WO1998034725A2 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines wabenkörpers - Google Patents

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WO1998034725A2
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Definitions

  • the present invention relates to a method for producing a honeycomb body, in particular a catalyst carrier body, from at least one stack of a plurality of at least partially structured sheets, and to a device for producing such a honeycomb body.
  • Carrier bodies for catalysts by means of which a reduction in the amount of pollutants in exhaust gases, in particular in the exhaust gases of an industrial machine, are created in the form of a metallic honeycomb body.
  • honeycomb bodies comprise a stack of a plurality of at least partially structured sheets.
  • US Pat. No. 4,923,109 describes a honeycomb body which has a stack of sheets which are at least partially structured and which are entwined in opposite directions around themselves and around a central region.
  • DE 195 21 685 discloses a method for producing such a honeycomb body. According to the method, it is proposed that a stack of a plurality of at least partially structured sheet metal layers is first layered, which is then introduced into an open mold which corresponds to the outer shape of the honeycomb body to be produced and is held in a central area by an intertwining device. Then the stack is wrapped with a sense of rotation and the mold is closed by pivoting the mold segments against the sense of rotation of the wrapping device when a predetermined degree of wrapping has been reached.
  • DE 195 22 327 discloses a method for producing a honeycomb body with a multiplicity of channels that are permeable to a fluid from a multiplicity of at least partially structured sheet metal layers.
  • This method is particularly suitable for producing a honeycomb body, as is known from WO 90/03220.
  • a honeycomb body has at least three stacks of sheets, at least three of the stacks being folded around an associated crease line in the central region of the honeycomb body and in the folded state being wrapped in the same direction around one another and around the central region with the crease lines.
  • Such a honeycomb body is produced in accordance with DE 195 22 327 AI by folding each stack by one fold line. The stacks folded in this way are placed in a mold. Each stack is held in a central area by an interlacing device. The intertwining device has winding mandrels which engage in the folded stack in the region of each fold line. The individual stacks are swallowed in the same direction by rotating the mandrels around a central axis.
  • a honeycomb body which is made up of only a small number of sheets and whose construction is suitable for integrating at least one elongated electrical conductor in at least one of the sheet layers or one of the sheet layers itself as an elongated insulated electrical conductor to train.
  • WO 94/01661 proposes that a hollow cone be produced from a small number of at least partially structured sheet metal strips. This hollow cone or circular ring is deformed on at least three lines from the outside inwards, so that a corresponding number of reversal lines are formed both in an outer ring area and in an inner ring area.
  • the resulting star-like or rosette-like structure which has loops, is made by swiveling in the same direction Loops extending between the inner reversal lines and the outer reversal lines are looped around the inner reversal lines.
  • the invention proposes a method for producing a honeycomb body with a plurality of channels that are permeable to a fluid from a plurality of at least partially structured sheets, in which at least one stack of a plurality of at least partially structured sheets is layered.
  • This stack is introduced into a mold and held in it in the central region of the stack by a wrapping device which can be rotated about an axis.
  • the stack introduced into the mold is then subjected to a wrapping process until the stack has reached a predetermined degree of wrapping, at least during the wrapping process a structure which is formed in a central region and is located relative to one another Structures of the sheets are preserved.
  • This configuration of the method ensures that no relative movement of the structures occurs in a central region of the stack, as a result of which honeycomb bodies of constant quality can be produced.
  • the structure with the structures of the metal sheets lying in relation to one another in the central region of the stack has preferably been retained since the construction of the structure in the central region.
  • the structure is preferably retained for the further process steps when the layering of the sheets has ended.
  • the macro structure of the stack in the central region ie in the region of the fold line, is considered as the structure.
  • the structure is preferably specified in the central region of a stack. It is also possible, on the basis of empirical studies, to determine a structure in the central region of a stack which leads to honeycomb bodies which are of particularly high quality.
  • honeycomb bodies can have defects in their macrostructure. These defects are deformations of channel walls, which are formed by the at least partially structured sheets. Such deformations border in particular on areas in which the honeycomb body has a relatively rigid structure. To avoid deformation of the channel walls in the area of such rigid structures, it is proposed that a stack of alternately structured metal sheets, which have wave crests and wave troughs, is layered with smooth sheets, the stacking of the stack being such that a wave crest of a structured sheet in essentially lies between two troughs of an adjacent structured sheet. Such a stack has a relatively low rigidity. Through the Wrapping the stack or stacks results in a relative displacement of the structures of adjacent sheets.
  • the structure in the central area of a stack is relatively soft. It is also possible to design a stack so that the rigidity of the stack is the same everywhere across the longitudinal direction of the structures.
  • the structured sheets have wave crests and wave troughs that repeat themselves at a constant wavelength.
  • the sheets be separated from a sheet metal strip before stacking, the sheets having a length which corresponds to an integral multiple of the wavelength. This cutting to length of the sheets ensures that when the structured sheets are layered, a crest of a structured sheet essentially lies between two troughs of an adjacent structured sheet.
  • the structure in the central region of the stack has a relatively high rigidity.
  • the structure in the central area of the stack is given a relatively high rigidity in that the structured sheets with wave crests and wave troughs and the smooth sheets are alternately layered in such a way that wave crests and wave troughs of adjacent structured sheets are aligned one above the other essentially transversely to the longitudinal extension of the wave crests or wave troughs. If the structured sheets are designed in such a way that the crests and troughs are formed with a repeating wavelength, the stacking produces a stack which has a relatively high rigidity.
  • the wrapping of the stack results in a relative displacement of the wave crests and wave troughs of the neighboring sheets.
  • the wave crests are no longer in alignment with the wave troughs of adjacent metal sheets, as a result of which the finished honeycomb body is given a structure outside the central area which, viewed in the radial direction, has a lower rigidity than the central area.
  • the central area of the finished honeycomb body can be regarded as a relatively hard core and the area outside the core as a relatively soft shell. This embodiment of the method also produces a honeycomb body in which the formation of pronounced areas with high strength in the shell is avoided.
