KRONER, Peter (Wachtelstrasse 54, Zweibrücken, 66482, DE)
STIGLMAIR, Manfred (Karl-Dietrich-Strasse 14, Thierhaupten, 86672, DE)
KELLER, Stefan (Hedwigstrasse 29, Meitingen, 86405, DE)
KRONER, Peter (Wachtelstrasse 54, Zweibrücken, 66482, DE)
STIGLMAIR, Manfred (Karl-Dietrich-Strasse 14, Thierhaupten, 86672, DE)
Patentansprüche
1. Verfahren zum Herstellen einer abgasführenden Vorrichtung, insbesondere einer Abgasreinigungsvorrichtung (10), die ein Außengehäuse mit einem darin geklemmten Einleger hat, gekennzeichnet durch folgende Schritte: - ein Blech wird zu einem zylindrischen, offenen Mantel (16) gebogen, der Einleger wird im offenen Mantel (16) positioniert, der Einleger samt Mantel (16) wird in einen Arbeitsraum eines Formwerkzeugs (24) eingebracht, der durch mehrere Druckbacken (26, 26', 26") begrenzt wird, - die Druckbacken (26, 26', 26") werden unter Verkleinerung des
Arbeitsraums aufeinander zu in eine Endposition bewegt, wobei der Mantel (16) fest um den Einleger gewickelt wird und die offenen Enden des Mantels (16) zumindest in der Endposition der Druckbacken (26, 26', 26") einen überlappungsbereich (28) bilden, der wenigstens teilweise von einer Druckbacke (26, 26', 26") überdeckt wird,
- der Mantel (16) wird im überlappungsbereich (28) geschweißt und die abgasführende Vorrichtung (10) wird dem Formwerkzeug (24) entnommen. 2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel
(16) im Bereich einer Druckbacke (26) geschweißt wird, die entlang ihrer Länge zumindest eine Ausnehmung (34) zur Durchführung einer Schweißvorrichtung (32) aufweist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (16) im Bereich zwischen zwei Druckbacken (26', 26") geschweißt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine der Druckbacken (26', 26") auf der der anderen Druckbacke (26', 26") zugewandten Seite wenigstens eine Einbuchtung (30) aufweist, durch die eine Schweißvorrichtung (32) zum Mantel (16) geführt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (16) im Bereich einer Stirnfläche geschweißt wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (16) im Inneren des Formwerkzeugs (24) zunächst punktuell geschweißt und nach dem Entnehmen der Vorrichtung längs seiner gesamten Länge zum Außengehäuse geschlossen wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zweier benachbarter Druckbacken (26, 26', 26") nach dem Bewegen in die Endposition höchstens das Doppelte der Blechstärke des Mantels (16) beträgt.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckbacken (26, 26', 26") druck- und/oder positionsgesteuert in die Endposition bewegt werden. 9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckbacken (26, 26', 26") vor dem Einbringen des Einlegers mit Mantel (16) entsprechend der Außenkontur des Einlegers justiert werden.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Mantel (16) zugewandten Innenflächen der
Druckbacken (26, 26', 26") in der Endposition eine kreiszylindrische Andrückfläche definieren.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckbacke (26, 26', 26"), die den überlappungsbereich (28) überdeckt, auf ihrer dem Mantel (16) zugewandten Innenseite eine Aussparung (36) aufweist.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckbacke (26, 26', 26"), die den überlappungsbereich (28) überdeckt, auf ihrer dem Mantel (16) zugewandten Innenseite einen seitlichen Anschlag (38) für einen außenliegenden Rand des Blechs aufweist.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Formwerkzeug (24) beim Schweißen als Masse dient.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der überlappungsbereich (28) in der Endposition der Druckbacken (26, 26', 26") wenigstens 10 mm breit ist.
