WO2004105978A1 - Herstellung eines strukturierten bleches für abgasbehandlungseinrichtungen - Google Patents

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WO2004105978A1
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Rolf BRÜCK
Ludwig Wieres
Jan Hodgson
Gottfried Wilhelm Haesemann
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Emitec Gesellschaft Für Emissionstechnologie Mbh
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Definitions

  • the present invention relates to a method and an apparatus for producing a structure in a smooth sheet metal strip, which is particularly mobile for producing exhaust gas treatment devices
  • components or structures in the exhaust pipe, which provide a relatively large surface area.
  • These components are usually provided with an adsorbing, catalytically active or other coating, and because of the large surface area of the components, intimate contact with the exhaust gas flowing past is realized.
  • Such components are, for example, filter elements for filtering out particles contained in the exhaust gas, adsorbers for storing pollutants (e.g. NO x ) contained in the exhaust gas at least for a limited time, catalytic converters (e.g.
  • the following carrier substrates have basically proven themselves: ceramic honeycomb bodies, extruded honeycomb bodies and honeycomb bodies made of metal foils. Due to the fact that these carrier substrates must always be adapted to their functions, high-temperature-resistant and corrosion-resistant sheets are particularly suitable starting materials for production.
  • honeycomb bodies with a plurality of at least partially structured sheets, which are then introduced into a housing are and thus form a support body which can be provided with one or more of the above coatings.
  • the at least partially structured sheets are arranged in such a way that channels arranged essentially parallel to one another are formed.
  • some of the sheets are provided with a primary structure, which is characterized, among other things, by a regular, repetitive structure, in particular a type of sine wave structure, a sawtooth structure, a rectangular structure, a triangular structure. Structure, an omega structure or the like.
  • These sheets provided with the structure are then stacked on top of one another (alternately, if necessary, with smooth intermediate layers), twisted together and inserted into a housing.
  • a honeycomb body is thus formed which has channels which are essentially parallel to one another.
  • Very thin sheets represent a very low surface-specific heat capacity, ie relatively little heat is extracted from the exhaust gas flowing past or the sheets themselves experience a temperature increase relatively quickly. This is important because the catalytically active coatings currently used in the exhaust system only begin to react with the pollutants above a certain light-off temperature, which is around 230 ° C to 270 ° C. With the aim of converting these pollutants with an effectiveness of at least 98% after just a few seconds, sheets are used which have a film thickness of, for example, less than 50 ⁇ m (0.05 mm), in particular even less than 30 ⁇ m (0.03 mm).
  • Strain hardening can negatively influence the forming behavior of the sheets. Due to the use of relatively thin sheets, there is also the risk that the sheet foils tend to crease, roll up and / or tear during manufacture. These undesirable deformations can occur during manufacture, as well as during transport or during use in an exhaust system of an automobile, or can increase. For example, the creases cause u. U. channels are clogged or cracks are formed, which propagate due to the high thermal and dynamic loads in the exhaust system of an automobile and endanger the structural integrity of the honeycomb body. It should also be taken into account that such wrinkled or deformed primary and / or secondary structures oppose the exhaust gas in an undesirable manner, so that an increased dynamic pressure in front of the honeycomb body is to be feared, which can possibly lead to a reduction in engine performance.
  • the method according to the invention for producing a structure in a smooth sheet metal strip comprises at least the following steps: a) feeding a first section of a smooth sheet metal strip to a first one
  • the sheets which are ultimately used in exhaust gas treatment systems of automobiles, are usually produced from a sheet metal strip, the
  • the metal strip is made of a high temperature-resistant and corrosion-resistant material.
  • the material is based on iron and has at least one of the components aluminum, chrome and nickel. While the metal strip has a length of many meters, the width corresponds to the
  • Sheet metal strip essentially already the desired width, as for the
  • the width is usually smaller in the range
  • the sheet metal strip is usually rolled up into a coil and is fed via conveyor devices. Due to the fact that two processing steps take place here one after the other, different sections of the sheet metal strip are processed.
  • the first section of the smooth sheet metal strip is first machined by the first tool and finally also fed to the second tool.
  • the second section may already have been machined by the first tool, but it is also possible that the second section still encompasses a smooth area of the sheet metal strip.
  • the sections preferably extend over the entire width of the sheet metal strip and have a section that is essentially oriented on the structure to be produced.
  • the section length of the first section and the second section is preferably the same.
  • the section on the smooth sheet metal strip essentially corresponds to the working area of at least one tool.
  • Tool is a generic term for various types of devices, apparatus, etc. for sheet metal forming.
  • step a Due to the fact that the sheet metal strip is continuously formed in one piece, according to step a) the first section is simultaneously transported or fed to the first tool and a second section to the second tool in the desired feed direction. After step a), a section of the sheet metal strip is thus close to the respective tool, which has not yet been processed by the first or second tool.
  • This first section or second section preferably adjoins the section of the sheet metal strip which has just been machined in the feed direction.
  • step b If this feeding of the sheet metal strip has been carried out in the desired position, the sheet metal strip is to be stopped according to step b). So is ensures that the sheet metal strip does not move relative to the tools while the following step c) is carried out.
  • Sheet metal processing of the first section of the sheet metal strip is now carried out using the first tool (step e)).
  • the "sheet metal working" includes in particular sheet metal forming and separating manufacturing processes.
  • Sheet metal forming is characterized in particular by the fact that the sheet metal strip is formed into flat hollow parts or structures, with an essentially uniform material thickness after the processing step, as was also the case before the processing step. This applies, for example, to the manufacturing processes of pulling, pressing, bending, etc.
  • Other forming manufacturing processes can be hydroforming, superplastic forming, magnetic forming, etc.
  • Sheet metal processing also includes processes for sheet separation, such as cutting or Fineblanking, laser beam cutting, water-abrasive beam cutting, etc.
  • step d) is carried out, in which sheet metal processing of the second section is carried out with the second tool.
  • step a) is carried out again, ie a (new) first section is fed to the first tool and a (new) second section is fed to the second tool.
  • the first machining step is carried out with the sheet metal strip at rest, while the second machining step takes place simultaneously with a relative movement of the metal strip to the tools.
  • step d) and step a) are overlapped in time.
  • the sheet metal processing with the second tool is such that it automatically generates a movement of the sheet metal strip relative to the second tool.
  • the combination of steps d) and a) simultaneously opens up particularly rapid processing, so that very high feed speeds of the sheet metal strip can be achieved.
  • feed speeds above 10 m / min meters per minute
  • feed speeds of above 25 m / min or even above 50 m / min can be achieved.
  • step e) comprises the introduction of at least one hole in the first section and step d) creates a structure in the second section of the sheet metal strip, the second section already being provided with at least one hole.
  • the second section which is provided with a structure here, was previously processed using a sheet metal cutting process.
  • hole is again a generic term for a cutting edge of any shape introduced into the sheet metal strip, in particular also a slot, an opening, an elongated hole, a rectangle, etc.
  • step d) has to be adapted accordingly, for example via the type of introduction of the structure or a special configuration of the second Due to the fact that the at least one hole is very small compared to the entire second section, a very precise alignment of the hole to the second tool is required, which is made possible here in particular by the combination of steps a) and d) becomes. In this context, it is particularly advantageous that the second tool engages in the at least one hole during step d).
  • the intervention of the second tool is to be understood in particular in such a way that sheet metal forming takes place in the immediate vicinity of the hole, that is to say that the region of the sheet metal strip adjacent to the hole is deformed.
  • the second tool can therefore rest on the hole and / or at least partially penetrate it after the forming.
  • this also means that the second tool and the section previously processed by step e) form a positive fit when performing step d). Precisely with such a method or with the types of primary and / or secondary structures of very small dimensions described at the outset, the precise feeding of the sections to the tools is also guaranteed in the context of series production.
  • a structure is produced in step d) in the second section of the sheet metal strip, which structure has a primary structure and a secondary structure.
  • the primary structure is preferably formed in a repeating manner and advantageously also continuously in succession over the entire length of the sheet metal strip.
  • the secondary structure overlaps the primary structure or extends only over a spatially limited part of the primary structure.
  • the secondary structure can comprise knobs, wings, edges or similar structures.
  • the secondary structure serves u. a the influencing of a fluid flow guided along the surface of the sheet metal strip, so that swirling or calming zones arise in which, on the one hand, a kind of turbulent flow or a reduced flow velocity can be generated with respect to the fluid.
  • WO 01/80978 AI the content of which is made the subject of the disclosure here.
