KR20070012726A

KR20070012726A - 윤활제를 사용한 고온 저항성 구조체의 제조 방법

Info

Publication number: KR20070012726A
Application number: KR1020067024972A
Authority: KR
Inventors: 카이트 알퇴퍼
Original assignee: 에미텍 게젤샤프트 퓌어 에미시온스테크놀로기 엠베하
Priority date: 2004-04-29
Filing date: 2005-04-22
Publication date: 2007-01-26
Also published as: US7690113B2; TWI350357B; JP2008500902A; PL1742756T3; EP1742756B1; JP4782106B2; DE502005005118D1; CN100475402C; WO2005107989A1; TW200538674A; RU2006142032A; RU2381091C2; EP1742756A1; US20070074393A1; ES2313324T3; CN1950168A; DE102004021038A1

Abstract

고온 저항성이 있으며 1 이상의 적어도 부분적으로 구조화된 금속 시트 (2) 를 포함하는 구조체 (1) 의 제조 방법으로서,

상기 방법은, 적어도 다음의 단계를 포함한다.

(a) 오일 (3) 이 적어도 부분적으로 1 이상의 시트 (2) 를 습윤시키는 압연 방법으로 평탄형 금속 시트 (2) 를 변형시키는 단계;

(b) 적어도 부분적으로 상기 오일 (3) 을 제거하는 단계;

(c) 1 이상의 시트 (2) 의 1 이상의 소부분 (5) 상에 윤활제 (4) 를 공급하는 단계;

(d) 적어도 부분적으로 상기 구조체 (1) 를 성형하는 단계; 및

(e) 상기 구조체 (1) 를 고정하기 위해 접합부를 형성하는 단계.

허니콤체, honeycomb

Description

윤활제를 사용한 고온 저항성 구조체의 제조 방법{APPLICATION OF LUBRICANT FOR PRODUCING A STRUCTURE THAT IS RESISTANT TO HIGH TEMPERATURES}

본 발명은 고온 저항성이 있고 적어도 부분적으로 1 이상의 구조화된 금속 시트 (sheet) 를 포함하는 구조체의 제조 방법에 관한 것이다. 고온 저항성이 있는 이러한 구조체는 자동차 산업에서 특히 촉매용 지지체로써, 흡수체로써, 미립자 필터로써 또는 이와 유사한 형태로 사용된다.

고온 저항성이 있는 이러한 형태의 구조체는 많은 경우에 허니콤체 (honeycomb body) 로도 언급된다. 이 허니콤체는 통상 1 이상의 평탄형 금속 시트 및 1 이상의 주름형 금속 시트를 포함하며, 이들 시트는 서로가 배기 가스가 통과하는 유동 통로를 형성하는 방법으로 배치된다. 다음으로, 이들 층 또는 통로의 표면에는 1 이상의 소정의 코팅이 제공되는데, 이 코팅은 배기 가스 중의 유해 성분을 덜 유해한 성분으로 전환시킨다. 이러한 배치에서 1 이상의 시트의 프로파일 (profile) 또는 주름은 구조체의 비교적 큰 단위 부피당 표면적을 실현하여, 배기 가스와 (비)코팅면 사이의 긴밀한 접촉을 허용한다. 일반적으로, 전환은 비교적 고온에서 일어난다. 그 결과, 통로를 유동하는 배기 가스의 온도는 예컨대 1000℃ 까지 도달한다. 높은 열응력과 더불어, 자동차용 내연 기 관의 배기 시스템에서 작동하는 동안, 이 구조체는 차량이 구동되고 있을 때 예컨대 배기 가스 자체 압력의 급상승으로 인하여 유발되고, 연소 또는 외부적 자극의 결과로 인해 발생하는 높은 동적 하중에도 노출된다.

금속 시트를 권취하거나 적층한 뒤 합체한 허니콤 구조체가 많이 알려져 있다. 이러한 형태의 구조체는 특히 2 가지의 전형적인 허니콤체로 대별된다. DE 29 02 779 에 개시된 전형적인 예인 초기의 형태는 나선 형태인데, 실질적으로 단 1장의 평탄형 금속 시트 및 1장의 주름형 금속 시트가 서로의 상부에 배치된 다음 나선형으로 권취된다. 또 다른 형태에서, 허니콤체는 복수의 엇갈리게 배치된 평탄형 금속 시트와 주름형 금속 시트 또는 서로 다른 주름형 금속 시트를 1개 이상의 층으로 적층한 다음 함께 권취되거나 접히게된다. 나선 형태와 달리 이 형태에서는, 금속 시트의 모든 단부는 그 단부가 영구 고정될 수 있는 하우징 또는 튜브형 케이싱에 대하여 외측을 지지하게 된다. 이러한 후자 형태의 전형적인 예는 EP 0 245 737 또는 WO 90/03220 에 개시되어 있으며, 이 예들은 예컨대 S 형태라고도 불린다. 다른 구조체 또는 허니콤체의 특성 및 구성에 대한 상세한 기술을 위하여, 전술한 문헌의 내용을 참조하여 설명한다.

고온 저항성이 있는 이러한 형태의 허니콤체 또는 구조체를 제조하기 위하여, 여러 장 이상의 시트들이 서로 접합되어야 한다. 이러한 목적으로 다양한 접합 기술이 공지되어 있다. 특히, 자동차 내연 기관의 배기 시스템에 바람직하게 사용되는 동안 구조체에 대한 높은 열적, 동적 하중 때문에, 다양한 경납땜 방법이 영구 접합을 형성하는데 적절하다고 밝혀져 왔다. 이러한 경납땜 방법 을 위하여, 대게 금속 시트보다 융점이 낮은 땜납 재료가 허니콤체로 주입되어 소망하는 접합부위에 위치되어야 한다. 땜납 재료의 융점 이상으로 허니콤체를 가열하여 결국 땜납이 용융되면, 냉각됨에 따라 땜납이 인접 금속 시트와 서로 접합한다.

