KR20000052906A - 구조화된 금속 시트를 제조하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

구조화된 금속 시트를 제조하기 위한 방법 및 장치 Download PDF

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베. 마우스; 베. 디트리히
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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}
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.
당업계에 있어서 구조화된 금속 시트는 일반적으로 인벌류트(involute) 톱니 형상이나 이와 유사한 디자인의 톱니 형상을 가진 서로 맞물리는 형상의 롤러에 의해 제조된다. 그러나, 사다리꼴 형상이나 지그재그 형상 등과 같은 구조상의 다른 기하도 공지되어 있다.
스트립의 형태로 구조화된 금속 시트가 절단되어 금속 시트 팩 또는 세트를 형성하도록 적층되고, 평형 시트가 구조화된 금속 시트들의 사이에 삽입된다. 스택(stack)의 단부는 예컨대 적어도 두 개의 고정점을 중심으로 상호 반대 방향으로 감겨진다. 이러한 방법으로 변형되면 스택은 관형 케이스 내에 삽입된다. 그리고, 금속 시트 스택이 삽입된 이 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 용접 결합을 얻기 위하여, 금속 시트 팩을 초기응력 상태에서 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 초기응력 하에서 튜브 내에 삽입되는 것을 보장할 수 없다. 또한, 동일한 제조 공정에 의해 제조된 벌집체의 셀 밀도가 서로 상이할 수 있음이 밝혀졌다.
따라서, 본 발명은 적어도 하나의 구조화된 금속 시트와 적층된 금속 시트 팩을 제조하기 위한 방법 및 구조화된 시트를 제조하기 위한 장치를 제공하여, 구조화된 금속 시트 또는 금속 시트 팩으로 벌집체를 구성하는 다른 공정에 의하여 금속 시트 팩이 관형 케이스 내에 삽입될 수 있는 초기응력 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.
본 발명은 적어도 하나의 구조화된 금속 시트를 제조하기 위한 방법, 적층된 금속 시트 팩을 제조하기 위한 방법, 및 구조화된 금속 시트를 제조하기 위한 장치에 관한 것이다.
도 1은 구조화된 금속 시트를 제조하기 위한 장치의 제 1 실시예를 개략적으로 나타내는 도면이고,
도 2는 교정 기구를 나타내는 도면이고, 그리고
도 3은 구조화된 시트를 제조하기 위한 장치의 제 2 실시예를 나타낸 도면이다.
* 도면의 주요부에 대한 부호의 설명 *
1 : 구조물 제조부 2, 3 : 메싱형 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
적어도 하나의 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 제품인 구조화된 금속 시트가 갖게 되는 이론 구조물 높이보다 큰 구조물 높이를 갖는 구조물이 제조된다. 구조물 성형 단계 다음에는 교정 단계가 수행되는데, 이 단계에서는 구조물의 높이를 구조물 이론 구조물 높이에 일치시키도록 구조물에 힘을 가한다. 구조물 성형 단계 동안에 구조물의 높이를 이론 높이보다 크게 하는 것은 스프링-백(spring-back) 효과에도 불구하고 금속 시트의 구조물이 충분히 큰 높이를 갖도록 한다. 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.
구조물 성형 단계 동안에 구조물을 제조하기 위하여 금속 시트는 두 개의 메싱(meshing)형 롤러 사이를 통과한다. 메싱형 롤러의 전체 형상의 높이는 구조물의 이론 높이보다 크다. 메싱형 롤러는 예를 들면, 인벌류트 형상을 가진 롤러일 수 있다.
교정 단계는 구조물을 갖춘 금속 시트를 금속 시트의 구조물의 이론 높이와 같거나 작은 높이를 갖는 간극으로 통과시키는 방식으로 수행된다. 이 간극은 평행한 자체 축을 갖춘 두 개의 롤러에 의해 형성될 수 있다.
구조화된 금속 시트 또는 금속 시트 팩으로 제조된 벌집체가 일정한 셀 밀도를 갖게 하기 위하여, 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 초기응력으로 관형 케이스 내에 삽입될 수 있다.
