KR100476119B1 - 구조화된 금속 시트를 제조하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 구조화된 금속 시트를 제조하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명의 방법에 따르면, 먼저 스트립 형태의 금속 시트(6)가 이론 구조물 높이(SH)보다 큰 구조물 높이(H)를 갖는 구조물(8)을 형성하는 구조물 성형 단계를 거치고, 그 다음에는 교정부(9) 내의 교정 단계를 거치게 된다. 구조물(8)이 교정부(9)의 두 롤러(10, 11) 사이를 통과함으로써 교정부(9)의 하류에서의 구조물의 높이는 이론 구조물 높이(SH)와 일치하게 된다.

Description

구조화된 금속 시트를 제조하기 위한 방법 및 장치 {PROCESS AND DEVICE FOR PRODUCING STRUCTURED SHEET METAL}
본 발명은 하나 이상의 구조화된 금속 시트를 제조하기 위한 방법, 적층된 금속 시트 팩을 제조하기 위한 방법, 및 구조화된 금속 시트를 제조하기 위한 장치에 관한 것이다.
이러한 종류의 금속 시트는 특히 자동차 배기가스 시스템에서 사용되는 촉매 변환기용 벌집체를 구성하는데 주로 사용된다. 그러한 벌집체의 일례가 유럽특허 제 0 245 737호에 기재되어 있다.
당업계에서, 일반적으로, 구조화된 금속 시트는 나선형(involute) 치형 또는 그와 유사한 디자인의 치형을 가진 서로 맞물리는 성형 롤러에 의해 제조된다. 그러나, 사다리꼴 형상이나 지그재그 형상 등과 같이 구조적으로 다른 기하학적 형상도 공지되어 있다.
스트립의 형태로 구조화된 금속 시트가 절단되어 금속 시트 팩을 형성하도록 적층되고, 평탄형 시트가 구조화된 금속 시트들의 사이에 삽입된다. 적층된 스택(stack)의 양단부는 예컨대 적어도 두 개의 고정점을 중심으로 상호 반대 방향으로 비틀려진다. 이러한 방법으로 변형된 스택은 관형 케이스 내에 삽입된다. 그리고, 금속 시트 스택이 삽입된 관형 케이스는 용접되는데, 이때 금속 시트 스택을 갖춘 관형 케이스와 개개의 시트들이 서로 납땜된다. 관형 케이스와 금속 시트 스택은 서로 다른 열팽창 계수를 갖는다. 금속 시트 상호간에 그리고 금속 시트와 관형 케이스간에 만족스러운 납땜 결합을 보장하기 위하여, 금속 시트 팩을 예비응력 상태(prestressed condition)에서 관형 케이스 내에 삽입시킴으로써 금속 시트간에 그리고 금속 시트와 관형 케이스간에 간극을 발생시키지 않는 방법이 이미 공지되어 있다. 나선형으로 감겨있는 벌집체의 경우에는, 납땜에 사용되기 위한 재료가 놓여질 수 있는 방사상 함몰부를 구조물의 정점 지역에서 구조화된 금속 시트 내에 제공하는 방법이 이미 공지되어 있다.구조물 성형 공정 동안에 스트립 형태의 금속 시트가 변형된다. 금속 시트의 금속 성질의 변화에 의하여, 구조화된 금속 시트의 구조물의 높이에 변화가 생기게 된다. 이러한 구조물 높이의 변화는 금속 시트의 탄성이 공차 대역 내에 놓이기 때문에 발생하는 것이다. 성형 롤러에 관한 공차가 상기 효과에 더해질 수 있어서, 금속 시트 팩이 항상 동일한 예비응력하에서 튜브 내에 삽입되는 것을 보장할 수 없다. 또한, 동일한 제조 공정에 의해 제조된 벌집체의 셀 밀도가 서로 상이할 수 있음이 밝혀졌다.유럽특허 A1-0 279 159호에는 하나 이상의 구조화된 금속 시트를 제조하기 위한 방법이 개시되어 있으며, 여기서 구조물은 상호 결합 치형 롤러에 의해 형성된다.또한, 유럽특허 A1-0 460 611호에는 용접된 적층식 금속 시트 및 금속 시트의 팩을 제조하기 위한 방법 및 장치가 개시되어 있다.