  • structured sheets are formed to form the honeycomb body, which have wave crests and wave troughs that repeat with a wavelength ⁇
  • the length of the structured sheets is not always freely selectable, since the finished honeycomb body as the catalyst carrier body must have certain geometric properties, for example a certain number of channels in cross section.
  • positioning elements are introduced into the channels in the central region after layering of a stack.
  • a structure can be achieved in the central region of the stack which has a relatively low or a relatively high rigidity. It is also possible to achieve suitable stiffnesses of the stack in the central area, the positioning elements being adapted accordingly to the required structure of the central area.
  • each honeycomb body having a multiplicity of channels which are permeable to a fluid and comprising a multiplicity of at least partially structured sheets, by means of which qualitatively improved honeycomb bodies can be produced.
  • At least one stack of a plurality of at least partially structured sheets is layered.
  • the layered stack is introduced into a mold and held in it in the central region of the stack by a wrapping device which can be rotated about an axis.
  • the stack is subjected to a wrapping process until a predetermined degree of wrapping of the stack is reached.
  • the stack wrapped in this way is removed from the mold, if necessary after fixation, for example by means of a jacket tube.
  • These process steps are repeated for each stack of a further honeycomb body.
  • Each stack is formed with the same structure in a central area.
  • the structure has structures of the metal sheets arranged relative to one another. This structure is obtained at least during the wrapping process of each stack.
  • the structure in the central region of a stack for a first honeycomb body is preferably predetermined by a plurality of honeycomb bodies.
  • the predetermined structure in the central area is preferably selected so that no pronounced areas with great rigidity arise in the cross section of the honeycomb body, in the vicinity of which deformed structures form.
  • a stack for a first honeycomb body is layered by a plurality of honeycomb bodies and the structure in the central region of the stack is determined for the first honeycomb body.
  • This structure of the first stack in the central area is repeated by appropriate layering of sheets into stacks for each further honeycomb body if the honeycomb body produced from the first stack fulfills predetermined quality criteria.
  • a device for producing at least one honeycomb body, in particular a catalyst carrier body, from at least one stack of a plurality of at least partially structured sheets, which form a plurality of channels through which a fluid can flow is proposed.
  • the device comprises a shape, the inner shape of which essentially corresponds to an outer shape of a honeycomb body to be produced.
  • a wrapping device is provided, by means of which each stack is held in its central area at least during a wrapping process.
  • the looping device has a holding device by means of which each stack is held in the central region of the stack in such a way that, at least during the wrapping process, a structure formed in a central region with structures of the sheets lying relative to one another is retained.
  • the holding device advantageously has positioning elements which can be inserted at least partially into the channels of the structure in a central region of each stack.
  • the shape of the positioning elements corresponds essentially to the shape of the channels.
  • the positioning elements are preferably designed like a mandrel.
  • the width of the holding device is preferably dimensioned such that it corresponds to the thickness of a stack.
  • FIG. 1 schematically shows a formation process of a first exemplary embodiment of a stack
  • FIG. 2 shows schematically a formation process of a second exemplary embodiment of a stack
  • FIG. 3 schematically shows a top view of an embodiment of a device with a stack
  • FIG. 6 shows a sectional view of the belt device according to FIG. 5.
  • FIG. 1 A formation process of a stack 1 is shown in FIG. 1.
  • the stack 1 comprises a plurality of at least partially structured sheets 2. Smooth sheets 3 are arranged between the structured sheets 2 stacked one on top of the other.
  • the structured sheets 2 and the smooth sheets 3 form channels 4 in the stack 1.
  • the individual structured Sheets 2 are cut from a sheet metal strip 5 to a corresponding length by a cutting device 6.
  • the structured sheets 2 have wave crests 7 and wave troughs 8.
  • the structured sheets 2 are alternately layered in such a way that wave crests 7 and troughs 8 of adjacent structured sheets 2 are essentially aligned with one another.
  • the structured metal sheets 2 have wave peaks 7 and wave troughs 8 that are repeated with a wavelength ⁇ .
  • FIG. 2 shows another possible stratification of structured sheets 2 and smooth sheets 3.
  • the stack 9 according to FIG. 2 has an arrangement of structured sheets 2 and smooth sheets 3, in which the crests 7 of a structured sheet 2 between two wave troughs 8 of an adjacent structured sheet 2.
  • the structured sheets 2 have a wave crest and wave trough structure which is repeated with a wavelength ⁇ .
  • the structured sheets 2 have been separated from a sheet metal strip 5 with a length L prior to stacking, which corresponds to an integral multiple of the wavelength ⁇ .
  • the stack 9 has a lower rigidity than the stack 1, since the wave crests 7 of a structured sheet 2 are positioned such that they always lie between two wave troughs 8 of an adjacent structured sheet 2.
  • 3 shows a device for producing a honeycomb body. This is an exemplary representation of a device for producing a honeycomb body. Such a device is known from DE 195 21 685 AI.
  • the device has a mold 12 consisting of two mold segments 10, 11. Each mold segment 10, 11 can be pivoted about a respective pivot axis 13, 14. In the pivoted state of the mold segments 10, 11, the mold segments comprise a honeycomb body formed by a looping device 15.
  • the envelope of the honeycomb body is identified by reference number 16.
  • the looping device 15 can be pivoted about a central axis 17.
  • the wrapping device 15 holds the stack 1 together in a central area 18.
  • the belt device 15 is shown schematically.
  • the looping device 15 has a carrier 19. At the respective end of the carrier 19, a winding mandrel 20 or 21 is arranged, each of which engages on an outer surface 22, 23 of the stack 1.
  • Positioning elements 22 are provided between the winding mandrels 20, 21 and run essentially parallel to the winding mandrels 20, 21.
  • the positioning elements 22 are essentially rod-shaped. They at least partially engage in the channels 4 of the stack 1, as a result of which the structure of the stack in the central region 18 is retained.
