WO2004011170A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines profilierten blechmateriales, wellenförmig profiliertes blechmaterial, metallischer verbundkörper und katalysator - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines profilierten Blechmateriales, sowie eine Vorrichtung hierfür, ein profiliertes Blechmaterial sowie einen Verbundkörper, insbesondere Katalysator-Trägerkörper und einen Katalysator, wobei die Erfindung vorsieht, die gewellten, kanalbildenden Strukturen des Verbundkörpers bzw. Katalysator-Trägerkörper umformtechnisch mit Hinterschneidungen zu versehen, so dass auf Zwischenlagen zwischen den strömungskanalbildenden Wellprofillagen ebenso verzichtet werden kann, wie auf ein Verlöten zwischen den einzelnen Lagen.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines profilierten Blechmateriales, wellenförmig profiliertes Blechmaterial, metallischer Verbundkörper und

Katalysator

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines profilierten Blechmateπales, insbesondere eines Katalysator-Trägerkörpers, eines Wärmetauscherbleches oder eines anderen Blechmateriales mit einer oberflächenintensiven Wirkfläche, eine Vorrichtung zur Herstellung eines profilierten Blechmateriales, insbesondere zur Durchführung eines solchen Verfahrens, ein wellenförmig profiliertes Blechmaterial, einen metallischen Verbundkörper gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 26 und einen Katalysator.

Bevorzugtes Einsatzgebiet der vorliegenden Erfindung ist die Herstellung eines wellenförmig profilierten Blechmateriales als Trägermaterial für abgasreinigende katalytische Materialien sowie die Bildung von Katalysatoren bzw. entsprechender paketierter oder spiralig gewickelter Verbundkörper, die mit katalytischer Beschichtung in Abgassysteme von Kraftfahrzeugen einsetzt werden.

Zudem ist die vorliegende Erfindung auch für die Ausbildung von Wärmetauscherflächen bzw. von Lagenmaterialien geeignet, die mit oberflächenaktiven Wirkstoffen beschichtet bzw. versehen sind, um den Wirkkontakt mit Fluiden, die in Strömungskanälen des so gebildeten Lagenmateriales strömen, in stofflichen oder anderen, wie z.B. Temperaturaustausch, zu treten.

Ein Verbundkörper als Katalysator-Trägerkörper ist z.B. aus der DE 197 04 129 A1 bekannt. Hierbei wird gewelltes Blechmaterial spiralig unter Einsatz von Zwischenblechen als Abstands- und Stützmaterial zu einem rohrförmigen Körper gewickelt und nach entsprechender katalytischer Beaufschlagung in Kfz-Abgassystemen eingesetzt.

Der Füllungsgrad solcher Katalysator-Trägerkörper ist im Hinblick auf die erforderlichen Zwischenlagen nicht in wünschenswerterweise hoch, außerdem ist ein zwei Bauteile miteinander vereinigender Fügeprozess (Hartlöten) erforderlich und die Flexibilität der Raumform ist gering. Überdies sind derartig aufgebaute Katalysatoren in Bezug auf die pro Volumeneinheit bereitgestellte aktive Katalysator-Austauschoberfläche Keramikkatalysatoren unterlegen.

Ähnliche Lösungen sind aus der DE 19641 049 sowie der US 5,562,885 bekannt.

Im Hinblick auf die heutigen strengen Abgasvorschriften ist es wünschenswert, die Reinigungswirkung von Metallkatalysatoren durch eine vergrößerte katalytisch wirksame Oberfläche pro Volumeneinheit Abgasstrom weiter zu verbessern und bei hinreichender Bauteilsteifigkeit eine größere räumliche Formflexibilität hinsichtlich der herstellbaren Querschnitte (bisher vorzugsweise rund, ellipsoid oder dreieckig) zu ermöglichen. Zudem sollten hinsichtlich der Oberflächenaffinität wie auch hinsichtlich der Produktionskosten die entsprechenden Vergleichswerte von Keramikkatalysatoren erreicht werden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines profilierten Blechmateriales der eingangs genannten Art anzugeben, die insbesondere zur Bildung eines Katalysator-Trägerkörpers (Verbundkörper) verwendet werden können und im Vergleich zu herkömmlichen Hersteilungsverfahren bzw. Herstellvorrichtungen für Metallkatalysatoren niedrigere Produktionskosten aufweisen.

In verfahrenstechnischer Hinsicht wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Herstellung eines profilierten Blechmateriales, insbesondere eines Katalysator-Trägerkörpers, eines Wärmetauscherbleches oder eines anderen Blechmateriales mit einer oberflächenintensiven Wirkfläche gelöst, bei dem aus einem flachen Blechmaterial ein wellenförmig profiliertes Blechmaterial erzeugt und anschließend eine Wellenstruktur des gewellten Blechmateriales durch Freiform-Stauchen umformtechnisch mit hinterschnittenen Formelementen unter Bildung von im wesentlichen parallelen Strömungskanälen versehen wird.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird unter einem wellenförmig profilierten Blechmaterial nicht ausschließlich ein (sinusartig) gewelltes Profil verstanden. Vielmehr werden auch Rechteckprofile oder mäanderförmige Abwandlungen eines gewellten Profils oder in ihrer Laufrichtung alternierend wechselnde Profile verstanden. Weiterhin bezeichnet „Freiform"-Stauchen einen Umformprozeß, bei dem ein freies Biegen des Blechmateriales durchgeführt wird, d.h. ein zwangsweises Abbilden einer Kontur eines Formwerkzeuges beim Umformen, wie insbesondere beim Umformen in ein Gesenk, unterbleibt.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zunächst in einem ersten Arbeitsgang (dem Vorprofilierung), aus einem flachen Blechmaterial ein gewelltes bzw. wellenförmig profiliertes Blechmaterial, vorzugsweise ein sinus- oder ein rechteckwellenförmiges Blechmaterial erzeugt. Dies geschieht z.B. durch Walzen des flachen Blechmateriales. Anschließend wird in einem zweiten Profilierungsschritt eine Wellenstruktur des Blechmateriales durch das Freiform-Stauchen umformtechnisch mit hinterschnittenen Formelementen unter Bildung von Einzelzellen ausgebildet, wobei die Einzelzellen im wesentlichen parallele Strömungskanälen bilden.

Auf diese Weise wird ein wellenförmig profiliertes, gestauchtes Blechmaterial geschaffen, das sich kontinuierlich und mit einer Struktur herstellen lässt, die zu einer hervorragenden Wickel- und Paketierfähigkeit bei einer lagenweisen Zusammenordnung derartiger Blechmateriallagen zu einem Verbundkörper unter gleichzeitiger Vergrößerung der Wirkoberfläche, d.h. der möglichen aktiven Austauschoberfläche solchen Blechmateriales in Bezug auf Strömungsmedien führt, die an diesen in den Strömungskanälen entlanggeführt werden (z.B. Abgas- oder Kältemittel).

In Abhängigkeit eines Ausmaßes der vorzugsweise durch vertikales, horizontales oder rotatorisches Stauchen herbeigeführten Hinterschneidungen ist auch die aktive Oberfläche des so geschaffenen, wellenförmig profilierten, gestauchten Blechmateriales in gewissem Rahmen einstellbar.