유럽특허 A1-0 460 611호에는 구조물 제조 단계가 개시되어 있는데, 이에 의하면 제 1 금속 시트가 성형 롤러에 의해 구조물을 갖게 된다. 그 다음, 상기 구조화된 시트에 제 2 평탄형 금속 시트가 부착되고, 여기서 제 1 및 제 2 금속 시트는 한 쌍의 제 2 롤러를 통과한다.
따라서, 본 발명은 하나 이상의 구조화된 금속 시트와 적층된 금속 시트 팩을 제조하기 위한 방법 및 구조화된 시트를 제조하기 위한 장치를 제공함에 따른 문제점에 기초하여, 구조화된 금속 시트 또는 금속 시트 팩으로 벌집체를 구성하는 다른 공정에서, 금속 시트 팩이 관형 케이스 내에 삽입될 수 있는 예비응력 상태에서 변형이 경미하게 일어나는 것을 보장하는 것을 목적으로 한다. 본 발명의 다른 목적은 구조화된 금속 시트에 의해 형성되는 벌집체가 일정한 셀 밀도를 갖도록 하는 것이다.
도 1은 구조화된 금속 시트를 제조하기 위한 장치의 제 1 실시예를 개략적으로 나타내는 도면이고,
도 2는 교정부를 나타내는 도면이며, 그리고
도 3은 구조화된 시트를 제조하기 위한 장치의 제 2 실시예를 나타낸 도면이다.
* 도면의 주요부에 대한 부호의 설명 *
1 : 구조물 제조부 2, 3 : 성형 롤러
4, 5 : 축 6 : 금속 시트
7 : 코일 8, 8' : 구조물
9 : 교정부 10, 11 : 롤러
12 : 간극 13 : 측정부
14 : 절단부 15 : 부분
16 : 평형 금속 시트 17 : 코일
18 : 부분 19 : 금속 시트 팩
하나 이상의 구조화된 금속 시트를 제조하기 위한 본 발명에 따른 방법은 스트립 형태의 금속 시트가 먼저 구조물 성형 단계에서 구조물을 갖도록 성형되는 것을 특징으로 한다. 이 구조물 성형 단계 동안에, 최종 제품으로서 구조화된 금속 시트가 갖게 되는 이론 높이보다 큰 구조물 높이를 갖는 구조물이 제조된다. 구조물 성형 단계 다음에는 교정 단계가 수행되는데, 이 교정 단계에서는 교정 단계가 완료된 이후의 구조물의 높이가 구조물의 이론 높이와 일치되도록 상기 금속 시트의 구조물에 힘을 가하게 된다. 구조물 성형 단계 동안에 구조물의 높이를 이론 높이보다 크게 하는 것은 스프링-백(spring-back) 효과에도 불구하고 금속 시트의 구조물이 충분히 큰 높이를 갖도록 하기 위함이다. 이에 더하여 성형 기구 내의 어떠한 공차도 보상된다. 교정 단계는 구조물의 정점 지역에 힘을 가하는 단계를 포함하며, 이에 의해 구조물이 변형되어서 교정 단계 이후에는 구조물의 높이가 이론 높이와 일치하게 된다.
본 방법의 특성에 따라서, 구조물을 성형하기 위하여, 구조물 성형 단계 동안에, 금속 시트가 두개의 상호 결합하는 성형 기구, 바람직하게는 두개의 맞물리는 성형 기구 사이를 통과한다. 바람직하게, 이러한 성형 기구, 특히 성형 롤러의 전체 성형 높이는 구조물의 이론 높이보다 크다. 성형 기구가 성형 롤러로서 형성된다면, 이들 성형 롤러는 예컨대 나선형 프로파일을 가진 롤러일 수 있다.