  • step c) comprises the
  • Allocate sheet metal separating manufacturing processes a part of the material of the sheet metal strip being separated from other partial areas with a cutting edge or a knife. Material can be removed from the sheet metal strip (forming a recess, an opening, etc.) or material can only be pushed aside (such as in the case of a slot). It is also possible for openings and slots to be introduced next to one another in the first section.
  • the plurality of holes are preferably formed in rows and in particular over the entire width of the sheet metal strip.
  • several rows with holes can also be introduced at the same time or at different times from one another.
  • step d) comprises corrugating the sheet metal strip.
  • corrugated rolling the sheet metal strip is passed through two rotating, intermeshing, intermeshing profile rollers.
  • the corrugated rollers not only serve to produce a structure in the sheet metal strip, but at the same time represent the transport element with which the sheet metal strip is conveyed on or in in a defined manner. In particular, this makes it necessary for the rollers to feed the sheet metal strip, in particular by generating a force in the feed direction on the sheet metal strip.
  • steps a) to d) are carried out repeatedly, the repetition speed being at least 5 Hertz [Vse kun d e ]. Repetition speeds above 10 Hertz or even above 20 Hertz are particularly preferred for series production.
  • the repetition rate is a measure of the time intervals in which step a) is started again.
  • a repetition rate of 5 Hertz means that the process steps a) to d) are repeated five (5) times in one second.
  • the sheet metal strip is tensioned by means of the second tool and a holding device that precedes the first tool.
  • the holding device has the function of first relieving the load on the upstream coil.
  • the holding device ensures that the sheet metal strip is stretched between it and the second tool as the last shaping processing station, so that sagging, upsetting or the like are avoided. This supports a particularly precise feeding of sections of the sheet metal strip to the tools. For example, brakes, friction linings or the like can be used as the holding device.
  • operating materials include in particular oils, lubricants, coolants, etc.
  • the operating materials are intended to support the processing or forming of the sheet metal strip or to prevent the tools from jamming or jamming.
  • an apparatus for producing a structure in a smooth sheet metal strip comprises at least a first tool for sheet metal processing and a second tool for sheet metal processing and is characterized in that the first tool and the second tool are arranged directly one behind the other and the second tool has means for simultaneously performing sheet metal forming and sheet metal strip feed.
  • the device is particularly suitable for carrying out the inventive method described above.
  • the first tool and the second tool are arranged directly one behind the other, that is to say a separate feed to the tools is dispensed with.
  • the second tool represents a sheet metal strip advance both for itself and for the upstream first tool. Accordingly, the second tool pulls the sheet metal strip into the first tool.
  • the second tool has a clocked drive, which enables feed in such a way that the desired first section is always fed to the first tool.
  • a particularly precise feeding of the sheet metal strip is thus created because the pulling in of the sheet metal strip by the second tool (regardless of further feeding devices) always keeps the relative distance from the first section and the second section constant.
  • the sheet metal forming preferably takes place simultaneously over the entire width of the sheet metal strip.
  • the first tool and the second tool form a distance in a feed direction of the sheet metal strip that is less than 1000 mm [millimeters]. This distance is preferably even less than 500 mm or even less than 200 mm.
  • the omission of separate drives for feeding the sheet metal strip enables a first and second processing station (or tool) to be positioned very close to one another. I.e. also that the first sheet metal working and the second sheet metal working essentially be carried out in an area of the sheet metal strip which has only very slightly different material properties. This ensures that the sheet metal processing that is carried out with the first tool is finally formed very precisely and precisely in relation to the final position in the second tool. A very space-saving and precisely working device is thus specified.
  • the first tool is a punching tool. This serves in particular to make holes, etc. in the sheet metal strip, which subsequently enable complex structures to be formed with the second tool.
  • the punching tool has a lifting drive, which generates a work and an empty cycle.
  • a lifting drive which generates a work and an empty cycle.
  • eccentrics, camshafts or similar devices can be used, for example, which temporarily cause the punching knife to move, but on the other hand result in the punching tool coming to a standstill.
  • the drives can be mechanical, hydraulic and / or electromagnetic.
  • the second tool comprises intermeshing profile rollers.
  • the production process corrugated rolling is carried out in particular.
  • the intermeshing profile rollers have a surface contour that essentially rolls on one another during the rotation. They preferably do not touch each other, but have a gap with each other, which is essentially the Sheet thickness of the sheet metal strip corresponds. This results in a particularly gentle forming of the sheet metal strip.
  • the second tool has a rotary drive which provides a rotational clock frequency of at least 5 Hertz [second]. Due to the fact that the second tool simultaneously determines the feed of the sheet metal strip, that is to say acts as a kind of transport element, the rotational clock frequency of the rotary drive essentially corresponds to the repetition speed of the machining process.
  • the rotation drive advantageously even enables rotation clock frequencies above 10 Hertz, in particular even above 20 Hertz. In this case, rotations, for example, lie above 3,000 m i n and more.
  • the device is advantageously to be designed such that at least the first tool or the second tool has a working zone which corresponds to a multiple of a width of the structure.
  • the configuration is preferred in such a way that both the first tool and the second tool have the same working zone, which corresponds to a multiple of the width of the structure. It is very particularly preferred to design a working zone which corresponds essentially exactly to the simple width of the structure. This means that, for example, in the provision of intermeshing professional rollers, the second working tool is the working zone of a tooth of the profile roller, which ultimately determines the width of the structure.
  • sheet metal here means an area of the sheet metal strip cut to a certain length.
  • Exhaust gas treatment device are in particular catalyst carrier bodies, adsorbers, particle filters, flow influencers, etc. in question.
  • internal combustion engines in particular diesel or gasoline engines of automobiles are meant.
  • Figure 1 shows schematically the structure of a device for producing a structured sheet according to the invention.
  • FIG. 2 shows an illustration to illustrate an embodiment of the method according to the invention
  • FIG. 3 schematically and in perspective a detailed view of a
  • FIG. 5 shows an exemplary embodiment of the sheet metal strip after a first sheet metal working with the first tool
  • Fig. 6 shows an embodiment of a sheet after production with the device or method according to the invention.
  • FIG. 1 shows schematically and in simplified form the construction of a device for producing a structure 1 in a smooth sheet metal strip 2.
  • the smooth sheet metal strip 2 is supplied to the device from a supply 20, which is shown here as a coil.
  • the device which is mounted here in a common housing 22, comprises a first tool 4 for sheet metal processing and a second tool 6 for sheet metal processing.
  • the first tool 4 and the second tool 6 are arranged directly one behind the other.
  • the second tool 6 has at the same time means for carrying out a sheet metal feed in the feed direction 7.
  • a first section 3 becomes the first tool 4 and a new second section 5 simultaneously (with the reshaping of a second section 5 of the sheet metal strip 2 with the second tool 6) second tool 6 supplied.
  • the second tool 6 which is formed here with intermeshing profile rollers 14, has a rotary drive 16, which thus realizes the sole advance of the sheet metal strip 2 in the device.
  • the first tool 4 is designed as a punching device and has a stroke drive 14.
  • the first tool 4 and the second tool 6 are at a very small distance 13 from one another.
  • the sheet metal strip is tensioned by means of the second tool 6 and a holding device 11, which precedes the first tool 4, which is designed here as a brake or friction resistor. Between the holding device 11 and the first tool 4 there is also a roller 21 with which an operating material 12 is applied to the surface of the sheet metal strip 2.
  • the movement of the first tool 4 comprises a (punching) knife 23 and a camshaft 24.
  • the movement of the second tool 6 is shown in a highly simplified manner, the movement of the intermeshing profile rollers 15 being characterized.
  • Below these sketches is a diagram showing the distance (s) covered with the respective tool over time (t). The two graphs shown are with "A" for the movement of the first Tool 4 and "B" marked for the movements of the second tool 6.
  • step e) of the method according to the invention begins, in which sheet metal processing of the first section of the sheet metal strip is carried out with the first tool 4.
  • the camshaft 24 sets the knife 23 of the figure downward in motion, so that the knife 23 penetrates the sheet metal strip.
  • the knife 23 has reached its lowest point, that is, it has completely penetrated the sheet metal strip 2. This is followed by an upward movement of the knife 23 until it has returned to its original position, as at time (I), at time (III).
  • the position of the profile wheels 15 with respect to one another has not changed. Only now, at time (III), the profile wheels 15 move towards each other and form a new structure and move the sheet metal strip in the feed direction.
  • the sheet metal strip 2 comprises a secondary structure 10, which is partially delimited by two holes 8, which are designed here as slots, these slots extending only in an inner region of the metal strip 2.
