KR20120113247A - 배기 가스 안내 장치의 제조 방법 - Google Patents

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포레시아 이미션스 콘트롤 테크놀로지스, 저머니 게엠베하
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Abstract

본 발명은, 인서트가 클램핑되어 있는 외부 하우징(14)을 각각 구비하고 그 인서트가 배기 가스가 가로지르는 기재(10) 및 이 기재(10)를 둘러싸는 탄성 보상 요소(12)를 포함하고 있는 배기 가스 안내 장치(8), 특히 배기 가스 정화 장치를 제조하는 방법에 관한 것으로서, 이 방법은,
a) 각각의 개별 보상 요소(12)를 베이스(16) 상에 펼쳐 압력(p)의 인가에 의해 베이스(26)에 대해 실질적으로 수직으로 변형시켜, 전체 보상 요소(12)가 전체 표면 하중을 받게 하는 단계;
b) 결정된 값(p, x)으로부터, 특정 설정값 압력을 달성하는 데에 필요한 보상 요소(12)의 설정값 변형(xs, xs*)을 결정하는 단계;
c) 기재(10)의 적어도 하나의 파라미터를 개별적으로 결정하는 단계;
d) 보상 요소(12)를 기재(10) 둘레에 배치하는 단계; 및
e) 이와 같이 얻어진 인서트를 외부 하우징(14)에 장착하는 단계를 포함하며, 외부 하우징(14)의 내부 치수는 결정된 설정값 변형(xs, xs*)을 갖는 인서트의 외부 치수에 상응한다.

Description

배기 가스 안내 장치의 제조 방법{METHOD FOR MANUFACTURING EXHAUST GAS DUCTING DEVICES}
본 발명은, 내부에 인서트가 클램핑되어 있는 외부 하우징을 각각 구비하고 그 인서트가 배기 가스가 가로지르는 기재 및 이 기재를 둘러싸는 탄성 보상 요소를 포함하고 있는, 배기 가스 안내 장치, 특히 배기 가스 정화 장치를 제조하는 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 배기 가스 안내 장치는 예를 들면 머플러이지만, 특히 촉매 및 입자 필터와 같은 배기 가스 정화 장치이다.
그러한 장치에는 반경 방향 압력에 매우 민감한 인서트가 수용된다. 지금까지, 그 인서트들은 주로 탄성 보상 요소(예를 들면, 매트 형태)에 의해 둘러싸인 축방향으로 가로지르도록 된 세라믹 기재였다. 가능하다면, 그 인서트들은 외부 하우징 내에서 단지 반경 방향 클램핑에 의해 축방향 및 반경 방향으로 유지된다. 한편, 클램핑 힘은 구동 작동시에 가스 압력 또는 진동으로 인해 인서트와 외부 하우징 간에 어떠한 축방향 상대 변위가 이루어지지 않을 정도로 커야 한다. 다른 한편으로, 반경 방향 압력은 물론 인서트의 파괴, 특히 압력에 민감한 촉매 또는 입자 필터 기재의 파괴를 야기할 정도로 크진 않아야 한다. 지금까지 구동 작동시에 보다 신속히 가열되는 경량의 인서트를 이용하려는 시도가 있었다. 그러한 기재는 예를 들면 촉매 재료로 코팅된 주름 보드형 지지 구조체로 이루어진다.
외부 하우징에 인서트의 장착 및 클램핑은 지금까지는 통상 인서트 주위에 시트 금속 재킷을 둘러싸거나, 인서트를 그 방법에 따라 사전에 및/또는 후에 구경 조정될 수 있는 튜브 내로 밀어 넣거나, 쉘을 폐쇄함으로써 이루어진다. 가해지는 힘이 너무 큰 경우, 인서트, 즉 촉매 또는 입자 필터의 경우에 기재의 파괴가 발생할 수 있다.
배기 가스 정화 장치를 제조하는 경우, 기재와 외부 하우징 사이에 압력 보상 및 일정한 프리텐션(pretension)을 보장하는 탄성 보상 요소, 통상의 지지 매트를 제공하는 것이 매우 어려운 점이다. 그러나, 그러한 지지 매트의 단점은 압착된 후에 그 매트에 의해 기재에 전달되는 압력을 감소시키도록 이완으로서 지칭되는 소정의 정착(settling) 공정을 거쳐야 한다는 점이다. 장착 및 클램핑 후에 외부 하우징의 반동(rebound)도 마찬가지로 기재 상에 처음에 가해진 압력 및 이에 따른 가해진 클램핑 힘을 감소시키게 된다. 게다가, 지지 매트의 유지 압력은 작동시에 감소한다(예를 들면, 노화로 인해). 이는 추후 외부 하우징 내에서 기재의 안전한 클램핑과 관련하여, 예방 조치로서 훨씬 더 큰 초기 압력을 외부 하우징에 의해 인서트 상에 가하게 하여 개별 기재들이 안정성의 한계에 다다르게 한다.
외부 하우징 내에서 충분히 안전한 클램핑을 보장함은 물론, 압력에 매우 민감한 인서트의 경우라도 파쇄율을 최소화하기 위해, DE 10 2006 015 657 A1에서는 각각의 보상 요소의 좁은 부분 영역들 상에 미리 정해진 방식으로 개별적으로 하중을 인가하고 개별적인 변형-압력 곡선을 작성하도록 하는 것을 제안하고 있다. 이 곡선으로부터 설정값 압력을 달성하는 데에 필요한 보상 요소의 설정값 변형을 결정한다. 따라서, 종래의 방법과 달리 각각의 보상 요소의 개별적인 변형 거동이 외부 하우징의 치수를 결정할 때에 고려되어, 외부 하우징 내의 인서트의 원하는 클램핑 힘을 가능한 한 정확하게 구하게 된다.