땜납 재료는, 예컨대 땜납 호일 및/또는 땜납 분말과 같은 다양한 형태로 허니콤체 안으로 주입될 수 있다. 땜납 호일은 시트가 서로 접합 되는 지점에 삽입 및/또는 접착 결합된다. 이와 같이, 땜납 분말은 실제 연납땜 방법이 실행될 때까지 결합제 (오일, 글루, 접착제 등) 에 의해 시트의 표면에 수용된다.

사용되는 결합제는 바람직하게는 이러한 목적으로 특별히 개발되어온 접착제이며, 소망하는 접합부에 제공된다. 이러한 목적으로 수많은 서로 다른 기술들이 알려져 있다. 예를 들면, EP 0 422 000 에는 회전식 롤러를 사용하는 결합제가 개시되어 있다. 이 경우에, 결합제는 시트의 권취 도는 적층에 앞서서 제공된다. 더욱이, 예컨대 DE 101 51 487 로부터, 모세관력을 이용하여 액체 형태로 이러한 형태의 허니콤 구조체의 내부로 결합제를 주입하는 방법이 개시되어 있다. 이 방법은 결합제에 하니콤 구조체의 단부측을 단순하게 침지시킴으로써 영향을 줄 수 있다. 결합제를 제공하기 위해 사용되는 방법에 대한 더욱 상세한 설명을 위해, 전술한 문헌에 개시된 설명을 참조한다.

금속 시트에 프로파일 또는 주름을 형성하기 위해, 많은 경우에 성형을 보조하는 작업 매개물을 사용할 필요가 있다. 예를 들면, 주름형 금속 시트는 종종 성형 압연 방법을 사용하여 제조된다. 더욱이, 많은 경우에 시트는 비교적 장 기간 동안 저장 및 운반되며, 그러한 경우에 시트를 보호하기 위해 시트가 작업 매개물로 역시 습윤된다. 작업 매개물의 이러한 형태는 주로 오일이며, 이 오일은 시트의 표면에 영구히 접착될 수도 있다. 그러나, 특정 환경 하에서, 이러한 시트의 표면상에 있는 오일은 연납땜 절차에서 반대되는 효과를 나타낼 수도 있다. 예를 들면, 이 오일 자체 또는 그 오일의 에이징 (ageing) 의 결과로서 형성된 물질은, 땜납 재료를 적용하는 작업 동안, 땜납 재료가 적어도 일시적으로라도 오일에 의해 보유되도록 하는 결합 특성을 가질 수 있다. 그러한 환경 하에서, 상이한 열팽창에 대한 보상을 의도한 지점에서 접합부의 형성을 유발할 수 있고, 결국 구성 요소의 장기간의 구조적 일체성을 위험하게 할 수 있다. 작업 매개물 또는 오일이 휘발성 구성요소를 포함하도록 할 수도 있는데, 이 휘발성 원소는 특히 연납땜 방법 또는 소정의, 규정된 분위기에 사용되는 진공을 손상시킨다.

이러한 점들을 고려한 관점에서, 지금까지는 관습적으로 결합제로써 이러한 작업 매개물을 사용하거나, 또는 이들을 함께 제거하여 분리된 결합제를 제공하여왔는데, 실제로는 그 다음 이미 세정된 표면에 제공되거나 작업 매개물이 없어지게 된다.

이를 기초로, 본 발명의 목적은 1 이상의 적어도 부분적으로 구조체를 형성하는 금속 시트로부터 고온 저항성이 있는 구조체를 제조하는 개선된 방법을 제공하는 것이다. 특히, 이 방법은 가능한 정교하고 정확하게 예측가능한 구조체 접합부의 제조를 유도한다. 동시에, 공업적 관점에서 바람직하게는 금속 구조체의 취급 또는 성형이 더 용이해지고, 신뢰성이 더욱 제고되어, 이러한 것들을 요구하는 작업에서는 일련의 제조 방법 중 일부분에서도 높은 정확도가 실현될 수 있다. 추가로, 사용되는 땜납 재료 및/또는 작업 매개물의 양이 감소하도록 유도하는 방법을 제공하는 것이 또한 의도되어 있다.

이러한 목적은 독립항에 기재된 특징 또는 단계로 구성된 방법에 의해 달성된다. 그 방법의 더욱 유리한 구성은 종속항의 내용을 구성한다. 이러한 맥락에서, 기재된 그 방법의 단계는 임의의 기술적으로 적절한 방법으로 서로 결합될 수 있으며, 이에 따라 본 발명에 따른 방법의 더욱 이로운 구성을 나타낼 수 있음을 인식하여야 한다.

고온 저항성이 있고 1 이상 적어도 부분적으로 금속 시트로 이루어진 구조체를 제조하는 본 발명에 따른 방법은 다음의 단계를 포함한다.

(a) 오일이 1장 이상의 시트를 적어도 부분적으로 습윤시키는, 압연 방법으로 평탄형 금속 시트를 변형시키는 단계;

(b) 적어도 부분적으로 상기 오일을 제거하는 단계;

(c) 1장 이상의 시트의 1 이상의 소부분에 윤활제를 공급하는 단계;

(d) 적어도 부분적으로 구조체를 성형하는 단계;

(e) 구조체를 고정시키기 위해 접합부를 형성하는 단계.

