DE10018805A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines Katalysators mit einem einen polygonen Querschnitt aufweisenden Monolithen - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines Katalysators mit einem einen polygonen Querschnitt aufweisenden Monolithen

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Abstract

Um auch einen im Querschnitt polygonen, abgerundeten Monolithen (2) unter Zwischenschluß einer Blähmatte (3) eng mit einem Mantelblech (4) zu umgeben, wird das einteilige Mantelblech (4) mindestens nahezu in seine Endform vorgeformt, das vorgeformte Mantelblech (4) zusammen mit der Blähmatte (3) und dem Monolithen (2) in eine Spannvorrichtung (14) so eingespannt, daß das Mantelblech (4) seine Endform aufweist, und die Randbereiche (12, 13) miteinander verschweißt. DOLLAR A Die hierzu vorgesehene Vorrichtung umfaßt eine kraftbetätigte Spannvorrichtung (14), die mit Hilfe zweier Profilstücke (15, 16) und eines flexiblen Zugglieds (17) das Mantelblech (4) fest um den Monolithen (2) preßt. DOLLAR A Die Erfindung ermöglicht die Herstellung von Katalysatoren (1) mit nahezu beliebigen polygonen, abgerundeten Querschnitten.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines Katalysators mit einem einen polygonen Querschnitt aufweisenden Monolithen. Unter polygon soll hier die Form eines Vielecks verstanden werden, dessen Ecken abgerundet sind.
Abgaskatalysatoren für Kraftfahrzeuge bestehen aus einem zentralen, stabförmigen, keramischen Wabenkörper, Monolith genannt, der in Längsrichtung von vielen feinen Kanälen durchzogen ist. Der Monolith wird unter Zwischenlage einer sogenannten Blähmatte aus mineralischem Faserstoff von einem Mantelblech, insbesondere aus Edelstahl, umgeben. Das Mantelblech muß über seinem gesamten Umfang sehr eng sitzen, damit insbesondere während des Betriebs des Kraftfahrzeugs das stoßempfindliche Material des Monolithen nicht beschädigt wird, keine lästigen Klappergeräusche auftreten und die Abdichtung zwischen dem Monolithen und dem Mantelblech sichergestellt ist. Hierbei ist auch zu berücksichtigen, daß das Mantelblech im Ruhezustand kalt, im Betriebszustand hingegen sehr heiß ist. Infolgedessen unterliegt das Mantelblech einer gewissen Ausdehnung bzw. Schrumpfung im Unfangsbereich.
Derartige Katalysatoren wurden, offenbar aus Kostengründen, bisher nur mit kreisrunden Querschnitten hergestellt: Ist es doch allgemein bekannt, daß kreisrunde Querschnitte grundsätzlich am einfachsten abzudichten sind. Verschärfte gesetzliche Vorschriften und die Forderung nach besserer Bauraumausnutzung im Kraftfahrzeug lassen es jedoch heute wünschenswert erschienen, auch von der Kreisform abweichende, insbesondere die eingangs definierte polygone Form aufweisende Katalysatoren herzustellen. Aber auch bei solchen Formen muß das Mantelblech so eng den Monolithen umspannen, daß die Blähmatte für einen ausreichend festen, dichten Sitz und gleichzeitig für eine gewisse Dämpfung sorgen kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren aufzuzeigen, bei dem die genannten technischen Anforderungen auch bei einem Katalysator erfüllt werden, der im Querschnitt eine abgerundete polygone Form aufweist. Des weiteren soll eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens vorgeschlagen werden.
Die Erfindung löst diese Aufgabe bei einem gattungsgemäßen Katalysator dadurch, daß das Mantelblech aus einem einzigen Blechteil besteht, daß das Mantelblech von einer Biege- und/oder Spannvorrichtung so in seine bestimmungsgemäße Endform gebogen wird, daß seine zumindest im wesentlichen in Längsrichtung des Monolithen verlaufenden Randbereiche sich überlappen oder sich mindestens berühren und daß die Randbereiche dann miteinander unlösbar verbunden werden.
