Beschreibung
Verfahren zur Herstellung eines Wabenkörpers Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Wabenkörpers für einen Katalysator oder Reformator zur Behandlung von Gasen, zum Beispiel von Abgasen eines Verbren- nungsmotors oder in Zu- und Abluftanlagen der Industrie, wobei der Wabenkörper eine Mehrzahl von Strömungskanälen aufweist, die von einer Einströmseite hin zu einer Ausströmseite durchströmbar sind, wobei der Wabenkörper aus einer Mehrzahl von aufeinan- derliegenden Metalllagen gebildet ist.
Stand der Technik
Katalysatoren, die beispielsweise zur Behandlung von Abgasen eines Verbrennungsmotors eingesetzt werden, werden anwen- dungsspezifisch in einer Vielzahl unterschiedlicher Formen hergestellt. Die gebräuchlichsten Bauformen sind hierbei durch Katalysatoren mit runden oder ovalen Querschnitten gebildet. Die Wabenkörper im Inneren dieser Katalysatoren werden beispielsweise durch das Aufwickeln eines zuvor erzeugten La- genstapels erzeugt, wobei der Lagenstapel beispielsweise ab¬ wechselnd gewellte und glatte Lagen aufweist, zwischen welchen Strömungskanäle ausgebildet werden.
Darüber hinaus sind im Stand der Technik auch Katalysatoren bekannt, die einen eckigen Aufbau aufweisen. Hierzu zählen insbesondere Katalysatoren mit einem quadratischen, trapezförmigen oder mehreckigem Querschnitt. Unter mehreckigem Querschnitte sind beispielsweise Sechsecke oder Achtecke zu verstehen. Die Wabenkörper im Inneren diese Katalysatoren werden oftmals ebenfalls durch aufgewickelte Lagenstapel gebildet oder durch geschnittene aufeinandergestapelte Lagen.
Nachteilig an den Vorrichtungen im Stand der Technik ist insbesondere, dass durch Aufwickeln erzeugte Wabenkörper nur sehr unzureichend an eine eckige Form des den Wabenkörper aufnehmenden Gehäuses angepasst werden können. Es entstehen insbesondere in den Eckbereichen Stellen, die nicht von dem Wabenkörper ausgefüllt werden können. Auch ist die Anlage der den Wabenkörper bildenden metallischen Lagen an das Mantelrohr beziehungsweise das Gehäuse nicht optimal, was insbesondere hinsichtlich des späteren Verlötens nachteilig ist. Dadurch wird weiterhin die Dauerhaltbarkeit der erzeugten Wabenkörper negativ beeinträchtigt. Gleiches gilt für Wabenkörper, die aus ge¬ schnittenen und aufeinandergestapelten Lagen erzeugt sind.
Darstellung der Erfindung, Aufgabe, Lösung, Vorteile
Daher ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zu schaffen, welches es erlaubt eckige Katalysatoren zu erzeugen, die einen optimal an den Querschnitt des Mantelrohrs bezie- hungsweise des Gehäuses angepassten Wabenkörper aufweisen.
Die Aufgabe hinsichtlich des Verfahrens wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Verfahren für die Her¬ stellung eines Katalysators für die Behandlung von Abgasen eines Verbrennungsmotors näher beschrieben. Wie schon anfangs erwähnt, können nach dem Verfahren hergestellte Wabenkörper auch für die Behandlung von Gasen in Industrieanlagen verwendet werden. Die Wabenkörper können als Katalysatoren oder als Reformatoren eingesetzt werden. Die Fokussierung bei der Beschreibung auf Katalysatoren zur Behandlung von Abgasen eines Verbrennungsmotors hat keinen beschränkenden Charakter. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Wabenkörpers für einen Katalysator zur Behandlung von Abgasen, wobei der Wabenkörper eine Mehrzahl von
Strömungskanälen aufweist, die von einer Einströmseite hin zu einer Ausströmseite durchströmbar sind, wobei der Wabenkörper aus einer Mehrzahl von aufeinanderliegenden Metalllagen gebildet ist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
■ Ausbilden von gewellten Abschnitten in einem Metallband, wobei die gewellten Abschnitte direkt aufeinanderfolgen oder durch glatte Abschnitte voneinander beabstandet sind,
■ Erzeugen einer Vorbiegung des Metallbandes an dem
Endbereich eines jeweiligen Abschnittes,
■ Aufeinanderfalten der einzelnen Abschnitte des Metallbandes zur Erzeugung eines Lagenstapels, wobei die einzelnen Abschnitte abwechselnd gegenläufig aufei- nandergefaltet werden,
■ Einsetzen des Lagenstapels in ein Gehäuse, und
■ Stoffschlüssige oder mechanische Verbindung des La¬ genstapels mit dem Gehäuse an Kontaktbereichen zwischen dem Lagenstapel und dem Gehäuse.
Ein durch das Verfahren hergestellte Wabenkörper ist besonders vorteilhaft, da die einzelnen Lagen des Lagenstapels nicht aus einer Mehrzahl einzelner Elemente gebildet sind, sondern aus einem einzigen Metallband, dass durch das Aufeinanderfalten von einzelnen Abschnitten des Metallbandes den Lagenstapel aus¬ bildet. Der Wabenkörper ist somit leichter herstellbar und weist eine höhere Festigkeit auf, da alle Lagen zumindest jeweils eine unlösbare Verbindung zu den jeweils benachbarten Lagen aufweisen .