Weiterhin wird die mit dem umformtechnisches Prozess einhergehende größere Formänderung wird die Bauteilsteifigkeit erhöht, so dass eine Blechdicke des wellenförmig profilierten Blechmateriales gegenüber herkömmlichen Bauteilen verringert werden kann, wobei dies wiederum zu einer Erhöhung der Oberflächeneffektivität (wirksame Austauschoberfläche pro Volumeneinheit Gasstrom) führt. Überdies ist das solchermaßen hergestellte Blechmaterial in verbesserter Weise mechanisch vorspannbar, so daß bei einer Paketierung oder Wicklung des Blechmateriales zu einem Verbundkörper dieser ohne weitere Montagehilfsmittel, insbesondere ohne zusätzliche Lötarbeitsgänge und ohne zwischen die Blechmateriallagen eingefügte Deckbleche durch Einsetzen (Klemmbefestigung) in ein im wesentlichen geschlossenes Hohlprofil zur Bildung eines Katalysators verarbeitbar ist.

Da auf das Einlegen von Deckblechen zwischen den einzelnen Blechmateriallagen bei der Bildung der Verbundkörper aus derartigem Blechmaterial verzichtet werden kann, wird ebenfalls die aktive Oberfläche pro Volumeneinheit vergrößert, und es kann eine höhere Anzahl von Strömungskanälen pro Einheitsvolumen untergebracht werden. Damit kann auch eine größere katalytisch wirksame Oberfläche pro Volumeneinheit des Verbundkörpers vorgesehen und dadurch die Reinigungswirkung von Katalysatoren verbessert werden, deren Trägerkörper in dieser Weise gebildet ist.

Es ist vorteilhaft, wenn das mit den hinterschnittenen Formelementen versehene Blechmaterial zu einem Verbundkörper gewickelt oder paketiert wird. Zudem kann ein Querschnitt der Strömungskanäle durch eine insbesondere horizontal oder vertikal auf das gewellte Blechmaterial einwirkende Stauchkraft des Freiform-Stauchens bestimmt und/oder das gewellte Blechmaterial während eines insbesondere vertikalen Freiform- Rückstauchens mit zumindest einem Klemmstempel festgehalten werden. Außerdem kann das gewellte Blechmaterial zur Ausbildung hinterschnittener Formelemente einem rotatorischen Stauchen mittels profilierter Stauchwalzen unterzogen werden, wobei es hierbei vorteilhaft ist, wenn die Stauchwalzen unter einem Winkel zu einer Durchlaufrichtung des gewellten Blechmateriales geneigt angeordnete Profilierungen aufweisen.

Bevorzugterweise werden Formelemente an dem gewellten Blechmaterial in Verbindung mit der Ausbildungen der Wellungen und/oder der hinterschnittenen Formelemente zumindest im Bereich von Scheiteln der Wellungen angeordnet (insbesondere an diesem ausgebildet), wobei die Formelemente insbesondere zur form- und/oder kraftschlüssigen Abstützung benachbarter Wellungen nach einer Wicklung oder Paketierung des Blechmateriales zu einem Verbundkörper vorgesehen werden. Es ist weiterhin vorteilhaft, wenn ein Paketieren oder Wickeln des mit hinterschnittenen Formelementen versehenen, wellenförmig profilierten Blechmateriales zu einem Verbundkörper in mehreren Lagen unter Nutzung einer dem jeweiligen Profil immanenten Federelastizität des wellenförmig profilierten Blechmateriales erfolgt. Zudem ist es zu bevorzugen, wenn das wellenförmig profilierte Blechmaterial in einem kontinuierlichen Prozess hergestellt wird. Außerdem kann das mit den hinterschnittenen Formelementen versehene, wellenförmig profilierte Blechmaterial in einzelne Abschnitte getrennt und zur Bildung abfolgender Lagen paketiert wird. Weiterhin kann die Wellenstruktur gegenüber einer Senkrechten geneigt ausgebildet werden.

Die umformtechnisch (vorzugsweise durch vertikales, horizontales oder rotatorisches Stauchen) ausgebildete Hinterschneidungsstruktur, die zudem vorzugsweise gegen eine Laufrichtung des Blechmateriales im wesentlichen rechtwinklig geneigt ist, bewirkt, daß die Struktur beim Paketieren des Blechmateriales nicht ineinander fällt. Vielmehr bleiben auch ohne eine Einfügung von Zwischenlagen (Deckblechen) die Querschnitte der Strömungskanäle zwischen benachbarten Blechlagen vollständig erhalten.

Vorzugsweise erfolgt die umformtechnische Ausbildung der hinterschnittenen Formelemente, z.B. durch rotatorisch betriebene Stauchwalzen, in mehreren Schritten, und es kann eine gleichmäßig oder auch eine einseitig geschränkte Hinterschneidungsstruktur erzielt werden.

In vorrichtungstechnischer Hinsicht wird die vorgenannte Aufgabe durch eine Vorrichtung zur Herstellung eines profilierten Blechmateriales, insbesondere zur Durchführung des vorstehenden Verfahrens, gelöst, die eine Profilierungseinrichtung zur Bildung eines wellenförmig profilierten Blechmateriales sowie eine Freiform-Staucheinrichtung für das wellenförmig profilierte Blechmaterial zur Ausbildung von hinterschnittenen Formelementen an dem wellenförmig profilierten Blechmaterial, die im wesentlichen parallele Strömungskanäle begrenzen, umfaßt.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist zumindest ein Klemmstempel stromauf der Stauchanordnung angeordnet, der zum Festlegen des wellenförmig profilierten Blechmateriales während des Freiform-Stauchens vorgesehen ist. Insbesondere kann hierbei ein Paar Klemmstempel mit einander entgegengesetzt gerichteten und lateral versetzt angeordneten Klemmstempeln vorgesehen sein. Hierbei wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung unter „stromab" verstanden, daß der bzw. die Klemmstempel zwischen Profilierungseinrichtung und Freiform-Staucheinrichtung angeordnet ist bzw. sind.

Es ist vorteilhaft, wenn die Profilierungseinrichtung eine Walzenanordnung mit zumindest einem Walzenpaar aufweist. Es ist weiterhin vorteilhaft, wenn stromab der Profilierungseinrichtung ein Stauchwalzenpaar mit opponierend angeordneten, profilierten Stauchwalzen vorgesehen ist, deren Profilierungen vorzugsweise zu einer Durchlaufrichtung des wellenförmig profilierten Blechmateriales geneigt sind.

Bevorzugterweise weist die Freiform-Staucheinrichtung einen zur Durchlaufrichtung des wellenförmig profilierten Blechmateriales transversal bewegbaren Stauchschlitten zur insbesondere vertikalen Stauchung des Blechmaterials und eine stromauf angeordnete Aufnahmeeinheit für verdichtetes, mit hinterschnittenen Formelementen versehenes, wellenförmig profiliertes Blechmaterial auf. Hierbei kann die vertikale Stauchung des wellenförmig profilierten Blechmateriales eine Stauchung in Laufrichtung des Blechmateriales sein. Die Staucheinrichtung kann opponierend bewegbare insbesondere horizontale Stauchplatten aufweisen, zwischen denen das wellenförmig profilierte Blechmaterial zur Ausbildung der hinterschnittenen Formelemente angeordnet ist.