  • the belt device 15 can have several rows of positioning elements 22. These can also be arranged offset from one another. The arrangement of the positioning elements 22 essentially depends on the desired structure in the central region 18 of a stack.
  • the positioning elements 22 and the carrier 19 here form a holding device 23, by means of which each stack is held in the central region 18 of the stack 1 in such a way that one formed in the central region 18 at least during the wrapping process Construction with structures of relative to each other, in particular wave crests 7 and wave troughs 8, of the structured sheets 2 is retained.
  • FIG. 5 and 6 show a further exemplary embodiment of a looping device 15.
  • the wrapping device 15 is to ⁇ particular for producing a honeycomb body having a plurality of passages through which a fluid channels from a plurality of at least partially structured metal sheets, in which is stacked a plurality of stacks of a plurality of at least partially structured metal sheets 2, wherein each stack is folded by one fold line each.
  • the stacks are introduced into an open mold formed from the outer shape of the honeycomb body to be produced and correspond to the shape segments and are held in this by the wrap device 15.
  • the stacks, which are not shown, are wrapped around each other in a direction of rotation.
  • the production of such a honeycomb body is described for example in DE 195 22 327 AI and DE 195 21 685 AI. The content of these documents is deemed to be the content of this patent application.
  • the looping device 15, as shown in FIG. 5, has three carriers 19, 24, 25, which extend from a common center
  • Each carrier 19, 24, 25 is of identical design. Between everyone
  • each carrier 19, 24, 25 has positioning elements 22 which can be at least partially inserted into channels 4 of each stack. It is not essential that the arrangement of the positioning elements 22 on each carrier 19, 24, 25 of the holding device 23 must be the same. Different arrangements of the positioning elements 22 can also be provided.

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines Wabenkörpers mit einer Vielzahl von für ein Fluid durchlässigen Kanälen aus einer Vielzahl von zumindest teilweise strukturierten Blechen, vorgeschlagen, bei dem wenigstens ein Stapel aus einer Mehrzahl von zumindest teilweise strukturierten Blechen geschichtet wird. Der Stapel wird in ein Form eingebracht und in dieser von einer Umschlingungsvorrichtung in dem Zentralbereich des Stapels gehalten. Anschließend wird der Stapel einem Umschlingungsvorgang unterzogen, bis ein vorgegebener Umschlingungsgrad des Stapels erreicht ist. Wenigstens während des Umschlingungsvorgangs bleibt ein in einem Zentralbereich ausgebildeter Aufbau mit relativ zueinander liegenden Strukturen der strukturierten Bleche des Stapels erhalten.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines Wabenkörpers
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Wabenkörpers, insbesondere eines Katalysator-Trägerkörpers, au_s wenigstens einem Stapel aus einer Vielzahl von zumindest teilweise strukturierten Blechen sowie auf eine Vorrichtung zur Herstellung eines solchen Wabenkörpers.
Trägerkörper für Katalysatoren, durch die eine Verringerung der Schadstoffmenge in Abgasen, insbesondere in Abgasen einer Arbeitskraftmaschine geschaffen wird, können in der Form eines metallischen Wabenkörpers ausgebildet sein. Solche Wabenkörper umfassen einen Stapel aus einer Vielzahl von zumindest teilweise strukturierten Blechen. Die US-A 4,923,109 beschreibt einen Wabenkörper, der einen gegensinnig um sich selbst und um einen Zentralbereich verschlungenen Stapel aus wenigstens teilweise strukturierten Blechen aufweist.
Durch die DE 195 21 685 ist ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Wabenkörpers bekannt. Nach dem Verfahren wird vorgeschlagen, daß zunächst ein Stapel aus einer Mehrzahl von zumindest teilweise strukturierten Blechlagen geschichtet wird, der danach in eine offene, aus der Außenform des herzustellenden Wabenkörpers entsprechenden Formsegmenten gebildete Form eingebracht und dieser von einer Verschlingungseinrichtung in einem Zentralbereich gehalten wird. Danach wird der Stapel mit einem Drehsinn umschlungen und die Form durch Verschwenken der Formsegmente gegen den Drehsinn der Umschlingungseinrichtung geschlossen, wenn ein vorgegebener Umschlingungsgrad erreicht ist. Durch die DE 195 22 327 ist ein Verfahren zum Herstellen eines Wabenkörpers mit einer Vielzahl von für ein Fluid durchlässigen Kanälen aus einer Vielzahl von zumindest teilweise strukturierten Blechlagen bekannt. Dieses Verfahren eignet sich besonders zur Herstellung eines Wabenkörpers, wie er durch die WO 90/03220 bekannt ist. Ein solcher Wabenkörper weist mindestens drei Stapel von Blechen auf, wobei wenigstens drei der Stapel um je eine zugehörige Knicklinie im Zentralbereich des Wabenkörpers gefaltet und im gefalteten Zustand gleichsinnig umeinander und um den Zentralbereich mit den Knicklinien verschlungen sind. Die Herstellung eines solchen Wa- benkörpers erfolgt nach der DE 195 22 327 AI dadurch, daß jeder Stapel um je eine Knicklinie gefaltet wird. Die so gefalteten Stapel werden in eine Form eingebracht. Jeder Stapel wird durch eine Verschlingungseinrichtung in einem zentralen Bereich gehalten. Die Verschlingungseinrichtung weist Wickeldorne auf, die im Bereich jeder Knicklinie in den geknickten Stapel eingreifen. Durch Drehen der Wickeldorne um eine zentrale Achse werden die einzelnen Stapel gleichsinnig verschlungen.