  • the secondary structure 10 protrudes from the primary structure 9 of the sheet metal strip 1.
  • the primary structure 9 is designed with wave crests 25 and wave troughs 26.
  • the Edge regions 27 of the slots are, as indicated, enlarged in the following FIGS. 4.1, 4.2 and 4.3.
  • the sheet metal strip 2 is shown in a section which essentially corresponds to the working zone 17 of the first tool and the second tool.
  • 4.1, 4.2 and 4.3 show detailed views of a secondary tincture 10 which is delimited by a hole 8.
  • the hole 8 makes it possible for the selcundary structure 10 to be formed from the sheet metal strip 2 such that it emerges from the primary structure 9.
  • the edge area 27 is shown as a simple slot.
  • 4.2 and 4.3 8 recesses 31 are provided in the edge region 27 of the hole.
  • the recesses 31 in FIG. 4.2 forms an arc 30 with a radius of curvature 32 which is preferably in the range from 0.2 mm to 0.4 mm.
  • the recess 31 is shown as an undercut.
  • Other shapes of the recesses 31, for example reducing the notch effect, can also be used.
  • Fig. 5 shows schematically a sheet metal strip 2, as it can be designed after processing by the first tool.
  • the sheet metal strip 2 has a multiplicity of holes 8 which are arranged in rows 35 or in lines 34 to one another.
  • the openings 8 are formed in the edge regions 27 with recesses 31, the two recesses 31 being connected to one another via a slot 28. All holes 8 are arranged in an inner region 33 of the metal strip 2.
  • the holes 8 must now be aligned exactly towards the second tool, since they at least partially delimit a secondary structure 10.
  • the sheet 19 thus has a structure 1 (or primary structure) which is overlaid by a secondary structure 10.
  • the secondary structure 10 is formed here with guide surfaces 29, which partially delimit the respective hole 8.
  • the guide surfaces 29 are both in the Wave valleys 26 and 25 arranged in the wave crests and are each oriented in opposite directions.
  • Structure 1 can be described by a height 36 and a width 18, height 36 being the distance from wave crest 25 to wave trough 26 and width 18 meaning the distance between two adjacent wave crests 25 or wave troughs 26.
  • the ratio of width 18 to height 36 is preferably in a range from 2.0 to 1.3. In this way, channel densities of exhaust gas treatment devices can be formed which are in the range from 100 to 1000 cpsi (“cells per square inch”; 6.45 channels / square inch corresponds to one channel / cm 2 ).
  • the method described here and the device proposed here allow the sheet metal strip to be guided particularly precisely during the production of very complex structures. At the same time, a particularly space-saving arrangement of the tools can be achieved and a high machining speed can be achieved.

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Abstract

Verfahren zur Herstellung einer Struktur (1) in einem glatten Blechband (2) umfassend zumindest folgende Schritte: a) Zuführen eines ersten Abschnittes (3) eines glatten Blechbandes (2) zu einem ersten Werkzeug (4) und eines zweiten Abschnittes (5) des Blechbandes (2) zu einem zweiten Werkzeug (6) in einer Vorschubrichtung (7); b) Anhalten des Blechbandes (2); c) Durchführen einer Blechbearbeitung des ersten Abschnittes (3) des Blechbandes (2) mit dem ersten Werkzeug (4); d) Durchführen einer Blechbearbeitung des zweiten Abschnittes (5) des Blechbandes (2) mit dem zweiten Werkzeug (6), wobei gleichzeitig Schritt (a) ausgeführt wird. Weiter wird eine Vorrichtung zur Herstellung eines komplex strukturierten Blechbandes (2) vorgeschlagen, die selbst bei unterschiedlichen Materialeigenschaften mit hoher Präzision die Struktur (1) erzeugt.

Description

Herstellung eines strukturierten Bleches für Abgasbehandlungseinrichtungen
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Herstellung einer Struktur in einem glatten Blechband, welches insbesondere zur Herstellung von Abgasbehandlungseinrichtungen mobiler
Verbrennungslαaftmaschinen eingesetzt wird.
Bei der Abgasbehandlung von mobilen Verbrermungskraftinaschinen, wie z. B. Otto- und Dieselmotoren, ist es bekannt, Komponenten bzw. Strukturen in der Abgasleitung anzuordnen, die eine relativ große Oberfläche bereitstellen. Diese Komponenten werden üblicherweise mit einer adsorbierenden, katalytisch aktiven oder einer anderen Beschichtung versehen, wobei aufgrund der großen Oberfläche der Komponenten ein inniger Kontakt mit dem vorbeiströmenden Abgas realisiert wird. Solche Komponenten sind beispielsweise Filterelemente zum Herausfiltern von im Abgas enthaltenen Partikeln, Adsorber zum zumindest zeitlich begrenzten Speichern von im Abgas enthaltenen Schadstoffen (z. B. NOx), katalytische Konverter (z. B. Drei- Wege-Katalysator, Oxidationskatalysator, Reduktionskatalysator, etc.), Diffusoren zur Strömungsbeeinflussung bzw. Verwirbelung des hindurchströmenden Abgases, oder auch Heizelemente, die das Abgas gerade nach dem Kaltstart der Verbrennungskxafrmaschine auf eine gewünschte Temperatur erwärmen. Im Hinblick auf die Einsatzbedingungen im Abgassystem eines Automobils haben sich grundsätzlich folgende Trägersubstrate bewährt: keramische Wabenlcörper, extrudierte- Wabenkörper und Wabenkörper aus Metallfolien. Aufgrund der Tatsache, dass diese Trägersubstrate an ihre Funktionen stets anzupassen sind, sind hochtemperaturfeste und korrosionsbeständige Bleche besonders gut geeignete Ausgangsmaterialien zur Herstellung.
Es ist bekannt, Wabenkörper mit einer Mehrzahl von zumindest teilweise strukturierten Blechen herzustellen, die anschließend in ein Gehäuse eingebracht werden und somit einen Trägerkörper bilden, der mit einer oder mehreren der oben genannten Beschichtungen versehen werden kann. Die zumindest teilweise strukturierten Bleche werden dabei so angeordnet, dass im wesentlichen parallel zueinander angeordnete Kanäle gebildet sind. Um dies zu gewährleisten, ist beispielsweise ein Teil der Bleche mit einer Primärstruktur versehen, welche sich u. a. durch eine regelmäßige, sich wiederholende Struktur auszeichnet, insbesondere einer Art Sinus-Wellen-Straktur, eine Sägezahn-Struktur, eine Rechteck-Struktur, eine Dreiecks-Struktur, eine Omega-Struktur od. dgl.. Diese mit der Struktur versehenen Bleche werden dann (ggf. abwechselnd mit glatten Zwischenlagen) aufeinander gestapelt, miteinander verwunden und in ein Gehäuse eingefugt. Somit ist ein Wabenkörper gebildet, der im wesentlichen zueinander parallele Kanäle aufweist.
Weiter ist es bekannt, eine zweite Stπiktur in derartige Blechfolien einzubringen, die insbesondere verhindern sollen, dass sich unmittelbar nach Eintritt des Abgases in den Wabenlcörper eine laminare Strömung bildet, wobei ein Gasaustausch von im Zentrum eines solchen Kanals liegenden Bereichen des Teilabgasstroms mit den z. B. katalytisch aktiven Kanalwandbereichen nicht stattfindet. Diese Sekundärstruktur bzw. MikroStruktur stellt Anströmflächen bereit, die eine Verwirbelung der Teilabgassfröme im Inneren eines solchen Kanals zur Folge hat. Dies führt zu einer intensiven Mischung der Teilabgassfröme selbst, so dass ein inniger Kontakt der im Abgas enthaltenen Schadstoffe mit der Kanalwand gewährleistet ist..Weiterhin ist es möglich, durch derartige Sekundärstrukturen Strömuhgspassagen quer zum Kanal zu bilden, die einen Gasaustausch von Teilabgasströmen in benachbarten Kanälen ermöglichen. Aus diesem Grund sind Sekundärstrulcturen bekannt, die beispielsweise Leitflächen, MikroStrukturen, Noppen, Vorsprünge, Flügel, Laschen, Löcher oder ähnliches umfassen. Insofern ergibt sich eine deutlich erhöhte Variationsvielfalt bei der Herstellung solcher metallischer Wabenkörper gegenüber solchen aus keramischem Material, weil sich solche komplexe Kanalwände nicht bzw. nur mit besonders hohem technischen Aufwand realisieren lassen. Weiter ist es bei der Abgasbehandlung von besonderem Interesse, dass eine Umsetzung der im Abgas enthaltenen Schadstoffe nahezu unverzüglich nach dem Start des Motors erfolgt. Dabei sollte dies gemäß den gesetzlichen Bestimmungen bzw. Richtlinien mit einer besonders hohen Effektivität stattfinden. Aus diesem Grund wurden in der Vergangenheit immer dünnere Metallfolien bzw. Bleche eingesetzt. Sehr dünne Bleche stellen eine sehr geringe oberflächenspezifische Wärmekapazität dar, d. h., dass dem vorbeiströmenden Abgas relativ wenig Wärme entzogen wird bzw. die Bleche selbst relativ schnell eine Temperaturerhöhung erfahren. Das ist wichtig, weil die derzeit im Abgassystem eingesetzten katalytisch aktiven Beschichtungen erst ab einer bestimmten Anspringtemperatur mit der Umsetzung der Schadstoffe beginnen, die in etwa bei 230° C bis 270° C liegt. Mit dem Ziel, bereits nach wenigen Sekunden diese Schadstoffe mit einer mindestens 98 %igen Effektivität umzusetzen, werden Bleche eingesetzt, die eine Foliendicke beispielsweise kleiner 50 μm (0,05 mm) haben, insbesondere sogar kleiner 30 μm (0,03 mm).