본 방법의 특성에 따라서, 교정 단계는 구조물을 갖춘 금속 시트를 금속 시트의 구조물의 이론 높이에 대응하거나 그보다 더 작은 높이를 갖는 간극으로 통과시키는 방식으로 바람직하게 수행된다. 이러한 종류의 간극은 각각의 축이 서로 평행하게 위치하도록 두 개의 롤러를 배치함으로써 바람직하게 형성될 수 있다.
구조화된 금속 시트 또는 금속 시트 팩으로 제조된 벌집체가 일정한 셀 밀도를 갖게 하기 위하여, 본 발명에 따른 방법의 특성에 의하여, 금속 시트의 구조물의 스프링 성질은 교정 단계 후에 결정된다. 스프링 성질을 고려하여, 모재의 길이가 확정되고 모재의 길이에 상당하는 금속 시트의 일부가 스트립 형태로 금속 시트로부터 절단된다. 이러한 방식으로 제조된 구조화된 금속 시트는 재현 가능한 셀 밀도를 갖는 벌집체를 제조하는데 사용될 수 있으며 금속 시트는 재현 가능한 수준의 예비응력하에서 관형 케이스 내에 사용될 수 있다. 바람직하게는, 확정된 모재 길이가 다른 부분을 위한 측정치로서 이용된다.
본 발명에 따른 또 다른 양호한 실시예에 의하면, 예를 들어 유럽특허 제 0 245 737호에 기술되어 있는 바와 같은 적층 금속 시트 팩을 제조하기 위한 방법이 제공된다. 여기서는, 먼저 스트립 형태의 제 1 금속 시트가 구조물 성형 단계를 거쳐서 구조물 이론 높이보다 큰 높이의 구조물을 갖도록 성형된 후에, 교정 단계가 수행되는데, 이 교정 단계에서는 교정 단계가 완료된 이후의 구조물의 높이가 구조물의 이론 높이와 일치되도록 상기 제 1 금속 시트의 구조물에 힘을 가하게 되고, 상기 제 1 금속 시트 위에 스트립 형태의 제 2 금속 시트가 놓인다.
본 방법의 한 가지 장점에 따라서, 구조물-성형 단계 동안에, 스트립 형태의 제 1 금속 시트는 두개의 상호 결합하는 성형 롤러 사이를, 바람직하게는 두개의 맞물리는 성형 롤러 사이를 통과한다.본 방법의 다른 장점에 따라서, 금속 시트의 나머지 부분은 구조물 이론 높이보다 큰 전체 성형 높이를 갖는 성형 기구, 특히 성형 롤러 사이를 통과한다.
스트립 형태의 제 2 금속 시트는 스트립 형태의 제 1 금속 시트상에 놓여진다. 교정 단계 후에, 제 2 금속 시트가 제 1 금속 시트 상에 바람직하게 놓여진다. 선택적으로, 제 2 금속 시트가 교정 단계에 앞서 제 1 금속 시트 위에 놓일 수도 있다. 이는 구조화된 금속 시트가 평탄한 제 2 금속 시트와 함께 교정되도록 한다.
바람직하게도, 교정 단계 후에, 제 1 금속 시트의 구조물의 스프링 성질 또는 적층 금속 시트의 스프링 성질이 확인되고, 스프링 성질을 고려하여 모재 길이가 확정되며, 제 1 금속 시트 또는 적층 금속 시트가 모재 길이에 따라 절단된다.
본 발명의 또 다른 양호한 실시예에 따르면, 일정한 높이를 갖는 구조물을 성형하기 위한 구조물 제조부 및 금속 시트의 이동 방향의 하류에 설치되는 교정부를 포함하는 구조화된 금속 시트 및/또는 금속 시트 팩 제조용 장치가 제공된다. 여기서, 구조물 제조부는 구조물 이론 높이보다 높은 전체 성형 높이를 갖는 두개 이상의 상호 결합하는 성형 기구를 구비하고 있으며, 금속 시트의 이동 방향의 하류에 설치된 교정부에서는 구조물의 높이를 소정의 구조물 이론 높이에 일치시키기 위하여 금속 시트의 구조물에 힘이 가해진다.
