CN1330861C - 制造蜂窝体的方法和装置以及蜂窝体 - Google Patents

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Abstract

制造蜂窝体(7)的方法，此蜂窝体具有规定数量(n)的来自至少一个喂给辊(1)的板层(18)，其中至少一部分是至少局部形成构造的板层(18)，其构造使蜂窝体(7)对于流体是可流通的，其中蜂窝体(7)在其内部具有用于测量传感器(29)的规定的关联的空余体积(25)，此方法包括以下工步：从来自喂给辊(1)的板条(2)上选取用于相应尺寸的板层(18)的一段(6)；识别板层(18)并从存储器(11)中读出至少一个所属的孔位置(12)和至少一个所属的孔边缘(13)；在继续加工蜂窝体之前在板层(18)上至少一个确定的孔位置(12)处制造至少一个带孔边缘(13)的孔(23、24)；将多个这样预制好的板段卷绕，堆叠和/或缠绕成一蜂窝结构(20)，使得由单个孔(23、24)形成一用于测量传感器(29)的空余体积。用这种方法可以成本低廉和在现有加工流程中实现用于测量传感器(29)的合适的空腔，而不产生多个不必要的空余体积。

Description

制造蜂窝体的方法和装置以及蜂窝体
技术领域
本发明涉及一种制造蜂窝体的方法和装置以及一种蜂窝体。
背景技术
在汽车制造业中其基本结构例如由EP0245737B1、EP0430945B1和GB1，452，982所知的蜂窝体得到多方面的应用，尤其是在废气处理中它用作催化器基体。随着法律规定的汽车废气排入外界的允许有害物质浓度的边界值的不断降低可以调节废气处理过程的方法越来越重要。这种调节必需的、允许测量例如废气化学成分或废气中的有害物质浓度的测量传感器是受调节运行的废气处理设备的一个重要组成部分。由此造成一种允许安装一个或几个测量传感器的蜂窝体，用来控制调节催化处理的数据，例如由DE8816154U1所知，它是调节运行的废气处理设备的一个重要元件。
作为测量传感器例如考虑采用用来确定废气化学成分的探针，如λ-探针，以及碳氢化合物传感器(HC-传感器)，它测量废气的碳氢化合物合量。在将这种测量传感器装入例如用作催化器基体的由形成表面(波纹)构造(以下简称构造)的板制成的蜂窝体时，众所周知会出现不同的问题。一方面至少对于一定的结构形式卷绕成一蜂窝体的所有板层可以在卷绕之前在一对于所有板层相同的区域内设置一缺口。这允许在卷绕后在这个区域内装入一测量传感器，但是有这样的缺点，即由缺口构成的用来安装测量传感器的空余(自由)体积明显大于装入蜂窝体内的测量传感器的体积。这导致蜂窝体内有效表面的损失，这些表面例如可以具有催化活性的涂层。这造成蜂窝体效力降低。
另一种可能性是，在卷成蜂窝体后在它上面例如钻一个孔。这种方法存在各种缺点。一方面这个工步无法***已经通常存在的工步之中。而是存在一附加的后续进行的工步。这造成在制造这种类型的蜂窝体时生产成本显著上升。此外如果已经涂覆了起催化活性的涂层，那么在制造孔时会导致所用板层上的起催化作用的涂层的脱落。这也降低蜂窝体在使用时的效力。最后根据所用的方法的不同钻孔还会导致通道的局部堵塞。因此基本上也允许将测量传感器装入陶瓷蜂窝体的这种方法不能毫无问题地使用。
发明内容
由此出发，本发明的目的是，推荐一种在其内部带有可自由穿通的体积的蜂窝体的制造方法和装置，其制造费用与按上面提供的方法制造的相比降低，并且其中有效表面没有不必要地缩小。
这个目的通过这样的方法来实现，这种方法用来由规定数量的来自至少一个喂给辊的板层制造蜂窝体，其中至少一部分是至少局部形成表面(波纹)构造的板层，其构造使得形成流体可流过的蜂窝体。蜂窝体在其内部具有一用于测量传感器的规定的空余体积。
此方法包括以下工步：