Aus den obengenannten Zielsetzungen resultieren jedoch eine Reihe fertigungstechnischer und anwendungstechnischer Probleme. Die Herstellung derartig filigraner Strukturen, insbesondere der Selαmdärstrukturen bzw. Mikrostriikturen, erfordert besonders präzise arbeitende Werkzeuge, die üblicherweise sehr teuer sind und demnach lange Standzeiten verwirklichen sollten. Dabei ist zu berücksichtigen, dass einerseits umformende und andererseits ggf. auch trennende Fertigungsschritte bewerkstelligt werden müssen. Um Werkzeugkosten zu sparen, wurden möglichst viele Bearbeitungsschritte in ein Werkzeug integriert, wobei aufgrund der Gestalt der Sekundärstruktur ein zunehmender Verschleiß am Werkzeug festzustellen ist. Weiterhin besteht das Problem, dass die relativ dünnen Blechfolien mit einer geeigneten Geschwindigkeit zugeführt werden müssen, nach Möglichkeit ohne einer unerwünschten Kaltverformung ausgesetzt zu werden. Die Kaltverfestigung kann das Umformverhalten der Bleche negativ beeinflussen. Aufgrund des Einsatzes von relativ dünnen Blechen besteht zudem die Gefahr, dass die Blechfolien bei der Herstellung zum Knittern, zum Aufrollen und/oder zum Einreißen neigen. Diese unerwünschten Verformungen können schon bei der Herstellung, als auch beim Transport oder während des Einsatzes in einer Abgasanlage eines Automobils auftreten bzw. sich noch verstärken. Die Knitter haben beispielsweise zur Folge, dass u. U. Kanäle verstopft werden bzw. Risse gebildet sind, die wegen der hohen thermischen und dynamischen Belastungen im Abgassystem eines Automobils sich fortpflanzen und die strukturelle Integrität des Wabenkörpers gefährden. Weiterhin ist zu berücksichtigen, dass sich derartig geknitterte oder deformierte Primär- und/oder Sekundärstirύcturen in einer unerwünschten Weise dem Abgas entgegenstellen, so dass ein erhöhter Staudruck vor dem Wabenkörper zu befürchten ist, was ggf. zur Reduzierung der Motorleistung führen kann.
Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von stralcturierten Blechen anzugeben, welches letztendlich dauerhaft den hohen thermischen und dynamischen Belastungen im Abgassystem eines Automobils standhalten kann. Insbesondere sollen die eingangs genannten technischen Probleme überwunden werden, indem eine sehr gleichmäßige Ausgestaltung der Primärstruktur bzw. Sekundärsfruktur hergestellt wird, so dass Fehler bei der Herstellung minimiert werden können. Dabei soll gleichzeitig die Möglichkeit geschaffen werden, den Einfluss von Inhomogenitäten des als Halbwerkzeug eingesetzten Blechbandes bei der Herstellung derartiger Bleche in der Serienfertigung zu reduzieren. Außerdem soll eine besonders platzsparende Vorrichtung angegeben werden.
Diese Aufgaben werden gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung einer Struktur in einem glatten Blechband gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 bzw. durch eine Vorrichtung zur Herstellung einer Struktur in einem glatten Blechband mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens bzw. der Vorrichtung sind in den jeweils abhängigen Patentansprüchen beschrieben. Eine besonders bevorzugte Verwendung eines so hergestellten strukturierten Bleches ist Gegenstand des Patentanspruchs 17. Ergänzend sei darauf hingewiesen, dass die in den Patentansprüchen genannten Merkmale miteinander in beliebig sinnvoller Weise kombiniert und ggf. durch Sachverhalte der Beschreibung ergänzt werden können.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer Struktur in einem glatten Blechband umfasst zumindest folgende Schritte: a) Zuführen eines ersten Abschnittes eines glatten Blechbandes zu einem ersten
Werkzeug und eines zweiten Abschnittes des Blechbandes zu einem zweiten
Werkzeug in einer Vorschubrichtung; b) Anhalten des Blechbandes; c) Durchfuhren einer Blechbearbeitung des ersten Abschnittes des Blechbandes mit dem ersten Werkzeug; d) Durchfuhren einer Blechbearbeitung des zweiten Abschnittes des Blechbandes mit dem zweiten Werkzeug, wobei gleichzeitig Schritt a) ausgeführt wird.
Üblicherweise werden die Bleche, die letztendlich in Abgasbehandlungsanlagen von Automobilen eingesetzt werden, aus einem Blechband hergestellt, wobei die
Bleche gemäß der gewünschten Länge schließlich von dem Blechband abgetrennt werden. Das Blechband besteht aus einem hochtemperaturfesten und korrosionsbeständigen Material. Der Werkstoff- basiert auf Eisen und weist zumindest einen der Bestandteile Aluminium, Chrom und Nickel auf. Während das Blechband eine Länge von vielen Metern hat, entspricht die Breite des
Blechbandes im wesentlichen bereits der gewünschten Breite, wie sie für die
Abgasanlage benötigt wird. Üblicherweise liegt die Breite im Bereich kleiner
15 cm. Das Blechband ist üblicherweise zu einem Coil zusammengerollt und wird über Fördereinrichtungen zugeführt. Aufgrund der Tatsache, dass hier zwei Bearbeitungsschritte hintereinander ablaufen, werden jeweils unterschiedliche Abschnitte des Blechbandes bearbeitet. Der erste Abschnitt des glatten Blechbandes wird zunächst vom ersten Werkzeug bearbeitet und schließlich auch dem zweiten Werkzeug zugeführt. Hiermit wird ein Arbeitsschritt beschrieben, bei dem aufgrund der räumlichen Trennung des ersten Werkzeuges und des zweiten Werkzeuges der (vom ersten Werkzeug bearbeitete) erste Abschnitt nicht direkt dem zweiten Werkzeug zugeführt wird, sondern dieses zweite Werkzeug einen anderen (zweiten) Abschnitt des Blechbandes bearbeitet. Der zweite Abschnitt kann dabei vom ersten Werkzeug bereits bearbeitet worden sein, es ist aber auch möglich, dass der zweite Abschnitt immer noch einen glatten Bereich des Blechbandes umfasst. Die Abschnitte erstrecken sich bevorzugt über die gesamte Breite des Blechbandes und haben eine Abschnittslä ge, die sich im wesentlichen an der herzustellenden Struktur orientiert. Bevorzugt ist die Abschnittslänge des ersten Abschnittes und des zweiten Abschnittes gleich. Dabei entspricht der Abschnitt auf dem glatten Blechband im wesentlichen dem Arbeitsbereich wenigstens eines Werkzeuges. Mit Werkzeug ist ein Oberbegriff für verschiedenartige Vorrichtungen, Apparate, etc. zur Blechumformung angegeben.
Aufgrund der Tatsache, dass das Blechband fortlaufend einstückig ausgebildet ist, wird gemäß Schritt a) gleichzeitig der erste Abschnitt zum ersten Werkzeug und ein zweiter Abschnitt zum zweiten Werkzeug in der gewünschten Vorschubrichtung transportiert bzw. zugeführt. Nach Schritt a) liegt somit jeweils ein Abschnitt des Blechbandes nahe dem jeweiligen Werkzeug, der vom ersten bzw. zweiten Werkzeug noch nicht bearbeitet wurde. Vorzugsweise grenzt dieser erste Abschnitt bzw. zweite Abschnitt an den in Vorschubrichtung gerade bearbeiteten Abschnitt des Blechbandes direkt an.