본 발명에 따른 장치의 특성에 따르면, 구조물 제조부는 바람직하게 나선형 프로파일을 가진 두개 이상의 맞물리는 성형 롤러를 갖는다. 회전가능한 성형 롤러를 사용함으로써 구조화된 금속 시트를 연속적으로 제조할 수 있다. 선택적으로, 금속 시트에 구조물을 연속적으로 제조하기 위하여, 상대방을 향하여 이동할 수 있으며 그 사이에서 금속 시트가 변형되는 두개의 성형 기구를 포함하는 구조물 제조부를 사용하는 것도 가능하다.
본 발명의 또 다른 양호한 실시예에 따르면, 적어도 두 개의 교정 기구를 갖춘 교정부가 제공된다. 이 두 교정 기구 사이로 금속 시트가 통과할 수 있으며, 상기 교정 기구는 성형 기구의 성형 높이보다 작은 높이를 갖는 간극을 형성한다. 상기 간극 높이는 구조화된 금속 시트가 갖게 되는 구조물의 이론 높이와 동일하다. 상기 간극 높이는 교정 기구를 변위시킴으로써 조절될 수 있다.
교정 기구는 바람직하게, 실질적으로 서로 평행한 축상에 배치되는 두 개의 롤러에 의해 구성된다. 이들 롤러는 바람직하게, 롤러의 축이 금속 시트의 이동 방향에 거의 횡방향으로 연장하도록 놓여진다.
이 장치의 다른 양호한 실시예에 따르면, 측정부 및 절단부가 교정부의 하류에 배치되어 있으며, 측정부에 의해 금속 시트의 스프링 성질이 확정되고, 절단부에 의해 스프링 성질에 따른 길이로 금속 시트가 절단된다.
본 발명의 특징 및 이점들을 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 1은 구조화된 시트를 제조하기 위한 장치를 개략적으로 도시하고 있다. 이 장치는 구조물 제조부(1)를 갖고 있다. 구조물 제조부(1)는 두 개의 맞물리는 성형 롤러(2, 3)를 포함하고 있다. 상기 성형 롤러(2, 3)는 예컨대 나선형 프로파일을 갖는다. 성형 롤러(2, 3)의 축(4, 5)은 서로 평행하게 뻗어 있다. 코일(7)로부터 풀린 스트립 형태의 금속 시트(6)가 성형 롤러(2, 3) 사이를 지나간다. 금속 시트(6)가 구조물 제조부(1)를 통과하는 동안, 구조물(8)이 금속 시트(6)에 형성된다. 구조물(8)은 성형 롤러(2, 3)의 프로파일 형상에 거의 일치한다. 금속 시트(6)의 이동 방향에서 볼 때, 교정부(9)는 구조물 제조부(1)의 하류에 설치된다. 교정부(9)는 두 개의 롤러(10, 11)의 형태로 되어 있는 두 개의 교정 기구를 갖는다. 롤러(10, 11)는 서로 평행한 자체 축을 갖고 설치된다. 롤러(10, 11)의 외측 원주면 사이에는 구조화된 금속 시트(6)가 통과하는 간극(12)이 형성된다. 측정부(13) 및 절단부(14)가 교정부(9)의 하류에 설치된다.
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금속 시트(6)의 구조물(8')의 스프링 성질은 측정부(13)에 의해 측정된다. 금속 시트(6)의 구조물(8')의 스프링 성질을 고려하여, 모재 길이(L)가 확정되고 모재 길이(L)에 상응하는 부분(15)이 절단부(14) 내에서 스트립 형태로 금속 시트(6)로부터 절단된다. 금속 시트(6)의 구조물(8')의 스프링 성질을 확인하는 작업은 힘/이동 측정 공정에 의해 달성될 수 있다.