Die Erfindung ermöglicht die Ausbildung des Katalysators mit von der idealen Kreisform erheblich abweichendem Querschnitt. Besonders geeignet sind mit großem Radius abgerundete Polygone, da in solcher Form auch die Monolithen gut herstellbar sind. Es ergibt sich nur eine Längsnaht zur Verbindung des Mantelblechs, das sich sehr wirtschaftlich aus von Coilmaterial abgetrennten Platinen herstellen läßt. Wird eine Überlappung der zu verbindenden Randbereiche vorgesehen, lassen sich auch größere Maßtoleranzen des Monolithen oder der Platine ohne jeglichen zusätzlichen Aufwand im Überlappungsbereich ausgleichen. Die Randbereiche des Mantelblechs können dann im Überlappungsbereich mit mehr oder weniger Überdeckung, z. B. unter Schutzgas, verschweißt werden. Liegen die Randbereiche hingegen maßgenau Stoß an Stoß, kann zur Herstellung der Verbindung zusätzliches Schweißmaterial auf die Stoßstelle aufgebracht werden.
In der Regel wird das Mantelblech mindestens nahezu in seine Endform vorgeformt, bevor seine Randbereiche in ihre Verbindungslage gebracht und miteinander verbunden werden. Diese Vorformung des Mantelblechs kann in einer vorgeschalteten, separaten Biegevorrichtung durchgeführt werden. Dann wird das vorgeformte Mantelblech zusammen mit der Blähmatte und dem polygonen Monolithen in eine Spannvorrichtung so eingespannt, daß das Mantelblech nun völlig seine bestimmungsgemäße Endform aufweist und die Randbereiche sich in der Verbindungslage befinden, worauf schließlich die Randbereiche miteinander verbunden werden.
Bei der Vorformung wird das Mantelblech in der Biegevorrichtung in eine am Umfang mindestens nahezu geschlossene polygone Form vorgebogen.
Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, daß eine Spannvorrichtung das Mantelblech umgibt und über dessen Umfang mindestens zwei Profilstücke umfaßt, die über mindestens ein flexibles Zugglied miteinander verbunden sind und über eine kraftbetätigte Vorrichtung so gegeneinander bewegbar sind, daß der Umfang der Spannvorrichtung und damit des Mantelblechs vermindert wird, dabei jedoch zwischen den Profilstücken ein Zugang zu den miteinander zu verbindenden Randbereichen frei bleibt.
Mit einer derartigen Spannvorrichtung wird eine hohe Prozeßsicherheit bei der Herstellung der Endform des Mantelblechs und damit bei der Herstellung seines dauerhaft sicheren Sitzes auf dem Monolithen erzielt, da die radialen Spannkräfte proportional der durch das Zugglied aufgebrachten Zugkraft sind.
Soll ein bestimmter Umfangsbereich radial stärker beaufschlagt werden, so wird dort ein Druckstück vorgesehen, das von dem flexiblen Zugglied auf das Mantelblech gedrückt wird. Stattdessen kann das flexible Zugglied an dem betreffenden Umfangsbereich auch schon selbst das auf das Mantelblech einwirkende Druckstück beinhalten.
Das flexible Zugglied kann beliebig ausgebildet sein. Es kann mindestens abschnittsweise z. B. ein Seil, eine Kette oder dergleichen sein. Ist es als Kette, aus Kugeln, Rollen oder Ösen, ausgebildet, dann kann das Druckstück gewissermaßen als verstärktes Kettenglied, z. B. als dickere Kugel oder Rolle, geformt sein. Ansonsten kann das flexible Zugglied mit Hilfe einer entsprechenden Ausbildung auch über oder durch das beliebig geformte Druckstück geführt sein, wobei es seine Form beibehält. Weist das Druckstück eine Ausbuchtung zum Mantelblech hin auf, so kann eine grundsätzlich polygonale, aber auch eine örtliche mindestens leicht konkave Ausbildung des Mantelblechs durch lückenlose radiale Spannung sichergestellt werden.