a)从喂给辊选择一段板条用于相应尺寸的板层；
b)确认/识别板层并从存储器中读出至少一个所属的孔位置和至少一个所属的孔边缘；
c)在板层内在至少一个规定孔位置上形成至少一个带有孔边缘的孔；
d)必要时板段的至少一部分形成构造；
e)必要时从喂给辊上切下板段；
f)重复工步a)至e)，直至达到规定数量的板层；
g)必要时根据多个单个板层的识别堆叠规定数量的板层；
h)必要时重复工步a)至g)，以制造多个堆叠；
i)将至少一个板层或至少一个板堆叠卷绕成蜂窝结构；
j)将蜂窝结构装入一个套管；和
k)将测量传感器在规定位置上装入蜂窝结构和套管。
在这种方法时工步b)、c)、d)和e)可以按任意的顺序进行。
如果作为例子考察一形成构造的板层，尤其是波纹板层，那么首先可以进行板层相应的钻孔，接着使板层形成构造，但是也可以首先制造形成构造的板层，然后接着在它上面钻孔。
其次这种方法允许由唯一的或多块板组成蜂窝体结构，以及由一个或多个板层的堆叠组成蜂窝体结构。按照本发明也可以制造由唯一的一块至少局部形成构造的板形成的蜂窝体。
板层的识别可以方便地通过这样的方法进行，即在生产过程中知道，正在加工的板条段以后在蜂窝体中位于哪里。这例如可以通过一用来计数制造的板层的自动装置来实现，在加工过程中板层一个接一个按其在卷绕后在蜂窝体内的位置“从内向外”加工，其中以及按本发明也可以采用其它的方案。在每一种情况下工步和板层运动的记录使得可以识别板层。
储存在存储器内的孔位置和所述的孔边缘是相对于各板层特定的。如果用来制造蜂窝体所必需的n块板层之一确认为板层N1，那么可以从存储器中读出属于该板层N1的至少一个孔边缘和至少一个孔位置。对于所有排在后面的板层N2、N3、N4......，Nn也一样。孔边缘是一在相对于孔位置确定的坐标系内的封闭曲线。
一种结构形式是，对于每个板层Ni孔边缘设计得不同，而在另一种结构方案中对于所有板层采用相同的孔边缘。孔位置也可以位于识别的板条段之外，这意味着，不进行板段钻孔。此外可能出现这样的情况，即每个板段存在多个孔位置。同样板段也可能应该具有多个，部分仅仅局部形成的孔。这例如取决于蜂窝体的结构形式和其它参数，如单元密度，亦即每单位横截面的单元数。所有这些信息以适当的方式方法储存在存储器内，并可从存储器中调出。
形成构造的工步可以不仅仅包括纯粹的形成波纹，而存在按本发明的实施形式，其中待形成构造的板层设有一次和二次构造或先后进行多次制波纹工序，以得到例如完全确定的波纹形状。
一个板的一部段仅仅局部形成构造也例如是有利的，由此形成一板条，它例如一半是波纹的，另一半是光滑板层。由这种板条可以用简单的方式方法卷绕成例如具有多个板层的做成螺线形的蜂窝体。
通过光滑的和形成构造的板层的适当组合可以形成板堆叠，它们可以卷绕成蜂窝体。在板层或相应的板堆叠卷绕成蜂窝结构后，可以将它装入一套管。
为了使板层相互连接，以及使套管与蜂窝结构连接可以设置不同的连接工步，例如钎焊。为此通过相应的方法，例如胶涂、涂焊料和涂钝化层，以保证在板层上相应的焊料分布，可能是必要的，以使在钎焊时各个板层之间以及蜂窝结构和套管之间形成牢固的连接。也可以通过焊接连接。
按照本方法一种优良的方案，各个板层中的孔位置和孔边缘这样选择，使得在蜂窝体内形成一关联的空腔，其空余体积基本上至少相当于装入蜂窝体内的测量传感器的体积。这使得可以用有利的方法制造具有测量传感器的蜂窝体，它具有小的有效表面的损失。
按照本方法另一种优良的方案，板层上至少一个孔的尺寸比测量传感器的横截面在相应板层上的投影大规定的间隙值。这允许考虑加工误差。由此即使在存在加工误差时也可以使测量传感器毫无问题地装入蜂窝体内。
按照本方法另一种优良的方案，对于每个板层，储存的孔位置和/或储存的孔边缘由在卷绕状态下测量传感器的横截面在板层上的投影确定。这允许以有利的方法非常精确地确定用来产生安装测量传感器的空余体积的必要的孔边缘形状。
