dem Außengehäuse 14 ein Einströmtrichter 16 bzw. ein Ausströmtrichter 18 verbunden.
Das Substrat 10 bildet zusammen mit der Lagermatte 12 eine vorgefertigte Einheit.
Im Betrieb strömt Abgas über den Einlaßtrichter 16 stirnseitig in das Substrat 10 ein und verläßt mit weniger Schadstoffen versehen schließlich das Substrat 10 an der gegenüberliegenden Stirnseite, um über den Auslaßtrichter 18 die Reinigungsvorrichtung zu verlassen. Die Herstellung der Reinigungsvorrichtung wird im folgenden anhand der Figuren 2 und 3 erläutert.
In Figur 2 sind verschiedene Meßstationen dargestellt, mit denen Eigenschaften jedes einzelnen zu verbauenden Einlegers (Substrats 10 oder seiner Lagermatte 12) im Hinblick auf eine optimierte, darauf abgestimmte Klemmkraft im Gehäuse 14 ermittelt werden.
Die im folgenden erläuterten Stationen werden in der bevorzugten Reihenfolge des Herstellungsverfahrens beschrieben. Zu betonen ist, daß in jeder Station das Substrat 10 alleine oder als Einheit zusammen mit der Lagermatte 12 vermessen werden kann. Wenn im folgenden also nur vom Einleger die Rede ist, so ist damit automatisch auch ausgedrückt, daß das Substrat 10 allein oder alternativ auch die Einheit aus Substrat 10 und Lagermatte 12 vermessen werden kann.
In einer ersten Meßvorrichtung wird der Außendurchmesser oder die gesamte Außengeometrie (Form und Außenabmessungen) des Einlegers mittels vorzugsweise berührungsloser Meßsensoren 21 ermittelt. Die Meßsensoren 21 sind mit einer Steuerung 24 verbunden, in der die erhaltenen Meßwerte für den
Einleger abgelegt werden.
Anschließend wird das Gewicht des Einlegers auf einer Waage 23 bestimmt, die ebenfalls mit der Steuerung 24 gekoppelt ist. Auch hier werden die erhaltenen Daten in der Steuerung 24 abgelegt.
Alternativ kann das Gewicht auch ohne die Waage 23 allein über die Bestimmung der Außengeometrie hochgerechnet werden.
Als weitere Alternative zum Wiegen (wenn die Bestimmung des Substratgewichts über die Außengeometrie erfolgt) oder zusätzlich zur Ermittlung des Substratgewichts ist eine Meßvorrichtung vorgesehen, in der bei der
Serienproduktion vor dem sogenannten „Canning", also dem Aufbringen des
Außengehäuses 14 auf den Einleger, die Nachgiebigkeit jedes einzelnen zu verbauenden Einlegers und/oder die Dichte der Lagermatte 12 bestimmt werden. Dazu wird der Einleger in der Vorrichtung positioniert und durch mindestens einen Druckbacken 20, vorzugsweise drei oder mehr am Umfang verteilte
Druckbacken, radial einwärts zunehmend belastet. Mit den Druckbacken 20 sind Kraftmeßdosen 22 gekoppelt, die die aufgebrachte Kraft F ständig abtasten. Über die Kraft F läßt sich dann auch der auf den Einleger seitlich am Umfang einwärts wirkende Druck bestimmen.
Die auf den Einleger aufgebrachte Kraft F wird stetig gesteigert bis zum Erreichen eines vorbestimmten Spaltes S zwischen Substrat 10 und Druckbacken 20. Während des Verfahrens der Druckbacken 20 wird punktuell oder stetig auch die Verfahrstrecke parallel zum Druck aufgenommen. Die Meßvorrichtung ist mit der Steuerung 24 gekoppelt, die über den Druck die Dichte und das Gewicht der Lagermatte 12 errechnet.
Mit den ermittelten Daten über den zu verbauenden Einleger wird in der
Steuerung 24 eine auf zumindest das individuelle Gewicht abgestimmte Geometrie des Außengehäuses (vorzugsweise unter Berücksichtigung der exakten Außenabmessungen, eines Setzungsfaktors und der Nachgiebigkeit) ermittelt, was durch Rechnen oder durch Vergleichen mit einer in der Steuerung 24 abgelegten Zuordnungsmatrix erfolgen kann. Die individuelle Geometrie wird auf die Erzielung der erforderlichen, individuell auf den Einleger abgestimmten und auszuübenden Klemmkraft ausgelegt.