15. Werkzeug zum Herstellen einer abgasführenden Vorrichtung, insbesondere einer Abgasreinigungsvorrichtung (10), mit einem Arbeitsraum zur Aufnahme eines Einlegers und eines den Einleger umgebenden Mantels (16), mehreren Druckbacken (26, 26', 26"), die den Arbeitsraum begrenzen und aus einer Anfangsposition in eine Endposition bewegbar sind, und einer Schweißvorrichtung (32), mit der der Mantel (16) in einem überlappungsbereich (28) geschweißt werden kann, wobei wenigstens eine der Druckbacken (26, 26', 26") den überlappungsbereich (28) zumindest teilweise überdeckt. |
Verfahren sowie Werkzeug zum Herstellen einer abgasführenden Vorrichtung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer abgasführenden Vorrichtung, insbesondere einer Abgasreinigungsvorrichtung, die ein Außengehäuse mit einem darin geklemmten Einleger hat. Ferner betrifft die Erfindung ein Werkzeug zum Herstellen einer abgasführenden Vorrichtung, insbesondere einer Abgasreinigungsvorrichtung.
Abgasführende Vorrichtungen im Sinne der Erfindung sind insbesondere Abgasreinigungsvorrichtungen wie Katalysatoren, Partikelfilter oder Kombinationen aus beidem. In solchen Vorrichtungen sind gegen radialen Druck empfindliche Einleger untergebracht, bei denen es sich bislang überwiegend um axial durchströmte Keramiksubstrate handelt, die mit einem elastischen Ausgleichselement (auch als Lagermatte bezeichnet) umwickelt sind. Diese Einleger werden hauptsächlich durch radiale Klemmung im Außengehäuse in axialer und seitlicher Richtung gehalten, wobei eine zusätzliche axiale Abstützung, z.B. mit einem Drahtgestrickring, möglich ist. Die Klemmung muß groß genug sein, damit es im Fahrbetrieb durch den Gasdruck oder durch Vibrationen nicht zu einer Verschiebung des Einlegers relativ zum Außengehäuse kommt. Auf der anderen Seite darf natürlich der radiale oder, allgemeiner, seitlich einwärts wirkende Druck nicht so groß sein, daß es zum Zerstören des Einlegers kommt, insbesondere zum Zerstören des auf Druck empfindlichen Katalysatorsubstrats bzw. Partikelfiltersubstrats.
Das Einbringen und Klemmen des Einlegers im Außengehäuse erfolgt bislang beispielsweise durch sogenanntes Wickeln. Hierbei wird zunächst ein Blechmantel durch Walzen oder Biegen vorgeformt. Anschließend wird der Einleger seitlich in den vorgeformten Blechmantel eingeschoben, der Blechmantel fest um den Einleger gewickelt und schließlich der Mantel geschlossen, indem er verschweißt wird. Das Wickeln des Blechmantels erfolgt mit Hilfe zweier beweglicher Klemmbacken, zwischen denen sich ein Band erstreckt, das um den Einleger samt Mantel herumgelegt wird. Dadurch ergibt sich beim bekannten Wickelverfahren ein längs des Umfangs ungleichmäßiger Druck auf den Einleger,
der unter anderem von der Position der Klemmbacken abhängt und insbesondere bei dünnwandigen Substraten zu deren Zerstörung führen kann.
Aus der EP 0 665 365 A2 ist ein Verfahren bekannt, bei dem ein Formwerkzeug mit drei oder mehr beweglichen Formwerkzeugteilen verwendet wird, um einen Blechmantel um ein im Querschnitt nicht kreisförmiges Katalysatorsubstrat zu wickeln. Dazu sind die Formwerkzeugteile beabstandet voneinander längs des Blechmantels angeordnet. Aufgrund der Abstände zwischen den Formwerkzeugteilen, insbesondere auch in deren „geschlossenem" Zustand, erhält man auch hier keinen gleichmäßigen Druck auf den Einleger. Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren sowie ein Werkzeug vorzustellen, das für eine ausreichend sichere Klemmung des Einlegers im Außengehäuse bei minimalen Ausschußraten sorgt.