"오일" 이라는 용어는 기존에 1장 이상의 시트를 저장, 운반 및/또는 변형하는데 사용되어온 작업 매개물을 의미하는 것이다. 여기에는 특히 광유 (mineral oil), 합성 오일, 그리스 (grease) 등이 포함된다. 본 발명에 따른 방법에 내재된 중요한 한가지 양태는, 무엇보다도 오일이 제거된 다음 역시 오일을 포함할 수 있는 윤활제가 또다시 제공되는 수단이다. 이 의도는 여기에서 제거되고 명백히 규정된 영역으로 전환되거나 새롭게 형성되는 것으로 검증될 수 없는 오일-습윤 영역 또는 앞서 규정되지 않은 상태를 위한 것이다. 이러한 방법으로, 정확히 예견된 소영역이 형성되고, 이 영역에서 특히 윤활제는 구조체의 성형 동안 시트 또는 서로를 지지하는 시트 또는 시트 부분이 서로에게 손상을 입히지 않으면서 활주하는 것이 가능하도록 한다. 이는 특히 이러한 형태의 복수의 금속 시트를 포함하는 적층체의 코일링 (coiling) 또는 권취에 적합하다.

이전의 불필요한 오일의 제거 때문에, 차후의 연납땜 방법 동안 휘발성 구성요소의 레벨 (level) 이 상당히 감소한다. 실제로, 제안된 방법은 소망하는 영역에만 윤활제를 제공하여 금속 시트가 서로 활주하도록 단지 보조하는 것에 지나지 않으며, 따라서 다른 소영역에는 다르게 코팅되거나 빈 표면이 존재한다. 이러한 방식으로, 예컨대 서로 인접하게 배치된 금속 시트의 각 접촉 영역에 적합한 윤활제를 포함하는 분리된 소영역의 형성이 가능하다.

단계 (a) 와 관련하여, 금속 시트는 특히 격자 구조체, 천공판, 섬유 부직물, 복합 재료 등의 다른 금속 시트 및 시트-금속 호일을 포함한다.

압연 방법은 특히 공구 (예컨대, 회전형 프로파일 롤러) 에 의한 외부적 힘에 의해 평탄형 재료에 프로파일 또는 주름이 제공되는 방법을 의미한다. 주로 이러한 방법으로 변형이 실행되어 영구 소성 변형이 일어난다. 이는 특히 변형된 시트 또는 재료의 두께를 가능한한 유지시킨다. 이러한 결과물인 주름은 대게 규정된 간격으로 반복되는 방법으로, 예컨대 사인 곡선형 주름, 오메가 주름, 톱니 프로파일 등의 형태로써 형성된다. 평탄형 금속 시트를 변형하기 위해서는 후자가 압연 공구에 연속적으로 공급되는 것이 바람직하다. 이러한 형태의 변형 단계는, 특히 변형과 동시에 재료의 절삭이 일어나는 경우 스탬핑 (stamping), 프레싱 등의 여기에 또한 포함된 제조 방법을 이용하여 동일하게 실행될 수 있다.

이러한 목적에 요구되거나 또는 평탄형 금속 시트 상에 이미 존재하는 오일 (또는 유사한 작업 매개물) 은 다음의 변형 단계에서 적어도 부분적으로 제거된다. 특정한 소영역, 예컨대 부가적인 코팅이 차후에 적용되는 특정 영역에서만 오일이 제거되는 것도 가능하지만, 표면상의 모든 오일이 제거되는 것이 바람직하다. 표면상에 여전히 존재하는 오일은, 적절하다면 예비처리 (예컨대, 화학적 및/또는 열적 수단으로) 및 최종적으로 적어도 부분적으로 윤활제로 도포될 수 있다.

원리적으로, 개별적인 방법 단계가 하나씩 순차적으로 실행되거나 특정 환경하에서 개별적인 방법 단계가 반복되거나 하는 것은 중요하지 않다. 예를 들면, 방법 단계 (c) 및 (d) 는 교대로 실시가 가능하다. 이는, 예컨대 평탄형 및 구조화된 시트가 서로의 상부에 교대로 적층되는 방법으로 일어날 수 있으며, 이러한 경우에 윤활제가 규정된 각 시트 뒤의 규정된 소부분에 공급된다. 결과적으로, 소망하는 적층체가 형성될 때까지 구조체의 부분 형상을 만드는 시트의 적층 및 윤활제의 공급은 교대로 실시된다. 이러한 방법으로 제조된 적층체는 하우징 안으로 제공된 후, 땜납이 제공될 수 있으며 적층체는 열 처리 될 수 있다.

고온 저항성이 있는 이러한 형태의 구조체가 연납땜 방법에 의해 제조되지 않는 경우, 확산 결합을 실현하여 구조체를 고정하기 위한 연결 작동을 실행하는 것도 가능하다. 이러한 경우에, 윤활제는 탄소 함량이 높은 것이 바람직한데, 이때 탄소는 이러한 형태의 확산 결합용 촉매로써 작용한다. 이렇게 특수한 형태의 연결 기술로 인해, 연결 영역 및 소부분이 상호 중첩된다. 이는 본 발명의 맥락에서 바람직한 방법인 땜납 재료에 의해 연결할 때에는 일반적이지 않은 경우이다.