Die auf das Zugglied einwirkende kraftbetätigte Vorrichtung kann Zugstangen umfassen, die z. B. etwa tangential zum Mantelblech und abwechselnd in entgegengesetzter Richtung beaufschlagt werden. Desgleichen kann die Vorrichtung kraftbetätigte Kniehebel umfassen.
Die kraftbetätigte Vorrichtung kann mechanisch, pneumatisch oder hydraulisch betätigbar und steuerbar sein.
Die Biege- und/oder Spannvorrichtung kann auf der den Randbereichen, und damit der Schweißnaht, gegenüberliegenden Seite mindestens ein Auflager für das Zugglied und/oder für ein Druckstück aufweisen. Dann kann die Form des Auflagers der Form des Zuggliedes und/oder des Druckstückes angepaßt sein.
Die Profilstücke und/oder die Druckstücke können im Querschnitt der Endform des Mantelblechs angepaßt sein.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung stellt definierte Haltekräfte des Monolithen zum Mantelblech bei den verschiedensten polygonalen, abgerundeten Querschnitten sicher. Sie erlaubt somit eine prozeßsichere Fertigung des Katalysators mit von der Kreisform auch erheblich abweichendem Querschnitt, der im Extremfall sogar leicht konkav gewölbte Umfangsbereiche aufweisen darf. Damit wird eine hohe Anpassungsfähigkeit an den zur Verfügung stehenden Raum erzielt: Durch die sehr flexible Querschnittsgestaltung kann der vorgegebene Raum maximal und damit optimal ausgenutzt werden, was im Automobilbau besonders vorteilhaft ist
In der Zeichnung wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert. Hierzu wird das Verfahren mit Hilfe der zugehörigen Vorrichtung schematisch dargestellt und näher beschrieben.
Fig. 1 zeigt die Seitenansicht auf einen vormontierten, im Querschnitt etwa triovalen Katalysator mit vorgeformtem und in einer Spannvorrichtung gespanntem, zur Verschweißung bereiten Mantelblech.
Fig. 2 zeigt die Draufsicht auf die Spannvorrichtung nach Fig. 1.
Der Katalysator 1 besteht in Fig. 1 zunächst aus dem zentralen, stabförmigen, im Querschnitt triovalen keramischen Wabenkörper, der Monolith 2 genannt wird. Der Monolith 2 ist von einer sogenannten Blähmatte 3 aus mineralischem Faserstoff und einem Mantelblech 4 unter Vorspannung umgeben. Das Mantelblech besteht aus einem Chrom-Nickel-Stahl, ist aus Cilmaterial zu einer Platine geschnitten und wurde in einer nicht dargestellten Biegevorrichtung in eine nahezu geschlossene Form vorgeformt.
Das vorgeformte Mantelblech 4 ist im Querschnitt spiegelbildlich ausgebildet und umfaßt verschieden stark gebogene, teilkreisförmige Abschnitte 5 bis 11. Das Mantelblech 4 umfaßt des weiteren zwei sich überlappende Randbereiche 12 und 13, die in Längsrichtung des Monolithen 2 verlaufen und unlösbar miteinander zu verbinden sind.
Monolith 2, Blähmatte 3 und Mantelblech 4 wurden in eine Spannvorrichtung 14 eingelegt. Die Spannvorrichtung 14 umfaßt zwei Profilstücke 15 und 16, die über ein flexibles, als Rollenkette 17 ausgebildetes Zugglied miteinander verbunden sind. Dabei umschlingen die Profilstücke 15 und 16 und die Rollenkette 17 das Mantelblech 4 fast ganz, lassen nur einen Zwischenraum 18 zwischen den Profilstücken 15 und 16 frei. In diesem Zwischenraum 18 liegen die Randbereiche 12 und 13 übereinander, so daß mit einem Schweißbrenner 19 unter Schutzgas eine Schweißnaht erzeugt werden kann.