Bei der vorgenannten Vorrichtung schließt sich an eine (Vor-)Profilierungseinrichtung, vorzugsweise ein Walzenpaar, zur Bildung eines wellenförmig profilierten Blechmateriales aus einem ebenen Blechmaterial eine Staucheinrichtung an, mit der umformtechnisch (durch vorzugsweise vertikales, horizontales oder durch rotatorisches Freiform- Stauchen) der Wellenstruktur des wellenförmig profilierten Blechmateriales eine Struktur mit hinterschnittenen Formelementen ausgebildet wird, wodurch im wesentliche parallele Strömungskanäle erzeugt werden. Die (Vor-)Profilierungseinrichtung kann, ausgehend von einem ebenen Flachmaterial (Streifen, Platinen, Band), vorzugsweise aus einem Walzenpaar bestehen, durch das das flache Blechmaterial hindurchgeführt wird. Hierfür können jedoch auch Prägewalzen sowie Tiefzieh- oder Biegewerkzeuge zur Hersteilung eines insbesondere gleichmäßig wellenförmig profilierten Blechmateriales verwendet werden. Die Staucheinrichtung ist vorzugsweise eine Freiform-Rückstaucheinrichtung zur Erzeugung der hinterschnittenen Formelemente, wobei die Wahl einer Stauchkraft, insbesondere Rückstauchkraft, eine Geometrie des Profilquerschnittes der einzelnen von den hinterschnittenen Wellungen begrenzten Strömungskanäle bestimmt.

Vorzugsweise kann der Staucheinrichtung ein Klemm- oder Haltemittel, z.B. ein oder ein Paar von Klemmstempeln vorgeschaltet sein, um das Blechmaterial während des Stauchvorganges (z.B. in Durchlaufrichtung vertikal) festzuhalten.

Zwischen planparallelen Platten kann das Stauchen zur Ausbildung der Hinterschneidungen des Wellenprofiles auch horizontal oder mittels zu beiden Seiten des wellenförmig profilierten Blechmateriales angeordneter, rotatorisch gegensinnig angetriebener Stauchwalzen erfolgen, wobei deren Profilierung vorzugsweise gegen die Laufrichtung des Blechmateriales unter einem Winkel von 90° + 20° geneigt ist.

Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, ein wellenförmig profilierten Blechmaterial zu schaffen, das sowohl hinsichtlich der Fertigungskosten als auch hinsichtlich der insbesondere katalytischen Oberflächeneffizienz, zu einem entsprechenden Verbundkörper, vorzugsweise als Trägerkörper für katalytisches Material, gebildet werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein wellenförmig profiliertes Blechmaterial, insbesondere Katalysator-Trägermaterial, gelöst, welches im wesentlichen parallele, in abfolgender Anordnung durch hinterschnittene Formelemente begrenzte Strömungskanälen, die durch die hinterschnittenen Formelemente verengt oder im wesentlichen zu einem Hohlprofil geschlossen sind und welches Abstütz-Formelemente zumindest im Bereich von Scheiteln der Wellungen aufweist.

Dieses zeichnet sich durch eine abfolgende Anordnung von Wellprofilierungen aus, die jeweils Hinterschneidungen aufweisen, und zwar vorzugsweise gleichmäßig zur Bildung und Begrenzung der so definierten Fluid-Strömungskanäle (Gas- oder Flüssigkeits- Strömungskanäle).

Vorzugsweise kann die umformtechnische Ausbildung der Hinterschneidungen so erfolgen, dass die Strömungskanäle zwischen den einzelnen Wellungen des wellenförmig profilierten Blechmateriales im wesentlichen geschlossen sind, so dass bei dem Wickeln oder Paketieren derartiger Blechmaterialien benachbarte Lagen unmittelbar und ohne die Gefahr des Ineinanderrutschens gegeneinander abgestützt werden können.

Die Abstütz-Formelemente sind bevorzugterweise als in Laufrichtung des wellenförmig profilierten Blechmateriales verlaufende Rillen ausgebildet. Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Strömungskanäle im wesentlichen gleiche Querschnittsflächen aufweisen, wobei die Strömungskanäle außerdem durch gleichmäßig symmetrisch ausgebildete, hinterschnittene Formelemente begrenzt sind. Zudem können die Strömungskanäle durch einseitig beschränkte, asymmetrisch ausgebildete, hinterschnittene Formelemente begrenzt sein. Daneben können die Wellungen gegenüber einer Senkrechten geneigt sein.

Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, einen metallischen Verbundkörper und einen Katalysator anzugeben, der günstiger und in Großserienfertigung hergestellt werden kann, eine hohe Bauteilsteifigkeit bei Vergrößerung der Wirkoberfläche und eine hohe Formvariabilität aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen metallischer Verbundkörper, insbesondere Katalysator-Trägerkörper aus gewickeltem oder paketiertem Blechmaterial mit im wesentlichen parallelen Strömungskanälen bei dem die Strömungskanäle, gebildet durch das mehrlagig angeordnete Blechmaterial durch hinterschnittene Formelemente begrenzt sind.

Der metallische Verbundkörper, insbesondere Katalysator-Trägerkörpers, aus gewickeltem oder paketiertem Blechmaterial mit im wesentlichen parallelen Strömungskanälen zeichnet sich im übrigen vorteilhafterweise dadurch aus, dass benachbarte Blechmateriallagen direkt unter Einschluss der hinterschnittenen Formelemente gegeneinander abgestützt sind, ohne dass hierfür herkömmliche Deckbleche eingesetzt werden. Hierdurch wird der katalytische „Füllungsgrad" eines aus einem solchen wabenförmigen Verbundkörper bestehenden Trägerkörpers für einen Katalysator wesentlich verbessert.

Vorzugsweise sind im übrigen im Bereich der Scheitel der Wellungen und/oder von hinterschnittenen Formelementen des wellenförmig profilierten, gestauchten Blechmate- riales Abstützformelemente, insbesondere Querrillen oder Sicken vorgesehen, die neben einer kraftschlüssigen Paketbildung benachbarter Lagen des gewellten Blechmateriales bei der Bildung des Verbundkörpers für eine formschlüssige Abstützung benachbarter Blechmateriallagen gegeneinander sorgen, einhergehend mit einer Minimierung der Berührungsflächen beim Paketieren oder Wickeln des Blechmateriales zwischen benachbarten Lagen.

Der Verbundkörper kann in ein im wesentlichen geschlossenes Hohlprofil ohne zusätzliche Fügeprozesse wie Verlöten benachbarter Lagen unter Ausnutzung der elastischen Vorspannbarkeit der Wellprofilierungen der einzelnen Blechlagen montiert (eingespannt, eingeklemmt) werden, so dass Füge- und Montageprozesse erheblich vereinfacht werden.

Die benachbarten Blechmateriallagen können unter direkter Abstützung vermittels der hinterschnittenen Formelemente gegeneinander abgestützt sein. Zudem kann eine Abstützung benachbarter Blechmateriallagen kraft- und/oder formschlüssig vorgesehen sein. Außerdem kann der metallische Verbundkörper aus einem Wickel oder einem Stapel von Lagen aus wellenförmig profiliertem, gestauchtem Blechmaterial, die zwischenlagenfrei gegeneinander direkt abgestützt sind, gebildet sein. Daneben können miteinander in abstützenden Kontakt befindliche Scheitel und/oder hinterschnittene Formelemente benachbarter Blechmateriallagen Abstütz-Formelemente, insbesondere in Laufrichtung des Blechmateriales verlaufende Rillen, zur Lagefixierung benachbarter Blechmateriallagen und/oder Minimierung von Kontaktflächen zwischen benachbarten Blechmateriallagen aufweisen. Weiterhin kann der Verbundkörper in einem zumindest im wesentlichen geschlossenen Hohlprofil unter elastsicher Vorspannung aufgenommen sein.