Der Einleger wird nun in einem nächsten Schritt mit seinem maßgeschneiderten Außengehäuse verbaut, wobei das Maßschneidern des Außen- gehäuses oder die Verwendung eines entsprechend passenden Außengehäuses auf unterschiedliche Weisen erfolgen kann, wie im folgenden anhand der Figuren 3 bis 6 beispielhaft erläutert wird.
In Figur 3 ist eine Kalibrier-Vorrichtung gezeigt. Diese umfaßt zahlreiche kreissegmentförmige, radial bewegliche Backen 26, die sich zu einem Ring schließen können. Ins Innere des durch die Backen 26 umschriebenen Arbeitsraums wird das kreiszylindrische, rohrförmige Außengehäuse 14 gelegt, in welches der Einleger axial eingeschoben ist. Die Backen 26 werden anschließend radial nach innen verfahren, wobei die zuvor in der Steuerung 24 ermittelten Werte bezüglich der Geometrie des Außengehäuses 14 herangezogen werden. Das bedeutet, die durch die Steuerung 24 zuvor ermittelten gewünschten Abmessungen des Außengehäuses 14 werden durch eine weggesteuerte Bewegung der Backen 26 unter gleichzeitiger plastischer Verformung des Außengehäuses 14 erreicht. Voraussetzung ist natürlich, daß der Einleger vor der Verformung annähernd spielfrei im Außengehäuse 14 positioniert war oder das Spiel bei der Verformung mitberücksichtigt wurde. Der durch das plastisch verformte Außengehäuse 14 auf den Einleger aufgebrachte Druck entspricht dem gewünschten Druck.
Anstatt der in Figur 3 gezeigten Backen 26 kann das Kalibrieren auch mittels
Rollen erfolgen, die gegen das Außengehäuse mit darin vorgesehenem Einleger seitlich um den vorbestimmten Verfahrweg gedrückt und gedreht werden. Auch ein sogenanntes Drücken ist in diesem Zusammenhang möglich, bei dem das Außengehäuse 14 mit darin angeordnetem Einleger relativ um den vorbestimmten Verfahrweg gegen eine einzelne Rolle bewegt wird und anschließend eine Relativdrehung zwischen der Rolle und dem Außengehäuse samt Einleger erfolgt, so daß sich die Rolle umfangsmäßig in das Außengehäuse drückt und dieses plastisch nach innen deformiert.
Neben dem Kalibrieren kann auch ein Wickeln des Außengehäuses 14 erfolgen, wie es in Figur 4 anhand des fertigen Produkts einfach dargestellt ist.
Dabei wird ein Blechstreifen um den Einleger gewickelt. Der Blechstreifen bildet dann das Außengehäuse 14. Die sich überlappenden Ränder 30, 32 werden miteinander verschweißt, und zwar nachdem sie soweit übereinander geschoben wurden, daß die Innenabmessung auf der Innenseite des entstehenden Außengehäuses 14 den ermittelten Werten entsprechen, wie sie zuvor ermittelt wurden.
Beim Wickeln kann das Blech für das Außengehäuse 14 weggesteuert oder alternativ druckgesteuert bzw. kraftgesteuert deformiert werden.
Die in Figur 5 gezeigte Ausführungsform arbeitet mit zwei oder mehreren Schalen 34, 36, die ineinandergeschoben werden. Auch hier werden die Schalen 34, 36 weggesteuert oder druckgesteuert bzw. kraftgesteuert soweit ineinander geschoben, bis die Innenabmessungen den ermittelten Abmessungen entsprechen. Die Schalen 34, 36 werden dann z. B. aneinandergeschweißt, gefalzt oder gelötet.
Figur 6 symbolisiert das sogenannte Stopfen. In der Meßeinrichtung werden die gewünschten Abmessungen des Außengehäuses ermittelt. Anschließend wird ein zylindrisches, rohrförmiges Außengehäuse 14 mit dem gewünschten Durchmesser hergestellt. Dieses Kalibrieren kann in einem oder mehreren Arbeitsschüben oder in einem kontinuierlichen Prozeß (z.B. Walzen) erfolgen. Anschließend wird der Einleger axial in das ausgewählte Außengehäuse 14 gestopft. Hierbei sind natürlich entsprechende trichterförmige Hilfsmittel vorgesehen.