Das Profilstück 15 umfaßt und drückt auf den Abschnitt 5 des Mantelblechs 4. An das Profilstück 15 ist die Rollenkette 17 angelenkt, die aus einem ersten Kettenabschnitt 20 besteht, der auf den Abschnitt 7 drückt. Der Kettenabschnitt 20 ist an ein Druckstück 21 angelenkt, das auf den Abschnitt 9 drückt. An das Druckstück 21 ist ein zweiter Kettenabschnitt 22 angelenkt, der auf den Abschnitt 11 drückt. An den Kettenabschnitt 11 ist ein zweites Druckstück 23 angelenkt, das auf den Abschnitt 10 drückt. An das zweite Druckstück 23 ist ein dritter Kettenabschnitt 24 angelenkt, der auf den Abschnitt 8 drückt. Der dritte Kettenabschnitt 24 ist schließlich an das Profilstück 16 angelenkt, das auf den Abschnitt 6 drückt.
Es wird deutlich, daß das Mantelblech 4 über alle Abschnitte 5 bis 11 seines Umfangs radial beaufschlagt und somit zusammen mit der Blähmatte 3 gegen den Monolithen 2 gepreßt wird.
Die Anpreßung erfolgt gleichmäßig, da sich die biegsamen Kettenabschnitte 20, 22 und 24 gleichmäßig an die relativ stark gekrümmten Abschnitte 7, 11 und 8 des Mantelblechs 4 anpassen. Des weiteren sind die Profilstücke 15 und 16 an die Biegung der relativ schwach gekrümmten Abschnitte 5 und 6, die Druckstücke 21 und 23 an die Biegung der ebenfalls relativ schwach gekrümmten Abschnitte 9 und 10 angepaßt, und zwar an die gewünschte Endform dieser Abschnitte.
Zur Abstützung der Baugruppe und der Spannvorrichtung 14 ist ein Auflager 25 vorgesehen, an dem sich der Kettenabschnitt 22 abstützen kann, wobei das Auflager 25 mit seiner Stützfläche 26 der Biegung des Kettenabschnitts 22 und damit indirekt der Biegung des Abschnitts 11 angepaßt ist.
Die Spannvorrichtung 14 umfaßt weiterhin eine kraftbetätigte Vorrichtung in Form von Zugstangen 27 und 28. Die Zugstangen 27 und 28 sind abwechselnd an den Profilstücke 15 und 16 angelenkt, siehe auch Fig. 2, und werden etwa tangential zum Mantelblech 4 durch Kräfte F beaufschlagt. Diese Kräfte F sichern die Stellung aller beteiligten Bauteile, bis die Schweißnaht an den Randbereichen 12 und 13 fertiggestellt ist.
Die Zugstangen 27 und 28 können auch über Kniehebel betätigt sein. Die erforderlichen Kräfte können mechanisch, pneumatisch oder hydraulisch erzeugt werden.
Die Erfindung ist anhand eines sogenannten triovalen Querschnitts beispielhaft beschrieben worden. Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich aber durch fachmännische Anpassung der Vorrichtung auf eine Vielzahl von abgerundeten, polygonen Querschnitten anwenden.
BEZUGSZEICHENLISTE
1
Katalysator
2
Monolith
3
Blähmatte
4
Mantelblech
5
Abschnitt von
4
6
Abschnitt von
4
7
Abschnitt von
4
8
Abschnitt von
4
9
Abschnitt von
4
10
Abschnitt von
4
11
Abschnitt von
4
12
Randbereich von
4
13
Randbereich von
4
14
Spannvorrichtung
15
Profilstück
16
Profilstück
17
Rollenkette, Zugglied
18
Zwischenraum
19
Schweißbrenner
20
erster Kettenabschnitt
21
erstes Druckstück
22
zweiter Kettenabschnitt
23
zweites Druckstück
24
dritter Kettenabschnitt
25
Auflager
26
Stützfläche
27
Vorrichtung, Zugstange
28
Vorrichtung, Zugstange
F Kräfte

Claims (15)

1. Verfahren zur Herstellung eines Katalysators (1) mit einem einen polygonen Querschnitt aufweisenden Monolithen (2), der unter Zwischenschluß einer Blähmatte (3) von einem Mantelblech (4) eng umschlossen wird, dadurch gekennzeichnet, daß
das Mantelblech (4) aus einem einzigen Blechteil besteht,
das Mantelblech (4) von einer Biege- und/oder Spannvorrichtung (14) so in seine bestimmungsgemäße Endform gebogen wird, daß seine zumindest im wesentlichen in Längsrichtung des Monolithen (2) verlaufenden Randbereiche (12, 13) sich überlappen oder sich mindestens berühren und
die Randbereiche (12, 13) miteinander unlösbar verbunden werden.