孔位置和/或孔边缘可以在储存之前由一个数学模型计算推导出来。这允许在板层的识别已知时，也就是说在卷绕后板层的相对位置已知时，计算出蜂窝体内不同位置上不同传感器的孔位置和孔边缘。
按照本方法另一种有利的方案，各个板层的孔位置和/或孔边缘在储存之前根据经验数值确定。这允许以有利的方式确定孔形状和孔位置，即使不存在用来描述相应蜂窝体的数学模型。
按照本方法又一种优良的方案，储存的孔位置和/或孔边缘的数值根据测量传感器和空余体积之间实际存在的误差值进行匹配。这使得可以根据例如与批次有关的加工误差直接对生产过程进行反馈。因此可以例如在生产过程期间便用直接反馈的方法减小材料损失和有效表面损失。
按照本方法另一种优良的方案，孔这样形成，即空余体积的横截面可以装入基本上圆形的、椭圆形的或多角形的，尤其是椭圆形或四边形横截面的测量传感器。孔形状基本上是椭圆特别优选。这考虑了在完工蜂窝体内板层的曲率。
按照本方法又一种优良的方法，作为测量传感器装入一λ-探针或HC-传感器，最好是λ-探针。这允许以有利的方式制造具有内置λ-探针或内置HC-传感器的催化器，它们可以用在例如废气净化***的调节中。
按照本发明的设想，推荐一种用来制造具有用来安装内置测量传感器的空余体积的蜂窝体的装置。这种蜂窝体由一块或多块板层制成，其中至少部分板层至少局部这样地形成构造，使得其构造成可使流体流通的蜂窝体。装置具有一用来在其以后在蜂窝体内的位置方面来识别板段的识别单元，此板段以后构成确定的板层，还具有一用来储存各个在蜂窝体内的板层的至少一个孔边缘和至少一个孔位置的存储器，一带有一个钻孔工具、必要时还有形成构造和还原/修正工具(Reduktionswerkzeuge)的钻孔单元和一堆叠或卷绕单元。存储器和钻孔单元通过传递至少一个孔边缘和至少一个孔位置的信号线相互连接。
此装置允许以优良的方式制造具有用来安装测量传感器的空余体积的蜂窝体。识别单元识别板层关于其以后在卷绕状态下在蜂窝体内的位置的情况。存储器包含对于各板层特定的孔形状和孔位置，它们通过信号线传送给钻孔单元，然后钻孔单元在相应位置上用钻孔工具形成具有相应孔边缘的孔。
按本装置一种优良的结构方案，孔位置和/或孔边缘由测量传感器的横截面积连同在卷绕状态时的板层确定。这使得可以用简单的方法确定和储存各个单独的板层相应的孔位置和孔边缘，并允许这样地制造具有穿通的空余体积的蜂窝体，该空余体积基本上相当于装入蜂窝体内的测量传感器的体积。在这种情况下特别优选采用具有圆形、椭圆形或多边形，尤其是椭圆形或四边形横截面的测量传感器。
按照本装置另一种优良的结构方案，钻孔工具具有用来产生基本上椭圆形横截面的结构。由此考虑板层在卷绕状态下的弯曲特性。
此外本发明的内容是一蜂窝体，它按本发明的方法或用本发明的装置制造。
按照本发明蜂窝体的一种优良结构，测量传感器做在沿流动方向蜂窝体纵长的开头50％，最好是开头30％，特别是优选在开头15％内。在定位用于调节带蜂窝体的废气净化设备的测量传感器时一方面要保证，调节可以尽可能快地进行，而另一方面必须防止测量传感器受到损坏。在例如采用λ-探针时λ-探针尽可能靠近发动机安装虽然一方面可保证，废气净化设备具有非常迅速的调节性能，而另一方面安装在第一个蜂窝体之前使λ-探针具有损坏的危险，因为在冷起动时在废气内可能存在的水滴可能导致λ-探针的损坏-即所谓的水冲击。因此λ-探针装在蜂窝体的前部区域内是有利的，因为这里避免水冲击的危险。可能存在的水滴撞到蜂窝体上并在那里蒸发。即使在冷起动阶段蜂窝体正是在端面区域内很快达到可以促使水滴蒸发的温度。否则至少应吸收水滴或阻滞其冲击。