Das Verfahren wird besonders vorteilhaft durch eine Produk¬ tionsmaschine ausgeführt, die neben der notwendigen Einformung der Wellung auch eine Vorbiegung des Metallbandes vornimmt. Die Vorbiegung ist notwendig, um das zielgerichtete Aufeinander- falten der einzelnen Abschnitte zu vereinfachen. Hierfür können einzelne Abschnitte durch ein Verbiegen gezielt in einen Anstellwinkel zur Hauptvorschubrichtung des Metallbandes gebracht
werden, wodurch das Aufeinanderfalten erleichtert wird. Bevorzugt wird immer abwechselnd ein Abschnitt nach rechts aus der Hauptvorschubrichtung ausgelenkt und dann ein Abschnitt links aus der Hauptvorschubrichtung ausgelenkt.
Durch das anschließende Aufeinanderfalten der Abschnitte zu einem Wabenkörper, der schließlich aus ziehharmonikaartig aufeinandergefalteten Abschnitten besteht, wird ein Wabenkörper erzeugt. Zwischen den aneinander angrenzenden Lagen werden die Strömungskanäle ausgebildet, die von einem Abgas durchströmt werden können.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Lagenstapel in einer Haltevorrichtung durch das Einfalten der Abschnitte in die Haltevorrichtung hinein erzeugt wird.
Eine Haltevorrichtung kann beispielsweise ein Gehäuse sein, das eine Öffnung aufweist, durch welche die Abschnitte des Me¬ tallbandes aufeinandergefaltet und in das Gehäuse eingeführt werden können. Bevorzugt weist das Gehäuse beziehungsweise die Haltevorrichtung ein Innenvolumen auf, das dem zu erzeugenden Wabenkörper in etwa entspricht, so dass der in die Haltevorrichtung hineingefaltete Wabenkörper das Innenvolumen der Haltevorrichtung vollständig ausfüllt. Zur Erzeugung von quaderförmigen Wabenkörpern weist die Haltvorrichtung bevorzugt eine ebenfalls quaderförmige Form auf, die einseitig eine Öffnung aufweist, durch welche die Abschnitte des Metallbandes geführt werden können. Die Haltevorrichtung ist insbesondere vorteilhaft, da durch die räumliche Begrenzung des Raumes, in welchen die Abschnitte des Metallbandes hineingefaltet werden, ein Verrutschen der einzelnen Lagen relativ zueinander verhindert wird. Auch ist es vorteilhaft, wenn die Abschnitte durch Hebelelemente, die drehbar gelagert an sich gegenüberliegenden Seiten der
Haltvorrichtung angeordnet sind, in die Haltevorrichtung hinein eingefaltet werden.
Die Hebelelemente werden dazu genutzt die vorgebogenen Ab- schnitte des Metallbandes weiter umzubiegen und schließlich vollständig aufeinander zu falten, so dass ein Lagenstapel von parallel zueinander liegenden Metalllagen erzeugt wird. Die Hebelelemente könne dabei vorteilhafterweise wie Klappen ausgebildet sein, die die Öffnung der Haltevorrichtung, durch welche das Metallband geführt ist, verschließen können. Die Hebelelemente werden bevorzugt getaktet in Abhängigkeit der Vorschubgeschwindigkeit des Metallbandes betätigt, so dass immer ein Abschnitt des Metallbandes umgebogen wird, der exakt so lang ist, wie für die Ausbildung der jeweiligen Lage benötigt.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann das Metallband Ausformungen aufweisen, in welche die Hebelelemente gezielt eingreifen können, um ein sicheres Führen und Falten der Abschnitte des Metallbandes zu gewährleisten.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass die Hebelelemente nachdem die jeweils nächste Lage durch das Einfalten des jeweils folgenden Abschnittes des Metallbandes erzeugt ist, seitlich aus dem Lagenstapel gezogen werden.
Die Hebelelemente dienen einerseits dazu die Abschnitte des Metallbandes einzufalten. Andererseits dienen die Hebelelemente auch dazu die bereits eingefalteten Abschnitte des Metallbandes aneinander zu fixieren, damit die Faltung sich nicht wieder löst. Das jeweilige Hebelelement verbleibt somit so lange in dem aufgefalteten Lagenstapel, bis die jeweils nächste Lage ein¬ gefaltet wurde und das zweite Hebelelement den Lagenstapel fixiert . Das jeweils erste Hebelelement wird dann aus dem Lagenstapel seitlich herausgezogen. Anschließend wird es wieder in seine Ausgangsposition positioniert, damit nachfolgend der nächste
Abschnitt auf den Lagenstapel gefaltet werden kann. Dieser Vorgang wiederholt sich bis der Lagenstapel ausreichend groß ist .
Auch ist es zu bevorzugen, wenn durch die Hebelelemente eine Bewegung entlang der Hauptvorschubrichtung des Metallbandes erzeugt wird, wodurch der erzeugte Lagenstapel in die Halte¬ vorrichtung hinein gefördert wird.
Die Hebelelemente können neben dem eigentlichen Faltvorgang auch für den Vorschub der aufgefalteten Abschnitte in die Halt¬ vorrichtung hinein sorgen. Hierzu können die Hebelelemente zusätzlich zur drehbaren Lagerung auch entlang der Hauptvorschubrichtung des Metallbandes und/oder quer zu dieser verschiebbar sein.
Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn die Abschnitte gegen eine in der Haltevorrichtung angeordnete Platte gefaltet werden, wobei auf die Platte eine der Hauptvorschubrichtung des Me¬ tallbandes entgegengesetzte Vorspannkraft wirkt.