DE 10 2006 015 657 A1에서는 변형-압력 곡선을 작성하기 위해 지지 매트의 다소 좁은 부분 영역(최대 전체 표면의 25%에 이르는 정도)에 하중을 가하여, 섬유의 파손 또는 정렬과 같은 지지 매트의 "손상"을 가능한 한 낮게 유지하도록 하고 있음은 명백하다 할 것이다.
그러나, 그러한 좁은 부분 영역이 전체 보상 요소의 변형 거동을 항시 대표하지는 않아, 설정값 변형을 결정할 때에 부정확성을 야기할 수 있고 그 만큼 특정 설정값 압력으로부터 바람직하지 못한 큰 편차를 초래할 수 있는 것으로 확인되었다.
게다가, 좁은 부분 영역에 하중을 인가하게 되면 만족스런 결과를 얻기 위해서는 테스트 설정과 관련하여 요건이 높아지고 그 테스트를 매우 정확하게 실행할 필요가 있는 것으로 확인되었다. 그러나, 그러한 노력은, 촉매 또는 입자 필터의 대량 생산에 있어서 변형-압력 곡선이 각각의 개별 보상 요소에 대해 작성되기 때문에 경제적 이유로 문제가 된다.
본 발명의 목적은 전술한 문제점을 해결하고자 한 것으로, 인서트와 외부 하우징 간의 다소 일정한 특정 클램핑 힘이 수고를 거의 들이지 않고 얻어지게 하는 배기 가스 안내 장치의 제조 방법을 제공하는 데에 있다.
이러한 목적은, 내부에 인서트가 클램핑되어 있는 외부 하우징을 각각 구비하고 그 인서트가 배기 가스가 가로지르는 기재 및 이 기재를 둘러싸는 탄성 보상 요소를 포함하고 있는 배기 가스 안내 장치, 특히 배기 가스 정화 장치를 제조하는 방법으로서,
a) 각각의 개별 보상 요소를 베이스 상에 펼쳐 압력의 인가에 의해 베이스에 대해 실질적으로 수직으로 변형시켜, 전체 보상 요소가 전체 표면 하중을 받게 하는 단계;
b) 결정된 값으로부터, 특정 설정값 압력을 달성하는 데에 필요한 보상 요소의 설정값 변형을 결정하는 단계;
c) 기재의 적어도 하나의 파라미터를 개별적으로 결정하는 단계;
d) 보상 요소를 기재 둘레에 배치하는 단계; 및
e) 이와 같이 얻어진 인서트를 외부 하우징에 장착하는 단계를 포함하며, 그 외부 하우징의 내부 치수는 결정된 설정값 변형을 갖는 인서트의 외부 치수에 상응하는 것인 배기 가스 안내 장치의 제조 방법에 의해 해결된다.
전술한 종래 기술과 달리, 보상 요소, 일반적으로는 지지 매트에 전체 표면 하중을 가하여 변형-압력 곡선을 작성한다. 이러한 전체 표면 하중으로 인해, 대표 부분 영역의 확인과 관련된 전술한 문제점이 자동적으로 해결된다. 게다가, 전체 표면 하중을 받게 되는 보상 요소의 하중-압력 곡선이 한계 조건에서의 작은 변화에 대해 비교적 강건한데, 다시 말해 그 곡선은 정확한 실험실 규모의 테스트 조건에 훨씬 덜 좌우된다. 결과적으로, 대량 생산에 있어서 허용 가능한 수고를 들이고도 우수한 결과를 역시 달성할 수 있다.
하나의 실시예에서, 단계 a)에서 가해지는 압력은 미리 정해진 테스트 한계까지 지속적으로 증가한다.
단계 a)에서, 변형 및 압력 값들은 바람직하게는 연속적으로 측정되어 보상 요소의 압축 곡선에 포함된다. 단지 단계적으로 기록된 측정값들의 쌍과 비교할 때에, 압력의 지속적 증가 및 이에 따른 측정값의 연속적 취득은 명백히 보다 정확한 결과를 가져온다. 이는 특히 어쩌면 필요로 하는 추후 압력 곡선의 외삽(extrapolation)에 유리한 영향을 미친다.
하나의 변형예의 방법에서, 설정값 압력은 보상 요소의 손상 범위 내에 있고, 미리 정해진 테스트 한계는 손상 범위 아래에 있으며, 단계 b)에서 설정값 변형은 미리 정해진 테스트 한계 이하의 압력을 인가할 때의 변형으로부터 외삽에 의해 결정된다. 이와 관련하여, "손상 범위"는 보상 요소가 더 이상 가역적인 이상적 탄성 거동을 보이지 않는 하중 인가 구간으로서 지칭한다. 이러한 영역에서, 변형은 예를 들면 섬유의 비가역적 정렬 또는 섬유의 파손으로 인해 이미 소성 성분을 갖고 있다. 손상 범위에서 "하중을 인가한다"라 함은, 보상 요소가 나중에 배기 가스 정화 장치에 사용하는 데에 이용할 수 없게 됨을 의미하는 것이 아니라, 단지 하중이 다시 인가된 경우에 보상 요소가 변경된 변형 거동, 즉 다른 압축 곡선을 나타내는 것을 의미한다. 그러나, 미리 정해진 하중 한계가 손상 범위 아래에 있기 때문에, 이 경우에 압축 곡선을 작성할 때에 보상 요소의 변형 거동이 추후에 외부 하우징 내에 조립하는 동안의 변형 거동에 실질적으로 상응하는 것으로 가정할 수 있다. 따라서, 설정값 변형은 특정 설정값 압력 이하에서 압축 곡선의 간단한 외삽에 의해 결정할 수 있다.