按照蜂窝体的另一种优良结构，测量传感器***蜂窝体的深度小于蜂窝体直径的25％，最好小于20％。这允许以有利的方式装入测量传感器，这在蜂窝体有效表面损失尽可能小的同时可以有效地调节包含蜂窝体的废气净化装置。
按照蜂窝体的又一种优良结构，测量传感器是一λ-探针或HC传感器。采用λ-探针或碳氢化合物传感器使得可以用有利的方式调节在例如汽车内燃机废气流中的废气净化装置。特别是在这种***中采用λ-探针证明是合适和优选的。
按照本发明的另一个方面按本发明方法和/或借助于按本发明的装置制造的蜂窝体用作在特别是小轿车内的内燃机排气管中的催化器基体。
本发明其它优点和特别优选的结构方案在下面将借助于附图作较详细的说明，这里本发明并不局限于所示的实施形式。
附图说明
附图表示：
图1示意表示一按本发明的装置的实施例；
图2按本发明钻孔的带有两段的板条的一个例子；
图3用剖视图示意表示按本发明的蜂窝体的局部；
图4示意表示按本发明的蜂窝体。
具体实施方式
图1表示本发明方法和本发明装置的一个实施例。板条2从一喂给辊1上退绕。通过适当的装置，例如一直接设置在一通过未画出的信号线与一识别单元5连接的钻孔单元9前面或其入口区内的滚轮3，可以在识别单元5内结合来自生产过程的其它信息—例如与板条2的相应段6一致的板层的要求的数目n—确定，当时正在加工的板条2的段6以后在卷绕后位于蜂窝体7内的什么地方。板条2的段6确认为段N1。段和板层的概念基本上是同义的。板条的一定的段在后续生产过程中变成一个由多个板层组成的蜂窝体中一定的板层。板层是单独的板，也即板段在加工过程中被切断，还是象例如在螺线形卷绕的蜂窝体中那样连在一起，取决于蜂窝体的结构形式。
板条2的正在加工的段6的这种识别通过一第一信号线8传输给钻孔单元9。钻孔单元9通过第二信号线10与一个存储器11连接，钻孔单元可以读出属于识别的段N1的由至少一个孔位置12和至少一个孔边缘13组成的坐标值数组。每个孔边缘13由一在相对于所属孔位置12的坐标系内测量的封闭曲线组成。
根据蜂窝体类型的不同，也就是说根据蜂窝体的结构形状、单元密度和/或直径对于卷绕成蜂窝体7的板段6的每个段Ni具有不同的由孔位置12和孔边缘13组成的坐标值数组。例如一个板段6可以不设孔或设置一个或几个孔—它们至少局部可以仅仅形成部分孔。由这些坐标值数组得到的钻孔由钻孔单元9通过一个或几个钻孔工具4进行。钻孔工具4可以是冲模，但是也可以和按本发明采用切割工具和铣削工具，例如激光切割工具。
必要时在离开钻孔单元9后也可以通过一形成构造工具14使板段6至少局部形成构造。构造例如可以由波纹组成，但也可以是其它结构。也可以使用多个形成构造工具14，这样它们便形成例如不同幅度的一次或二次构造，或者它们也可以给板段6压印特别的不能用形成构造工具14制造的结构形状。在各种情况下构造的幅度可以通过一还原工具15减小。在制造光滑板层时不使用形成构造工具14。
切断单元16必要时将板段6从板条2上切下。切断单元16通过一第三信号线17与识别单元5连接。第四信号线17可以用于识别单元5和切断单元16之间的相互双向数据交换，使得切断单元16的实际运行状态也可以用来识别板条2的正在实时加工的板段6。通过向识别单元5反馈使在不同单元和工具9、14、15、16、19内的各个工步同步，使得在每个工步时知道，哪个板段Ni在哪个单元9、14、15、16、19内。
在板段6从板条2上切下以后得到一板层18，根据在该板段6上所使用的形成构造工具14的不同，板层既可以是光滑的，也可以至少局部形成构造。
在离开切断工具16以后板层18到达一堆叠和卷绕单元19。在该单元内多个板段N1、N2、N3...如果需要的话，堆叠成待制造的蜂窝体所需要的板堆叠。然后接着将几块板层18或板段6，或规定数量的板堆叠卷绕成蜂窝结构20，必要时它配上一个套管21，然后通过适当的连接措施连接成蜂窝体7。蜂窝体7离开堆叠和卷绕单元19。堆叠和卷绕单元19也通过一第四信号线22与识别单元5连接。因此在堆叠和卷绕单元19内的实际状况的数据可以用来识别正在加工的构件。例如可以利用已经在堆叠和卷绕单元19内的板层18的编号Nk进行识别。