Die Platte kann dabei vorteilhaft als Widerlager dienen, gegen welches die Abschnitte des Metallbandes gefaltet werden. Die Platte kann zur Erzeugung der Vorspannkraft beispielsweise mit einer Federkraft beaufschlagt sein, die entgegen der Haupt- Vorschubrichtung des Metallbandes wirkt. Dies bedingt, dass die Platte, die innerhalb der Haltevorrichtung beweglich gelagert ist, zu Beginn des jeweiligen Faltvorgangs in dem Bereich der Haltevorrichtung positioniert ist der die Öffnung aufweist. Mit zunehmender Anzahl der aufeinandergefalteten Abschnitte wird die Platte von dem entstehenden Lagenstapel von der Öffnung weggedrückt, wobei sie eine der Bewegung entgegengesetzte Kraft auf den Lagenstapel ausübt, wodurch die einzelnen Lagen fest aneinander anliegen. Nachdem der Wabenkörper dann in der Haltvorrichtung erzeugt worden ist kann die Platte auch dazu genutzt werden die auf- einandergefalteten Lagen aus der Haltvorrichtung herauszu-
drücken, um den Wabenkörper beispielsweise in sein Gehäuse einzuschieben .
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Hebelelemente entlang der Hauptvorschubrichtung des Metallbandes und/oder quer zu dieser verschiebbar sind. Durch das Verschieben entlang der Hauptvorschubrichtung kann das Nachschieben der gefalteten Abschnitte in die Haltevorrichtung erreicht werden, was den Prozess vereinfacht und sicherer macht. Durch die Verschiebung der Hebelelemente quer zur Hauptvorschubrichtung können die Hebelelemente nach dem jeweiligen Faltvorgang wieder aus dem Lagenstapel herausgezogen werden, ohne dabei den Lagenstapel zu beschädigen oder ihn anderweitig negativ zu beeinflussen. Besonders vorteilhaft sind die Faltbewegung der Hebelelemente und die Verschiebung quer zur Hauptvorschubrichtung mit dem Vorschub des Metallbandes abgestimmt, so dass der Prozess möglichst schnell und automatisiert stattfinden kann, um die Ausbringungsrate möglichst groß zu halten. Auch ist es zweckmäßig, wenn das zu verarbeitende Metallband ein endloses Metallband ist oder zumindest derart lang ist, dass zumindest ein kompletter Wabenkörper einteilig ausgebildet werden kann. Dies ist vorteilhaft, um jeweils einen Wabenkörper zu erhalten, der ohne Stoß- oder Verbindungsstelle ausgebildet ist. Dies erhöht die Stabilität des Wabenkörpers und somit auch die Langzeitfestigkeit.
Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn das Metallband in direkt aufeinanderfolgenden Schritten zuerst zumindest abschnittsweise gewellt wird, dann vorgebogen und/oder abgelängt wird und schließlich zu einem Lagenstapel um die vorgebogene Stelle aufeinandergefaltet wird. Dies ist vorteilhaft, um den Prozess so kompakt wie möglich zu halten und eine möglichst weit au¬ tomatisierte Fertigung sicherzustellen.
Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn die Wellungen in das Metallband durch profilierte Walzen eingerollt werden, oder durch in das Metallband einfahrbare Stempel erzeugt werden. Auch ist es zu bevorzugen, wenn die Abschnitte des Metallbandes quer zur Hauptvorschubrichtung des Metallbandes gegenläufig ziehharmonikaartig aufeinandergefaltet werden. Auf diese Weise kann man besonders einen kompakten Wabenkörper erzielen, der einzig durch das Aufeinanderfalten der einzelnen Abschnitte erzeugt wird. Eine weitere mechanische Weiterverarbeitung, wie sie bei klassischen aufgewickelten Wabenkörpern notwendig ist, kann hierbei entfallen.
Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn die Haltevorrichtung drehbar gelagert ist und die Abschnitte des Metallbandes durch Verdrehen der Haltevorrichtung quer zur Hauptvorschubrichtung des Metallbandes ziehharmonikaartig aufeinandergefaltet werden.
Durch eine drehbare Haltevorrichtung kann auf die Hebelelemente zum Falten verzichtet werden . Das Metallband, welches ebenso eine Vorbiegung am Ende der einzelnen Abschnitte aufweist, kann durch das Drehen der Haltvorrichtung derart gefaltet werden, dass sich die einzelnen Abschnitte aufeinanderlegen und ein Lagenstapel erzeugt wird.
Die Haltvorrichtung ist vorzugsweise um eine um 90 Grad zur Hauptvorschubrichtung gedrehte Achse drehbar gelagert. Durch das Verdrehen der Haltevorrichtung um ungefähr 90 Grad im oder gegen den Uhrzeigersinn kann das Metallband einmal gebogen und gefaltet werden, wodurch es sich an der Platte im Inneren der Haltevorrichtung anlegt. Das Metallband kann hierzu auch temporär an zumindest einer Stelle mit der Haltvorrichtung verbunden werden, um sicherzustellen, dass die erste Lage des Lagenstapels nicht verrutscht .
Für den nächsten Faltvorgang kann die Haltevorrichtung um 180 Grad entgegen der ersten Drehrichtung verdreht werden, wodurch
das Metallband gegenläufig gefaltet wird und sich der nächste Abschnitt auf die bereits gefaltete Lage legt. Dieser Vorgang kann beliebig oft wiederholt werden, bis der somit entstehende Lagenstapel eine ausreichende Anzahl an Lagen aufweist.
Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn durch ein wechselseitiges Verdrehen der Haltevorrichtung die Abschnitte des Metallbandes ziehharmonikaartig aufeinandergefaltet werden. Auch ist es vorteilhaft, wenn die jeweils zuletzt durch einen aufgefalteten Abschnitt gebildete Lage auf der von der Halt¬ vorrichtung abgewandten Seite durch eine Halteplatte zumindest temporär fixiert wird. Eine Halteplatte ist vorteilhaft, um zu verhindern, dass sich die bereits zum Lagenstapel gefalteten Abschnitte während der Drehbewegung wieder lösen oder sich relativ zueinander bewegen.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Halteplatte jeweils aus dem Lagenstapel entfernt wird, wenn die Haltevorrichtung erneut verdreht wurde und somit eine weitere Lage durch einen ge¬ gensinnig neu aufgefalteten Abschnitt erzeugt wurde und diese neu aufgefaltete Lage durch eine zweite Halteplatte zumindest temporär fixiert wurde. Durch das Entfernen der Halteplatte wird sichergestellt, dass in dem fertigen Lagenstapel lediglich die aus dem Metallband erzeugten Lagen enthalten sind.
Auch ist es zu bevorzugen, wenn die Abschnitte des Metallbandes durch die Vorschubbewegung des Metallbandes in eine Halte- Vorrichtung aufgefaltet werden bis eine vorgebbare Anzahl von Abschnitten in der Haltevorrichtung aufeinandergefaltet sind, wobei der so gebildete Lagenstapel durch ein entlang der Hauptvorschubrichtung bewegtes Komprimierelement komprimiert wird .
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn in den Faltbereich, der durch das Aufeinanderfalten zwischen zwei zueinander direkt be-
nachbarten Abschnitten erzeugt wird, ein Formelement eingelegt wird, das den Faltbereich während der Komprimierung des Lagenstapels eine durch das Formelement vorgebbare Form geben. Darüber hinaus ist es zweckmäßig, wenn in den durch das Auf¬ einanderfalten entstehenden Faltbereich zwischen zueinander direkt benachbarten Abschnitten Führungselemente eingeführt werden, die entlang der Hauptvorschubrichtung beweglich sind und zur Führung der einzelnen aufeinandergefalteten Abschnitte in der Haltevorrichtung dienen.
Außerdem ist es vorteilhaft, wenn der jeweils erste und der jeweils letzte Abschnitt des Metallbandes glatt ausgeführt ist und jeweils einen Bereich aufweist, der eine Erstreckung wie die anderen Abschnitte aufweist und jeweils einen Zusatzbereich, der eine zusätzliche Erstreckung über die Länge der übrigen Ab¬ schnitte hinaus aufweist, wobei diese Zusatzbereiche derart in die Haltevorrichtung eingefaltet werden, dass die Zusatzbereiche entlang der Hauptvorschubrichtung an den Innenflächen der Haltvorrichtung anliegen und den erzeugten Lagenstapel zumindest teilweise von der Haltevorrichtung beabstanden.
Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen und in der nachfolgenden Figurenbeschreibung beschrieben.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen detailliert erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 eine Ansicht mehrere möglicher Querschnitte für den zu erzeugenden Wabenkörper und die verwendbaren Gehäuse,
Fig. 2 eine Übersicht über mehrere Prozessschritte eines
Prozesses zur Herstellung eines Wabenkörpers, wobei
der Lagenstapel durch wechselseitiges ziehharmoni¬ kaartiges Falten der Abschnitte eines Metallbandes gebildet ist, eine Übersicht über mehrere Prozessschritte eines alternativen Prozesses zur Erzeugung eines Wabenkörpers, wobei das Aufeinanderfalten der einzelnen Lagen durch das Verdrehen der Haltervorrichtung relativ zur Hauptvorschubrichtung des Metallbandes erzeugt wird, zeigt eine Übersicht mehrerer Prozessschritte zur Erzeugung eines in ein Gehäuse eingesetzten Lagenstapels, wobei der lose in die Haltevorrichtung eingefaltete Lagenstapel durch ein Komprimierelement komprimiert wird, zeigt eine Übersicht mehrerer Prozessschritte zur Erzeugung eines in ein Gehäuse eingesetzten Lagenstapels, wobei in die Faltbereiche Formelemente und/oder Führungselemente eingesetzt werden, und zeigt eine Übersicht über weitere Prozessschritte zur Erzeugung eine Wabenkörpers, wobei jeweils der erste und der letzte in die Haltevorrichtung eingefaltete Abschnitt eine längere Erstreckung aufweisen als die übrigen Abschnitte.
Bevorzugte Ausführung der Erfindung
Die Figur 1 zeigt eine Mehrzahl von in Gehäusen eingefassten Wabenkörpern, wie sie vorteilhaft mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden können. Es sind insbesondere Wabenkörper mit einem eckigen Querschnitt gezeigt, da diese durch das Auffalten der Lagen aus Abschnitten eines endlosen Metallbandes besonders leicht herstellbar sind. Neben quadra¬ tischen und rechteckigen Querschnitten sind auch trapezförmige,
1-förmige oder anderweitig abgewinkelte Querschnitte her¬ stellbar. Die Ecken der Querschnitte können auch abgerundet ausgeführt sein, was besonders vorteilhaft durch eine ent¬ sprechende Faltung der einzelnen Abschnitte erreicht werden kann .