그러나, 이러한 방법의 변형예에서, 설정값 변형은 단계 b)에서 미리 정해진 테스트 한계 이하의 압력을 인가할 때의 변형으로부터 외삽에 의해 결정될 수 있고, 추가로 보정값에 의해 조정될 수 있으며, 이 보정값은 보상 요소의 변형 거동에 대해 단계 e)에서의 조립의 영향을 고려한다. 압축 곡선을 작성할 때의 변형 거동과 추후 설치 상태 간에는 해당 조립 방법에 의해 야기되는 계통적 편차가 존재한다. 보정값은 그러한 계통적 오차를 제거 또는 감소시키고, 일반적으로는 구체적인 조립 방법에 대해 경험적으로 결정한다.
다른 변형예의 방법에서, 설정값 압력 및 미리 정해진 테스트 한계는 보상 요소의 손상 범위 내에 있으며, 단계 b)에서 설정값 변형은 미리 정해진 테스트 한계 이하의 압력을 인가할 때의 변형으로부터 내삽(intrapolation) 또는 외삽에 의해 결정될 수 있고, 추가로 보정값에 의해 조정될 수 있으며, 이 보정값은 미리 정해진 테스트 한계 이하의 압력 인가 중에 보상 요소의 손상을 고려한다. 미리 정해진 테스트 한계를 보상 요소의 손상 범위 내로 증가시킴으로 인해, 압축 곡선의 외삽 중에 부정확성 또는 오차가 확실히 감소된다. 그러나, 이 경우에 구해진 설정값 변형은 또한 보정값에 의해 조정되며, 이 보정값은 미리 정해진 테스트 한계 이하의 압력 인가 중의 "손상"(예를 들면, 섬유의 파손이나 섬유의 비가역적 정렬)을 고려한다. 일반적으로, 그러한 보정값은 특정 군의 보상 요소들(동일한 기하학적 형상, 동일 재료, 동일 구조)에 대해 경험적으로 결정하여, 추후에 외부 하우징에 조립 동안의 압축 곡선을 매우 정확하게 예측할 수 있도록 한다.
이러한 방법의 변형예에서, 미리 정해진 테스트 한계는 특정 설정값 압력보다 위에 있을 수 있다. 그러면, 단계 b)에서 보상 요소의 설정값 변형을 내삽에 의해 결정할 수 있고, 이는 외삽과 비교하여, 특정 설정값 압력을 달성하기 위한 설정값 변형을 보다 정확하게 결정하게 한다.
이러한 방법의 변형예에서, 설정값 변형은 바람직하게는 추후의 보정값에 의해 조정되며, 이 보정값은 보상 요소의 변형 거동에 대해 단계 e)에서의 조립의 영향을 추가로 고려한다. 따라서, 앞서 이미 설명한 바와 같이, 조립 방법에 좌우되는 외부 하우징에서의 변형 거동의 결정에 있어서 계통적 오차는 제거되거나, 적어도 감소한다.
손상 범위의 하한은 설정값 압력의 약 33%일 수 있다. 이러한 33%는 단지 손상 범위의 하한에 대한 대략적인 가이드 값을 나타내지만, 특히 설정값 압력이 널리 이용되고 있는 기재의 파괴 한계에 근접하게, 예를 들면 기재의 파괴 한계의 약 90 내지 95%로 선택된 경우에는 정확한 것으로 판명되었다.
외부 하우징에서의 인서트의 추후의 클램핑을 더욱 최적화하기 위해, 외삽 또는 내삽 중에 또는 그 후에 추가적인 파라미터가 고려될 수 있다. 이 경우, 특히 폐쇄 작업 후에 예를 들면 에워싸인 하우징에서 발생하는 외부 하우징의 반동이나, 조립 후에 발생하는 외부 하우징의 팽창(미리 제조된 원통형 외부 하우징에 인서트가 밀어 넣어지는 경우)에 대해 참조해야 할 것이다. 게다가, 온도 변화의 경우(배기 가스 정화 장치의 작동시에는 불가피함)에 발생하는 외부 하우징의 형상 변화도 고려하는 것이 유리한데, 특히 비원형 단면을 갖는 하우징은 "둥근 형태"로 되는 경향이 있다. 이러한 경향이 해당 인서트를 위해 맞춤 제작된 개개의 외부 하우징을 결정할 때에 이미 고려된 경우, 예를 들면, 타원형 하우징이 다소 보다 장타원형(oblong) 형상으로 됨으로 반경이 작은 영역에서의 국부적 압력 피크를 피할 수 있다. 이러한 식으로, 기재에 대한 하중이 작아져, 파쇄가 덜하고 내구성이 보다 양호해진다.
본 발명의 방법의 바람직한 변형예에 따르면, 기재의 개별 기하학적 외부 형상은 보상 요소의 설정값 변형의 결정에 추가로 결정되며, 이는 마찬가지로 하우징의 기하학적 형상의 계산에 포함된다.
이를 위해, 기재에 대해서는 예를 들면 카메라, 레이저 측정, 또는 기계식으로 이루어질 수 있는 측정이 행해진다.