Aus der WO 94/01661 ist ein Wabenkörper bekannt, der aus nur einer geringen Anzahl von Blechen aufgebaut ist und dessen Aufbau sich dazu eignet, zumindest einen länglichen elektrischen Leiter in zumindest eine der Blechlagen zu integrieren oder eine der Blechlagen selbst als länglichen isolierten elektrischen Leiter auszubilden. Zur Herstellung eines solchen metallischen Wabenkörpers aus zumindest teilweise strukturierten Blechlagen wird durch die WO 94/01661 vorgeschlagen, daß aus einer geringen Anzahl von zumindest teilweise strukturierten Blechstreifen ein Hohlkegel hergestellt wird. Dieser Hohlkegel bzw. Kreisring wird an mindestens drei Linien von außen nach innen verformt, so daß sich entsprechend viele Umkehrlinien sowohl in einem äußeren Ringbereich wie auch in einem inneren Ringbereich bilden. Die entstehende sternähnliche bzw. rosettenähnliche, Schlaufen aufweisende Struktur wird durch gleichsinniges drehendes Verschlingen der sich zwischen den inneren Umkehrlinien und den äußeren Umkehrlinien erstreckenden Schlaufen um die inneren Umkehrlinien verschlungen.
Es ist festgestellt worden, daß in der Makrostruktur des fertig hergestellten Wabenkörpers bereichs weise Defekte auftreten, die die Qualität des Wabenkörpers beeinträchtigen. Solche Defekte treten, bei einer aufeinanderfolgenden Herstellung einer Vielzahl von Wabenkörpern, die mit gleichen Vorrichtungen hergestellt werden, unregelmäßig auf. Dies führt zu besonderen Maßnahmen im Bereich der Qualitätsicherung bei den hergestellten Wabenkörpern.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde ein Verfahren anzugeben, durch welches die Qualität des hergestellten Wabenkörpers verbessert wird. Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung einer Mehrzahl von Wabenkörpern anzugeben, durch welches die Qualitätssicherung vereinfacht werden kann. Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es eine Vorrichtung zur Herstellung eines Wabenkörpers anzugeben, mittels derer qualitativ verbesserte Wabenkörper herstellbar sind.
Zur Lösung wird erfindungsgemäß ein Verfahren zur Herstellung eines Wabenkörpers mit einer Vielzahl von für ein Fluid durchlässigen Kanälen aus einer Vielzahl von zumindest teilweise strukturierten Blechen vorgeschlagen, bei dem wenigstens ein Stapel aus einer Mehrzahl von zumindest teilweise strukturierten Blechen geschichtet wird. Dieser Stapel wird in eine Form eingebracht und in dieser von einer um eine Achse verdrehbare Umschlingungsvorrichtung in dem Zentralbereich des Stapels gehalten. Der in die Form eingebrachte Stapel wird anschließend einem Umschlingungsvorgang unterzogen, bis der Stapel einen vorgegebenen Umschlingungsgrad erreicht hat, wobei wenigstens während des Umschlingungsvorgangs ein in einem Zentralbereich ausgebildeter Aufbau mit relativ zueinander liegenden Strukturen der Bleche erhalten bleibt. Durch diese Ausgestaltung des Verfahrens wird sichergestellt, daß in einem Zentralbereich des Stapels keine Relativbewegung der Strukturen eintritt, wodurch qualitativ gleichbleibende Wabenkörper herstellbar sind. Die Beibehaltung des Aufbaus mit relativ zueinander liegenden Strukturen der Bleche im Zentralbereich des Stapels erfolgt vorzugsweise seit der Ausbildung des Aufbaus im Zentralbereich. Bei Wabenkörpern, wie sie beispielsweise durch die DE 195 21 685 AI bekannt sind, wird der Aufbau vorzugsweise mit der Beendigung der Schichtung der Bleche für die weiteren Verfahrensschritte beibehalten. Bei Wabenkörpern, bei denen der Stapel um eine Knicklinie geknickt wird, wird als Aufbau die Makrostruktur des Stapels im Zentralbereich, d.h. im Bereich der Knicklinie betrachtet.
Vorzugsweise wird der Aufbau im Zentralbereich eines Stapels vorgegeben. Es ist auch möglich, aufgrund empirischer Untersuchungen einen Aufbau im Zentralbereich eines Stapels zu ermitteln, der zur qualitativ besonders günstigen Wabenkörpern führt.
Vorstehend wurde bereits ausgeführt, daß Wabenkörper in ihrer Makrostruk- tur Defekte aufweisen können. Bei diesen Defekten handelt es sich um Deformationen von Kanal wänden, die durch die zumindest teilweise strukturierten Bleche gebildet werden. Solche Deformationen grenzen insbesondere an Bereiche an, in denen der Wabenkörper eine relativ steife Struktur aufweist. Zur Vermeidung von Deformationen der Kanal wände im Bereich solcher steifen Strukturen wird vorgeschlagen, daß ein Stapel aus abwechselnd strukturierten Blechen, die Wellenberge und Wellentäler aufweisen, mit glatten Blechen geschichtet wird, wobei die Schichtung des Stapels so erfolgt, daß ein Wellenberg eines strukturierten Blechs im wesentlichen zwischen zwei Wellentälern eines benachbarten strukturierten Blechs liegt. Ein solcher Stapel weist eine relativ geringe Steifigkeit auf. Durch die Umschlingung des Stapels bzw. der Stapel findet eine Relativverschiebung der Strukturen benachbarter Bleche statt. Hierdurch entstehen im Querschnitt des Wabenkörpers Bereiche, die eine höhere Steifigkeit haben können als der Zentralbereich. Diese steiferen Bereiche sind jedoch nicht so ausgeprägt bzw. so steif, daß in benachbarten Gebieten dieser Bereiche es zu Deformationen der Strukturen, die die Kanalwände bilden kommt. Die Ausbildung eines Stapels mit einem relativ weichen Zentralbereich ist insbesondere zur Herstellung von Wabenkörpern mit einem geringen Durchmesser bzw. einem kleinen Umschlingungsgrad geeignet.