Darüber hinaus sind Querschnitte durch unterschiedliche Gehäuse im unteren Bereich der Figur 1 dargestellt. Die durch das erfindungsgemäße Verfahren erzeugten Wabenkörper können vor- teilhaft in soclhe Gehäuse eingesetzt werden, um einen form¬ stabilen Wabenkörper zu schaffen.
Die Wabenkörper, die in Figur 1 dargestellt sind, sind bei¬ spielhaft und weisen keinen beschränkenden Charakter auf.
Die Figur 2 zeigt eine Mehrzahl von Abbildungen, die jeweils einzelne Prozessschritte eines Verfahrens zur Herstellung eines Wabenkörpers zeigen. Die einzelnen Prozessschritte sind mit den aufeinanderfolgenden Ziffern 1 bis 6 gekennzeichnet.
Abschnitt 1 der Figur 2 zeigt eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zur Herstellung eines Wabenkörpers aus einem endlosen Metallband. Das Metallband wird vorzugsweise direkt von einem Coil verarbeitet, wodurch ein kontinuierlicher Verfah- rensablauf sichergestellt wird.
Mit dem Bezugszeichen 7 sind zwei zumindest teilweise in Um- fangsrichtung profilierte Walzen gezeigt, die mit einem de¬ finierten Abstand zueinander angeordnet sind. Durch den Spalt zwischen den beiden Walzen 7 wird das Metallband gefördert und gleichzeitig wird durch die Rotation der Walzen 7 eine gewellte Struktur im Metallband erzeugt . Im Ausführungsbeispiel der Figur 2 werden jeweils nur gewellte Teilabschnitte im Metallband erzeugt, die jeweils von glatten nicht gewellten Abschnitten unterbrochen werden.
Das zumindest teilweise profilierte Metallband wird im Nachgang durch eine Vorrichtung 8 geführt, in welcher das Metallband einerseits abgeschnitten werden kann, wenn beispielsweise ein ausreichend langer Abschnitt des Metallbandes gefördert wurde. Andererseits kann das Metallband in der Vorrichtung 8 auch eine Vorbiegung erfahren, die durch ein geeignetes Stempelwerkzeug erzeugt werden kann.
Eine Vorbiegung des Metallbandes ist vorteilhaft, da in dem nachfolgenden Schritt aufeinanderfolgende Abschnitte des Me¬ tallbandes ziehharmonikaartig aufeinandergefaltet werden, um so den Lagenstapel des Wabenkörpers zu erzeugen. Im Ausfüh¬ rungsbeispiel der Figur 2 folgt jeweils auf einen glatten Abschnitt des Metallbandes ein gewellter Abschnitt. Der fertige Lagenstapel weist somit eine abwechselnde Schichtung von glatten und gewellten Abschnitten auf. Die Vorbiegung in der Vorrichtung 8 wird daher vorteilhafterweise derart erzeugt, dass die Ab¬ schnitte abwechselnd gegenläufig von rechts nach links und von links nach rechts aufeinandergefaltet werden können. Hierzu wird das Metallband abwechselnd nach links beziehungsweis nach rechts aus der Hauptvorschubrichtung 9 ausgebogen.
Nachfolgend auf die Vorrichtung 8 folgt die Vorrichtung 10, die durch eine Haltevorrichtung 11, eine Platte 12 und zwei He- belelemente 13 gebildet ist.
Die Haltevorrichtung 11 dient zur Aufnahme der aufeinander- gefalteten Abschnitte des Metallbandes, um ein Verrutschen der Abschnitte relativ zueinander und somit eine Zerstörung des Lagenstapels selbst zu verhindern.
In der Haltevorrichtung ist eine Platte 12 dargestellt, die sich quer zur Hauptvorschubrichtung 9 erstreckt und als Widerlager für den ersten eingefalteten Abschnitt des Metallbandes und letztlich für den ganzen Lagenstapel dient. Die Platte 12 kann mit einer der Hauptvorschubrichtung 9 entgegengesetzten Vorspannkraft beaufschlagt sein, wodurch eine Kraft entgegen der
Hauptvorschubrichtung 9 auf den Lagenstapel ausgeübt wird. In Verbindung mit der Nachförderung des Metallbandes und der dadurch verursachten Kraftkomponenten entlang der Hauptvorschubrichtung 9 wird somit eine sichere Fixierung des Lagestapels an und in der Haltevorrichtung 11 erzeugt.
Am unteren Ende der Haltevorrichtung 11 sind an sich gegenüberliegenden Endbereichen der Öffnung zwei Hebelelemente 13 angeordnet. Diese sind drehbar gelagert und können von einer Stellung, in der sie parallel zur Hauptvorschubrichtung 9 ausgerichtet sind, in eine Stellung verdreht werden, in denen sie 90 Grad abgewinkelt sind und die untere Öffnung der Halte¬ vorrichtung 11 im Wesentlichen verschließen. Die Hebelelemente 13 sind dazu bestimmt die einzelnen Abschnitte des Metallbandes zielgerichtet einzufalten, um den Lagenstapel zu erzeugen. Hierfür wird abwechselnd das linke beziehungsweise das rechte Hebelelement 13 eingeklappt, wodurch gleichzeitig das Metallband entsprechend mit eingefaltet wird. Im Ausfüh- rungsbeispiel der Figur 2 werden beispielsweise immer die glatten ungewellten Abschnitte von dem rechten Hebelelement 13 nach links eingefaltet, während die gewellten Abschnitte vom linken He¬ belelement 13 von links nach rechts eingefaltet werden. Wenn beiden Hebelelemente 13 jeweils einen Abschnitt eingefaltet habe, wird das jeweils weiter oben beziehungsweise entlang der Hauptvorschubrichtung 9 weiter an der Haltevorrichtung 11 liegende Hebelelement 13 seitlich aus dem Lagenstapel her¬ ausgezogen, um anschließend einen neuen Abschnitt des Me- tallbandes auf den Lagenstapel zu falten.