본 발명의 방법에 의해 제조되는 배기 가스 안내 장치는 바람직하게는 세라믹 기재를 수용하며, 특히 배기 가스 촉매 또는 입자 필터이고, 이들 모두에는 인서트의 코어로서 불안정 기재(labile substrate)가 마련된다. 촉매와 입자 필터의 조합도 역시 가능하다.
외부 하우징은 특히 시트 금속 하우징일 수 있다. 게다가, 보상 요소는 바람직하게는 지지 매트이다.
본 발명의 방법은 배기 가스 안내 장치의 제조에 있어 지금까지 알려진 임의의 조립 방법에 적용될 수 있다.
그 첫 번째 방법으로는, 외부 하우징을 이루는 플레이트형 시트 금속 부분을 인서트 주위에 둘러싸고 이어서 미리 정해진 내부 치수에 도달하게 되면 그 가장자리를 부착하여 폐쇄하는, 소위 래핑(wrapping)이 있다.
두 번째 방법은, 미리 제조된 튜브의 둘레에 외부로부터 압력을 가하여 그 튜브를 소성 변형시켜 튜브를 인서트에 대해 가압하는 캘리브레이팅(calibrating)으로 불린다.
세 번째 방법에서는 인서트에 대해 가압된 후에 서로 부착되는 복수의 쉘을 포함한 외부 하우징을 마련한다.
네 번째 방법은 소위 스터핑(stuffing)법이다. 이 경우, 상이한 내부 치수를 갖는 복수의 원통형 외부 하우징이 미리 제조된다. 전술한 바와 같이, 외부 하우징의 내부 치수는 원하는 클램핑을 보장하는 본 발명에 의해 결정된다. 이어서, 상응하는 치수를 갖는 외부 하우징을 이용하여, 인서트를 외부 하우징의 단부면 내로 밀어 넣는다. 대안적으로, 외부 하우징은 또한 특히 압력 및 패스 측정과 이에 후속한 계산 중에 결정된 최적의 내부 치수로 제조될 수도 있다.
보상 요소의 전체 표면에 하중을 가하고 이에 의해 작성된 값들에 의해 얻어지는 또 다른 이점은, 그 값이 100% 수입품 검사 또는 품질 관리에 활용될 수 있다는 점이다. 작성된 값들이 미리 정해진 공차 범위 밖에 있는 경우, 해당 보상 요소는 파쇄된 것으로 간주되어, 결함이 없는 보상 요소만이 이용될 수 있게 한다. 본 발명의 다른 특징 및 이점은 참조로 하는 첨부 도면 및 상세한 설명으로부터 드러날 것이다.
도 1은 본 발명에 따라 제조된 배기 가스 정화 장치의 종단면도이며,
도 2는 본 발명에 따른 방법에 이용되는 측정 장치 및 도구를 개략적으로 나타내는 도면이고,
도 3은 보상 요소의 변형 중에 본 발명의 방법의 변형-압력 선도 특성을 나타내는 도면이며,
도 4는 하나의 변형예의 방법에 따라 시간의 경과에 따라 보상 요소에 인가되는 압력의 추이를 나타내는 도면이고,
도 5는 대안적인 변형예의 방법에 따라 시간의 경과에 따라 보상 요소에 인가되는 압력의 추이를 나타내는 도면이며,
도 6은 외부 하우징이 래핑되는 경우에 있어서의 본 발명에 따라 제조된 장치의 단면도이고,
도 7은 본 발명에 따른 방법에 이용되는 캘리브레이팅 공구를 부분 단면으로 나타낸 사시도이며,
도 8은 외부 하우징이 쉘로 이루어진 경우에 있어서의 본 발명에 따라 제조된 장치의 단면도이고,
도 9는 본 발명의 방법에서 대안적으로 채용된 스터핑을 도시하는 개념도이다.
도 1에서는 자동차에 설치되는 배기 가스 정화 장치 형태의 배기 가스 안내 장치(8)를 도시하고 있다. 이 배기 가스 정화 장치는 배기 가스 촉매, 입자 필터 또는 이들의 조합이다.
배기 가스 정화 장치의 가장 주요한 부품은 예를 들면 코팅의 여부에 관계없이 세라믹 또는 금속 기재, 일종의 권취 주름 보드나 몇몇 기타 촉매 캐리어 또는 필터 재료로 이루어진 긴 원통형 기재(10)이다. 기재(10)는 원통형 단면을 갖거나 비원형 단면을 가질 수 있다. 간략화한 도시를 위해 도면에서는 원통형 단면이 도시되어 있다. 기재(10)는 기재(10)와 외부 하우징(14) 사이에서 탄성 보상 요소로서 기능하는 지지 매트에 의해 둘러싸인다. 외부 하우징은 매우 얇은 벽을 갖는 특히 금속 시트로 이루어진다. 상류 및 하류측 각각에 유입 깔때기(16) 및 유출 깔때기(18)가 외부 하우징(14)에 연결되어 있다.
기재(10)는 보상 요소(12)와 함께 아래에서 인서트로서도 지칭할 유닛을 형성한다.
작동시에, 배기 가스는 단부면에서의 유입 깔때기(16)를 통해 기재(10) 내로 흐른 후, 최종적으로 반대측 단부면에서 더 적은 유독성 물질을 갖고 기재(10)를 빠져나감으로써, 유출 깔때기(18)를 통해 배기 가스 안내 장치(8)를 떠난다.
배기 가스 정화 장치의 제조에 대해서는 도 2 내지 도 5를 참조하여 아래에서 상세하게 설명한다.