Daneben wird diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch einen Katalysator aus einem katalytisch beschichteten Katalysator-Trägerkörper, bestehend aus dem vorstehend beschriebenen metallischen Verbundkörper.

Durch die vorliegende Erfindung wird es möglich, in einem kontinuierlichen und fertigungstechnisch sehr vorteilhaften Prozess sowohl das Grundmaterial für die Bildung eines Katalysator-Trägerkörpers wie auch einen solchen Trägerkörper als metallischen Verbundkörper zwischenlagenfrei und ohne das Erfordernis von Lötprozessen herzustellen und sehr dicht zu paketieren, so dass eine hohe Prozesseffizienz wie auch funktionale Vorteile durch den Wegfall von Deckschichten zwischen den einzelnen, die Strömungskanäle bildenden Lagen des Verbundkörpers erreicht werden und Katalysatoren mit einem auf diese Weise ausgebildeten Trägerkörper für die katalytische Beschichtung eine Keramikkatalysatoren vergleichbare wirksame Oberfläche und Oberflächenaktivität zur Verfügung stellen können.

Die Erfindung wird nachstehend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen näher beschrieben und erläutert. In diesen zeigen, jeweils in schematischer Darstellung:

Fig. 1A ein erster Verfahrensschritt eines Ausführungsbeispiels zur Herstellung eines wellenförmig profilierten mit Hinterschneidungen versehenen Blechmateriales, in welchem ein flaches Blechmateriales wellenförmig vorprofiliert wird,

Fig. 1 B-1 E mehrere Ausführungsbeispiele eines zweiten Verfahrensschrittes zur

Herstellung eines wellenförmig profilierten mit Hinterschneidungen versehenen Blechmateriales gem. Fig. 1A, in dem die Hinterschneidungen in dem wellenförmig vorprofilierten Blechmaterial ausgebildet werden,

Fig. 1 B die Ausbildung von Hinterschneidungen durch ein (vertikales) Freiform-

Stauchen parallel und entgegengesetzt einer Flussrichtung des Blechmaterials in Verbindung mit einer Klemmerfassung des wellenförmig vorprofilierten Blechmateriales,

Fig. 1C die Ausbildung von Hinterschneidungen durch ein (vertikales) Freiform-

Stauchen parallel und entgegengesetzt der Flussrichtung des Blechmaterials ohne stromauf-seitige Klemmerfassung des wellenförmig vorprofilierten Blechmateriales,

Fig. 1 D die Ausbildung von Hinterschneidungen durch ein (horizontales) Freiform-

Stauchen transversal der Flussrichtung des Blechmaterials, und Fig. 1 E die Ausbildung von Hinterschneidungen an einem wellenförmig vorprofilierten Blechmaterial durch rotatorisches Stauchen in Verbindung mit gegenüberliegend angeordneten Stauchwalzen, die gegensinnig angetrieben sind und zwischen sich das wellenförmig vorprofilierte Blechmaterial umformend mit den hinterschnittenen Formelementen versehen,

Fig. 2 einen Ausschnitt aus einem Verbundkörper basierend auf einem wellenförmig profilierten, mit Hinterschneidungen versehenen Blechmaterial mit sinusförmiger Wellung,

Fig. 3 einen Ausschnitt aus einem Verbundkörper basierend auf einem wellenförmig profilierten, mit Hinterschneidungen versehenen Blechmaterial mit rechteckförmiger Wellung,

Fig. 4 einen Querschnittsprofil eines mit gleichförmigen Hinterschneidungen versehenen wellenförmig profilierten Blechmateriales,

Fig. 5A-5C schematische Darstellungen von Umformphasen für ein sinuswellenförmig vorprofiliertes Blechmaterial zur Ausbildung von hinterschnittenen Formelementen in einseitig geschränkter Struktur, und

Fig. 6 ein mittels einer FEM Simulation erzeugtes Modell von Stauchrädern zum rotatorischen Profilieren des Hinterschnittes.

Fig. 1 zeigt schematisch sowohl Verfahrens- als auch vorrichtungstechnische Aspekte von Ausführungsbeispielen für die Herstellung eines wellenförmig profilierten Blechmateriales, das zur Bildung von Wabenkörpern bzw. Verbundkörpern paketiert oder gewickelt werden kann, z.B. Katalysator-Trägerkörpern, um nach katalytischer Beschichtung als Katalysatoren in Kraftfahrzeug-Abgassystemen zur Abgasreinigung Anwendung zu finden.

Die vorliegenden Ausführungsbeispiele sind allerdings nicht auf eine solche Anwendung beschränkt, vielmehr können in gleicherweise Wärmetauscherbleche oder die Strömungsstrukturen in Kondensatoren von Klimaanlagen, z.B. Kraftfahrzeugklimaanlagen, ausgebildet werden.

Von besonderem Vorteil ist hierbei, dass in einer lagenweisen Ausbildung einer Vielzahl, auch vollständig voneinander separierter Strömungskanäle mit erhöhter Austauschoberfläche hergestellt werden können, ohne dass es der Zwischenlage von Stützblechen, Decklagen, Zwischenschichten o. dgl. bedarf, da die Aktivelemente, d.h., die mit Hinterschneidungen versehenen, gewellten Blechmateriallagen eine hinreichende Eigensteifigkeit und direktes Abstützvermögen gegeneinander aufweisen, so dass die zur Verfügung stehende Wirkoberfläche solcher oberflächenaktiver Wellelemente gegenüber herkömmlichen Strukturen weitaus verbessert werden kann, bei vereinfachter Herstellung und der Vermeidung von stoffschlüssigen Fügeprozessen zur Lagefixierung der einzelnen Blechlagen bzw. Wellungen gegeneinander.

Fig. 1A zeigt ein Ausführungsbeispiel gemäß dem aus einem ebenen bzw. flachen Blechmaterial 1 ein, vorzugsweise gleichmäßig, wellenförmig vorprofiliertes Blechmaterial 3 als Ausgangsmaterial für die weitere umformtechnische Verarbeitung gemäß den (alternativ zu betrachteten) Fertigungsverfahren nach den Fig. 1 B-1 E hergestellt wird. Die Durchlaufrichtung des Blechmateriales ist durch einen Pfeil mit der Benennung „L" dargestellt.

In Fig. 1A ist als Profilierungseinrichtung ein Walzenpaar 2.1 , 2.2 vorgesehen, zwischen denen das flache Blechmaterial 1 hindurchgeführt wird und die diesem eine im vorliegenden Fall sinuswellenförmige Profilierung zu dem wellenförmig vorprofilierten Blechmaterial 3 verleihen.

Auf diese Weise ist das Wellenmaterial in einem kontinuierlichen Prozess besonders vorteilhaft herstellbar. Es könnte in ähnlicherweise aber auch ein wellenförmiges Profil als Rechteckprofil erzeugt werden, wie dies z.B. das Ausgangsmaterial für die weitere Verarbeitung in Fig. 3 bildet.