这种方法对于所有板层18，也就是板层N1、N2、N3......都进行，直至在堆叠和卷绕单元19内存在n块正确的板层18或板堆叠，接着卷绕成蜂窝结构20，并与一套管21连接成一蜂窝体7。
按照本发明在必要时也可以不同于这里所选择的次序形成构造，尤其是形成波纹、确定孔形状和孔位置、钻孔和必要时切断。按照本发明的可以是必要时形成构造，尤其是形成波纹、确定孔形状和孔位置、钻孔和必要时切断的任意组合。
图2表示一按本发明钻过孔的板条2。可以看到两个板段6，它们识别为板段N1和板段N2。板段N1有一第一孔23，板段N2有一第二孔24。它们分别通过一孔位置12和一相对与它定义的孔边缘13确定。
孔位置12和孔边缘13在通过识别单元5识别板段N1，N2后由钻孔单元9从存储器11中读出。钻孔单元9的钻孔工具4在每个板段N1、N2上产生相应的孔23、24，例如冲出或切割出。
在不同板段N1和N2内或者说必要时以后的板层N1和N2内以及其它板段Ni内的孔位置12和孔边缘13这样确定，使得在卷成的蜂窝体6内形成一关联的空余体积25。
图3表示一按本发明的带一蜂窝结构20和一套管20的蜂窝体7。蜂窝结构20由光滑板层26和波纹层27构成，为了看得清楚起见它们仅仅部分画出，这些板层形成流体可流通的通道28。在蜂窝体7上一测量传感器29装入由一用附图标记示意表示的一孔边缘13围成的空余体积25。空余25体积略大于装入的测量传感器29的体积，以补偿可能出现的加工误差，孔边缘13的尺寸略大于测量传感器29相应的横截面。这造成空余体积边界的不平齐，边界是台阶形的，因为例如存在一第一误差值30和一第二误差值31。孔深度32也相应地略大于测量传感器29的埋入长度33。
这里所示的测量传感器29的倾斜装入导致测量传感器29贴合面35和套管21之间的第三误差值34。在一种—按本发明也可以的—测量传感器29直线(垂直)装入蜂窝体7时不出现这个第三误差值34。
图4表示一蜂窝体7，它由一套管7和一蜂窝结构20组成，并具有一关联的空余体积25，一个测量传感器29，例如λ-探针29，装入此空腔内。测量传感器29在沿流动方向36蜂窝体7的前部轴向区域内，以避免测量传感器由于水冲击而损坏的危险。
附图标记表
1喂给辊           2板条
3滚轮             4钻孔工具
5识别单元         6板段
7蜂窝体           8第一信号线
9钻孔单元         10第一信号线
11存储器          12孔位置
13孔边缘          14形成构造工具
15还原工具        16切断单元
17第三信号线      18板层
19堆叠和卷绕单元  20蜂窝结构
21套管            22第四信号线
23第一孔          24第二孔
25空余体积        26光滑板层
27波纹板层        28通道
29测量传感器      30第一误差值
31第二误差值      32孔深度
33埋入长度        34第三误差值
35贴合面          36流动方向
n蜂窝体内建造的板层数
N1、Ni...Nn一定板层的识别号
Nk    已经存在于堆叠和卷绕单元内的板层数

Claims (14)

1.制造蜂窝体(7)的方法，此蜂窝体具有规定数量(n)的来自至少一个喂给辊(1)的板层(18)，其中至少一部分是至少局部形成构造的板层(18)，其结构使蜂窝体(7)对于流体是可流通的，其中蜂窝体(7)在其内部具有用于一个测量传感器(29)的规定的关联的空余体积(25)，此方法包括以下过程：