Wenn diese Zuführung des Blechbandes in der gewünschten Position vorgenommen wurde, ist das Blechband gemäß Schritt b) anzuhalten. Somit ist sichergestellt, dass keine Relativbewegung des Blechbandes zu den Werkzeugen stattfindet, während der folgende Schritt c) durchgeführt wird.
Nun wird eine Blechbearbeitung des ersten Abschnittes des Blechbandes mit dem ersten Werkzeug durchgeführt (Schritt e)). Die „Blechbearbeitung" umfasst insbesondere die Blechumforaiung und trennende Fertigungsverfahren. Blechumformungen sind insbesondere dadurch charakterisiert, dass das Blechband in flächenhafte Hohlteile bzw. Strukturen umgeformt wird, wobei nach dem Bearbeitungsschritt eine im wesentlichen gleichmäßige Materialstärke vorliegt, wie sie auch vor dem Bearbeitungsschritt vorgelegen hat. Dies trifft beispielsweise für die Fertigungsverfahren Ziehen, Drücken, Biegen, etc. zu. Weitere umformende Fertigungsverfahren können das Innenhochdruckumformen, das superplastische Umformen, das magnetische Umformen etc. sein. Unter einer Blechbearbeitung werden hier auch Verfahren zur Blechtrennung subsunrmiert, beispielsweise das Schneiden bzw. Feinschneiden, das Laserstrahlschneiden, das Wasser- Abrasiv-Strahlschneiden, etc.
Nachdem die Blechbearbeitung des ersten Abschnittes im wesentlichen abgeschlossen ist, wird Schritt d) durchgeführt, bei dem eine Blechbearbeitung des zweiten Abschnittes mit dem zweiten Werkzeug erfolgt. Gleichzeitig mit der Blechbearbeitung des zweiten Abschnittes wird wieder Schritt a) ausgeführt, also ein (neuer) erster Abschnitt dem ersten Werkzeug und ein (neuer) zweiter Abschnitt dem zweiten Werkzeug zugeführt. D. h. mit anderen Worten, dass bei dieser zweistufigen Bearbeitung der erste Bearbeitungsschritt bei ruhendem Blechband durchgeführt wird, während der zweite Bearbeitungsschritt gleichzeitig mit einer Relativbewegung des Blechbandes zu den Werkzeugen stattfindet. D. h. auch, dass der Schritt d) und der Schritt a) zeitlich überlagert sind. Dies hat zur Folge, dass eine besonders exakte und für die Blechbearbeitung mit dem zweiten Werkzeug präzise Zuftihrung des Blechbandes ermöglicht wird. Insbesondere ist dabei die Blechbearbeitung mit dem zweiten Werkzeug derart, dass diese eine Relativbewegung des Blechbandes zum zweiten Werkzeug automatisch generiert. Neben der besonders präzisen Zuführung des ersten Abschnittes bzw. des zweiten Abschnittes zu dem jeweiligen Werkzeug eröffnet die Kombination der Schritte d) und a) gleichzeitig eine besonders schnelle Bearbeitung, so dass sehr hohe Vorschubgeschwindigkeiten des Blechbandes realisiert werden können. Für eine Serienfertigung derartiger strukturierter Blechbände lassen sich beispielsweise Vorschubgeschwindigkeiten oberhalb 10 m/min (Meter pro Minute) verwirklichen, insbesondere auch über 12 m/min oder sogar 15 mmin. Insbesondere bei weniger komplexen Strukturen sind sogar Vorschubgeschwindigkeiten oberhalb von 25 m/min oder sogar über 50 m/rnin erzielbar.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens umfasst Schritt e) das Einbringen mindestens eines Loches in den ersten Abschnitt und Schritt d) erzeugt eine Struktur in dem zweiten Abschnitt des Blechbandes, wobei der zweite Abschnitt bereits mit mindestens einem Loch versehen ist. Das bedeutet mit anderen Worten, dass hier eine Überlagerung der beiden Blechumform- Schritte stattfindet. Der zweite Abschnitt, der hier mit einer Struktur versehen wird, wurde also zuvor mit einem Blechtrennenden Verfahren bearbeitet. In diesem Zusammenhang ist klarstellend darauf hinzuweisen, dass hier der Begriff des „Loches" wiederum als Oberbegriff für eine in das Blechband eingebrachte Trennkante jeglicher Form ist, insbesondere auch eines Schlitzes, einer Öffnung, eines Langlochs, eines Rechtecks, etc.. Dadurch, dass sich beispielsweise eine Mehrzahl bzw. Vielzahl solcher Löcher bereits in dem zweiten Abschnitt befindet, wird das Umformverhalten des Blechbandes lokal erheblich beeinflusst. Deshalb ist Schritt d) entsprechend anzupassen. Dies kann beispielsweise über die Art der Einbringung der Struktur bzw. eine besondere Ausgestaltung des zweiten Werkzeuges sichergestellt sein. Aufgrund der Tatsache, dass das mindestens eine Loch sehr klein gegenüber dem gesamten zweiten Abschnitt ist, ist eine sehr präzise Ausrichtung des Loches zum zweiten Werkzeug erforderlich, was hier in besonderem Maße durch die Kombination der Schritte a) und d) ermöglicht wird. In diesem Zusammenhang ist es besonders vorteilhaft, dass das zweite Werkzeug während des Schrittes d) in das mindestens eine Loch eingreift. Das Eingreifen des zweiten Werkzeuges ist insbesondere so zu verstehen, dass eine Blechumformung in unmittelbarer Nähe zu dem Loch stattfindet, der am Loch angrenzende Bereich des Blechbands also verformt wird. Das zweite Werkzeug kann nach der Umformung also an dem Loch anliegen und/oder es zumindest teilweise durchdringen. Das bedeutet unter anderem auch, dass das zweite Werkzeug und der zuvor durch Schritt e) bearbeitete Abschnitt bei der Durchführung des Schrittes d) einen Formschluss bilden. Gerade bei einem solchen Verfahren bzw. bei den hier eingangs beschriebenen Arten von Primär- und/oder Sekundärstrulcturen sehr kleinen Ausmaßes ist also die präzise Zuführung der Abschnitte zu den Werkzeugen auch im Rahmen einer Serienfertigung gewährleistet.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird in Schritt d) eine Struktur in dem zweiten Abschnitt des Blechbandes erzeugt, die eine Primärstruktur und eine Selcundärstruktur aufweist. Die Primärstruktur wird dabei bevorzugt über die gesamte Länge des Blechbandes in sich wiederholender Weise und vorteilhafterweise auch kontinuierlich hintereinander ausgebildet. Die Sekundärstruktur überlagert die Primärstruktur bzw. erstreckt sich nur über einen räumlich begrenzten Teilbereich der Primärstruktur. Die Selcundärstruktur kann, wie eingangs bereits erläutert, Noppen, Flügel, Kanten oder ähnliche Strukturen umfassen. Die Selcundärstruktur dient u. a der Beeinflussung einer an der Oberfläche des Blechbandes entlang geführten Fluid-Strömung, so dass Verwirbelungs- bzw. Beruhigungszonen entstehen, in denen einerseits eine Art turbulente Strömung oder eine reduzierte Strömungsgeschwindigkeit bezüglich des Fluids erzeugt werden kann. Betreffend die Verwirklichung bzw. Ausgestaltung solcher Sekundärstrukturen sei beispielhaft auf die WO 01/80978 AI verwiesen, deren Inhalt hier vollständig zum Gegenstand der Offenbarung gemacht ist. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens umfasst Schritt c) das
Stanzen einer Mehrzahl von Löchern. Das Fertigungsverfahren Stanzen ist den
Blechtrennenden Fertigungsverfahren zuzuordnen, wobei mit einer Schneide bzw. einem Messer ein Teil des Materials des Blechbandes von anderen Teilbereichen abgetrennt wird. Dabei kann Material dem Blechband entfernt werden (Bildung einer Aussparung, einer Öffnung, etc.) oder aber auch Material nur beiseite gedrückt werden (wie z. B. bei einem Schlitz). Es ist auch möglich, dass in dem ersten Abschnitt Öffnungen und Schlitze nebeneinander eingebracht werden.