Zur Vermeidung von relativ steifen Bereichen im Querschnitt des Wabenkörpers ist es ausreichend, wenn der Aufbau im Zentralbereich eines Stapels relativ weich ist. Es ist auch möglich einen Stapel so auszubilden, daß die Steifigkeit des Stapels quer zur Längsrichtung der Strukturen überall gleich ist. Hierzu wird vorgeschlagen, daß die strukturierten Bleche eine sich mit einer konstanten Wellenlänge wiederholende Wellenberge und Wellentäler aufweisen. Bei einer solchen Ausgestaltung der Strukturbleche wird vorgeschlagen, daß die Bleche vor der Stapelung von einem Blechband abgetrennt werden, wobei die Bleche eine Länge aufweisen, die einem ganzzah- ligen Vielfachen der Wellenlänge entspricht. Durch diese Ablängung der Bleche wird erreicht, daß bei einer Schichtung der strukturierten Bleche ein Wellenberg eines strukturierten Blechs im wesentlichen zwischen zwei Wellentälern eines benachbarten strukturierten Blechs liegt.
Alternativ zu einem Stapel, der einen Aufbau im Zentralbereich aufweist, der eine geringe Steifigkeit hat, wird vorgeschlagen, daß der Aufbau im Zentralbereich des Stapels eine relativ hohe Steifigkeit aufweist. Dem Aufbau im Zentralbereich des Stapels wird eine relativ hohe Steifigkeit dadurch verliehen, daß die strukturierten Bleche mit Wellenbergen und Wellentälern und die glatten Bleche abwechselnd so geschichtet werden, daß Wellenberge und Wellentäler benachbarter strukturierter Bleche im wesentlichen quer zur Längsstreckung der Wellenberge bzw. Wellentäler übereinander fluchten. Sind die strukturierten Bleche so ausgestaltet, daß die Wellenberge und Wellentäler mit einer sich wiederholenden Wellenlänge ausgebildet sind, so wird durch die Schichtung ein Stapel hergestellt, der eine relativ hohe Steifigkeit aufweist. Durch die Umschlingung des Stapels findet eine relative Verschiebung der Wellenberge und Wellentäler der benachbarten Bleche statt. Dadurch liegen die Wellenberge nicht mehr fluchtend zu den Wellentälern benachbarter Bleche, wodurch dem fertig hergestellten Wabenkörper au- ßerhalb des Zentralbereichs eine Struktur verliehen wird, die in radialer Richtung gesehen eine geringere Steifigkeit aufweist als der Zentralbereich. Der Zentralbereich des fertig hergestellten Wabenkörpers kann als ein relativ harter Kern und der Bereich außerhalb des Kerns als eine relativ weiche Schale angesehen werden. Auch durch diese Ausgestaltung des Verfahrens wird ein Wabenkörper hergestellt, bei dem die Ausbildung ausgeprägter Bereiche mit einer hohen Festigkeit in der Schale vermieden wird.
Werden zur Ausbildung des Wabenkörpers strukturierte Bleche, die sich mit einer Wellenlänge λ wiederholende Wellenberge und Wellentäler aufweisen, so wird vorgeschlagen, daß die Bleche vor der Stapelung von einem Blechband mit einer Länge entsprechend der Beziehung L = n λ + 0.5 λ abgetrennt werden, wobei n ein Element aus der Menge der natürlichen Zahlen ist. Hierdurch wird sichergestellt, daß bei der Stapelung der strukturierten Bleche Wellenberge und Wellentäler benachbarter strukturierter Bleche im wesentlichen miteinander fluchten.
Bei der Herstellung eines Wabenkörpers ist die Länge der strukturierten Bleche nicht immer frei wählbar, da der fertige Wabenkörper als Katalysator-Trägerkörper bestimmte geometrische Eigenschaften, z.B. eine bestimmte Anzahl von Kanälen im Querschnitt aufweisen muß. Zur Ausbildung eines definierten Aufbaus im Zentralbereich des Stapels wird daher vorgeschlagen, daß nach einer Schichtung eines Stapels in die Kanäle im Zentralbereich Positionierelemente eingeführt werden. Durch eine entsprechende Ausgestaltung und Anordnung der Positionierelemente zueinander kann ein Aufbau im Zentralbereich des Stapels erreicht werden, der eine relativ geringe oder eine relativ hohe Steifigkeit aufweist. Es ist auch möglich geeignete Steifig- keiten des Stapels im Zentralbereich zu erreichen, wobei die Positionierelemente entsprechend an den geforderten Aufbau des Zentralbereichs angepaßt werden.
Nach einem anderen erfinderischen Gedanken wird ein Verfahren zur Herstellung von Wabenkörpern vorgeschlagen, wobei jeder Wabenkörper eine Vielzahl von für ein Fluid durchlässigen Kanälen aus einer Vielzahl von zumindest teilweise strukturierten Blechen aufweist, durch welches qualitativ verbesserte Wabenkörper herstellbar ist.
Nach diesem Verfahren zur Herstellung von Wabenkörpern wird vorgeschlagen, daß wenigstens ein Stapel aus einer Mehrzahl von zumindest teilweise strukturierten Blechen geschichtet wird. Der geschichtete Stapel wird in eine Form eingebracht und in dieser von einer um eine Achse verdrehbare Umschlingungsvorrichtung in dem Zentralbereich des Stapels gehalten. Der Stapel wird einem Umschlingungsvorgang unterzogen bis ein vorgegebener Umschlingungsgrad des Stapels erreicht ist. Der so umschlungene Stapel wird, gegebenenfalls nach einer Fixierung, beispielsweise durch ein Mantel- rohr, aus der Form entnommen. Diese Verfahrensschritte werden für jeden Stapel eines weiteren Wabenkörpers wiederholt. Jeder Stapel wird mit in einem Zentralbereich stets gleichem Aufbau gebildet. Der Aufbau weist relativ zueinander angeordnete Strukturen der Bleche auf. Dieser Aufbau wird wenigstens während des Umschlingungsvorgangs eines jeden Stapels erhalten. Dadurch, daß der Aufbau der relativ zueiander angeordneten Strukturen der Bleche im Zentralbereich des Stapels bei einem jeden Wabenkörper gleich ist, wird sichergestellt, daß die Verteilung der Kanäle über den Querschnitt des Wabenkörpers bei mehreren Wabenkörpern nahezu gleich ist. Vorzugsweise wird der Aufbau im Zentralbereich eines Stapels für einen ersten Wabenkörper von mehreren Wabenkörpern vorgegeben. Der vorgegebene Aufbau im Zentralbereich ist vorzugsweise so gewählt, daß innerhalb des Querschnitts des Wabenkörpers keine ausgeprägten Bereiche mit großer Steifigkeit entstehen, in deren Nähe sich deformierte Strukturen ausbilden.