도 2에는 다양한 측정 스테이션을 도시하고 있는데, 이들 스테이션에 의해 각각의 개별 기재(10) 및 각각의 지지 매트의 특성이 개별적으로 조절된 외부 하우징(14)과 관련하여 결정되어, 외부 하우징(14)에서 인서트(14)의 최적의 클램핑 힘을 달성한다. 제어기(20)를 통해 측정 스테이션이 외부 하우징(14)을 측정하는 도구는 물론 인서트를 외부 하우징(14)에 장착 및 클램핑하는 공구와 결합된다. 아래에서 설명하는 스테이션들은 제조 방법의 바람직한 순서를 나타낼 것이다.
측정 장치(22)에서, 기재(10)의 파라미터가 개별적으로 결정된다. 도 2에 따르면, 그 파라미터는 기재(10)의 기하학적 외부 형상(형상, 외부 치수, 특히 둘레)으로서, 바람직하게는 무접촉 측정 센서에 의해 결정된다. 측정 장치(22)는 제어기(20)에 연결되며, 여기에 기재(10)에 대해 얻어진 측정값이 저장된다. 대안적으로, CCD 카메라(22') 또는 레이저 측정 장치(22")가 또한 기하학적 외부 형상을 결정하는 데에 이용될 수 있다.
인장-압축 테스트 장치(24)에서, 각각의 개별 보상 요소(12), 즉 각각의 지지 매트를 평판 베이스(26) 상에 편평하게 배치하고, 베이스(26)에 대해 실질적으로 수직한 압력 p를 가함으로써 변형시키며, 여기서 전체 지지 매트가 전체 표면 하중을 받게 된다.
도 3에 도시한 바와 같이, 지지 매트 상에 가해지는 압력(p)은 미리 정해진 테스트 한계(p0)까지 지속적으로 증가시킨다. 압력(p)을 증가시키기 위해, 펀치(28)가 베이스(26)를 향한 방향으로 이동하며, 이 경우, 압력(p) 및 펀치(28)의 이동 거리(x) 모두가 그래프로 작성된다. 이동 거리(x)는 보상 요소(12)와 접촉한 경우에 0으로 정해져, 그 이동 거리가 보상 요소(12)의 변형에 상응하게 된다. 이동 거리(x)에 대한 대안으로서, 베이스(26)와 펀치(28) 사이의 거리가 검출될 수도 있다.
보상 요소(12)의 압력 및 변형 값(p, x)은 연속적으로 측정되어 압력 곡서(30)에 포함된다(도 3 참조). 그러한 연속적 측정 대신에, 그 값의 소정 쌍들을 단지 단계적으로 측정하는 것도 물론 고려할 수도 있다.
도 3에서는 이동 거리(x)(실제 또는 계산상 이동 거리)에 따른 지지 매트에 가해지는 압력(p)의 추이를 개략적으로 도시하고 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 테스트 압력(p0)이 펀치(28)에 의해 지지 매트에 가해지며, 이는 펀치(28)의 이동 거리(x0)에 대응한다. 값(p0)은 인서트에 이용되는 재료에 따라 초기에 결정되며, 하나의 계열의 모든 요소들에 대해 일정하다. 펀치(28)의 이동 중, 이동 거리(x)에 따른 압력(p)에 대한 복수의 측정값이 제어기(20)로 전송된다. 각각의 지지 매트에 특정된 각각의 측정값으로부터, 설정값 압력(ps) 이하에서의 압축 곡선(30)의 추가적인 추이가 각각의 지지 매트에 대해 내삽 또는 외삽에 의해 결정된다.
압축 곡선(30)의 내삽 또는 외삽을 위해, 압력(p) 대신에 펀치(28)의 이동 거리(x)가 또한 각 계열에 대해 일정한 값(x0)으로 고정될 수 있으며, 펀치(28)의 이동 중에 압력(p)이 다시 이동 거리(x)에 따라 측정되어 제어기(20)로 전송된다.
도 3 및 도 4는 설정값 압력(ps)이 보상 요소의 손상 영역(pdamage) 내에 있고 미리 정해진 테스트 한계(p0)가 손상 영역(pdamage) 아래에 있는 본 발명의 방법의 변형예를 도시하는 것으로, 설정값 압력(ps)을 위한 설정값 변형(xs)이 x0 또는 p0 이하에 대해 작성된 압축 곡선(30)으로부터 외삽에 의해 결정된다.
추가로, 설정값 변형(xs)은 보정값(K1)에 의해 조정될 수 있으며, 이 보정값(K1)은 보상 요소(12)의 변형 거동에 대해 외부 하우징(14) 내의 인서트의 조립의 영향을 고려하고 있다. 보정값(K1)은 이용되는 각각의 조립 방법(래핑, 스터핑 등)에 대해 경험적으로 결정하여, 그에 대응하게 장착되는 모든 장치(8)의 제조에 고려된다. 이러한 보정값은 목표 간극, 목표 압력, 목표 GBD를 달성하는 데에 이용될 수 있다.
대안적으로 또는 추가로, 보정값(K1)은 또한 외부 하우징(14)의 추후의 반동, 온도 변화의 경우에 외부 하우징(14)의 형상 변화, 또는 어쩌면 다른 파라미터를 커버할 수 있다.
도 3에 도시한 실시예에서, 설정값 압력(ps)(계산에 의해 얻어짐)은 보정값(K1)에 의해 소정 양 Δp만큼 증가한다. 이러한 식으로, 펀치(28)의 이동 거리(xs*)에 상응하는 외부 하우징(14)에 의해 가해질 설정값 압력(ps*)이 구해진다. 그러면, 이동 거리(xs*)에 의해 지지 매트의 설정값 변형(xs*)이 결정된다.