상기 방법의 개선에 따르면, (b) 단계 후에 결합제가 1장 이상의 시트에 공급되어 1 이상의 결합층을 생성한다. 결합제는 추후에 제공되는 재료를 적어도 일시적으로 고정하는 기능을 갖는다. 이 물질은 연결부가 생성되기에 앞서 특히 시트 사이의 접촉 영역의 주위에 배치되는 땜납 재료를 의미한다. 사용된 결합제는 용매 함량이 높은, 예컨대 98% 초과의 아세톤 용매 함량 또는 이와 비견할만한 에탄올 용매 함량의 접착제가 바람직하다. 용매는 휘발성이 큰 것이 바람직하다. 결합제는 부식되는 경향이 매우 적기 때문에, 즉 금속 시트는 결합제와 장기간 접촉에도 어떠한 부식도 일어나지 않는다. 더욱이, 결합제가 열적으로 안정한 것, 예컨대 최대 300℃ 까지 결합 특성을 잃지 않는 것이 유리하다. 따라서, 이 온도 범위까지는 요구될 수 있는 어떠한 예비 열처리도 가능하다. 특별한 경우에, 예컨대 프린팅에 의해 결합제가 제공된다면, 결합제는 1.0 ~ 1.2 ms (밀리지멘스) 의 전기 전도성을 띤다. 이러한 형태의 결합제의 점성은 대략 3.5 ~ 4.4 mPa (밀리파스칼) 이며, 이 수치는 실온 및 표준 대기압에서 적용된다. 이로부터 제조된 결합제 층은 특히 스트립 형태이며, 그 폭은 0.1 ~ 1.0 mm (밀리미터) 인 것이 바람직하다. 이들 층의 두께는 0.1 ㎛ ~ 0.5 ㎛ (마이크로미터) 인 것이 바람직하다.

이러한 맥락에서, 1 이상의 소부분에 인접하여 형성된 연결 영역에 1 이상의 결합층이 제공되는 것도 제안된다. 연결 영역은 구조체에서 땜납이 제공되어 특히 땜납 재료와의 접촉이 가능하고, 또한 소망되는 영역을 의미한다. 따라서, 연결 영역은 땜납 재료 또는 다른 코팅 재료가 종국적으로 고정되는 영역을 또한 의미한다. 원리적으로, 비록 각 금속 시트에서 구분 영역을 형성하는 것이 바람직함에도 불구하고, 연결 영역은 결합층과 부분적으로 중첩되고 소부분은 윤활제 (예컨대, 인접 시트) 와 부분적으로 중첩되는 것도 가능하다. 이로써 윤활제 및 결합층이 서로에게 상반되는 효과를 주지 않으면서, 제조 방법 전반에 영구히 유지될 수 있게 된다.

연결 영역은 영역에서 적어도 상호적인 관점에서 오프셋 되어 배치될 수 있다. 이는 특히 예에 의해 서로 인접하게 배치된 허니콤체의 시트의 연결 영역이 반경방향 및/또는 축방향으로 순차적 (one behind the other) 으로 배치되지 않음을 의미한다. 더욱이, 연결 영역은 허니콤체를 통틀어 단면이 체스판 패턴으로 배치되는 것이 가능하며, 이 경우 연결 영역이 아니라 서로를 특히 반복적으로 지지하는 시트들 사이의 접촉 지점이 시트와 평행한 및/또는 수직인 방향으로 제공된다. 이러한 형태의 연결 패턴은 허니콤체의 길이를 통틀어서 동일하지 않은 것이 특히 바람직하지만, 서로 이격되고 다른 연결 패턴을 갖는 2 이상의 단면이 있는 것이 바람직하다.

더욱이, 드롭-온-디맨드 (drop-on-demand) 방법 또는 버블-젯 (bubble jet) 방법을 이용하여 윤활제가 제공되는 것도 또한 제안된다.

"드롭-온-디맨드" 방법은 윤활제가 액적 형태로 이러한 목적을 위해 제공된다는 점에서 구별되는 프린팅 방법이다. 실제로, 액적은 액적이 연속적으로 생성되지만 때때로 공급되는 소위 연속 잉크젯 (inkjet) 방법으로 알려진 경우와 달리, 금속 시트가 즉시 습윤될 때에만 생성된다. 따라서 "드롭-온-디맨드" 방법은, 말하자면 윤활제의 액적을 제공하는 불연속적인 방법이다. 바꾸어 말하면, 이는 드롭-온-디맨드 방법을 실행하기 위해 윤활제가 시트와 장치 사이에서 상대적 이동이 실현되는 방법으로 제공된다는 것을 의미하는 것으로, 이때 장치는 소망하는 소부분에 공급될 때만 정교하게 액적을 생성하고 방출한다.

드롭-온-디맨드 시스템을 이용하여, 예컨대 결합제의 각 액적을 압전 (piezoelectric) 액추에이터를 사용하여 제조하는 것이 가능하다. 압전 액추에이터는 대게 압전효과에 기초한 전기기계식 트랜스듀서 (transducer) 이다. 이 경우, 압전 소자에 교류 전압을 가하면 기계적 진동이 발생한다. 이러한 진동은 윤활제의 소정의 양에 전달되어, 각 경우 장치의 배출구에서 액적이 형성되며, 다음으로 액적은 비교적 고속으로 노즐에 공급된다. 압전 트랜스듀서를 포함하는 수많은 드롭-온-디맨드 방법, 예컨대 피에조튜브 (piezotube), 피에조디스크 (piezodisk), 피에조층 (piezolamellae) 이 알려져 있다.

"버블 젯" 방법은 특히 바람직한 드롭-온-디맨드 방법을 대표한다. 이 경우, 윤활제의 액적은 압전 트랜스듀서에 형성되지 않고, 열 액추에이터를 사용하여 형성된다. 열 엑추에이터는 일반적으로 노즐에 형성되어 윤활제에 연결되는 가열 구성요소이다. 이러한 가열 구성요소는 노즐의 국부적으로 제한된 영역을 윤활제의 비등점 이상으로 순간적으로 가열한다. 그러면 윤활제는 국부적으로 비등하기 시작하며, 그 결과 순식간에 연속적인 증기 버블이 형성된다. 이 증기 버블은 윤활제 액적을 노즐로부터 분사시키는데, 이 때 10 bar 이상의 압력 및 10 m/s (초속) 이상의 배출 속도가 가능해 진다. 액적이 붕괴한 후에, 윤활제는 모세관 효과에 의해 노즐로 재차 흡수된다. 이러한 형태의 버블 젯 방법에서, 서로 다른 프린팅 기술 사이의 구별점이 도출되는데, 이는 특히 모서리 및 측면 슈터 (shooter) 기술로 알려져 있다.