Durch das Einklappen der Hebelelemente 13 und durch die Verschiebung der Hebelelemente 13 kann auch zusätzlich ein Vorschub des Lagenstapels in die Haltevorrichtung 11 hinein erzeugt werden. Auch kann eine Haltekraft erzeugt werden, die den Lagenstapel sicher an der Platte 12 fixiert.
Die Hebelelemente 13 sind hierfür besonders vorteilhaft sowohl entlang der Hauptvorschubrichtung 9 als auch quer zu dieser verschiebbar . Mit der Ziffer 2 ist eine Detailansicht der Haltvorrichtung 11 gezeigt. Durch den Pfeil 14 ist die Einklapprichtung des rechten Hebelelementes 13 dargestellt.
Mit der Ziffer 3 ist eine weitere Detailansicht der Halte- Vorrichtung 11 gezeigt. In dieser Ansicht ist dargestellt, wie das linke Hebelelement 13 aus dem erzeugten Lagenstapel nach links, quer zur Hauptvorschubrichtung 9, herausgezogen wird, nachdem das rechte Hebelelement 13 den nächsten Abschnitt des Metallbandes eingefaltet hat und den Lagenstapel gegenüber der Platte 12 fixiert hat. Die Bewegungen der Hebelelemente 13 sind über die Pfeile 15 und 16 dargestellt.
Mit der Ziffer 4 ist der darauf folgende nächste Prozessschritt dargestellt. Über die Mehrzahl der Doppelpfeile 17 sind die unterschiedlichen Freiheitsgrade der Hebelelemente 13 ver¬ deutlicht. In dem Prozessschritt unter Ziffer 4 wird das erneute Einfalten eines Abschnittes durch das linke Hebelelement 13 dargestellt. In den verschiedenen Abbildungen von Ziffer 2 bis Ziffer 4 ist zu erkennen, wie der in der Haltvorrichtung 11 erzeugte Lagenstapel immer größer wird, da immer weitere Ab¬ schnitte des Metallbandes auf diesen aufgeklappt werden.
Mit der Ziffer 5 ist schließlich der Prozessschritt dargestellt, in welchem der Lagenstapel seine endgültige Größe erreicht hat. Durch das wiederholte Aufeinanderfalten der abwechselnd ge¬ wellten und glatten Abschnitte des Metallbandes ist ein La¬ genstapel entstanden, der abwechselnde Lagen aus gewellten und glatten Abschnitten aufweist. Der Lagenstapel füllt den gesamten Innenraum der Haltevorrichtung 11 aus. Der Lagenstapel wird in der Ansicht von Ziffer 5 von einem der Hebelelemente 13 in der Haltevorrichtung 11 fixiert, wodurch sichergestellt ist, dass
sich der Lagenstapel des Wabenkörpers bis zum endgültigen Einsetzen in ein Gehäuse nicht wieder entfaltet.
Mit der Ziffer 6 ist der letzte Prozessschritt dargestellt. Der in der Haltevorrichtung 11 befindliche Lagenstapel wird mittels eines Stempels 18 aus der Haltevorrichtung 11 und in ein Gehäuse 19 hinein gedrückt. Das Gehäuse 19 ist bevorzugt durch ein Rohr gebildet. Der Lagenstapel wird dabei derart zum Rohr positi¬ oniert, dass die in dem Lagenstapel ausgebildeten Strömungs- kanäle entlang der Mittelachse des Rohres verlaufen. Die
Haltvorrichtung 11 kann hierzu Wandungen aufweisen, die entfernbar sind, um den Lagenstapel entlang einer beliebigen Richtung aus der Haltevorrichtung 11 herausdrücken zu können. Die vorgenannten Prozessschritte werden besonders bevorzugt aufeinanderfolgend automatisiert von einer Maschine oder einem Maschinenpark durchgeführt. Das für den Katalysator verwendete Rohr 19 ist auf den in der Haltevorrichtung 11 erzeugten Lagenstapel und die Haltevorrichtung 11 selbst abgestimmt, um einen passgenau in das Rohr 19 einsetzbaren Lagenstapel zu erzeugen.
Die Figur 3 zeigt eine Ansicht von 5 alternativen Prozess¬ schritten, die mit den Ziffern 20 bis 24 bezeichnet sind. Die mit den Ziffern 20 bis 24 gezeigten Prozessschritte zeigen einen Prozess, der ebenfalls einen aus einem endlosen Metallband aufgefalteten Wabenkörper in einer Haltevorrichtung 25 erzeugt. Im Gegensatz zu den Prozessschritten der Figur 2 werden im Prozess der Figur 3 die einzelnen Abschnitte des Metallbandes nicht durch Hebelelemente aufeinandergefaltet , sondern durch eine Dreh¬ bewegung der Haltevorrichtung 25.