도 4에 대한 대안으로서, 도 5는, 설정값 압력(ps) 및 미리 정해진 테스트 한계(p0)가 보상 요소의 손상 범위(pdamage) 내에 있는 본 발명의 변형예를 도시하는 것으로, 설정값 압력(ps)에 대한 설정값 변형(xs)이 x0 또는 p0 이하에 대해 작성된 압축 곡선(30)으로부터 내삽 또는 외삽에 의해 결정되고 추가로 보정값(K2)에 의해 조정되며, 이 보정값(K2)은 미리 정해진 테스트 한계(p0) 이하의 압력 인가 중에 보상 요소(12)의 손상을 고려한다.
도 5에 도시한 바와 같이, 미리 정해진 테스트 한계(p0)는 심지어 특정 설정값 압력(ps 또는 ps*)보다 위에 있어, 설정값 변형(xs 또는 xs*)이 내삽에 의해 결정될 수 있다.
도 4의 변형예의 방법에서와 마찬가지로, 보정값(K2)에 추가로 보정값(K1)도 물론 고려될 수 있다. 이 변형예에서, 설정값 압력(ps)은 배기 가스 안내 장치의 작동에 바람직한 인서트와 외부 하우징(14) 간의 클램핑 압력을 나타내는 반면, 설정값 압력(ps*)은 하나 이상의 보정값(K1, K2)에 의해 계산을 통해 조정된 양이다.
이용될 인서트[기재(10) 및 보상 요소(12)로 이루어짐]에 대해 얻어진 데이터를 이용하여, 적어도 지지 매트의 압축성에 대해 조절된 외부 하우징(14)의 기하학적 형상이 제어기(20)에서 결정되며, 이는 제어기(20)에 저장된 할당 행렬(allocation matrix)로 연산하거나 그와 비교함으로써 이루어질 수 있다. 개별 기하학적 형상은 인서트에 대해 개별적으로 조절되어 가해질 필요한 클램핑 힘을 달성하도록 설계된다.
다음 단계에서, 이와 같이 결정된 조절된 기하학적 형상을 갖는 외부 하우징(14)이 예를 들면 점진적 성형 가공(incremental forming)[도 2의 위치(29) 참조]에 의해 제조된다. 이는 맨드릴 또는 롤 벤딩에 의해 이루어질 수 있지만, 벤딩 롤러는 필요한 작은 형태를 생성하도록 매우 작은 치수를 가져야 한다.
이어서, 보상 요소(12)가 지지 매트 형태로 기재(10) 둘레에 배치되고, 이렇게 얻어진 인서트가 맞춤 제작된 외부 하우징(14) 내에 장착되며, 외부 하우징(14)의 내부 치수(D)는 궁극적으로 결정된 설정값 변형(xs 또는 xs*)을 갖는 상태의 인서트의 외부 치수(D)에 상응한다. 도 2에 도시한 바와 같이, 조립은 소위에 래핑법으로 이루어진다[위치(31) 참조]. 이를 위해, 미리 제조된 외부 하우징(14)을 약간 벌려, 인서트를 외부 하우징(14) 내로 측방향으로 밀어 넣게 된다. 외부 하우징(14)은 가압 및/또는 패스 제어 하에서 폐쇄되는데, 얻어진 외부 하우징(14)의 치수가 사전에 결정된 값에 상응하게 될 정도로 겹쳐진 가장자리(32, 34)들을 서로에 가압한다. 폐쇄 공정은 제어기(20)에서 사전에 결정되어 개별 기재(10) 및/또는 지지 매트에 대해 조절된 적절한 파라미터를 참조하여 이루어진다. 이어서, 겹쳐진 가장자리를 예를 들면, 용접, 폴딩, 납땜, 또는 본딩에 의해 접합한다. 완성된 제품이 도 6에 도시되어 있다.
위치(29, 31)로 나타낸 외부 하우징의 제조 동안의 단계들은 단지 예로서 제시한 것이다. 해당 단계들은 다른 조립 방법에서는 다르다.
외부 하우징(14)의 래핑에 대한 대안으로서, 조립은 또한 소위 캘리브레이션에 의해 이루어질 수도 있다. 해당 캘리브레이션 장치(35)가 도 7에 도시되어 있다. 이 장치는 다수의 원형 세그먼트 형상을 하고 반경 방향으로 이동 가능한 조오(36)를 포함하며, 이 조오는 폐쇄되어 링을 형성할 수 있다. 조오(36)에 의해 둘러싸인 작업 공간의 내부에는 원통형 관형 외부 하우징(14)이 배치되고, 그 내로 인서트가 축방향으로 밀어 넣어진다. 이어서, 조오(36)는 내측으로 반경 방향으로 이동하며, 특히 제어기(20)에 사전에 저장된 이동 거리(xs 또는 xs*)에 대한 값들이 이용될 수 있다. 이는 제어기(20)에 의해 사전에 결정된 인서트의 원하는 외부 치수가 조오(36)의 패스 제어 이동 및 이에 동반한 외부 하우징(14)의 소성 변형에 의해 얻어짐을 의미한다. 이는 물론 변형 전에 인서트를 외부 하우징(14) 내에 대략적으로 틈새 없이 배치하거나, 그 틈새를 변형에 고려하는 것을 필요로 한다. 따라서, 이상적인 경우에 소성 변형된 외부 하우징(14)에 의해 인서트 상에 가해지는 압력은 설정값 압력(ps)에 정확하게 상응하게 된다(반동 시에).