이러한 맥락에서, 윤활제 및 부가적으로 결합제도 역시 공통 장치를 사용하여 제공되는 경우라면 특히 유리하다. 원리적으로, 이러한 방식으로 윤활제와 결합제가, 예컨대 윤활제는 드롭-온-디맨드 방법에 의해서, 결합제는 연속 잉크젯 방법에 의해서와 같이, 서로 다른 프린팅 기술을 사용하여 제공되는 것이 가능하다. 그러나, 윤활제와 결합제는 단일 방법을 사용하여, 특히 특정한 드롭-온-디맨드 방법을 사용하여 제공되는 것이 바람직하다. 이는 특히 장치가 규정된 시간에 결합제와 윤활제를 동시에 방출하는 것을 의미하지만, 서로 다른 매개물이 공통 장치에 의해 연속적으로 제공되는 것도 가능하다.

방법의 개선에 따르면, 빠르게 휘발하는 오일은 단계 (a) 에 앞서 1장 이상의 시트에 제공되며, 오일은 변형 작업 후에, 특히 (c) 가 실행되거나 결합제가 제공될 때까지 실질적으로 휘발한다. 바꾸어 말하면, 변형을 위해 요구되는 오일은 변형에 앞서 즉시 시트의 표면에 제공되지만, 변형 방법 후의 매우 짧은 시간 후에 휘발, 즉 가스 성분으로 전환된다. 매우 짧은 시간이라는 용어는 10초 미만, 특히 5초 미만의 시간을 의미한다. 휘발은 부가적인 수단 없이 확보될 수 있는데, 즉 연속적으로 이동하는 시트가 이 시간 구간에서는 더 이상 처리되지 않아서, 이 시간 동안 주변으로의 휘발이 방해받지 않고 일어날 수 있다. 그러나, 예컨대 상승된 온도, 화학 물질, 기계적 제거 장치 등을 제공하여 오일의 제거를 촉진하는 것도 가능하다.

더욱이, 단계 (b) 가 1 이상의 열적 또는 기계적 그리스 제거 (degreasing) 방법을 포함하는 것도 제안된다. 열적 그리스 제거는 특히 시트 주위에 상온보다 (상당히) 높은 온도가 제공되어 표면에 있는 오일의 상당 부분 이상이 이 온도에서 휘발되는 것을 의미한다. 이는 온도가 200℃ ~ 400℃, 특히 250℃ ~ 300℃ 인 경우에 바람직하게 일어난다. 기계적 그리스 제거라는 용어는 시트 표면과 물리적 접촉을 유발하는 구동된 및/또는 구동되지 않은 청소 수단을 사용하는 것을 의미한다. 접촉을 통해 오일의 수집 (청소 수단으로) 또는 제거 (시트로부터) 가 확보된다.

앞에서 이미 수차례 지적한 바와 같이, 적어도 단계 (d) 전후에 1장 이상의 시트가 땜납 재료와 접촉하는 것이 특히 유리하다. 특정 환경 하에서, 땜납 재료가 수차례 제공되는 것도 가능하다. 땜납 재료는 구조체를 형성하는 시트의 표면과 (제어되지 않은) 접촉을 하는 것이 바람직하며, 이 경우 땜납 재료는 특히 결합제가 제공된 곳에만 부착된다. 땜납 재료의 나머지는 수집되어 후속 땜납 제공 방법으로 다시 공급된다. 사용되는 땜납 재료는 평균 땜납 입도 분율, 특히 땜납 입도가 106 ㎛ (마이크로미터) 미만인 땜납 분말인 것이 바람직하다. 땜납 재료는 니켈계 합금을 포함하는 것이 바람직하다.

방법의 개선에 따르면, 단계 (e) 는 구조체의 열처리를 포함한다. 이는 고온 진공 연납땜 방법으로 이해되는 것이 바람직하다. 이때, 금속 시트 재료는 융점 이하의 온도까지만 도달하는 것이 바람직하다.

더욱이, 복수의 평탄형 호일 및 주름형 호일로부터 제조된 구조체가 또한 제안되는데, 이 경우 단계 (d) 는 이러한 호일의 교차 적층을 포함하여, 호일 상에 중첩된 윤활제를 포함하는 1 이상의 부분을 적어도 부분적으로 갖는 접촉 지점을 형성하며, 호일은 적어도 부분적으로 서로를 향해 이동된다. 평탄형 호일 및 주름형 호일의 이러한 교차 적층의 경우에, 가상의 선형 접촉 지점은 일반적으로 서로 인접하게 배치된 호일 사이에서 형성되며, 이러한 접촉 지점은 대략적으로 주름의 가장자리를 따라서 형성된다. 이하, 이러한 접촉 위치에 정확하게 중첩된 윤활제를 포함하는 소부분이 제안된다. 이는 추후의 적층체의 꼬임 또는 적층 동안 이러한 접촉 위치 (내) 에서 서로를 따라 더욱 쉽게 활주할 수 있는 이점이 있다. 이는 구조체 또는 평탄형 호일 및/또는 주름형 호일의 소망하지 않는 변형이 방지될 수 있다는 이점이 있다.