Eine weitere Entwicklung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß ein Stapel für einen ersten Wabenkörper von mehreren Wabenkörpern geschichtet und der Aufbau im Zentralbereich des Stapels für den ersten Wabenköφer bestimmt wird. Dieser Aufbau des ersten Stapels im Zentralbereich wird durch entsprechende Schichtung von Blechen zu Stapeln für jeden weiteren Wabenköφer wiederholt, wenn der aus dem ersten Stapel hergestellte Wabenköφer vorgegebene Qualitätskriterien erfüllt.
Nach einem weiteren erfindungsgemäßen Gedanken wird eine Vorrichtung zur Herstellung wenigstens eines Wabenköφers, insbesondere eines Katalysa- tor-Trägerköφers, aus wenigstens einem Stapel aus einer Vielzahl von zumindest teilweise strukturierten Blechen, die eine Vielzahl von für ein Fluid durchströmbaren Kanälen bilden, vorgeschlagen. Die Vorrichtung umfaßt eine Form, deren Innengestalt im wesentlichen eine Außenform eines herzustellenden Wabenköφers entspricht. Desweiteren ist eine Umschlingungs- Vorrichtung vorgesehen, durch die ein jeder Stapel in seinem Zentralbereich wenigstens während eines Umschlingungsvorgangs gehaltert wird. Die Um- schlingungseinrichtung weist eine Halteeinrichtung auf, durch die jeder Stapel im Zentralbereich des Stapels so gehalten wird, daß wenigstens während des Umschlingungsvorgangs ein in einem Zentralbereich ausgebildeter Aufbau mit relativ zueinander liegenden Strukturen der Bleche erhalten bleibt. Vorteilhafterweise weist die Halteeinrichtung Positionierelemente auf, die wenigstens teilweise in die Kanäle des Aufbaus in einem Zentralbereich eines jeden Stapels einführbar sind. Die Gestalt der Positionierelemente entspricht im wesentlichen der Form der Kanäle. Vorzugsweise sind die Positionierelemente dornartig ausgebildet. Die Breite der Halteeinrichtung ist vorzugsweise so bemessen, daß diese der Dicke eines Stapels entspricht.
Weitere Einzelheiten der Verfahren sowie der Vorrichtung werden anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 schematisch einen Bildungsvorgang eines ersten Ausführungsbeispiels eines Stapels,
Fig. 2 schematisch einen Bildungsvorgang eines zweiten Ausführungsbei- spiels eines Stapels,
Fig. 3 schematisch in der Draufsicht ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung mit einem Stapel,
Fig. 4 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Umschlingungsvorrichtung,
Fig. 5 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Umschlingungsvorrichtung,
Fig. 6 eine Schnittansicht der Umschlingungsvorrichtung nach Fig. 5.
In der Fig. 1 ist ein Bildungsvorgang eines Stapels 1 dargestellt. Der Stapel 1 umfaßt eine Mehrzahl aus zumindest teilweise strukturierten Blechen 2. Zwischen den übereinander geschichteten strukturierten Blechen 2 sind glatte Bleche 3 angeordnet. Durch die strukturierten Bleche 2 sowie die glatten Bleche 3 werden im Stapel 1 Kanäle 4 gebildet. Die einzelnen strukturierten Bleche 2 sind von einem Blechband 5 auf eine entsprechende Länge durch eine Schneidvorrichtung 6 abgeschnitten.
Die strukturierten Bleche 2 weisen Wellenberge 7 und Wellentäler 8 auf. Die strukturierten Bleche 2 sind so abwechselnd geschichtet, daß Wellenberge 7 und Wellentäler 8 benachbarter strukturierter Bleche 2 im wesentlichen miteinander fluchten.
Die strukturierten Bleche 2 weisen eine sich mit einer Wellenlänge λ wiederholende Wellenberge 7 und Wellentäler 8 auf. Die Bleche 2 sind vor der Stapelung von einem Blechband 5 mit einer Länge L entsprechend der Beziehung L = n λ + 0.5 λ abgetrennt worden, wobei n ein Element aus der Menge der natürlichen Zahlen ist. Durch diese Ausgestaltung und Anordnung des Stapels weist dieser eine relativ große Steifigkeit auf.
Eine weitere mögliche Schichtung von strukturierten Blechen 2 und glatten Blechen 3 zeigt die Fig. 2. Der Stapel 9 nach Fig. 2 weist eine Anordnung von strukturierten Blechen 2 und glatten Blechen 3 auf, bei der die Wellenberge 7 eines strukturierten Blechs 2 zwischen zwei Wellentälern 8 eines benachbarten strukturierten Blechs 2. Die strukturierten Bleche 2 weisen eine sich mit einer Wellenlänge λ wiederholende Wellenberg- und Wellentalstruktur auf. Die strukturierten Bleche 2 sind vor der Stapelung von einem Blechband 5 mit einer Länge L abgetrennt worden, die einem ganzzahligen Vielfachen der Wellenlänge λ entspricht.