이러한 제조 방법에서는 도 2에 도시한 단계들이 어쩌면 완전히 생략될 수 있고, 유일한 준비 단계는 적절한 직경을 갖는 튜브 부분을 제공하는 것이게 된다.
도 7에 도시한 조오(36) 대신에, 캘리브레이팅은 또한 인서트가 내부에 배치된 외부 하우징(14)을 미리 정해진 이동 거리(xs 또는 xs*) 만큼 측방향에서 압박하면서 회전하는 롤러에 의해 이루어질 수도 있다. 이와 관련하여 소위 가압 성형도 가능한데, 여기서는 인서트가 내부에 제공되어 있는 외부 하우징(14)을 미리 정해진 이동 거리(xs 또는 xs*)만큼 개별 롤러에 대고 상대적으로 이동시킨 후에, 인서트를 포함한 외부 하우징(14)과 롤러 간에 상대 회전시켜, 롤러가 외부 하우징(14)에 그 둘레에 걸쳐 가압되어 이동 거리(xs 또는 xs*)만큼 외부 하우징을 내측으로 소성 변형시키게 된다.
도 8에 도시한 실시예는 서로의 내로 밀어 넣어지는 2개 이상의 쉘(38, 40)을 이용하고 있다. 패스 제어 하에서, 쉘(38, 40)이 또한 내경(D)이 인서트의 결정된 외경(D)에 상응하게 될 때까지, 서로의 내로 밀어 넣어진다. 이어서, 쉘(38, 40)은 예를 들면 함께 용접되거나, 폴딩 가공되거나, 납땜된다. 이 경우에도 반동 또는 팽창 보상이 역시 포함될 수 있다.
도 9에서는 소위 스터핑(stuffing)이 개략적으로 도시되어 있다. 먼저 인서트의 원하는 외경이 제어기(20)에서 결정된다. 이어서, 원통 관형의 외부 하우징(14)이 원하는 직경(D)으로 제조된다. 이러한 캘리브레이션은 하나의 가공 단계로 또는 연속 프로세스(예를 들면, 롤링)로 이루어질 수 있다. 이어서, 인서트를 선택된 외부 하우징(14) 내로 축방향으로 쑤셔 넣는다(stuffing). 이에 대응하게, 반경 방향 예비 압축을 가하기 위한 깔때기형 수단이 물론 제공된다. 이러한 스터핑법에서 야기된 외부 하우징(14)의 팽창은 설정값 변형(xs*)을 결정할 때에 반동에 대해 설명한 과정과 유사하게 보정값(K1)에 의해 보상될 수 있다.
본 발명의 방법은 수많은 이점을 제공한다. 예를 들면 타원형 또는 트리-오발(tri-oval)형 기재 직경을 갖는 비원형 단면의 기재(10)에도 적용될 수 있다. 편평한 보상 요소(12)의 압력 하중 하에서(전체 인서트의 압력 하중과 달리), 비틀림 또는 끼임(jamming)이 발생하지 않는다. 동시에, 보상 요소(12)의 품질 체크가 수행된다. 기재의 기하학적 형상의 결정으로 인해, 기재의 기하학적 검사도 본 발명의 방법에 포함된다. 따라서, 추가적으로 테스트하는 수고가 감소될 수 있다. 본 발명의 방법에 의해 기능적 파라미터인 압력이 제어될 수 있으며, 개선된 공정 정밀도 및 반복성이 달성될 수 있다. 제조되는 배기 가스 정화 장치의 품질 개선이 달성되고, 특히 본 발명의 방법은 소위 초박벽 기재에 적합하다.
전술한 방법은 개별 압축 곡선(30), 즉 각각의 개별 배기 가스 안내 장치(8)에 대한 변형-압력 곡선을 이용하여, 외부 하우징(14) 내의 인서트의 원하는 클램핑 힘을 항시 가능한 정확하게 달성할 수 있다. 보상 요소(12)의 일정한 설정값 압력(ps, ps*)을 통한 전술한 바와 같은 계산은 기재(10)와 외부 하우징(14) 사이의 일정한 간극 크기, 또는 그 간극 내에서 보상 요소(12)의 일정한 밀도에 목표를 두었던 종래의 방법보다 훨씬 더 정확하다.
예시한 방법은 예를 들면 개개의 촉매 또는 입자 필터가 제조되는 테스트 목적을 위해 의도한 것은 아니라는 점을 유념해야 한다. 오히려, 본 발명의 방법은 특히 각각의 개별 지지 매트를 설치 전에 압력에 노출되어 변형되는 대량 생산을 위해 의도한 것이다.

Claims (20)

  1. 내부에 인서트가 클램핑되어 있는 외부 하우징(14)을 각각 구비하고 상기 인서트가 배기 가스가 가로지르는 기재(10) 및 이 기재(10)를 둘러싸는 탄성 보상 요소(12)를 포함하고 있는 배기 가스 안내 장치(8), 특히 배기 가스 정화 장치를 제조하는 방법에 있어서,
    a) 각각의 개별 보상 요소(12)를 베이스(16) 상에 펼쳐 압력(p)의 인가에 의해 베이스(26)에 대해 실질적으로 수직으로 변형시켜, 전체 보상 요소(12)가 전체 표면 하중을 받게 하는 단계;
    b) 결정된 값(p, x)으로부터, 특정 설정값 압력(ps, ps*)을 달성하는 데에 필요한 보상 요소(12)의 설정값 변형(xs, xs*)을 결정하는 단계;
    c) 상기 기재(10)의 적어도 하나의 파라미터를 개별적으로 결정하는 단계;
    d) 상기 보상 요소(12)를 기재(10) 둘레에 배치하는 단계; 및
    e) 이와 같이 얻어진 인서트를 외부 하우징(14)에 장착하는 단계
    를 포함하며, 상기 외부 하우징(14)의 내부 치수는 결정된 설정값 변형(xs, xs*)을 갖는 인서트의 외부 치수에 상응하는 것을 특징으로 하는 배기 가스 안내 장치의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 단계 a)에서 가해지는 압력(p)을 미리 정해진 테스트 한계(p0)까지 지속적으로 증가시키는 것을 특징으로 하는 배기 가스 안내 장치의 제조 방법.