Während der wellenförmigen Vorprofilierung kann überdies zusätzlich, insbesondere in den Scheitelbereichen der Wellungen, das wellenförmig profilierten Blechmaterial 3 mit den in Durchlaufrichtung des Blechmateriales verlaufenden Rillen oder Sicken 21 (vgl. Fig. 5A) versehen sein, (z.B. in einer Breite von 0.05 mm), die bei der Paketierung oder Wicklung eines solchen wellenförmig profilierten und gestauchten Blechmateriales 7 zu einem Katalysator-Trägerkörper (Verbundkörper15,16) als zusätzlich formschlüssige Abstützelemente zwischen einzelnen Blechmateriallagen dienen. Gegebenenfalls können solche die weitere Montage und Wicklung bzw. Paketierung des wellenförmigen, profilierten Blechmateriales fördernde Formelemente auch in Verbindung mit der weiteren umformtechnisch, vorzugsweise durch Stauchen erfolgenden Ausbildung von hinterschnittenen Formelementen 12, 13 (d.h. in den Prozessstufen nach den Fig. 1 B- 1E) erfolgen.

In Abhängigkeit von den produktions- und einsatztechnischen Randbedingungen kann als ebenes Blechmaterial 1 sowohl Streifen- oder Bandmaterial wie auch Platinen verwendet werden, und die z.B. sinus- oder rechteckwellenförmige Ausbildung des wellenförmig vorprofilierten Blechmateriales 3 kann nicht nur, wie in Fig. 1A gezeigt, durch Walzen, sondern auch durch Prägevorgänge, Tiefziehen oder Biegen erfolgen.

Das in Fig. 1A dargestellte rotatorische (Vor-)Profilierverfahren orientiert sich vorzugsweise an handelsüblichen Zahnrädern mit Modul (insbesondere mit Modul 1) für die Festlegung der Größe der Wellung. Vergrößerte (Einzel-)Zellen sind über Modifizierungen der Zahnräder über einen entsprechend tiefergesetzten Zahngrund erreichbar. Zudem sind auch beliebige andere Geometrien denkbar. Randbedingung für das in Fig. 1A gezeigte rotatorische Vorprofilieren ist lediglich das Abwälzen der Zähne der Umformwalzen gegeneinander. Technisch machbar ist grundsätzlich jeder Modul, auch Modul <1. Erreichbare (Einzel-) Zellenzahlen (üblicherweise in Zellen/psi angegeben) richten sich hierbei nach dem vorprofilierten Modul.

In Fig. 1 B erfolgt in einer ersten Verfahrensvariante die Ausbildung der hinterschnittenen Formelemente bzw. Hinterschneidungen 12 in einem Rückstauchen, wobei das wellenförmig profilierte Blechmaterial 3 aus Fig. 1A in einem gegen die Laufrichtung L des Blechmateriales 3 bewegbaren Stauchschlitten 6 aufgenommen und vorzugsweise unter intermittierendem Festlegen durch eine stromauf angeordnete Klemmstempelanordnung 4.1 , 4.2 (die eine Klemmkraft A aufbringen) entgegen seiner Laufrichtung mittels einer Rückstauchkraft B in eine Aufnahmeanordnung 5 rückgestaucht wird, unter Ausbildung der hinterschnittenen Formelemente 12, wie dies in Fig. 1B dargestellt ist, wobei die Größe der Rückstauchkraft die „Packungsdichte", d.h. die Geometrie und den Querschnitt der zwischen den mit den hinterschnittenen Formelementen 12 versehenen Wellungen verbleibenden Strömungskanäle 19 bestimmt.

Das solchermaßen in der Aufnahmeanordnung 5 entstehende, umgeformte wellenförmig profilierte und mit Hinterschneidungen 12 versehene Blechmaterial 7 kann dann einer weiteren Verarbeitung (Wicklung, Paketierung) zu einem Verbundkörper 15, 16 (wie in den Fig. 2 oder 3 dargestellt) verarbeitet werden.

Fig. 1C verdeutlicht schematisch ein entsprechendes Rückstauchverfahren zur Ausbildung der hinterschnittenen Formelemente an dem wellenförmigen Blechmaterial 3 ohne spezielle Klemmstempel stromauf dieser Rückstauchanordnung. Als entsprechende Gegenhalterkraft kann auch die dem Blechmaterial insbesondere in Laufrichtung selbst anhaftende Formsteifigkeit bzw. die Einstellung der Reibungsverhältnisse innerhalb der Stauchschlittenanordnung 6 bzw. der Aufnahmeanordnung 5 gewählt werden.

Die in den Fig. 1 B und 1C schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele translatorischer Stauchwerkzeuge zur Erzeugung des Hinterschnitts mittels Freiform-Biegens können in realen Ausführungen ein schrittweises Einlaufen des Sinusbandes über Einlaufschräge zu ebenen Stauchflächen der Länge I aufweisen, wobei sich die erzeugte Struktur seitlich selbst abstützt.

In einer - hier nicht dargestellten - Modifikation dieses Verfahrens könnte dieser Rückstauchprozess in Laufrichtung des wellenförmig profilierten Blechmateriales 3 auch mit einem hierzu senkrecht gerichteten Vertikal- bzw. Horizontalstauchvorgang (vgl. z.B. Fig. 1 D) kombiniert werden, z.B. im Bereich der Aufnahmeanordnung 5, um zusätzlich die Prbfilhöhe des hinterschnittenen Wellprofiles zu ändern bzw. einzustellen und die Geometrie der Strömungskanäle weiter zu beeinflussen, insbesondere allseitig geschlossene Strömungskanäle 19 innerhalb des Blechmateriales zu realisieren. Eine solche Möglichkeit ist durch den in Fig. 1C gestrichelt angedeuteten Pfeil C dargestellt.

Bei Verwendung von Klemmstempeln gemäß der Verfahrensvariante nach Fig. 1 B ist die Eingriffsgeometrie der Stempel an die Wellprofilierung angepasst. Wenn z.B. Rechteck- wellen in dem Verfahren nach Fig. 1A erzeugt werden, haben auch die Eingriffsseiten der Klemmstempel eine entsprechend angepasste Geometrie.

Fig. 1 D verdeutlicht ein Verfahren zum Herstellen der Hinterschneidungen 12 durch Aufnahme des wellenförmig profilierten Blechmateriales zwischen Stauchplatten 6a, die vertikal zur Laufrichtung des Blechmateriales die Wellungen stauchen (ggf. auch zusätzliche Rillungen 21 als Formelemente zur Herstellung eines späteren Formschlusses bei der Paketierung aufeinanderfolgender Lagen einbringen) und zu einem einlagigen Blechmaterial 7 mit im wesentlichen geschlossenen Strömungskanälen 19 führen.

Die weitere schematische Ausführungsform nach Fig. 1E verdeutlicht das Herstellen von Hinterschneidungen 12 in einem umformtechnischen Prozess zwischen Stauchwalzen als rotatorisches Stauchen, wie es durch die gegeneinander versetzten Stauchwalzprofile 20 und die gegensinnigen Drehrichtungen andeutenden Pfeile D in Fig. 1E nur schematisch dargestellt ist.

Das in Fig. 1 E schematisch gezeigte Ausführungsbeispiel rotatorischer Werkzeuge kann in realen Ausführungen ein kontinuierliches Einlaufen in speziell profilierte Stauchräder mit Begrenzungs-'zähnen", die ein seitliches Öffnen der Struktur verhindern und dadurch die Bildung des Hinterschnittes ermöglichen, umfassen.