상기 성형 롤러(2, 3)는 구조물(8)의 높이(H)가 소정의 구조물 이론 높이(SH)보다 크도록 하는 프로파일 형상을 갖는다. 예를 들어 도 2에 도시된 바와 같은 구조물(8)이 금속 시트(6)에 형성된다. 이러한 방식으로 구조화된 금속 시트는 롤러(10, 11) 사이의 간극(12)을 통과한다. 상기 간극(12)은 금속 시트(6)가 롤러(10, 11) 사이를 통과할 때 구조물(8)이 압축되도록 하는 높이(h)를 갖고 있어서, 교정부(9) 하류의 구조물(8')은 구조물 이론 높이(SH)와 일치하게 된다. 상기 롤러(10, 11)는 회전 가능하게 장착된다. 바람직하게, 간극(12)의 높이(h)는 변위가능한 롤러(10, 11)에 의해 조절될 수 있다.
도 3에 도시되어 있는 장치를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 3에 도시된 장치는 서로 평행한 축을 갖고 서로 이격되어 설치되는 두 개의 성형 롤러(2, 3)에 의해 구성되는 구조물 제조부(1)를 갖고 있다. 이동 방향에서 볼 때 구조물 제조부(1)의 다음에는 교정부(9)가 배치되고, 그 다음에는 측정부(13)와 절단부(14)가 배치된다. 상기 교정부(9)는 서로 평행하게 배치된 자체 축을 갖고 서로 이격되어 있는 두 개의 롤러(10, 11)로 구성된다. 상기 롤러(10, 11)는 회전 가능하게 장착되고, 롤러(10, 11)의 외측 원주면들은 간극(12)을 형성한다.
스트립 형태의 금속 시트(6)가 코일(7)로부터 풀려 나와 구조물 제조부(1)로 공급된다. 상기 구조물 제조부(1)에서 롤러(2, 3)에 의해 구조물(8)이 금속 시트(6)에 형성된다. 상기 구조물(8)은 이론 높이(SH)보다 큰 높이(H)를 갖는다. 이러한 방법으로 구조화된 금속 시트(6)는 교정부(9)에 공급된다. 상기 금속 시트(6)는 롤러(10, 11) 사이의 간극(12)을 통과한다. 금속 시트(6)가 교정부(9)를 통과하는 동안 구조물(8)에 힘이 가해짐으로써, 상기 구조물의 높이는 이론 높이(SH)로 맞춰진다. 상기 교정부(9)의 상류에서 코일(17)로부터 풀려난 평탄한 금속 시트(16)가 구조화된 금속 시트(6) 상으로 공급된다. 평탄한 금속 시트(16) 및 구조화된 금속 시트(6)는 교정부(9)를 함께 통과한다.
교정부(9)의 다음에는 평탄한 금속 시트(16)와 구조화된 금속 시트(6)의 스프링 성질을 확인하는 측정부(13)가 설치된다. 모재 길이(L)는 확인된 스프링 성질을 기초로 하여 결정된다. 측정부(13)의 다음에는 평탄한 금속 시트(16)와 구조화된 금속 시트(6)를 부분(18)으로 절단하는 절단부(14)가 설치된다. 구조화된 시트(6)가 차례로 쌓여짐으로써, 비틀림 작업을 한 다음에 관형 케이스 내로 삽입될 수 있는 금속 시트 팩(19)이 제조된다.

Claims (23)

  1. 하나 이상의 구조화된 금속 시트를 제조하기 위한 방법으로서,
    스트립 형태의 금속 시트를 제공하는 단계;
    상기 금속 시트를 두개의 상호 결합되는 성형 롤러 사이로 통과시켜 초기 높이 및 초기 주기를 갖는 주기적인 구조물을 형성하는 단계; 및
    상기 금속 시트에 힘을 가하여 상기 주기적 구조물이 상기 초기 높이보다 낮은 소정의 이론 높이 및 상기 초기 주기보다 큰 소정의 주기를 갖도록 상기 금속 시트를 교정하는 단계;를 포함하는, 구조화된 금속 시트 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 성형 롤러가 상기 소정의 구조물 이론 높이보다 더 높은 전체 성형 높이를 가진, 구조화된 금속 시트 제조방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 주기적 구조물을 형성하는 단계 동안에, 상기 금속 시트를 두개의 맞물리는 성형 롤러 사이로 통과시키는 단계를 포함하는, 구조화된 금속 시트 제조방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 금속 시트의 상기 소정의 구조물 이론 높이에 상응하는 간극 높이를 갖는 간극 사이로 상기 금속 시트를 통과시키는 단계를 포함하는, 구조화된 금속 시트 제조방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 간극을 평행한 축선을 갖는 두개의 롤러로 형성하는 단계를 포함하는, 구조화된 금속 시트 제조방법.