본 발명에 따른 또 다른 태양에 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 이론 구조물 높이보다 큰 높이의 구조물을 갖도록 성형된 후에, 구조물의 높이를 이론 구조물 높이와 일치시키도록 제 1 금속 시트의 구조물에 힘을 가하는 교정 단계를 거치고, 그 다음에는 스트립 형태의 제 2 금속 시트가 제 1 금속 시트 위에 놓인다.
구조물-성형 단계 동안에, 스트립 형태의 제 1 금속 시트가 두 개의 메싱형 롤러 사이를 통과한다.
선택적으로, 제 2 금속 시트가 교정 단계에 앞서 제 1 금속 시트 위에 놓일 수도 있다. 이는 구조화된 금속 시트가 평형인 제 2 금속 시트와 함께 교정되도록 한다.
교정 단계 후에, 제 1 금속 시트의 구조물의 스프링 성질 또는 적층 금속 시트의 스프링 성질이 확인되고, 스프링 성질을 고려하여 모재 길이가 확정되고 제 1 금속 시트 또는 적층된 금속 시트가 모재 길이에 따라 절단된다.
본 발명의 또 다른 태양에 따르면, 일정한 높이를 갖는 구조물을 성형하기 위한 구조물 제조부 및 금속 시트의 이동 방향의 하류에 설치되는 교정부를 포함하는 구조화된 금속 시트 제조용 장치가 제공된다. 여기서, 구조물 제조부는 이론 구조물의 높이보다 높은 전체 형상의 높이를 갖는 적어도 두개의 상호 맞물리는 형상의 기구를 구비하고 있으며, 교정부에서는 구조물의 높이를 소정의 이론 구조물 높이에 일치시키기 위하여 금속 시트의 구조물에 힘이 가해진다.
구조물 제조부는 바람직하게 인벌류트 형상을 가진 적어도 두 개의 메싱형 롤러를 갖고 있다. 회전가능한 메싱형 롤러를 사용함으로써 구조화된 금속 시트를 연속적으로 제조할 수 있다. 선택적으로, 금속 시트 내에 구조물을 연속해서 제조하기 위하여, 상대방을 향해 이동할 수 있으며 그 사이에서 금속 시트가 변형되는 두 개의 형상 기구를 포함하는 구조물 제조부를 사용하는 것도 가능하다.
본 발명의 또 다른 태양에 따르면, 적어도 두 개의 교정 기구를 갖춘 교정부가 제공된다. 이 두 교정 기구 사이로 금속 시트가 통과할 수 있으며 교정 기구는 형상 기구의 형상 높이보다 작은 높이를 갖는 간극을 형성한다. 간극 높이는 구조화된 금속 시트가 갖게 되는 구조물의 이론 높이와 동일하다. 간극 높이는 교정 기구를 이동시킴으로써 조절될 수 있다.
교정 기구는 서로 평행한 축을 갖고 배치되는 두 개의 롤러에 의해 구성된다. 이들 롤러는 롤러의 축은 금속 시트의 이동 방향에 횡으로 놓여진다.
이 장치의 다른 태양에 따르면, 측정부 및 절단부가 교정부의 하류에 배치되어 있으며, 측정부에 의해 금속 시트의 스프링 성질이 확정되고 금속 시트는 이 스프링 성질에 따른 길이로 절단부에 의해 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 메싱형 롤러(2, 3)를 포함하고 있다. 롤러(2, 3)는 예컨대 인벌류트 형상을 갖는다. 롤러(2, 3)의 축(4, 5)은 서로 평행하게 뻗어 있다. 코일(7)로부터 풀린 스트립 형태의 금속 시트(6)가 롤러(2, 3) 사이를 지나간다. 금속 시트(6)가 구조물 제조부(1)를 통과하는 동안에 구조물(8)이 금속 시트(6)에 부가된다.
구조물(8)은 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 외주면은 구조화된 금속 시트(6)가 통과하는 간극(12)을 형성한다. 측정부(13) 및 절단부(14)가 교정부(9)의 하류에 설치된다.