이러한 맥락에서, 적어도 일부분에 결합층이 제공되는 포켓을 접촉 지점에 인접하게 형성하는 것이 또한 바람직하다. 포켓이라는 용어는 인접한 평탄형 호일 및 주름형 호일에 의해 형성된 접촉 지점 근방의 영역을 의미한다. 포켓은 특히 한 점으로 테이퍼진 (taper) 통로 등의 코너의 단면 형상을 포함한다. 결국, 접합부는 땜납 접합부로서 이 포켓 영역에 관습적으로 형성된다. 이러한 목적으로, 포켓 영역으로 제공될 결합층이 이 결합층에 접착되는 땜납 재료가 열처리 동안 용융된 후에 이 포켓에 정확하게 수집되는 것을 확보할 필요가 있다. 이는 특히 적어도 부분적으로 포켓 안으로 돌출된 결합층의 스트립에 의해 확보된다.

더욱이, 윤활제를 포함하는 1 이상의 소부분이 1 이상의 평탄형 호일에 생성되며, 결합층이 1 이상의 주름형 호일에 형성되는 것이 바람직하다. 이는, 예컨대 반대편 결합층이 땜납 재료를 일시적으로 고정하는 충분한 유지력을 확보하기 때문에 평탄형 호일의 비교적 넓은 면적이 종국적으로 결합부에 영향을 미치지 않으면서 윤활제로 습윤될 수 있음을 의미한다. 그러나, 이와 동시에 호일이 서로에 대해 오프셋 되어 있는 경우에도 충분한 윤활제의 공급이 확보된다.

방법의 추가적인 구성 (further configuration) 에 따르면, 2장의 외부적으로 배치된 윤활제가 있는 호일 및 이들 호일 사이에 윤활제가 없는 호일을 제공함으로써 적층체가 형성된다. 특히, 복수의 호일을 구비한 적층체의 공통의 변형 또는 권취 및/또는 코일링의 경우에, 일반적으로 최대 상대 이동은 경계층에서 일어난다. 더욱이, 이러한 적층체는 대게 평탄형 호일에 의해 경계가 설정되기 때문에, 복수의 적층체로부터 구조체를 제조하는 동안 특정 환경 하에서 서로 인접하게 배치된 복수의 평탄형 호일이 서로를 직접적으로 지지한다. 이러한 상황에서 마찰을 최소화하기 위해서는 이러한 경계층에 충분한 윤활제가 공급되는 것이 특히 유리하다.

본 발명에 따른 방법, 이 방법에 의한 시트 및 구조체 및 관련 기술 분야를 도면을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다. 도면은 방법 및/또는 그 방법에 의해 제조된 구조체의 특히 바람직한 구성을 나타내고 있지만, 본 발명은 이러한 구성에만 제한되는 것은 아니다.

도 1 은 고온 저항성이 있는 구조체의 제조 방법의 절차를 도식적으로 나타낸 도면이며,

도 2 는 결합제 및 윤활제를 공급하는 장치로 처리된 후의 시트를 도식적으로 나타낸 도면이며, 그리고

도 3 은 연납땜 공정에 대비하여 제조된 주름형 호일을 도식적으로 상세하게 나타낸 도면이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 구조체 2 시트

3 오일 4 윤활제

5 소부분 6 접합부

7 결합제 8 결합층

9 접합 영역 10 장치

11 땜납 재료 12 평탄형 호일

13 주름형 호일 14 적층체

15 접촉 지점 16 포켓

17 코일 18 프로파일 롤러

19 롤러 20 노즐

21 절삭 장치 22 통로

23 드라이브 24 검출기

25 상대적 이동 26 가장자리

27 경사면 28 거리

29 노 30 두께

31 커버 시트

도 1 은 고온 저항성이 있으며, 배기 가스가 유동할 수 있는 다수의 통로 (22) 를 포함하는 구조체 (1) 의 제조를 도식적으로 나타낸다. 금속 시트 (2) 는 감는 점 (winding point)(6) 에 대해서 S자 형으로 권취되어 있기 때문에, 구조체 (1) 는 종국적으로 외부적 형상의 관점에서 실질적으로 원통형이다. 허니콤 구조체로써도 알려진 이러한 형태의 구조체는, 특히 자동차로부터 배출된 배기 가스의 처리용으로 사용된다.

제조를 위해, 평탄형 시트 및 주름형 시트 (2) 가 교대로 배치되어 적층제 (14) 를 형성하고; 이 시트들은, 예컨대 외부에 배치된 커버 시트 (31) 에 의해 경 계가 설정된다.

시트 (2) 를 제조하기 위해, 특히 주름형 호일 (13), 평탄형 시트는, 예컨대 코일 (17) 로 부터 연속적으로 당겨져 나온다. 시트는 서로 맞물려있는 2개의 프로파일 롤러 (18) 를 변형 단계가 일어나기 전에 가해진 빠르게 휘발하는 오일 (3) 과 함께 통과한다. 시트 (2) 가 맞물려있는 프로파일 롤러 (18) 를 통과한 결과, 주름이 형성된다. 표면 또는 측면에 존재하는 오일 (3) 은 주름형 호일 (13) 이 복수의 롤러 (19) 를 돌아 안내되는 거리 (28) 를 이동하는 동안 휘발된다. 주름형 호일 (13) 의 처리된 부분이 결합제 (7) 를 공급하는 제 1 노즐 (20) 에 도달할 때까지, 제공되었던 오일 (3) 은 더 이상 존재하지 않게 된다. 이제 오일 (3) 이 제거되었기 때문에, 결합층 (8) 의 결합 또는 결합제 (7)(미도시) 는 오일에 의한 역영향을 받지 않는다. 여기에 도시된 연속 공정의 경우에, 우선 결합제 (7) 는 제 1 노즐 (20) 에 의해 주름형 호일 (13) 의 한 측면에서 제공되고, 다음으로 결합제 (7) 는 추가 노즐 (20) 에 의해 다른 측면에서 공급된다. 많은 경우에, 주름형 호일 (13) 은 한 측면에서만 결합제 (7) 를 공급받아도 충분하다. 최종적으로, 주름형 호일 (13) 은 절삭 장치 (21) 에 의해 소정의 길이로 스트립으로부터 절단된다.