  6. 적층 금속 시트 팩을 제조하기 위한 방법으로서,
    스트립 형태의 제 1 금속 시트를 제공하는 단계;
    상기 제 1 금속 시트를 두개의 상호 결합되는 성형 롤러 사이로 통과시켜 초기 높이 및 초기 주기를 갖는 주기적인 구조물을 형성하는 단계;
    상기 제 1 금속 시트에 힘을 가하여 상기 주기적 구조물이 상기 초기 높이보다 낮은 소정의 이론 높이 및 상기 초기 주기보다 큰 소정의 주기를 갖도록 상기 제 1 금속 시트를 교정하는 단계; 및
    상기 제 1 금속 시트 상에 스트립 형태의 제 2 금속 시트를 위치시키는 단계;를 포함하는, 적층 금속 시트 팩 제조방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 스트립 형태의 제 2 금속 시트가 평탄한 금속 시트(smooth metal sheet)인, 적층 금속 시트 팩 제조방법.
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 성형 롤러가 상기 소정의 구조물 이론 높이보다 더 높은 전체 성형 프로파일 높이를 가진, 적층 금속 시트 팩 제조방법
  9. 제 6 항에 있어서, 상기 제 1 금속 시트의 상기 소정의 구조물 이론 높이에 상응하는 간극 높이를 갖는 간극 사이로 상기 제 1 금속 시트를 통과시키는 단계를 포함하는, 적층 금속 시트 팩 제조방법.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 간극을 평행한 축선을 갖는 두개의 롤러로 형성하는 단계를 포함하는, 적층 금속 시트 팩 제조방법.
  11. 제 9 항에 있어서, 상기 교정 단계 이전에 상기 제 1 금속 시트 상에 상기 제 2 금속 시트를 위치시키는 단계를 포함하는, 적층 금속 시트 팩 제조방법.
  12. 제 6 항에 있어서, 상기 교정 단계 이후에 상기 제 1 금속 시트 상에 상기 제 2 금속 시트를 위치시키는 단계를 포함하는, 적층 금속 시트 팩 제조방법.
  13. 구조화된 금속 시트를 제조하기 위한 장치로서,
    주어진 이송 방향으로 이동하는 금속 시트에 초기 높이 및 초기 주기를 갖는 주기적 구조물을 형성하는 두개 이상의 상호 결합되는 성형 기구를 갖는 구조물 제조부; 및
    상기 주어진 이송 방향에서 상기 구조물 제조부의 하류에 배치되며, 상기 주기적 구조물이 상기 초기 높이보다 낮은 소정의 이론 높이와 상기 초기 주기보다 큰 소정의 주기를 갖도록 상기 금속 시트의 구조물에 힘을 가하는 교정부;를 포함하는, 구조화된 금속 시트 제조장치.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 구조물 제조부가 두개 이상의 맞물리는 성형 롤러를 갖는, 구조화된 금속 시트 제조장치.
  15. 제 13 항에 있어서, 상기 성형 기구는 상기 구조물 이론 높이보다 큰 프로파일 높이를 갖고, 상기 교정부는 상기 금속 시트를 사이에 수용하는 두개 이상의 교정 기구를 가지며, 상기 교정 기구는 상기 프로파일 높이보다 더 작은 간극 높이를 갖는 간극을 형성하는, 구조화된 금속 시트 제조장치.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 교정 기구가 평행한 축을 갖는 두개의 롤러인, 구조화된 금속 시트 제조장치.
  17. 제 15 항에 있어서, 상기 교정부의 간극 높이가 조절가능한, 구조화된 금속 시트 제조장치.
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