Ein mittels einer FEM Simulation erzeugtes Modell der Stauchräder zum rotatorischen Profilieren des Hinterschnittes ist in Fig. 6 dargestellt. Hierbei sind die Stauchwalzenprofile 20 und das vorprofilierte Blechmaterial 3 modelliert und dargestellt. Insbesondere in dieser Darstellung ist auch das Freiformbiegen des gewellten Bleches erkennbar, wobei das Blech nicht an durchgängig an der Wandung der Zähne der Stauchwalzen angelegt wird. Das Blech bildet also nicht wie beim Umformen in einem Gesenk die Form des Gesenkes ab, sondern es ergeben sich freie Biegungen in den Kantenbereichen der Gesenkform.

Um derartiges, wellenförmig profiliertes Blechmaterial 3 zu Verbundkörpem als Katalysator-Trägerkörper zu paketieren oder zu wickeln, dabei zugleich aber auf Deckbleche zwischen den einzelnen profilierten Blechmateriallagen zu verzichten und ein Ineinanderrutschen der einzelnen Lagen sicher zu verhindern, um die vorgesehene Strömungsquerschnitte der zwischen den Wellungen gebildeten Strömungskanäle zu garantieren, wird vorliegend das wellenförmig profilierte Blechmaterial 3 mit hinterschnittenen Formelementen, d.h. mit Hinterschneidungen 12 bzw. 13 (vgl. auch Fig. 2, 3) versehen. Die Hinterschneidungen werden vorzugsweise umformtechnisch durch Freiform-Stauchvorgänge ausgebildet, die neben einer Oberflächenvergrößerung zu Wellprofilen führen, die bei mehrlagiger Anordnung gegeneinander formstabil elastisch abstützbar sind, ohne Zwischenlage weiteren Materiales und sowohl zu einseitig offenen (Fig. 1B, 1C, 1 E) als auch zu praktisch geschlossenen Strömungskanälen 19 (vgl. Fig. 1D) gestaltet werden können. Es handelt hierbei um ein Freiformbiegen (Freiform- Stauchen) des hinterschnittenen Bereiches, wobei die eingesetzten Werkzeuge / Werkzeugelemente nur einer seitlichen Begrenzung zur Einhaltung bestimmter gewünschter Abmessungen der zu erreichenden Struktur dienen.

Ein Flächeninhalt eines Querschnittes der durch das Freiform-Stauchen entstehenden hinterschnittenen Einzelzellen (die die Strömungskanäle bilden) wird von einer Größe der (vorliegend: sinusförmigen), in Fig. 1A dargestellten Vorprofilierstufe bestimmt. Dabei bestimmt die Dimension des Vorprofil ierrades der Vorprofilierstufe die Größe der letztendlich erzeugten Einzelzellen (und damit der Strömungskanäle). Das der Vorprofilierstufe nachfolgende Stauchwerkzeug zur Durchführung des Freiform- Stauchens (als zweites Profilierwerkzeug) erzeugt einen Hinterschnitt aus der zunächst erzeugten Wellenform (vorliegend: der Sinusform) unter Beibehaltung dieser Querschnittsfläche.

Die Form der durch die Vorprofilierung erzeugten Profilwand (d.h. die erzeugte Wellenform) ist hier, gemäß dem in Fig. 1A gezeigten Ausführungsbeispiel, sinusartig. In der nachfolgenden Freiform-Stauchstufe wird der „Berg" des Sinus zu einem Hinterschnitt gedrückt (vergleiche die Fig. 1 B - 1 E). Dabei stützten sich aneinanderliegende Formen gegeneinander ab und verhindern so ein Aufklappen der ausgebildeten Struktur.

Wie in den Fig. 1 B bis 1 E gezeigt, kann der Profilquerschnitt tropfenförmig und/oder symmetrisch ausgebildet sein. Der Profilquerschnitt kann aber auch andersartig, insbesondere wie in Fig. 5C gezeigt, als Sägezahnprofil mit Rechts- bzw. Linksorientierung ausgebildet werden. Bei sämtlichen der einstellbaren Profilquerschnitten sind hierbei immer die entstehenden verrundeten Kantenverläufe als Resultat der freien Biegung (aufgrund des freien Stauchen) typisch, d.h. des Umformens ohne Gesenk.

Die Parameter der Zellenform und insbesondere die Orientierung der Struktur der Zellenform ist über die eingesetzten Umformwerkzeuge (Vorprofilierwerkzeug / Stauchwerkzeug) einstellbar. Dabei werden Flächeninhalt und Größe der (Einzel-)Zellen bzw. Strömungskanäle durch die Kontur des Vorprofilierwerkzeuges bestimmt. Eine Höhe der Zellen und eine Breite des Hinterschnittes werden durch einen Abstand der Stauchwerkzeugflächen eingestellt. Eine Recht- oder Linksorientierung der Struktur wird durch eine Durchlaufrichtung (F) festgelegt. Und eine Orientierung der Struktur ergibt sich durch eine Ausrichtung der Werkzeuge zueinander.

Auf diese Weise wird ein kontinuierlicher Durchlaufprozess möglich, d.h. die Ausbildung der wellenförmigen Profilierungen gemäß Fig. 1A und auch der Stauchprozess gem. den Fig. 1 B bis 1 E zur Ausbildung der Hinterschneidungen können in einem großserientauglichen kontinuierlichen Herstellungsvorgang ausgebildet werden.

Basierend auf einem sinuswellenförmig profilierten Blechmaterial 3 und z.B. einem Stauchvorgang zwischen planparallelen Stauchplatten gemäß Fig. 1 D wird solchermaßen mit hinterschnittenen Formelementen 12 versehenes, wellenförmig profiliertes Blechmaterial 7 zu einem wabenförmigen Verbundkörper 15 fortlaufend spiralig gewickelt oder (nach Schneiden) lagenförmig paketiert, wobei Fig. 2 nur einen Ausschnitt aus einem solchen Verbundkörper zeigt, der endgültig durch Einsetzen solchermaßen profilierter, hinterschnittener Blechmateriallagen 9.1, 9.2 in einem im wesentlichen geschlossenes rohrförmiges Hohlprofil gebildet wird, in dem die Lagen des rückgestauchten Blechmateriales 7 unter elastischer Vorspannung und zuverlässiger gegenseitiger Abstützung, ggf. unter Verwendung zusätzlicher Formrillen 21 (vgl. Fig. 5A), ohne das Erfordernis eines Lötvorganges oder des Einsetzen von Stützblechen zwischen den einzelnen Blechmaterial-Iagen des rückgestauchten Blechmateriales 7 in ein solches Hohlprofil zur Bildung eines Katalysators eingesetzt werden.

Bei entsprechend abgestimmter geometrischer Ausführung liegen die hinterschnittenen Strukturen formschlüssig übereinander ohne ineinander zu rutschen. Die Beaufschlagung mit einer Vorspannkraft beim Wickeln oder Paketieren fördert dann die Haltbarkeit gegen Verrutschen der Einzellagen in Durchströmrichtung zusätzlich zu den im Vorprofilierschritt vorzugsweise eingewalzten Längssicken.