Der Stapel 9 weist eine gegenüber dem Stapel 1 geringere Steifigkeit auf, da die Wellenberge 7 eines strukturierten Blechs 2 so positioniert sind, daß diese stets zwischen zwei Wellentälern 8 eines benachbarten strukturierten Blechs 2 liegen. Durch die Fig. 3 ist eine Vorrichtung zum Herstellung eines Wabenköφers dargestellt. Hierbei handelt es sich um eine beispielhafte Darstellung einer Vorrichtung zur Herstellung eines Wabenköφers. Eine solche Vorrichtung ist durch die DE 195 21 685 AI bekannt. Die Vorrichtung weist eine aus zwei Formsegmenten 10, 11 bestehende Form 12 auf. Jedes Formsegment 10, 11 ist um jeweils eine Schwenkachse 13, 14 verschwenkbar. Im verschwenkten Zustand der Formsegmente 10, 11 umfassen die Formsegmente einen durch eine Umschlingungseinrichtung 15 gebildeten Wabenköφer. Die Umhüllende des Wabenköφers ist mit dem Bezugszeichen 16 gekennzeichnet.
Die Umschlingungseinrichtung 15 ist um eine zentrale Achse 17 verschwenkbar. Die Umschlingungseinrichtung 15 hält den Stapel 1 in einem zentralen Bereich 18 zusammen.
In der Fig. 4 ist die Umschlingungsvorrichtung 15 schematisch dargestellt. Die Umschlingungseinrichtung 15 weist einen Träger 19 auf. An dem jeweiligen Ende des Trägers 19 ist ein Wickeldorn 20 bzw. 21 angeordnet, die jeweils an einer Außenfläche 22, 23 des Stapels 1 angreifen. Zwischen den Wickeldornen 20, 21 sind Positionierelemente 22 vorgesehen, die im wesentlichen parallel zu den Wickeldornen 20, 21 verlaufen. Die Positionierelemente 22 sind im wesentlichen stabförmig ausgebildet. Sie greifen wenigstens teilweise in die Kanäle 4 des Stapels 1, wodurch der Aufbau des Stapels im Zentralbereich 18 erhalten bleibt. Die Umschlingungsvorrichtung 15 kann mehrere Reihen von Positionierelementen 22 aufweisen. Diese können auch versetzt zueinander angeordnet sein. Die Anordnung der Positionierelemente 22 richtet sich im wesentlichen nach dem gewünschten Aufbau im Zentralbereich 18 eines Stapels. Die Positionierelemente 22 und der Träger 19 bilden hierbei eine Halteeinrichtung 23, durch die jeder Stapel im Zentralbereich 18 des Stapels 1 so gehalten wird, daß wenigstens während des Umschlingungsvorganges ein im Zentralbereich 18 ausgebildeter Aufbau mit relativ zueinander liegenden Strukturen der, insbesondere Wellenberge 7 und Wellentäler 8, der strukturierten Bleche 2 erhalten bleibt.
In der Fig. 5 und 6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Umschlin- gungsvorrichtung 15 dargestellt. Die Umschlingungsvorrichtung 15 ist ins¬ besondere zur Herstellung eines Wabenköφers mit einer Vielzahl von für ein Fluid durchlässigen Kanälen aus einer Vielzahl von zumindest teilweise strukturierten Blechen, bei dem eine Mehrzahl von Stapeln aus einer Mehrzahl von zumindest teilweise strukturierten Blechen 2 geschichtet wird, wobei jeder Stapel um je eine Knicklinie gefaltet wird. Die Stapel in eine offene, aus der Außenform des herzustellenden Wabenköφers entsprechenden Formsegmenten gebildete Form eingebracht und in dieser von der Umschlingungsvorrichtung 15 gehalten wird. Die Stapel, welche nicht dargestellt sind, werden in einem Drehsinn umeinander geschlungen. Die Herstellung eines solchen Wabenköφers ist beispielsweise in der DE 195 22 327 AI und der DE 195 21 685 AI beschrieben. Der Inhalt dieser Druckschriften gilt als Inhalt dieser Patentanmeldung.
Die Umschlingungsvorrichtung 15, wie sie in der Fig. 5 dargestellt ist, weist drei Träger 19, 24, 25 auf, die sich von einem gemeinsamen Zentrum
26 weg erstrecken. Im Zentrum 26 ist eine Antriebswelle 27 vorgesehen, durch die die Umschlingungsvorrichtung 15 um die Achse 17 verschwenkbar ist. Jeder Träger 19, 24, 25 ist gleich ausgebildet. Zwischen einem jeden
Träger 19, 24, 25 ist ein Winkel von ca. 120° gebildet. An den freien Enden der Träger 19, 24, 25 sind jeweils Wickeldorne 20 vorgesehen, die mit dem oder den Stapeln in Eingriff bringbar sind. Die Wickeldorne 20 greifen im wesentlichen in dem Bereich der Knicklinie eines Stapels ein.
Durch Drehen der Wickeldorne 20 um die Achse 17 in eine Richtung werden die einzelnen Stapel, die nicht dargestellt sind, gleichsinnig ver- schlungen. Um sicherzustellen, daß wenigstens während des Umschlingungs- Vorgangs der Aufbau der Stapel im Zentralbereich erhalten bleibt, weist jeder Träger 19, 24, 25 Positionierelemente 22 auf, die wenigstens teilweise in Kanäle 4 eines jeden Stapels einführbar sind. Es ist nicht zwingend, daß die Anordnung der Positionierelemente 22 an jedem Träger 19, 24, 25 der Halteeinrichtung 23 gleich sein muß. Es können auch unterschiedliche Anordnungen der Positionierelemente 22 vorgesehen sein.
Bezugszeichenliste
Stapel strukturiertes Blech glattes Blech
Kanal
Blechband
Schneidevorrichtung
Wellenberg
Wellental
Stapel , 11 Formsegment
Form , 14 Schwenkachse
Umschlingungsvorrichtung
Umhüllende
Achse
Zentralbereich
Träger , 21 Wickeldorn
Positionierelement
Halteeinrichtung , 25 Träger
Zentrum

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung eines Wabenköφers mit einer Vielzahl von für ein Fluid durchlässigen Kanälen (4) aus einer Vielzahl von zumin-
5 dest teilweise strukturierten Blechen (2), bei dem a) wenigstens ein Stapel (1) aus einer Mehrzahl von zumindest teilweise strukturierten Blechen (2) geschichtet wird, b) der Stapel (1, 9) in eine Form (12) eingebracht und in dieser von einer Umschlingungsvorrichtung (15) in dem Zentralbereich (18)
10 des Stapels (1, 9) gehalten wird, c) der Stapel (1, 9) einem Umschlingungsvorgang unterzogen wird bis ein vorgegebener Umschlingungsgrad des Stapels (1, 9) erreicht ist, und wenigstens während des Umschlingungsvorgangs ein in einem Zentralbereich (18) ausgebildeter Aufbau mit relativ zueinander ι5 liegenden Strukturen (7, 8) der Bleche (2) erhalten bleibt.