Das Metallband wird ebenfalls durch Walzen, die in Figur 3 nicht gezeigt sind, profiliert. Im Beispiel der Figur 3 wird das Metallband vollständig profiliert, so dass kein Wechsel zwischen gewellten und glatten Abschnitten stattfindet. Das Metallband
wird ebenfalls durch eine Vorrichtung 26 vorgebogen, wodurch das Auffalten der Abschnitte vereinfacht wird.
Der erste Abschnitt des Metallbandes wird in die Haltevorrichtung 25 eingeführt und vorzugsweise zumindest temporär an der
Haltevorrichtung 25 fixiert. Die erste Lage des Lagenstapels wird dabei in einer Stellung erzeugt, in der die Öffnung der Haltevorrichtung 25 nach unten zeigt, so dass das Metallband entlang der Hauptvorschubrichtung in die Haltevorrichtung 25 hinein- gefördert werden kann.
Zum Erzeugen der zweiten Lage wird die Haltvorrichtung um 90 Grad gegen den Uhrzeigersinn verdreht, wodurch sie dann, wie unter Ziffer 21 gezeigt, mit der Öffnung nach rechts ausgerichtet ist. Das Metallband wird dadurch an die erste Lage des Lagenstapels gefaltet. Die somit erzeugte Lage kann vorteilhaft durch eine Halteplatte temporär fixiert werden, wodurch ebenfalls der erzeugte Lagenstapel weiter in die Haltevorrichtung 25 hinein transportiert werden kann.
Anschließend wird die Haltevorrichtung 25 um 180 Grad im Uhrzeigersinn gedreht. Die Öffnung der Haltevorrichtung 25 ist am Ende der Bewegung nach links orientiert und eine dritte Lage ist auf den Lagenstapel gefaltet. Zur Fixierung des Lagenstapels wird erneut eine Halteplatte aufgelegt. Die zuvor aufgelegte Halteplatte aus Schritt 21 kann nun aus dem Lagenstapel her¬ ausgezogen werden.
Dieser Vorgang wird wiederholt bis eine ausreichende Anzahl an Lagen im Lagenstapel erzeugt wurde und in die Haltevorrichtung 25 hineingefördert wurde. Im Prozessschritt 24 wird der so erzeugte Wabenkörper analog zum Prozessschritt 6 in ein als Gehäuse fungierendes Rohr gedrückt. Durch einen anschließenden Lötvorgang kann der Wabenkörper schließlich im Gehäuse be- ziehungsweise Rohr fixiert werden.
Die Prozesse von Figur 2 und 3 sind alternativ zueinander und liefern beide ein Ergebnis, welches im Rahmen der vorliegenden Erfindung liegt. Hauptunterschied zwischen den beiden Prozessen ist die Art und Weise wie die einzelnen Abschnitte zu dem Lagenstapel gefaltet werden. Einzelne Merkmale der Prozesse sind auch untereinander kombinierbar.
Figur 4 zeigt die Prozessschritte 30 bis 34, die ein alternatives Verfahren darstellen. Im Schritt 30 wird, wie auch zuvor, ein Metallband mit abwechselnd gewellten und ungewellten Abschnitten in eine Haltevorrichtung 35 eingefaltet, so dass diese zieh¬ harmonikaartig aufeinander zu liegen kommen. Im Unterschied zu den vorhergehenden Verfahren, wird das Metallband in dem Beispiel der Figur 4 nicht zwingend durch Hebelelemente in die Halte- Vorrichtung 35 gefördert, sondern lose durch den Vorschub des Metallbandes. Die einzelnen Abschnitte werden daher unter Umständen auch nicht vollständig aufeinander gefaltet, so dass sie vollständig aufeinander zu liegen kommen. Zur Komprimierung des Lagenstapels wird in Schritt 31 ein
Komprimierelement 36 verwendet, um die lose in die Haltevor¬ richtung 35 eingefalteten Abschnitte zu komprimieren, so dass diese vollständig aufeinander zu liegen kommen. Das Komprimierelement 36 kann hierzu beispielsweise durch eine Platte oder einen Stempel gebildet sein. Das Komprimierelement 36 wird durch die Öffnung der Haltevorrichtung 35, durch welche auch die Abschnitte des Metallbandes eingefaltet werden, in die Haltevorrichtung eingeführt. Die auf die Abschnitte wirkende Kraft ist dabei zumindest so groß, dass das vollständige
Aufeinanderfalten der Abschnitte erreicht wird. Vorzugsweise ist die Kraft aber klein genug um sicherzustellen, dass die gewellten Abschnitte nicht ungewollt verformt werden. In den Schritten 32 und 33 ist die fortschreitende Komprimierung dargestellt. Wenn der vollständig komprimierte Lagenstapel, wie in Schritt 33 gezeigt, erzeugt ist, kann dieser in ein Gehäuse
eingesetzt werden, um einen Wabenkörper auszubilden. Der Lagenstapel kann vor dem Einsetzen in das Gehäuse bereits verlötet werden oder auch erst im Anschluss daran. Dies erhöht die Stabilität. Das Einsetzen des Lagenstapels aus der Haltevor- richtung in das Gehäuse ist bereits in Figur 2 gezeigt und entspricht diesem.