Bevorzugt erfolgt die Ausbildung der Mehrzahl von Löchern reihenweise und insbesondere über die gesamte Breite des Blechbandes. Hierzu können auch mehrere Reihen mit Löchern zeitgleich oder zeitlich versetzt zueinander eingebracht werden.
Weiter wird auch vorgeschlagen, dass Schritt d) das Wellwalzen des Blechbandes umfasst. Beim Wellwalzen wird das Blechband durch zwei rotierende, miteinander kämmende, ineinander eingreifende Profilwalze hindurchgeführt. Bei der hier explizit vorgeschlagenen Ausgestaltung des Verfahrens dienen die Wellwalzen nicht nur zur Erzeugung einer Struktur im Blechband, sondern stellen gleichzeitig das Transportorgan dar, mit dem das Blechband in einer definierten Weise weiter- bzw. zugeführt wird. Das macht insbesondere erforderlich, dass die Walzen einen Vorschub des Blechbandes verwirklichen, insbesondere indem sie eine Kraft in Vorschubrichtung auf das Blechband erzeugen.
Gemäß einer Weiterbildung des Verfahrens - werden die Schritte a) bis d) wiederholt durchgeführt, wobei die Wiederholgeschwindigkeit mindestens 5 Hertz [Vsekunde] beträgt. Für die Serienfertigung sind insbesondere Wiederholgeschwindigkeiten oberhalb von 10 Hertz oder sogar oberhalb von 20 Hertz bevorzugt. Die Wiederholgeschwindigkeit ist ein Maß dafür, in welchen Zeitabständen jeweils mit dem Schritt a) wieder begonnen wird. Dabei bedeutet eine Wiederholgeschwindigkeit von 5 Hertz, dass die Verfahrensschritte a) bis d) in einer Sekunde fünf (5) Mal wiederholt werden. Das hier beschriebene Verfahren ermöglicht erstmalig eine sehr schnelle und präzise Herstellung von strukturierten Blechbändern, auch wenn diese sehr komplexe Strukturen aufweisen, die eine Ausrichtung einer Mehrzahl von Bearbeitungsstationen zueinander erfordern, wobei gleichzeitig auf zusätzliche Überwachungs- und Zuführeinheiten bzw. Zuführantriebe verzichtet werden kann.
Nach einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird das Blechband mittels dem zweiten Werkzeug und einer, dem ersten Werkzeug vorangestellten, Haltevorrichtung gespannt. Die Haltevorrichtung hat die Funktion, zunächst einmal den vorgelagerten Coil zu entlasten. Außerdem stellt die Haltevorrichtung sicher, dass das Blechband zwischen ihr und dem zweiten Werkzeug als letzte umformende Bearbeitungsstation gespannt ist, also Durchhänge, Stauchungen oder ähnliches vermieden werden. Dies unterstützt eine besonders präzise Zuführung von Abschnitten des Blechbandes zu den Werkzeugen. Als Haltevorrichtung können beispielsweise Bremsen, Reibbeläge oder ähnliches zum Einsatz gelangen.
Außerdem ist es auch vorteilhaft, das Blechband zumindest vor Schritt c) mit einem Betriebsstoff in Kontakt zu bringen. Unter Betriebsstoffe in diesem Sinne fallen insbesondere Öle, Schmiermittel, Kühlmittel, etc.. Die Betriebsstoffe sollen die Bearbeitung bzw. Umformung des Blechbandes unterstützen bzw. ein Verkanten, Verklemmen der Werkzeuge verhindern.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung zur Herstellung einer Struktur in einem glatten Blechband vorgeschlagen. Die Vorrichtung umfasst wenigstens ein erstes Werkzeug zur Blechbearbeitung und ein zweites Werkzeug zur Blechbearbeitung und ist dadurch gekennzeichnet, dass das erste Werkzeug und das zweite Werkzeug direkt hintereinander angeordnet sind und das zweite Werkzeug Mittel zur gleichzeitigen Durchführung einer Blechumformung und eines Blechbandvorschubes aufweist. Die Vorrichtung ist insbesondere zur Durchführung des oben beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet.
Bekannte Vorrichtungen zur Herstellung einer Struktur in einem glatten Blechband, die zumindest zwei Bearbeitungsschritte umfassen, wiesen jeweils für die Bearbeitungsstation einen separaten Antrieb bzw. eine separate Zufuhreinrichtung auf. Die jeweiligen Antriebe waren u. U. über eine aufwendige elektronische Steuerung miteinander gekoppelt, um einen präzise Zuführung zu der jeweiligen Arbeitsstation zu ermöglichen.
Hier wird nun vorgeschlagen, dass das erste Werkzeug und das zweite Werkzeug direkt hintereinander angeordnet sind, also auf eine separate Zuführung zu den Werkzeugen verzichtet wird. Das zweite Werkzeug stellt durch den Bearbeitungsvorgang einen Blechbandvortrieb sowohl für sich selbst, als auch für das vorgelagerte erste Werkzeug dar. Demnach zieht das zweite Werkzeug das Blechband in das erste Werkzeug hinein. Hierzu weist das zweite Werkzeug einen getakteten Antrieb auf, der jeweils einen Vorschub in der Weise ermöglicht, dass stets der gewünschte erste Abschnitt dem ersten Werkzeug zugeführt wird. Somit wird eine besonders präzise Zuführung des Blechbandes geschaffen, weil das Einziehen des Blechbandes durch das zweite Werkzeug (unabhängig von weiteren Zuführvorrichtungen) die relative Entfernung von erstem Abschnitt und zweitem Abschnitt stets konstant gehalten wird. Die Blechumformung findet vorzugsweise über die gesamte Breite des Blechbandes gleichzeitig statt.
Dabei ist es besonders vorteilhaft, dass das erste Werkzeug und das zweite Werkzeug einen Abstand in einer Vorschubrichtung des Blechbandes bilden, der kleiner als 1000 mm [Millimeter] ist. Bevorzugt ist dieser Abstand sogar kleiner 500 mm oder sogar kleiner 200 mm. Das Weglassen von separaten Antrieben für die Zuführung des Blechbandes ermöglicht eine räumlich sehr dicht zueinander positionierte erste und zweite Bearbeitungsstation (bzw. Werkzeug). D. h. auch, dass die erste Blechbearbeitung und die zweite Blechbearbeitung im wesentlichen in einem Bereich des Blechbandes durchgeführt werden, der nur sehr geringfügig voneinander abweichende Materialeigenschaften aufweist. Das gewährleistet, dass die Blechbearbeitung, die mit dem ersten Werkzeug durchgeführt wird, schließlich sehr exakt und positionsgenau zu der letztendlichen Lage im zweiten Werkzeug gebildet ist. Somit ist eine sehr platzsparende und präzise arbeitende Vorrichtung angegeben.
Weiter wird vorgeschlagen, dass das erste Werkzeug ein Stanzwerkzeug ist. Dieses dient insbesondere zur Einbringung von Löchern, etc. in das Blechband, welche nachfolgend die Ausbildung komplexer Strukturen mit dem zweiten Werkzeug ermöglichen.
Dabei ist es besonders vorteilhaft, dass das Stanzwerkzeug einen Hub-Antrieb hat, welcher einen Arbeits- und einen Leerzyklus erzeugt. Damit ist insbesondere gemeint, dass praktisch ein kontinuierlicher Antrieb des Stanzwerkzeuges anliegt, die Bewegung des Stanzwerkzeuges jedoch nur in einem Teil dieses Antriebszyklusses ausgeführt wird. Hierzu können beispielsweise Exzenter, Nockenwellen oder ähnliche Vorrichtungen eingesetzt werden, die zeitweilig eine Bewegung des Stanzmessers bewirken, andererseits jedoch einen Stillstand des Stanzwerkzeuges zur Folge haben. Die Antriebe können mechanischer, hydraulischer und/oder elektromagnetischer Art sein. Dadurch wird die Trennung der Schritte c) und d) gemäß dem eingangs beschriebenen Verfahren in technisch einfacher Weise realisiert.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Vorrichtung umfasst das zweite Werkzeug miteinander kämmende Profilwalzen. Dabei wird insbesondere das Fertigungsverfahren Wellwalzen durchgeführt. Die miteinander kämmenden Profilwalzen weisen eine Oberflächenkontur auf, die während der Rotation im wesentlichen aufeinander abrollen. Dabei berühren sie einander vorzugsweise nicht, sondern weisen einen Spalt zueinander auf, der im wesentlichen der Blechdicke des Blechbandes entspricht. Dadurch wird eine besonders schonende Umformung des Blechbandes bewirkt.