2. Verfahren zur Herstellung von Wabenköφern, wobei jeder Wabenköφer eine Vielzahl von für ein Fluid durchlässigen Kanälen aus einer Vielzahl von zumindest teilweise strukturierten Blechen (2) aufweist, bei
20 dem a) wenigstens ein Stapel (1, 9) aus einer Mehrzahl von zumindest teilweise strukturierten Blechen (2) geschichtet wird, b) der Stapel (1, 9) in eine Form (12) eingebracht und in dieser von einer Umschlingungsvorrichtung (15) in dem Zentralbereich (18)
25 des Stapels (1 , 9) gehalten wird, c) der Stapel (1, 9) einem Umschlingungsvorgang unterzogen wird bis ein vorgegebener Umschlingungsgrad des Stapels (1, 9) erreicht ist. d) der Stapel (1, 9) im umschlungenen Zustand aus der Form (12) entnommen wird,
30 e) die Verfahrensschritte a) bis d) für jeden Stapel (1, 9) eines weiteren Wabenköφers wiederholt werden, und jeder Stapel (1, 9) mit in einem Zentralbereich (18) stets gleichem Aufbau, der relativ zueinander angeordnete Strukturen (7, 8) der Bleche (2) aufweist, gebildet wird, und wenigstens während des Umschlingungsvorgangs der Aufbau der relativ zueinander angeordnete Strukturen (7, 8) der Bleche (2) eines jeden Stapels (1, 9) erhalten bleibt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Aufbau im Zentralbereich (18) eines Stapels (1, 9) für den Wabenköφer oder für einen ersten mehrerer Wabenköφer vorgegeben wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem ein Stapel (1, 9) für einen ersten Wabenköφer geschichtet und der Aufbau im Zentralbereich (18) des Stapels (1, 9) für den ersten Wabenköφer bestimmt wird, wobei dieser Aufbau durch entsprechende Schichtung weiterer Bleche zu jeweils einem Stapel (1, 9) für jeden weiteren Wabenköφer wiederholt wird, wenn der aus dem ersten Stapel (1, 9) hergestellter Wabenköφer vorgegebene Qualitätskriterien erfüllt.
5. Verfahren nach Anspruch 1 , 2 oder 3, bei dem strukturierte Bleche (2) mit Wellenbergen (7) und Wellentälern (8) und glatte Bleche (3) abwechselnd so zu einem Stapel (9) geschichtet werden, daß ein Wellenberg (7) eines strukturierten Blechs (2) im wesentlichen zwischen zwei Wellentälern (8) eines benachbarten strukturierten Blechs (2) liegt.
6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem die strukturierte Bleche (2) sich mit einer Wellenlänge (Λ) wiederholende Wellenberge (7) und Wellentäler (8) aufweisen und die Bleche (2) vor der Stapelung von einem Blechband mit einer Länge (L), die einem ganzzahligen vielfachen der Wellenlänge (λ) entspricht, abgetrennt werden.
7. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei dem strukturierte Bleche (2) mit Wellenbergen (7) und Wellentälern (8) und glatte Bleche (3) abwechselnd so geschichtet werden, daß Wellenberge (7) und Wellentäler (8) benachbarter strukturierter Bleche (2) im wesentlichen miteinander fluchten.
8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem die strukturierte Bleche (2) sich mit einer Wellenlänge (λ) wiederholende Wellenberge (7) und Wellentäler (8) aufweisen und die Bleche (2) vor der Stapelung von einem Blechband (5) mit einer Länge (L) entsprechend der Beziehung
L = n λ + 0.5 λ abgetrennt werden, wobei n ein Element aus der Menge der natürlichen Zahlen ist.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem nach einer Schichtung eines Stapels (1, 9) im Zentralbereich (18) wenigstens teilweise in die Kanäle (4) Positionierelemente (22) eingeführt werden.
10. Vorrichtung zur Herstellung wenigstens eines Wabenköφers, insbesonde- re eines Katalysator-Trägerköφers, aus wenigstens einem Stapel (1 , 9) aus einer Vielzahl von zumindest teilweise strukturierten Blechen (2), die eine Vielzahl von für ein Fluid durchlässigen Kanälen (4) bilden, wobei die Vorrichtung eine Form (12), deren Innengestalt im wesentlichen einer Außenform eines herzustellenden Wabenköφers entspricht, und eine Umschlingungsvorrichtung (15), durch die ein jeder Stapel (1 ,
9) in seinem Zentralbereich (18) wenigstens während eines Umschlingungsvorgang gehaltert wird, gekennzeichnet durch die Umschlingungseinrichtung (15) eine Halteeinrichtung (23) aufweist, durch die jeder Stapel (1 , 9) im Zentralbereich (18) des Stapels (1, 9) so gehalten wird, daß wenigstens während des Umschlingungsvorgangs ein in einem Zentralbereich (18) ausgebildeter Aufbau mit relativ zueinander liegenden Strukturen (7, 8) der strukturierten Bleche (2) erhalten bleibt.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Hal- teeinrichtung (23) Positionierelemente (22) aufweist, die wenigstens teilweise in die Kanäle (4) des Aufbaus in einem Zentralbereich (18) eines jeden Stapels (1, 9) einführbar sind.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Positio- nierelemente (22) dornartig ausgebildet sind.
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