금속 시트(6)의 구조물(8)의 스프링 성질은 측정부(13)에 의해 측정된다. 금속 시트(6)의 스프링 성질을 고려하여, 모재 또는 절단 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(6)의 스프링 성질을 확인하는 작업은 힘/이동 측정 공정에 의해 달성될 수 있다.
롤러(2, 3)는 구조물(8)의 높이(H)가 소정의 이론 구조물 높이(SH)보다 크도록 하는 프로파일 형상을 갖는다. 예를 들어 도 2에 도시된 바와 같은 구조물(8)이 금속 시트(6)에 부가된다. 이러한 방식으로 구조화되는 경우에 금속 시트는 롤러(10, 11) 사이의 간극(12)을 통과한다. 간극(12)은 금속 시트(6)가 롤러(10, 11) 사이를 통과할 때 압축되게 하는 높이(h)를 갖고 있어서, 교정부(9) 하류의 구조물(8')은 이론 구조물 높이(SH)와 일치하게 된다. 롤러(10, 11)는 회전 가능하게 장착된다. 간극(12)의 높이(h)는 롤러(10, 11)를 이동시킴으로써 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 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. 교정부(9)는 서로 평행하게 배치된 자체 축을 갖고 서로 이격되어 있는 두 개의 롤러(10, 11)로 구성된다. 롤러(10, 11)는 회전 가능하게 장착되고 롤러(10, 11)의 외주면은 간극(12)을 형성한다.
스트립 형태의 금속 시트(6)가 코일(7)로부터 풀려 나와 구조물 제조부(1)로 공급된다. 구조물(8)이 롤러(2, 3)에 의해 구조물 제조부(1) 내에서 금속 시트(6)에 부가된다. 구조물(8)은 이론 구조물 높이(SH)보다 큰 높이(H)를 갖는다. 이러한 방법으로 구조화된 다음에는 금속 시트(6)가 교정부(10)에 공급된다. 금속 시트(6)는 롤러(10, 11) 사이의 간극(12)을 통과한다. 금속 시트(6)가 교정부(9)를 통과하는 동안에 구조물(8)에 힘이 가해져서 구조물의 높이는 이론 구조물 높이(SH)로 맞춰진다. 교정부(9)의 상류에서 코일(17)로부터 풀려난 평형 금속 시트(16)가 구조화된 금속 시트(6) 상으로 공급된다. 평형 금속 시트(16) 및 구조화된 금속 시트(8)는 교정부(9)를 함께 통과한다.
교정부(9)의 다음에는 평형 금속 시트(16)와 구조화된 금속 시트(6)의 스프링 성질을 확인하는 측정부(13)가 설치된다. 모재 또는 절단 길이(L)는 확인된 스프링 성질을 기초로하여 결정된다. 측정부(13)의 다음에는 평형 금속 시트(16)와 구조화된 금속 시트(6)를 부분(8)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 (20)

  1. 적어도 하나의 구조화된 금속 시트를 제조하기 위한 방법에 있어서,
    먼저 스트립 형태의 금속 시트(6)가 이론 구조물 높이(SH)보다 큰 구조물 높이(H)를 갖는 구조물(8)을 형성시키는 구조물 성형 단계를 거치고, 그리고
    상기 구조물(8)의 높이(H)가 상기 이론 구조물 높이(SH)와 일치하게 되도록 상기 금속 시트(6)의 구조물(8)에 힘을 가하는 교정 단계를 거치는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 구조물 성형 단계 동안에 상기 금속 시트(6)를 두 개의 메싱형 롤러(2, 3) 사이로 통과시키는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 금속 시트(6)를 상기 이론 구조물 높이(SH)보다 큰 전체 형상 높이를 갖춘 상기 롤러(2, 3) 사이로 통과시키는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 금속 시트(6)를 상기 금속 시트(6)의 이론 구조물 높이(SH)와 같거나 작은 간극 높이(h)를 갖춘 간극(12)으로 통과시키는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 간극(12)을 평행한 자체 축을 갖춘 두 개의 롤러(10, 11)로 형성하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 교정 단계 후에 상기 금속 시트(6)의 구조물의 스프링 성질을 결정하고, 상기 스프링 성질을 고려하여 모재 길이(L)를 확정하고, 상기 모재 길이(L)와 일치하도록 스트립 형태의 상기 금속 시트(6)를 절단하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 8 항에 있어서, 상기 모재 길이(L)를 다른 부분에 대한 측정치로서 사용하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 적층된 금속 시트 팩(19)을 제조하기 위한 방법에 있어서,