Bei einer solchen Vorrichtung ist es besonders vorteilhaft, dass das zweite Werkzeug einen Rotations- Antrieb hat, welcher eine Rotations-Taktfrequenz von mindestens 5 Hertz [ sekunde] bereitstellt. Aufgrund der Tatsache, dass das zweite Werkzeug gleichzeitig den Vorschub des Blechbandes bestimmt, also als eine Art Transportorgan wirkt, entspricht die Rotations-Taktfrequenz des Rotationsantriebes im wesentlichen der Wiederholgeschwindigkeit des Bearbeitungsverfahrens. Der Rotations-Antrieb ermöglicht vorteilhafterweise sogar Rotations-Taktfrequenzen oberhalb von 10 Hertz, insbesondere sogar oberhalb von 20 Hertz. Dabei können beispielsweise Umdrehungen oberhalb von 3.000 min und mehr anliegen.
Vorteilhafterweise ist die Vorrichtung so zu gestalten, dass zumindest das erste Werkzeug oder das zweite Werkzeug eine Arbeitszone hat, die einem Vielfachen einer Weite der Struktur entspricht. Bevorzugt ist dabei die Ausgestaltung, dass sowohl das erste Werkzeug als auch das zweite Werkzeug die gleiche Arbeitszone aufweisen, die einem Vielfachen der Weite der Struktur entspricht. Ganz besonders bevorzugt ist dabei die Ausgestaltung einer Arbeitszone, die im wesentlichen genau dem Einfachen einer Weite der Struktur entspricht. Das bedeutet, dass beispielsweise bei der Vorsehung miteinander kämmender Profüwalzen als zweites Werkzeug jeweils die -Arbeitszone eines Zahnes der Profilwalze, der letztendlich die Weite der Struktur bestimmt, geschaffen ist.
Schließlich wird noch die Verwendung eines strukturierten Bleches, das mit einem Verfahren bzw. einer Vorrichtung wie oben beschrieben hergestellt wurde, vorgeschlagen, wobei dieses strukturierte Blech zur Herstellung einer Abgasbehandlungsvorrichtung für mobile Verbrer ungskraftmaschinen dient. Grundsätzlich ist anzumerken, dass mit Blech hier ein auf eine bestimmte Länge abgeschnittener Bereich des Blechbandes gemeint ist. Als Abgasbehandlungsvorrichtung kommen insbesondere Katalysator-Trägerkörper, Adsorber, Partikelfilter, Strömungsbeeinflusser, etc. in Frage. Im Hinblick auf die Verbrennungskraftmaschinen sind insbesondere Diesel- oder Ottomotoren von Automobilen gemeint.
Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Die Figuren zeigen besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindungen, die Erfindung ist jedoch nicht auf diese begrenzt. Es zeigen:
Fig. 1 schematisch den Aufbau einer Vorrichtung zur Herstellung eines strukturierten Blechs gemäß der Erfindung;
Fig. 2 eine Darstellung zur Veranschaulichung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens;
Fig. 3 schematisch und perspektivisch eine Detailansicht eines
Blechbandes mit einer Struktur;
Fig. 4.1,
4.2, 4.3 jeweils eine Detailansicht einer Ausgestaltung des in Fig. 3 gekennzeichneten Figurenausschnittes;
Fig. 5 ein Ausführungsbeispiel, des Blechbandes nach einer ersten Blechbearbeitung mit dem ersten Werkzeug;
Fig. 6 ein Ausführungsbeispiel eines Bleches nach der Herstellung mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. Verfahren.
Fig. 1 zeigt schematisch und vereinfacht den Aufbau einer Vorrichtung zur Herstellung einer Struktur 1 in einem glatten Blechband 2. Das glatte Blechband 2 wird von einem Vorrat 20, der hier als Coil dargestellt ist, der Vorrichtung zugeführt. Die Vorrichtung, die hier in einem gemeinsamen Gehäuse 22 angebracht ist, umfasst ein erstes Werkzeug 4 zur Blechbearbeitung und ein zweites Werkzeug 6 zur Blechbearbeitung. Das erste Werkzeug 4 und das zweite Werkzeug 6 sind direkt hintereinander angeordnet. Das zweite Werkzeug 6 hat gleichzeitig Mittel zur Durchführung eines Blechbandvorschubes in Vorschubrichtung 7. Somit werden gleichzeitig (mit dem Umformen eines zweiten Abschnittes 5 des Blechbandes 2 mit dem zweiten Werkzeug 6) ein erster Abschnitt 3 dem ersten Werkzeug 4 und ein neuer zweiter Abschnitt 5 dem zweiten Werkzeug 6 zugeführt. Das zweite Werkzeug 6, das hier mit kämmenden Profilwalzen 14 gebildet ist, weist einen Rotations- Antrieb 16 auf, der somit den alleinigen Vorschub des Blechbandes 2 in der Vorrichtung realisiert. Das erste Werkzeug 4 ist als Stanzvorrichtung ausgebildet und weist einen Hub- Antrieb 14 auf. Das erste Werkzeug 4 und das zweite Werkzeug 6 weisen einen sehr geringen Abstand 13 zueinander auf.
Das Blechband wird mittels dem zweiten Werkzeug 6 und einer, dem ersten Werkzeug 4 vorangestellten, Haltevorrichtung 11 gespannt, welche hier als Bremse bzw. Reibwiderstand ausgebildet ist. Zwischen der Haltevorrichtung 11 und dem ersten Werkzeug 4 ist zudem eine Rolle 21 vorgesehen, mit der ein Betriebsstoff 12 auf die Oberfläche des Blechbandes 2 aufgebracht wird.
Fig.2 stellt die Bewegungen der Werkzeuge während eines Arbeitszyklusses dar. In der oben dargestellten Reihe ist die Bewegung des ersten Werkzeuges 4 umfassend ein (Stanz-)Messer 23 und eine Nockenwelle 24 dargestellt. Darunter ist die Bewegung des zweiten Werkzeuges 6 stark vereinfacht dargestellt, wobei die Bewegung der miteinander kämmenden Profilwalzen 15 charakterisiert wird. Unterhalb dieser Skizzen befindet sich in einem Diagramm eine Darstellung des mit dem jeweiligen Werkzeug zurückgelegten Weg (s) über die Zeit (t). Die beiden dargestellten Graphen sind mit „A" für die Bewegung des ersten Werkzeuges 4 und „B" für die Bewegungen des zweiten Werkzeuges 6 gekennzeichnet.
Zum Zeitpunkt (I) beginnt gerade der Schritt e) des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem eine Blechbearbeitung des ersten Abschnittes des Blechbandes mit dem ersten Werkzeug 4 durchgeführt wird. Die Nockenwelle 24 setzt das Messer 23 der Figur nach unten in Bewegung, so dass das Messer 23 in das Blechband eindringt. Zum Zeitpunkt (II) hat das Messer 23 seinen tiefsten Punkt erreicht, das Blechband 2 also vollständig durchdrungen. Daran schließt sich eine Aufwärtsbewegung des Messers 23 an, bis es wieder seine ursprüngliche Position, wie auch schon zum Zeitpunkt (I), zum Zeitpunkt (III) eingenommen hat. Während des gesamten Stanzvorganges vom Zeitpunkt (I) bis (III) hat sich die Lage der Profilräder 15 zueinander nicht verändert. Erst jetzt, zum Zeitpunkt (III) bewegen sich die Profilräder 15 zueinander und bilden dazu eine neue Struktur aus und bewegen das Blechband in Vorschubrichtung. Zu diesem Zeitpunkt dreht sich zwar die Nockenwelle weiter, das Messer 23 vollführt jedoch keinen Arbeitshieb. Wenn die Nockenwelle 24 wieder in der Position ist, dass das Messer 23 gleich mit der Hubbewegung beginnt (vgl. Zeitpunkt (IV)), haben die Profilwalzen 15 wieder angehalten, was mit dem Schritt b) des erfindungsgemäßen Verfahrens gleichzusetzen ist. Nun wiederholt sich dieses Verfahren zur Herstellung einer Struktur in einem Blechband von neuem. Dabei wird eine Wiederholgeschwindigkeit von mindestens 5 Hertz realisiert, wobei hier zwischen (I) und (F), also eine Fünftel Sekunde vergangen ist.