Natürlich können die Schalen 34, 36 gemäß Figur 5 bereits vorab auf die gewünschten Abmessungen geformt werden, ähnlich wie dies im Zusammenhang mit Figur 6 beschrieben ist.
Allgemein gilt bei allen beschriebenen Verfahren zum Schließen des Gehäuses, daß, unabhängig vom jeweiligen Verfahren (Kalibrieren, Wickeln, usw.), auf das Außengehäuse eine bestimmte Schließkraft ausgeübt oder das Außengehäuse um einen bestimmten Schließweg verkleinert wird. Die Bestimmung der Schließkraft bzw. des Schließwegs erfolgt in Abhängigkeit vom Gewicht des Einlegers.
Zu betonen ist, daß das dargestellte Verfahren nicht etwa für
Versuchszwecke gedacht ist, bei denen ein einzelner Katalysator oder Dieselpartikelfilter hergestellt wird. Vielmehr ist das Verfahren gerade für die Massenfertigung gedacht, bei der jedes einzelne Substrat samt Lagermatte oder, bei Schalldämpfern der entsprechende Einleger, sein maßgeschneidertes Außengehäuse erhält.
Das beschriebene Verfahren führt zu einer besseren Qualität der hergestellten Vorrichtung bei geringem Kapitaleinsatz für die Vorrichtungen.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Herstellen von abgasführenden Vorrichtungen, insbesondere Abgasreinigungsvorrichtungen, die jeweils ein Außengehäuse (14) mit einem darin geklemmten Einleger haben, der ein Substrat aufweist, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
a) Bestimmen des individuellen Gewichts des Einlegers oder des Substrates,
b) Ermitteln einer auf das individuelle Gewicht abgestimmten Geometrie des Außengehäuses (14) zur Schaffung einer erforderlichen, individuellen, auf den Einleger auszuübenden Klemmkraft und
c) Montieren und Klemmen des Einlegers in einem, die auf den Einleger abgestimmte Geometrie aufweisenden Außengehäuse.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der Einleger zur Ermittlung des Gewichts gewogen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Au- ßengeometrie des Einlegers gemessen wird und daß in Abhängigkeit von den dadurch ermittelten Daten die Geometrie des Außengehäuses ermittelt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß über die bei der Messung der Außengeometrie des Einlegers erhaltenen Daten das Gewicht des Einlegers bestimmt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß nur über
Querschnitt oder Durchmesser des Einlegers dessen Gewicht bestimmt wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Einleger ein eine Filterwirkung und/oder katalytische Wirkung aufweisendes, abgasdurchströmtes Substrat (10) ist.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Einleger eine Einheit aus einem eine Filterwirkung und/oder katalytische Wirkung aufweisenden, abgasdurchströmten Substrat (10) und einem zwischen Substrat (10) und Außengehäuse (14) liegenden elastischen Ausgleichselement ist.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung der individuellen Geometrie des Außengehäuses ein einwärts gerichteter Druck auf den Einleger ausgeübt wird und ein für eine bestimmte elastische Verformung notwendiger Druck bestimmt wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf das Außengehäuse eine vom Gewicht des Einlegers bzw. des Substrates abhängige Schließkraft ausgeübt wird.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für das Außengehäuse ein vom Gewicht des Einlegers bzw. des Substrates abhängiger Schließweg bestimmt wird, um den das Außengehäuse beim Schließen verkleinert wird.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung der individuellen Geometrie des Außengehäuses Außenabmessungen des unbelasteten Einlegers ermittelt werden.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zum Einleger ermittelte Daten in eine Steuerung (24) eingespeist werden und daß in der Steuerung (24) die individuelle Geometrie des zugeordneten Außengehäuses (14) ermittelt wird.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Bestimmung des individuellen Gewichts des
Einlegers bzw. des Substrates eine Kategorisierung vorgenommen wird und eine der entsprechenden Gewichtskategorie zugeordnete Geometrie des Gehäuses verwendet wird.
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