a)从来自喂给辊(1)的板条(2)上选取用于相应尺寸的板层(18)的一段(6)；
b)识别板层(18)，并从存储器(11)中读出至少一个所属的孔位置(12)和至少一个所属的孔边缘(13)；
c)在板层(18)上在至少一个确定的孔位置(12)制成至少一个带有孔边缘(13)的孔(23，24)和必要时使板段(6)的至少一部分形成构造；
d)必要时从喂给辊(1)上切下板段(6)；
e)重复工步a)至d)，直至达到规定数量(n)的板层(18)；
f)必要时根据识别的单个板层(18)堆叠规定数量的板层(18)；
g)必要时重复工步a)至f)，以制造多个板堆叠；
h)将至少一个板层(18)或至少一个板堆叠卷绕成一蜂窝结构(20)；
i)将蜂窝结构(20)装入套管(21)；和
j)将测量传感器(29)在规定位置上装入蜂窝结构(20)和套管(21)；
其中工步b)、c)和d)可以按任意顺序进行。
2.按权利要求1所述的方法，其特征为：这样地选择在各个板层(18)内的至少一个孔位置(12)和至少一个孔边缘(13)，使得在蜂窝体(7)内形成一关联的空腔，其体积(25)至少相当于装入蜂窝体(7)内的测量传感器(29)的体积。
3.按权利要求2所述的方法，其特征为：板层(18)上至少一个孔(23、24)的尺寸比测量传感器(29)的截面积随相应的板层(18)大规定的误差值。
4.按上述权利要求之任一项所述的方法，其特征为：所储存的孔位置(12)和/或所储存的孔边缘(13)由测量传感器(29)的截面积连同在卷绕状态下的板层(18)确定。
5.按权利要求1至3之任一项所述的方法，其特征为：孔位置(12)和/或孔边缘(13)在储存之前由一数学模型计算推导出来。
6.按权利要求1至3之任一项所述的方法，其特征为：孔位置(12)和/或孔边缘(13)在储存之前根据经验数值确定。
7.按权利要求1至3之任一项所述的方法，其特征为：所储存的孔位置(12)和/或孔边(13)的值根据在测量传感器(29)和空余体积(25)的边界之间实际存在的误差值进行匹配。
8.按权利要求1至3之任一项所述的方法，其特征为：孔(23、24)做成这样，使得空余体积的横截面可以装入圆形的、椭圆形的或多边形的横截面的测量传感器(29)。
9.按权利要求7所述的方法，其特征为：孔边缘(13)是椭圆的。
10.按权利要求1至3之任一项所述的方法，其特征为：作为测量传感器(29)装入一λ-探针或一HC-传感器。
11.用来制造具有一用于安装内置测量传感器(29)的关联空余体积(25)的由一块或几块板层(18)组成的蜂窝体的装置，板层中至少一部分至少局部这样地形成构造，即其构造使蜂窝体(7)对于流体是可流通的，该装置具有一用来在板层以后在蜂窝体(7)内的位置方面识别板层(18)的识别单元(5)，一用于储存对于在蜂窝体(7)内的各个板层(18)的至少一个孔位置(12)和至少一个孔边缘(13)的存储器，一带有钻孔工具(4)必要时还有形成构造工具和还原工具(14、15)的钻孔单元(9)和一堆叠和卷绕单元(19)，其中，存储器(11)和钻孔单元(9)通过用来传输至少一个孔边缘(13)和至少一个孔位置(12)的信号线(10)相互连接。
12.按权利要求11所述的装置，其特征为：孔位置(12)和/或孔边缘(13)由测量传感器(29)的横截面积连同在卷绕状态下的板层(18)确定。
13.按权利要求11或12所述的装置，其特征为：测量传感器(29)具有圆形、椭圆形或多边形的横截面。
14.按权利要求11或12所述的装置，其特征为：钻孔工具(4)具有产生一椭圆形孔(23、24)的结构。
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