상기 도면과 평행한 아래쪽 절반은 평탄형 금속 시트의 공급을 도식적으로 나타낸다. 또다시, 시트 (2) 는 노 (furnace)(29) 에 의해 열적으로 제거될 오일 (3) 과 함께 코일 (17) 로부터 당겨져 나온다. 다음, 윤활제 (4) 가 조준된 방식으로 상면에 제공되고, 후속적으로 하면에도 제공된다. 또다시, 평탄형 금 속 스트립은 절삭 장치 (21) 를 사용하여 소정의 길이의 평탄형 호일 (12) 로 절단된다.

이러한 방식으로 제조된 평탄형 호일 (12) 및 주름형 호일 (13) 은 적층되어 적층체 (14) 를 형성하고, 권취되고 최종적으로 서로 연납땜된다. 땜납의 제공은 적어도 부분적으로 하우징 안으로 공급된 구조체 (1) 및 땜납 분말과 접촉되어진 전체 장치에 의해, 예컨대 단부 측면을 통해서 그리고 기형성된 통로를 통해서 공지의 방법으로 실행될 수 있다. 다음, 잉여 땜납 재료는 제거되고, 장치는 실제 연납땜 작업이 실행되는 노 안으로 안내된다.

도 2 는 복수의 결합층 (8) 및 윤활제 (4) 를 포함하는 복수의 소부분 (5) 으로 구성된 금속 시트 (2) 의 평면도를 도식적으로 나타낸다. 소부분 (5) 은 주름형 시트 (2) 의 가장자리 (26) 를 덮는 방식으로, 구체적으로 정확하게 인접한 평탄형 금속 시트와 접촉이 일어나는 곳에 배치된다. 여기에 인접하여, 결합층 (8) 이 소망하는 접합 영역 (9) 에 제공된다. 도 2 에서 볼 수 있듯이, 결합층 (8) 및 윤활제 층의 배치와 관련하여 임의의 소망하는 패턴이 가능하다. 이 경우에, 윤활제 (4) 를 포함하는 소부분 (5) 은 접촉 지점 (15) 전체 또는 시트 (2) 전체 길이에 걸쳐 연장되는 것이 바람직하며, 반면에 결합층 (8) 은 국부적으로 설정된 소영역에서만 가장자리 (26) 방향 또는 이를 가로지르는 방향으로 연장되는 것이 바람직하다.

도시된 여러 실시형태에서, 윤활제 (4) 및 결합제 (7) 는 공통 장치 (10) 를 사용하여 제공된다. 이를 위해, 소위 드롭-온-디맨드 방법으로 알려진 방법을 사용하는 것이 바람직하다. 이 방법을 위해, 장치 (10) 는 복수의 노즐 (20) 을 포함하며, 이 노즐 (20) 은 결합제 (7) 또는 윤활제 (4) 를 방출한다. 장치 (10) 는 장치 (10) 가 금속 시트 (2) 에 대하여 이동할 수 있거나, 시트 (2) 가 장치에 대하여 이동할 수 있도록 배치된다. 그리고, 시트 (2) 상에 개별적인 노즐 (20) 이 배치될 때는 결합제 (8) 층 및/또는 윤활제 층이 시트 (2) 위에 소망하는 패턴에 따라 형성된다. 이를 위하여, 장치 (10) 에는 구동장치 (drive)(23) 가 구비되며, 이 구동장치 (23) 는 예컨대 메모리부 및/또는 자유롭게 프로그램가능한 제어부에 연결된다. 구동장치가 검출기 (24) 에 연결되는 것도 가능하기 때문에, 윤활제 및/또는 결합제의 금속 시트 (2) 로의 공급을 조절하는 것이 가능하다. 이는, 예컨대 윤활제 (4) 또는 결합제 (7) 가 여전히 시트 (2) 의 변형 및/또는 서로 다른 주름 형태의 처리의 경우에 매우 정확하게 위치되는 것을 확보해준다.

도 3 은 종국적으로 (점선으로 도시된 바와 같이) 2장의 평탄형 호일 (12) 로 둘러싸인 주름형 호일 (13) 을 상세하게 나타낸 개략적인 사시도이다. 교대로 적층된 평탄형 호일 (12) 및 주름형 호일 (13) 은 포켓 (16) 을 형성하며, 이 포켓 (16) 안에 연납땜된 접합부가 종국적으로 형성된다. 땜납 재료 (11) 는 도 3 의 오른쪽에 도식적으로 나타나있는데, 이 땜납 재료 (11) 는 특히 결합층 (8) 의 제공의 결과로써 구조체 (1) 의 열처리 때까지 여기에 고정된다.