Fig. 3 zeigt schematisch und perspektivisch einen Teil eines Blechbandes 2 mit einer Primärstruktur 9 und einer Sekundärstruktur 10. Das Blechband 2 umfasst in dem dargestellten Teilausschnitt eine Sekundärstruktur 10, die von zwei Löchern 8, die hier als Schlitze ausgeführt sind, teilweise begrenzt ist, wobei sich diese Schlitze nur in einem Innenbereich des Blechbandes 2 erstrecken. Die Sekundärstruktur 10 ragt aus der Primärstruktur 9 des Blechbandes 1 heraus. Die Primärstruktur 9 ist mit Wellenbergen 25 und Wellentälern 26 ausgeführt. Die Randbereiche 27 der Schlitze sind, wie angedeutet, vergrößert in den nachfolgenden Fig. 4.1, 4.2 und 4.3 dargestellt. Das Blechband 2 ist dabei in einem Abschnitt dargestellt, der im wesentlichen der Arbeitszone 17 des ersten Werkzeuges und des zweiten Werkzeuges entspricht.
Fig. 4.1, 4.2 und 4.3 zeigen Detailansichten einer Sekundärstinktur 10, die durch ein Loch 8 begrenzt ist. Das Loch 8 ermöglicht es, dass die Selcundärstnύ tur 10 so aus dem Blechband 2 geformt ist, dass diese aus der Primärstruktur 9 heraustritt. In Fig. 4.1 ist dabei der Randbereich 27 als einfacher Schlitz dargestellt. In den Fig. 4.2 und 4.3 sind im Randbereich 27 des Loches 8 Ausnehmungen 31 vorgesehen. Die Ausnehmungen 31 in Fig. 4.2 bildet einen Kreisbogen 30 mit einem Krümmungsradius 32, der bevorzugt im Bereich von 0,2 mm bis 0,4 mm liegt. In Fig. 4.3 ist die Ausnehmung 31 als Freistich dargestellt. Andere, beispielsweise die Kerbwirkung reduzierende, Formen der Ausnehmungen 31 können ebenfalls zum Einsatz gelangen.
Fig. 5 zeigt schematisch ein Blechband 2, wie es nach der Bearbeitung durch das erste Werkzeug gestaltet sein kann. Das Blechband 2 weist eine Vielzahl von Löchern 8 auf, die in Reihen 35 bzw. in Linien 34 zueinander angeordnet sind. Die Öffnungen 8 sind in den Randbereichen 27 mit Ausnehmungen 31 ausgeführt, wobei die beiden Ausnehmungen 31 über einen Schlitz 28 miteinander verbunden sind. Alle Löcher 8 sind in einem Innenbereich 33 des Blechbandes 2 angeordnet. Die Löcher 8 müssen nun exakt zum zweiten Werkzeug hin ausgerichtet werden, da diese 2-umindest teilweise eine Sekundärstruktur 10 begrenzen.
Fig. 6 zeigt ein fertiges Blech 19 mit einer Struktur 1, welches mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung hergestellt wurde. Das Blech 19 weist also eine Struktur 1 (bzw. Primärstruktur) auf, welche von einer Sekundärstruktur 10 überlagert wird. Die Sekundärstruktur 10 ist hier mit Leitflächen 29 gebildet, die zum Teil das jeweilige Loch 8 begrenzen. Die Leitflächen 29 sind sowohl in den Wellentälern 26 als auch in den Wellenbergen 25 angeordnet und sind jeweils entgegengesetzt orientiert. Die Struktur 1 lässt sich durch eine Höhe 36 und eine Weite 18 beschreiben, wobei mit Höhe 36 der Abstand von Wellenberg 25 zu Wellental 26 und mit Weite 18 der Abstand zweier benachbarter Wellenberge 25 bzw. Wellentäler 26 gemeint ist. Das Verhältnis von Weite 18 zu Höhe 36 liegt dabei bevorzugt in einem Bereich von 2,0 bis 1,3. Auf diese Weise lassen sich Kanaldichten von Abgasbehandlungseinrichtungen bilden, die im Bereich von 100 bis 1000 cpsi („cells per square inch"; 6,45 Kanäle/Quadratzoll entspricht einem Kanal/cm2) liegen.
Das hier beschriebene Verfahren bzw. die hier vorgeschlagene Vorrichtung erlauben eine besonders präzise Führung des Blechbandes während der Herstellung sehr komplexer Strukturen. Gleichzeitig lässt sich eine besonders Platz sparende Anordnung der Werkzeuge bewerkstelligen und eine hohe Bearbeitungsgeschwindigkeit realisieren.
Bezugszeichenliste
Stirdctur
Blechband
Erster Abschnitt
Erstes Werkzeug
Zweiter Abschnitt
Zweites Werkzeug
Vorschubrichtung
Loch
Primärstruktur
Sekundärstrulctur
Haltevorrichtung
Betriebsstoff
Abstand
Hub-Antrieb
Profilwalze
Rotations-Antrieb
Arbeitszone
Weite
Blech
Vorrat
Rolle
Gehäuse
Messer
Nockenwelle
Wellenberg
Wellental
Randbereich
Schlitz Leitfläche
Kreisbogen
Ausdehnung
Krürnmungsradius
Innenbereich
Linie
Reihe
Höhe

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung einer Struktur (1) in einem glatten Blechband (2) umfassend zumindest folgende Schritte: a) Zuführen eines ersten Abschnittes (3) eines glatten Blechbandes (2) zu einem ersten Werkzeug (4) und eines zweiten Abschnittes (5) des Blechbandes (2) zu einem zweiten Werkzeug (6) in einer Vorschubrichtung (7); b) Anhalten des Blechbandes (2); c) Durchführen einer Blechbearbeitung des ersten Abschnittes (3) des Blechbandes (2) mit dem ersten Werkzeug (4); d) Durchführen einer Blechbearbeitung des zweiten Abschnittes (5) des Blechbandes (2) mit dem zweiten Werkzeug (6), wobei gleichzeitig Schritt a) ausgeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem Schritt c) das Einbringen mindestens eines Loches (8) in den ersten Abschnitt (3) umfasst und Schritt d) eine Struktur (1) in den zweiten Abschnitt (5) des Blechbandes (2) erzeugt, wobei der zweite Abschnitt (5) bereits mit mindestens einem Loch (8) versehen ist.
3. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem während des Schrittes d) das zweite Werkzeug (6) in das mindestens eine Loch (8) eingreift.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem Schritt d) eine Struktur (1) in dem zweiten Abschnitt (5) des Blechbandes (2) erzeugt, die eine Primärstruktur (9) und eine Seki därstruktur (10) aufweist.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem Schritt c) das Stanzen einer Mehrzahl von Löchern (8) umfasst.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem Schritt d) das Wellwalzen des Blechbandes (2) umfasst.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Schritte a) bis d) wiederholt durchgeführt werden, wobei die Wiederholgeschwindigkeit mindestens 5 Hertz [ sekunde] beträgt.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Blechband (2) mittels dem zweiten Werkzeug (6) und einer, dem ersten Werkzeug (4) vorangestellten, Haltevorrichtung (11) gespannt wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Blechband (2) zumindest vor Schritt c) mit einem Betriebsstoff (12) in Kontakt gebracht wird.
10. Vorrichtung zur Herstellung einer Struktur (1) in einem glatten Blechband (2) umfassend wenigstens ein erstes Werkzeug (4) zur Blechbearbeitung und ein zweites Werkzeug (6) zur Blechbearbeitung, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Werkzeug (4) und das zweite Werkzeug (6) direkt hintereinander angeordnet sind und das zweite Werkzeug (6) Mittel zur gleichzeitigen
Durchführung einer Blechumformung und eines Blechbandvorschubes aufweist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Werkzeug (4) und das zweite Werkzeug (6) einen Abstand (13) in einer
Vorschubrichtung (7) des Blechbandes (2) bilden, der kleiner als 1000 Millimeter [mm] ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Werkzeug (4) ein Stanzwer zeug ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Stanzwerkzeug einen Hub-Antrieb (14) hat, welcher einen Arbeits- und einen Leerzyklus erzeugt.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Werkzeug (6) miteinander kämmende Profilwalzen (15) umfasst.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Werkzeug (6) einen Rotations- Antrieb (16) hat, welcher eine Rotations- Taktfrequenz von mindestens 5 Hertz [ sekunde] bereitstellt.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest das erste Werkzeug (4) oder das zweite Werkzeug (6) eine Arbeitszone (17) hat, die einem Vielfachen einer Weite (18) der Struktur (1) entspricht.
17. Verwendung eines strukturierten Bleches (19), erzeugt mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 oder mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 16, zur Herstellung einer Abgasbehandlungs Vorrichtung für mobile Verbrennungslcraftmaschinen.
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