Die Figur 5 zeigt die Prozessschritte 40 bis 45 eines im Vergleich zu dem Verfahren der Figur 4 leicht abgewandelten Verfahrens. Zusätzlich zu dem Vorgehen, wie es in Figur 4 bereits beschrieben wurde, werden in die Faltbereiche, die sich bei dem Umfalten der einzelnen Abschnitte ergeben, im Prozessschritt 40 nun Füh¬ rungselemente 48 eingesteckt, die im Weiteren dazu genutzt werden die einzelnen Lagen entlang der Hauptvorschubrichtung 47 in die Haltevorrichtung 46 hinein zu fördern. Hierzu können die
Führungselemente 48 entlang der Hauptvorschubrichtung beweglich gelagert sein. Im Beispiel der Figur 5 greift jeweils ein Führungselement 48 in einen Faltbereich 49. In alternativen Ausführungen können auch einzelne Faltbereiche frei bleiben.
Die Führungselemente 48 werden in einer Richtung quer zur Hauptvorschubrichtung 48 in den Lagenstapel eingeführt, im Beispiel der Figur 5 entlang einer Flächennormalen auf der Zeichnungsebene. Die Führungselemente 48 können beispielsweise durch stabförmige Elemente gebildet sein, die vorzugsweise eine Form aufweisen, die an die Wellung der gewellten Abschnitte des Metallbandes angepasst ist oder an die gewünschte Form des Faltbereichs im fertigen komprimierten Lagenstapel. In den Schritten 41 und 42 ist zu erkennen, wie der Lagenstapel durch das Hinzunehmen des Komprimierelements entlang der Hauptvorschubrichtung 47 komprimiert wird. Im Schritt 44 werden die Führungselement 48 wieder aus dem Lagenstapel herausgezogen, wodurch der fertige Lagenstapel entsteht. Der Lagenstapel kann dann analog zur Figur 4 verlötet oder unverlötet in ein vor¬ gesehenes Gehäuse eingesetzt werden.
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Die Figur 6 zeigt eine weitere Abwandlung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Ergänzend zu den bereits vorhergehend beschriebenen Schritten, werden in dem Verfahren gemäß Figur 6 der erste und der letzte Abschnitt des Metallbandes abweichend gestaltet. Im Schritt 50 ist zu erkennen, dass sowohl der erste Abschnitt 53, der in die Haltevorrichtung 54 hineingefaltet wurde, als auch der letzte Abschnitt 55 eine deutlich längere Erstreckung aufweisen, als die übrigen Abschnitte.
Vorzugsweise weisen alle Abschnitte eine Erstreckung auf, die der inneren Breite der Haltevorrichtung 54 entspricht. Die Abschnitte 53 und 55 weisen jedoch einen Zusatzbereich auf, durch welchen sie eine längere Erstreckung aufweisen als die übrigen Abschnitte. Der im Vergleich zu den übrigen Abschnitte überstehende Zusatzbereich der Abschnitte 53, 55 wird zusätzlich einmal gefaltet und an jeweils eine der Innenwandungen der Haltvorrichtung 54 angelegt. Hierdurch wird erreicht, dass der fertige komprimierte Lagenstapel seitlich in einer Richtung quer zu den im Lagenstapel ausgebildeten Strömungskanälen vollständig durch den jeweils ersten Abschnitt 53 und den jeweils letzten Abschnitt 55 umfasst ist. Die beiden Abschnitte 53, 55 bilden somit ein Gehäuse aus, das den restlichen Lagenstapel, der wie in den vorhergehenden Beispielen ebenfalls aus abwechseln aufeinandergefalteten gewellten Abschnitten und ungewellten Abschnitten gebildet ist, einfasst.
Abhängig von der Länge der Abschnitte 53, 55 beziehungsweise der Zusatzbereiche kann der Lagenstapel vollständig umfasst sein oder auch nur teilweise. Der Lagenstapel kann ebenso wie die Lagenstapel aus den vorhergehenden Figuren verlötet oder un- verlötet in ein anderes Gehäuse eingesetzt werden, um eine erhöhte Stabilität zu erreichen.
Im Falle der Figur 6 weist der erzeugte Lagenstapel einen quadratischen Querschnitt auf, daher sind die Bereiche der
Abschnitte 53, 55 die oben beziehungsweise unten den Lagenstapel abschließen gleich lang wie die Zusatzbereiche der Abschnitte,
die den Lagenstapel nach rechts und links begrenzen. Die Länge der Abschnitte 53, 55 und insbesondere der zusätzlich umge¬ falteten Zusatzbereiche zur Anlage an den seitlichen Außenkanten des Lagenstapels können entsprechend des jeweils zu erzeugenden Lagenstapels angepasst werden.
Der den Lagenstapel oben beziehungsweise unten begrenzende Bereich der Abschnitte 53, 55 ist bei einem rechteckigen Lagenstapel vorzugsweise um 90 Grad gegenüber den Zusatzbereichen, die den Lagenstapel rechts und links umfassen, abgewinkelt. In einer bevorzugten Ausführungsform können die Abschnitte 53, 55 auch aus einem dickeren Material gefertigt sein, oder durch ein vorausgehende Faltung doppellagig ausgebildet sein, um eine erhöhte Stabilität für den Lagenstapel zu erzeugen.
Durch ein Verfahren wie in Figur 6 gezeigt kann mit dem Metallband, welches zur Bildung des Lagenstapels vorgesehen ist, einteilig auch ein angepasstes Gehäuse geschaffen werden, um in einem Verfahren aus nur einem Material den Lagenstapel inklusive eines Gehäuses zu erzeugen.
Die Ausführungsbeispiele der Figuren 1 bis 6 weisen insbesondere keinen beschränkenden Charakter auf und dienen der Verdeutlichung des Erfindungsgedankens. Die einzelnen Merkmale der Ausführungsformen können untereinander kombiniert werden.