In der Ausführungsform nach Fig. 2 sind die parallelen Strömungskanäle 19 praktisch vollständig geschlossen, und es steht eine hohe Wirkfläche für den Kontakt zwischen einem in den Strömungskanälen 19 z.B. strömenden Abgas und einer katalytischen Beschichtung (hier nicht dargestellt) eines solchermaßen gebildeten Katalysator- Trägerkörpers (Verbundkörper 15) zur Verfügung.

Fig. 3 verdeutlicht eine entsprechende Bildung eines Verbundkörpers 16 aus einem rechteckförmig profilierten, gewellten Blechmaterial 10, das nach einer entsprechenden Rückstauchung eine trapez- bzw. dreiecksförmige Querschnittsform seiner Strömungskanäle 19 bildet, wobei die einzelnen Lagen 11.1 , 11.2 des Blechmateriales ebenfalls unmittelbar gegeneinander abgestützt und vorzugsweise in einem hier nicht dargestellten Gehäuse zu einem rohrförmigen Trägerkörper für eine katalytische Beschichtung kraft- und/oder formschlüssig, insbesondere klemmbefestigt werden. Hierzu wird wiederum die federelastische Vorspannung des Profiles der rückgestauchten Blechmateriallagen 11.1 ; 11.2 mit den hinterschnittenen Formelementen 13 zur Herstellung eines kraft- und/oder formschlüssigen Verbundes innerhalb eines (hier nicht dargestellten) rohrförmigen Aufnahmekörpers herangezogen.

Durch Variation der Frequenz bei der Bildung der wellenförmigen Profilierungen bzw. durch Variation innerhalb der Stauchkraft und des Stauchprozesses zur Ausbildung der Hinterschneidungen 12, 13, lässt sich die Geometrie und damit auch der Strömungsquerschnitt der Strömungskanäle 17 in weitem Rahmen variieren, so dass auch Lagen unterschiedlicher Konfiguration (Amplitude) und/oder Periode gewickelt und innerhalb eines Verbundkörpers 15 bzw. 16 verwendet werden können. Auch müssen die Strömungsquerschnitte 19 innerhalb eines Verbundkörpers 15, 16 nicht alle gleich groß sein.

Die vorliegende Lösung gestattet es auch durch ihre hohe Formstabilität die Blechdicke der einzelnen Blechmateriallagen zu verringern und lässt aufgrund der fertigungstechnischen unkomplizierten Verfahrungsweise vielfältige Geometrien für die Herstellung von Katalysator-Trägerkörpem bzw. Verbundkörpern zu, und es kann die katalytisch wirksame Oberfläche gegenüber herkömmlichen Katalysator-Trägerkörpem vergrößert, insbesondere derjenigen von Keramikkatalysatoren angenähert werden. Zugleich führt die mechanische Vorspannbarkeit innerhalb eines rohrförmigen Aufnahmekörpers zu einem sehr festen Verbund ohne das Erfordernis einer Fixierung der Lagekorrelation der einzelnen Blechmateriallagen zueinander, insbesondere können aufwendige Lötprozesse vollständig entfallen.

Fig. 4 zeigt ein Beispiel eines gleichmäßig mit Hinterschneidungen 12 versehenen wellenförmig profilierten, gestauchten Blechmateriales 7, wie es vorzugsweise zum Wickeln oder Paketieren von Katalysator-Trägerkörpem verwendet werden kann.

Fig. 5 verdeutlicht, dass es nicht erforderlich ist, stets gleichmäßige Hinterschneidungen 12 auszubilden, sondern dass auch einseitig geschränkte Strukturen in Abhängigkeit vom verwendeten Umformprozess, z.B. durch rotatorisches Stauchen nach Fig. 1 E aus einem z.B. sinusförmig gewelltem Blechmaterial 3 oder durch Stauchen zwischen planparallelen Platten unter Einsatz einer Lateralkraftkomponente zu vorteilhaften Lösungen führt. Dieses ist in Fig. 5A verdeutlicht, wobei die Linien 21 Querrillen oder Sicken (z.B. im Bereich von 0,05 mm darstellen) bezeichnen, die später einen Formschluss zwischen benachbarten, paketierten bzw. gewickelten Blechmateriallagen (vgl. Fig. 2 und 3) erleichtern und zugleich dazu beitragen, die Berührungsfläche zwischen benachbarten paketierten oder gewickelten Blechlagen zu minimieren. Ein solches sinuswellenförmig profiliertes Blechmaterial wird vorzugsweise durch rotatorisches Stauchen oder durch Stauchen zwischen planparallelen Platten mit einer lateralen Vorzugsrichtung, ausgehend von einem sinuswellenförmigen Blechmaterial 3 nach den Fig. 5A und 5B zu einer einseitig geschränkten, hinterschnittenen Struktur gestaucht, unter gleichzeitiger Verringerung der Amplitude bzw. Profilhöhe des Blechmateriales 3.

Das vorliegende Verfahren gestattet die Herstellung von Ausgangsmaterialien und daraus hergestellten Katalysator-Trägerkörpern (Verbundkörper) bzw. Katalysatoren mit hoher Oberflächenaktivität, erhöhter Packungsdichte durch den Wegfall nicht aktiver Bereiche (Deckbleche) und unter Einsparung aufwendiger Fügeprozesse, da derartige Blechmateriallagen unter Nutzung der federelastischen Vorspannung des Wickels oder so gebildeten Lagenpaketes in einen rohrförmigen Gehäusekörper beliebigen Querschnittes eingesetzt werden können. Kontinuierliche Prozesse lassen sich auch im Hinblick auf den Stauchvorgang zur Ausbildung der hinterschnittenen Formelemente ausführen (vgl. Fig. 1 E), und es wird die zuverlässige Beibehaltung der Querschnittsflächen der Strömungskanäle während des Packungsvorganges zu dem Verbundkörper garantiert, da die Hinterschneidungen neben einer Vergrößerung der Strömungskanaloberfläche auch zu einer zuverlässigen Bereitstellung von Abstützfläche der einzelnen Blechmateriallagen gegeneinander führen.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung eines profilierten Blechmateriales, insbesondere eines Katalysator-Trägerkörpers, eines Wärmetauscherbleches oder eines anderen Blechmateriales mit einer oberflächenintensiven Wirkfläche, wobei aus einem flachen ^"Blechmaterial (1) ein wellenförmig profiliertes Blechmaterial (3) erzeugt und anschließend eine Wellenstruktur des gewellten Blechmateriales (3) durch Freiform- . Stauchen umformtechnisch mit hinterschnittenen Formelementen (12,13) unter Bildung von im wesentlichen parallelen Strömungskanälen (19) versehen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das mit den hinterschnittenen Formelementen (12,13) versehene Blechmaterial (3) zu einem Verbund- körper (15, 16) gewickelt oder paketiert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Querschnitt der Strömungskanäle (14) durch eine insbesondere horizontal oder vertikal auf das gewellte Blechmaterial (3) einwirkende Stauchkraft des Freiform-Stauchens bestimmt wird.

4. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das gewellte Blechmaterial (3) während eines insbesondere vertikalen Freiform-Rückstauchens mit zumindest einem Klemmstempel (4.1 , 4.2) festgehalten wird.

5. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das gewellte Blechmaterial (3) zur Ausbildung hinterschnitte_¬ ner Formelemente (12,13) einem rotatorischen Stauchen mittels profilierter Stauchwalzen unterzogen wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Stauchwalzen unter einem Winkel zu einer Durchlaufrichtung des gewellten Blechmateriales (3) geneigt angeordnete Profilierungen aufweisen.

7. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch an dem gewellten Blechmaterial (3) in Verbindung mit der Ausbildungen von Wellungen und/oder der hinterschnittenen Formelemente (12,13) zumindest im Bereich von Scheiteln der Wellungen angeordnete, insbesondere an diesem ausgebildete, Formelemente (21), wobei die Formelemente (21) insbesondere zur Förderung einer form- und/oder kraftschlüssigen Abstützung benachbarter Wellungen nach einer Wicklung oder Paketierung des Blechmateriales (3) zu einem Verbundkörper (15,16) vorgesehen werden.

8. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Paketieren oder Wickeln des mit hinterschnittenen Formelementen (12,13) versehenen, wellenförmig profilierten Blechmateriales (7) zu einem Verbundkörper in mehreren Lagen (9.1 , 9.2; 11.1 , 11.2) unter Nutzung einer dem jeweiligen Profil immanenten Federelastizität des wellenförmig profilierten Blechmateriales (3) erfolgt.

9. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das wellenförmig profilierte Blechmaterial (3) in einem kontinuierlichen Prozess hergestellt wird.

10. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das mit den hinterschnittenen Formelementen (12,13) versehene, wellenförmig profilierte Blechmaterial (7) in einzelne Abschnitte getrennt und zur Bildung abfolgender Lagen (9.1 , 9.2; 11.1 , 11.2) paketiert wird.

11. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenstruktur gegenüber einer Senkrechten geneigt ausgebildet wird.

12. Vorrichtung zur Herstellung eines profilierten Blechmateriales, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 , gekennzeichnet durch eine Profilierungseinrichtung (2.1 , 2.2) zur Bildung eines wellenförmig profilierten Blechmateriales (3) sowie eine Freiform-Staucheinrichtung (6) für das wellenförmig profilierte Blechmaterial (3) zur Ausbildung von hinterschnittenen Formelementen (12,13) an dem wellenförmig profilierten Blechmaterial (3), die im wesentlichen parallele Strömungskanäle (19) begrenzen.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch zumindest einen stromauf der Stauchanordnung (6) angeordneten Klemmstempel (4.1 , 4.2) zum Festlegen des wellenförmig profilierten Blechmateriales (3) während des Freiform-Stauchens.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch ein Paar Klemmstempel (4.1, 4.2) mit einander entgegengesetzt gerichteten und lateral versetzt angeordneten Klemmstempeln (4.1 , 4.2).

15. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Profilierungseinrichtung eine Walzenanordnung mit zumindest einem Walzenpaar (2.1 , 2.2) aufweist.

16. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Freiform-Staucheinrichtung (6) einen in Durchlaufrichtung des wellenförmig profilierten Blechmateriales (3) transversal bewegbaren Stauchschlitten (6) zur insbesondere vertikalen Stauchung des Blechmaterials (3) und eine stromauf angeordnete Aufnahmeeinheit (5) für verdichtetes, mit hinterschnittenen Formelementen (12,13) versehenes, wellenförmig profiliertes Blechmaterial (7) aufweist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die insbesondere vertikale Stauchung des wellenförmig profilierten Blechmateriales eine Stauchung in Laufrichtung des Blechmateriales (3) ist.

18. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 12 bis 14, gekennzeichnet durch opponierend bewegbare horizontale Stauchplatten (6a), zwischen denen das wellenförmig profilierte Blechmaterial zur Ausbildung der hinterschnittenen Formelementen (12,13) angeordnet ist.

19. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass stromab der Profilierungseinrichtung (2.1, 2.2) ein Stauchwalzenpaar mit opponierend angeordneten, profilierten Stauchwalzen vorgesehen ist, deren Profilierungen (20) vorzugsweise zur Durchlaufrichtung des wellenförmig profilierten Blechmateriales (3) geneigt sind.

20. Wellenförmig profiliertes Blechmaterial, insbesondere Katalysator-Trägermaterial, mit im wesentlichen parallelen, in abfolgender Anordnung durch hinterschnittene Formelemente (12,13) begrenzten Strömungskanälen (19), die durch die hinterschnittenen Formelemente verengt oder im wesentlichen zu einem Hohlprofil geschlossen sind und mit Abstütz-Formelementen (21) zumindest im Bereich von Scheiteln der Wellungen.

21. Wellenförmig profiliertes Blechmaterial Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstütz-Formelemente in Laufrichtung des wellenförmig profilierten Blechmateriales (3) verlaufende Rillen (21) ausgebildet sind.

22. Wellenförmig profiliertes Blechmaterial nach Anspruch 20 oder 21 , dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungskanäle (14) im wesentlichen gleiche Querschnittsflächen aufweisen.

23. Wellenförmig profiliertes Blechmaterial nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 20 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungskanäle (19) durch gleichmäßig symmetrisch ausgebildete, hinterschnittene Formelemente (12,13) begrenzt sind.

24. Wellenförmig profiliertes Blechmaterial nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 20 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungskanäle (19) durch einseitig beschränkte, asymmetrisch ausgebildete, hinterschnittene Formele- mente (12,13) begrenzt sind

25. Wellenförmig profiliertes Blechmaterial nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 20 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellungen gegenüber einer Senkrechten geneigt sind.

26. Metallischer Verbundkörper, insbesondere Katalysator-Trägerkörper aus gewickeltem oder paketiertem Blechmaterial mit im wesentlichen parallelen Strömungskanälen, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungskanäle (19), gebildet durch das mehrlagig angeordnete Blechmaterial (7) durch hinterschnittene Formelemente (12,13) begrenzt sind.

27. Metallischer Verbundkörper nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass benachbarte Blechmateriallagen (9.1 , 9.2; 11.1 , 11.2) unter direkter Abstützung vermittels der hinterschnittenen Formelemente (12,13) gegeneinander abgestützt sind.

28. Metallischer Verbundkörper nach Anspruch 26 oder 27, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abstützung benachbarter Blechmateriallagen kraft- und/oder formschlüssig vorgesehen ist.

29. Metallischer Verbundkörper nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 26 bis 28, gekennzeichnet durch einen Wickel oder einen Stapel von Lagen (9.1 , 9.2; 11.1 , 11.2) aus wellenförmig profiliertem, gestauchtem Blechmaterial (7), die zwischenlagenfrei gegeneinander direkt abgestützt sind.

30. Metallischer Verbundkörper nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 26 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass miteinander in abstützenden Kontakt befindliche Scheitel und/oder hinterschnittene Formelemente (21 ,22) benachbarter Blechmateriallagen Abstütz-Formelemente, insbesondere in Laufrichtung des Blechmateriales verlaufende Rillen (21), zur Lagefixierung benachbarter Blechmateriallagen und/oder Minimierung von Kontaktflächen zwischen benachbarten Blechmateriallagen aufweisen.

31. Metallischer Verbundkörper nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 26 bis 30 gekennzeichnet durch eine Aufnahme des Verbundkörpers (15,16) in einem zumindest im wesentlichen geschlossenen Hohlprofil unter elastsicher Vorspannung.

32. Katalysator aus einem katalytisch beschichteten Katalysator-Trägerkörper, bestehend aus einem metallischen Verbundkörper (15,16) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 26 bis 31.