  3. 제2항에 있어서, 단계 a)에서, 변형 및 압력 값(x, p)들을 연속적으로 측정하여 상기 보상 요소(12)의 압축 곡선(30)에 포함시키는 것을 특징으로 하는 배기 가스 안내 장치의 제조 방법.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 설정값 압력(ps)은 보상 요소(12)의 손상 범위(pdamage) 내에 있고, 상기 미리 정해진 테스트 한계(p0)는 상기 손상 범위(pdamage) 아래에 있으며,
    단계 b)에서 설정값 변형(xs)을 미리 정해진 테스트 한계(p0) 이하의 압력을 인가할 때의 변형으로부터 외삽에 의해 결정하는 것을 특징으로 하는 배기 가스 안내 장치의 제조 방법.
  5. 제4항에 있어서, 단계 b)에서 설정값 변형(xs*)을 미리 정해진 테스트 한계(p0) 이하의 압력을 인가할 때의 변형으로부터 외삽에 의해 결정하고, 추가적으로 보정값(K1)에 의해 조정하며, 이 보정값(K1)은 보상 요소(12)의 변형 거동에 대해 단계 e)에서의 조립의 영향을 고려하는 것을 특징으로 하는 배기 가스 안내 장치의 제조 방법.
  6. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 설정값 압력(ps, ps*) 및 미리 정해진 테스트 한계(p0)는 보상 요소(pdamage)의 손상 범위 내에 있으며,
    단계 b)에서 설정값 변형(xs*)을 미리 정해진 테스트 한계(p0) 이하의 압력을 인가할 때의 변형으로부터 내삽 또는 외삽에 의해 결정하고, 추가적으로 보정값(K2)에 의해 조정하며, 이 보정값(K2)은 미리 정해진 테스트 한계(p0) 이하의 압력 인가 중에 보상 요소(12)의 손상을 고려하는 것을 특징으로 하는 배기 가스 안내 장치의 제조 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 미리 정해진 테스트 한계(p0)는 특정 설정값 압력(ps)보다 위에 있는 것을 특징으로 하는 배기 가스 안내 장치의 제조 방법.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 설정값 압력(ps*)은 보정값(K2) 및 보정값(K1)에 의해 조정되며, 이 보정값(K1)은 보상 요소(12)의 변형 거동에 대해 단계 e)에서의 조립의 영향을 고려하는 것을 특징으로 하는 배기 가스 안내 장치의 제조 방법.
  9. 제4항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 손상 범위(pdamage)의 하한(pu)은 설정값 압력(ps)의 약 33%인 것을 특징으로 하는 배기 가스 안내 장치의 제조 방법.
  10. 제4항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 내삽 또는 외삽 중에 또는 후에, 외부 하우징(14)의 반동, 외부 하우징(14)의 팽창, 및 온도 변화에 따른 외부 하우징(14)의 형상 변화 중 하나 이상을 고려하는 것을 특징으로 하는 배기 가스 안내 장치의 제조 방법.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 단계 c)에서, 상기 기재(10)의 개별 기하학적 외부 형상을 결정하는 것을 특징으로 하는 배기 가스 안내 장치의 제조 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 기재(10)는 개별 기하학적 외부 형상의 결정을 위해 측정되는 것을 특징으로 하는 배기 가스 안내 장치의 제조 방법.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 배기 가스 안내 장치는 세라믹 기재를 포함하는 것을 특징으로 하는 배기 가스 안내 장치의 제조 방법.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 배기 가스 안내 장치는 배기 가스 촉매, 입자 필터 또는 이들의 조합인 것을 특징으로 하는 배기 가스 안내 장치의 제조 방법.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 외부 하우징(14)으로서 시트 금속 하우징을 이용하는 것을 특징으로 하는 배기 가스 안내 장치의 제조 방법.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 외부 하우징(14)은 인서트 둘레에 래핑(wrapping)함으로써 제조되는 것을 특징으로 하는 배기 가스 안내 장치의 제조 방법.
  17. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 외부 하우징(14)은 캘리브레이팅(calibrating)에 의해 인서트에 대해 가압되는 것을 특징으로 하는 배기 가스 안내 장치의 제조 방법.
  18. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 외부 하우징(14)은 인서트에 대해 가압되고 서로에 부착된 복수의 쉘(38, 40)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 배기 가스 안내 장치의 제조 방법.
  19. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 인서트는 미리 제조된 원통형 외부 하우징(14) 내에 스터핑(stuffing)되며, 이 외부 하우징의 내경은 인서트의 결정된 외경에 상응하는 것을 특징으로 하는 배기 가스 안내 장치의 제조 방법.
  20. 제1항 내지 제19 중 어느 한 항에 있어서, 단계 a)에서 결정된 값을 참조하여, 100% 수입 상품 검사를 수행하는 것을 특징으로 하는 배기 가스 안내 장치의 제조 방법.
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