주름형 시트 (13) 에는 사인 곡선형 프로파일과 유사한 프로파일이 구비된 주름이 있는데, 이 주름의 특징은 실질적으로 서로 평행하게 뻗어있는 가장자리 (26) 이다. 후속되는 적층 동안에, 가장자리 (26) 는 인접 평탄형 호일 (12) 과 접촉 지점 (15) 을 형성한다. 설명되는 방법은 윤활제 (4) 가 소부분 (5) 예컨대 가장자리 (26) 영역 및/또는 접촉 지점 (12) 영역에 제공되는 것을 허용한다. 이 윤활제 (4) 는 주름형 호일 (13) 에 대한 평탄형 호일 (12) 의 상대적 이동 (25) 을 촉진시킨다. 이는, 예컨대 표면에 대한 기계적 손상을 방지하며, 일련의 제조에 요구되는 방법의 관점에서 권취의 신뢰도를 제고시킨다. 영구적인 접합부가 그 결과로서 형성되는 것을 확보하기 위해, 결합층 (8) 이 포켓 (16) 의 근처 및/또는 가장자리 (26) 의 근처에, 바람직하게는 사용되는 시트의 두께 (30) 의 기능으로써 제공된다. 이 경우, 결합제 (7) 를 포함하는 결합층 (8) 은 윤활제 (4) 와 인접하게 위치된다. 동시에, 땜납 재료 (11) 는 경사면 (27) 영역에 배치되는 것이 방지되어야 하는데, 이 경사면 (27) 에서는 추후에 땜납 재료 (11) 와 인접 호일 사이의 자발적인 접촉이 가능하지 않기 때문이다.

형성된 윤활제 층의 정확도 및 범위가 정해져 형성된 결합층 (8) 의 정확도가 권취 작업 동안 서로 인접하게 배치된 시트들 (2) 이 서로를 따라서 미끌어지는 것을 허용하며, 이와 동시에 구조체 (1) 의 내부에서 땜납 재료 (11) 의 충분하고 일시적인 고정을 확보해준다. 이로써, 예컨대 자동차용 내연 기관의 배기 시스템에서 매우 광범위한 코팅을 지지하는데 사용되는 것과 같이 특히 높은 하중에 대한 저항성이 있는 구조체 (1) 의 제조가 가능해진다.

Claims

고온 저항성이 있으며 적어도 부분적으로 구조화된 1 이상의 금속 시트 (2) 를 포함하는 구조체 (1) 의 제조 방법으로서,

적어도 다음의 단계를 포함하는 구조체 (1) 의 제조 방법.

(a) 오일 (3) 이 적어도 부분적으로 1 이상의 시트 (2) 를 습윤시키는 압연 방법으로 평탄형 금속 시트 (2) 를 변형시키는 단계;

(b) 적어도 부분적으로 상기 오일 (3) 을 제거하는 단계;

(c) 1 이상의 시트 (2) 의 1 이상의 소부분 (5) 상에 윤활제 (4) 를 공급하는 단계;

(d) 적어도 부분적으로 상기 구조체 (1) 를 성형하는 단계; 및

(e) 상기 구조체 (1) 를 고정하기 위해 접합부를 형성하는 단계.
제 1 항에 있어서,

1 이상의 결합층 (8) 을 형성하기 위해 단계 (b) 이후에 1 이상의 시트 (2) 에 결합제 (7) 를 공급하는 것을 특징으로 하는 구조체 (1) 의 제조 방법.
제 2 항에 있어서,

1 이상의 결합층 (8) 이 1 이상의 소부분 (5) 에 인접하게 형성된 접합 영역 (9) 에 제공되는 것을 특징으로 하는 구조체 (1) 의 제조 방법.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 윤활제 (4) 는 드롭-온-디맨드 방법 또는 버블 젯 방법을 사용하여 공급되는 것을 특징으로 하는 구조체 (1) 의 제조 방법.
제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 윤활제 (4) 및 부가의 상기 결합제 (7) 는 공통 장치 (10) 를 사용하여 제공되는 것을 특징으로 하는 구조체 (1) 의 제조 방법.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 단계 (a) 에 앞서 빠르게 휘발되는 오일 (3) 이 1 이상의 시트 (2) 에 제공되며, 상기 오일은 단계 (c) 가 실행되거나 상기 결합제 (7) 가 공급될 때까지 상기 변형 작업 후에 실질적으로 휘발되는 것을 특징으로 하는 구조체 (1) 의 제조 방법.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 단계 (b) 는 1 이상의 열적 또는 기계적 그리스 제거 방법을 포함하는 것을 특징으로 하는 구조체 (1) 의 제조 방법.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,

1 이상의 시트 (2) 가 적어도 상기 단계 (d) 전후에 땜납 재료 (11) 와 접촉하게 되는 것을 특징으로 하는 구조체 (1) 의 제조 방법.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 단계 (e) 는 상기 구조체 (1) 의 열처리를 포함하는 것을 특징으로 하는 구조체 (1) 의 제조 방법.
제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 구조체 (1) 는 복수의 평탄형 호일 (12) 및 주름형 호일 (13) 로 형성되며, 이 경우 상기 단계 (d) 는 상기 호일들 (12, 13) 의 교차 적층, 접촉 지점 (15) 의 형성을 포함하며, 상기 접촉 지점 (15) 은 상기 윤활제 (4) 가 중첩되는 적어도 부분적으로 1 이상의 소부분 (5) 을 포함하며, 상기 호일들 (12, 13) 은 적어도 부분적으로 서로를 향해 이동되는 것을 특징으로 하는 구조체 (1) 의 제조 방법.
제 10 항에 있어서,

적어도 그 일부에 결합층 (7) 이 제공된 포켓 (16) 이 상기 접촉 지점 (15) 에 인접하여 형성되는 것을 특징으로 하는 구조체 (1) 의 제조 방법.
제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,

상기 윤활제 (4) 를 포함하는 상기 1 이상의 소부분 (5) 은 1 이상의 평탄형 호일 (12) 상에 형성되며, 상기 결합층 (8) 은 1 이상의 주름형 호일 (13) 상에 형성되는 것을 특징으로 하는 구조체 (1) 의 제조 방법.
제 10 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,

윤활제 (4) 가 있는 2개의 외부적으로 배치된 호일 (12, 13) 및 상기 호일 사이에 윤활제 (4) 가 없는 호일 (12, 13) 을 제공함으로써 적층체 (14) 가 형성되는 것을 특징으로 하는 구조체 (1) 의 제조 방법.