    먼저 스트립 형태의 제 1 금속 시트(6)가 이론 구조물 높이(SH)보다 큰 구조물 높이(H)를 갖는 구조물(8)을 형성시키는 구조물 성형 단계를 거치고,
    상기 구조물(8')의 높이(H)가 상기 이론 구조물 높이(SH)와 일치하게 되도록 상기 제 1 금속 시트(6)의 구조물(8)에 힘을 가하는 교정 단계를 거치고, 그리고
    스트립 형태의 제 2 금속 시트인 평형 금속 시트(6)를 상기 제 1 금속 시트(6) 위에 위치시키는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 구조물 성형 단계 동안에 상기 제 1 금속 시트(6)를 두 개의 메싱형 롤러(2, 3) 사이로 통과시키는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 제 1 금속 시트(6)를 상기 이론 구조물 높이(SH)보다 큰 전체 형상 높이를 갖춘 상기 메싱형 롤러(2, 3) 사이로 통과시키는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제 8 항 또는 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서, 상기 제 1 금속 시트(6)를 상기 제 1 금속 시트(6)의 이론 구조물 높이(SH)와 거의 동일한 간극 높이(h)를 갖춘 간극(12)으로 통과시키는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 간극(12)을 평행한 자체 축을 갖춘 두 개의 롤러(10, 11)로 형성하는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서, 상기 교정 단계에 앞서 상기 제 2 금속 시트(6)를 상기 제 1 금속 시트(6) 위에 위치시키는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제 8 항 내지 제 13 항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 교정 단계 후에 상기 제 1 금속 시트(6)의 구조물의 스프링 성질 또는 적층된 금속 시트(6, 16)의 스프링 성질을 결정하고, 상기 스프링 성질에 따른 길이로 상기 제 1 금속 시트 또는 상기 적층된 금속 시트를 절단하는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 구조화된 금속 시트를 제조하기 위한 장치에 있어서,
    이론 구조물 높이(SH)보다 큰 전체 성형 프로파일 높이를 갖는 두 개 이상의 상호 맞물림형 기구(2, 3)를 구비하고 있는, 구조물 높이(H)를 갖춘 구조물을 성형하기 위한 구조물 제조부(1)와, 그리고
    금속 시트(6)의 이동 방향의 하류에 설치되어 상기 금속 시트(6)에 힘을 가함으로써 자신의 하류의 구조물(8')의 높이(H)를 소정의 이론 구조물 높이(SH)에 일치시키는 교정부(9)를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 구조물 제조부(1)가 두 개 이상의 메싱형 롤러(2, 3)를 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
  17. 제 15 항 또는 제 16 항에 있어서, 상기 교정부(9)가 그 사이로 금속 시트(6, 16)를 통과시킬 수 있는 두 개 이상의 교정 기구(10, 11)를 갖고 있으며, 상기 교정 기구(10, 11)가 상기 메싱형 기구(2, 3)의 프로파일 높이(PH)보다 작은 높이(h)를 갖는 간극(12)을 형성하는 것을 특징으로 하는 장치.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 교정 기구가 평행한 자체 축을 갖고 설치되는 두 개의 롤러(10, 11)를 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
  19. 제 15 항 내지 제 18 항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 교정부(9)의 하류에 설치되어 상기 금속 시트(6, 16)의 스프링 성질을 결정하는 측정부(13) 및 상기 스프링 성질에 따른 길이로 상기 금속 시트(6, 16)를 절단하는 절단부(14)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  20. 제 15 항 내지 제 19 항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 교정부(9)의 간극 높이(h)를 조절할 수 있는 것을 특징으로 하는 장치.
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