2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
das Mantelblech (4) in einer Biegevorrichtung mindestens nahezu in seine Endform vorgeformt wird,
das vorgeformte Mantelblech (4) zusammen mit der Blähmatte (3) und dem Monolithen (2) in eine Spannvorrichtung (14) so eingespannt wird, daß das Mantelblech (4) seine bestimmungsgemäße Endform aufweist und die Randbereiche (12, 13) sich in der Verbindungslage befinden und
die Randbereiche (12, 13) schließlich miteinander verbunden werden.
3. Verfahren nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Mantelblech (4) in der Biegevorrichtung in eine am Umfang mindestens nahezu geschlossene Form vorgeformt wird.
4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannvorrichtung (14) das Mantelblech (4) umgibt und über seinem Umfang mindestens zwei Profilstücke (15, 16) umfaßt, die über mindestens ein flexibles Zugglied (17) miteinander verbunden sind und über eine kraftbetätigte Vorrichtung (27, 28) so gegeneinander bewegbar sind, daß der Umfang der Spannvorrichtung (14) und damit des Mantelbleches (4) vermindert wird, dabei jedoch zwischen den Profilstücken (15, 16) ein Zugang (18) zu den miteinander zu verbindenden Randbereichen (12, 13) frei bleibt.
5. Vorrichtung nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das flexible Zugglied (17) in seinem Umfangsverlauf mindestens ein auf das Mantelblech (4) einwirkendes Druckstück (21, 23) beaufschlagt.
6. Vorrichtung nach Patentanspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das flexible Zugglied (17) in seinem Umfangsverlauf mindestens ein auf das Mantelblech (4) einwirkendes Druckstück (21, 23) beinhaltet.
7. Vorrichtung nach einem der Patentansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Zugglied (17) mindestens abschnittsweise (20, 22, 24) als Kette ausgebildet ist.
8. Vorrichtung nach den Patentansprüchen 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckstück (21, 22) als verstärktes Kettenglied ausgebildet ist.
9. Vorrichtung nach einem der Patentansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die kraftbetätigte Vorrichtung Zugstangen (27, 28) umfaßt.
10. Vorrichtung nach Patentanspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugstangen (27, 28) mindestens etwa tangential zum Mantelblech (4) und abwechselnd in entgegengesetzter Richtung (F) beaufschlagt werden.
11. Vorrichtung nach Patentanspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die kraftbetätigte Vorrichtung Kniehebel umfaßt.
12. Vorrichtung nach einem der Patentansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die kraftbetätigte Vorrichtung mechanisch, pneumatisch oder hydraulisch betätigbar und steuerbar ist.
13. Vorrichtung nach einem der Patentansprüche 4 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Biege- und/oder Spannvorrichtung (14) auf der den Randbereichen (12, 13) gegenüberliegenden Seite mindestens ein Auflager (25) für das Zugglied (17) und/oder ein Druckstück aufweist.
14. Vorrichtung nach Patentanspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Auflager (25) der Form des Zuggliedes (17) und/oder des Druckstücks angepaßt ist.
15. Vorrichtung nach einem der Patentansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Profilstücke (15, 16) und/oder die Druckstücke (21, 23) der Endform des Mantelblechs (4) angepaßt sind.
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