Erfindungsgemäß wird dies durch folgende Verfahrensschritte erreicht: ein Blech wird zu einem zylindrischen, offenen Mantel gebogen, und der Einleger wird im offenen Mantel positioniert. Anschließend wird der Einleger samt Mantel in einen Arbeitsraum eines Formwerkzeugs eingebracht, der durch mehrere Druckbacken begrenzt wird, und die Druckbacken werden unter Verkleinerung des Arbeitsraums aufeinander zu in eine Endposition bewegt, wobei der Mantel fest um den Einleger gewickelt wird und die offenen Enden des Mantels zumindest in der Endposition der Druckbacken einen überlappungsbereich bilden, der wenigstens teilweise von einer Druckbacke überdeckt wird. Schließlich wird der Mantel im überlappungsbereich geschweißt, und die abgasführende Vorrichtung wird dem Formwerkzeug entnommen. Dem überlappungsbereich sind hierbei insbesondere auch die beiden Ränder des Mantelblechs zuzurechnen, d.h. es kann auch im Bereich eines Randes des Mantelblechs geschweißt werden. Durch Vorsehen mehrerer, längs des gesamten Umfangs des Mantels angeordneter Druckbacken, die beim Wickeln des Mantels aufeinander zu bewegt werden, ergibt sich eine gleichmäßige Druckverteilung längs des Umfangs. Dadurch kann Ausschuß vermieden werden, insbesondere auch bei der Klemmung empfindlicher Einleger.
Gemäß einer ersten Ausführungsform wird der Mantel im Bereich einer Druckbacke geschweißt, die entlang ihrer Länge zumindest eine Ausnehmung zur Durchführung einer Schweißvorrichtung aufweist. Somit befindet sich gerade
der kritische überlappungsbereich des Mantels innerhalb einer Druckbacke, wodurch sich eine besonders homogene Druckbelastung des Einlegers ergibt.
Alternativ kann der Mantel im Bereich zwischen zwei Druckbacken geschweißt werden. Da der Abstand zweier Druckbacken in der Endposition vorzugsweise sehr gering ist, kann zumindest eine der Druckbacken auf der der anderen Druckbacke zugewandten Seite wenigstens eine Einbuchtung aufweisen, durch die eine Schweißvorrichtung zum Mantel geführt wird.
Ebenso ist es denkbar, den Mantel im Bereich einer Stirnfläche zu schweißen. In diesem Fall ist eine Einbuchtung oder Ausnehmung in der bzw. den Druckbacken nicht unbedingt erforderlich; die Druckbacken können (partiell) kürzer sein, um das Schweißen zu ermöglichen.
Der Mantel wird vorzugsweise im Inneren des Formwerkzeugs zunächst punktuell geschweißt und nach dem Entnehmen der Vorrichtung längs seiner gesamten Länge zum Außengehäuse geschlossen. Auf diese Weise kommt man mit einer geringen Anzahl von Ausnehmungen im Formwerkzeug zur
Durchführung der Schweißvorrichtung aus.
Um eine möglichst gleichmäßige Druckverteilung zu erzielen, beträgt der Abstand zweier benachbarter Druckbacken nach dem Bewegen in die Endposition vorteilhaft höchstens das Doppelte der Blechstärke des Mantels.
Die Druckbacken werden bevorzugt druck- und/oder positionsgesteuert in die Endposition bewegt.
Die Druckbacken können vor dem Einbringen des Einlegers samt Mantel entsprechend der Außenkontur des Einlegers justiert werden. Dies geschieht insbesondere für je eine Serie von Substraten mit einheitlicher Kontur. Vor dem
Verbauen einer neuen Serie mit abweichender Kontur werden die Druckbacken entsprechend neu justiert.
Die dem Mantel zugewandten Innenflächen der Druckbacken definieren in der
Endposition vorzugsweise eine kreiszylindrische Andrückfläche zur Bildung eines kreiszylindrischen Mantels. Diese eignet sich zum Klemmen von im Querschnitt kreisförmigen Substraten. Natürlich könnten auch Substrate mit nicht
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kreisförmigem Querschnitt verbaut werden (z.B. mit ovalem Querschnitt oder beliebiger anderer Geometrie), wobei dann die Innenkontur der Druckbacken entsprechend ausgebildet ist.
Die Druckbacke, die den überlappungsbereich überdeckt, kann auf ihrer dem Mantel zugewandten Innenseite eine Aussparung aufweisen. Diese kompensiert dann die erhöhte Materialdicke im überlappungsbereich. Dadurch ist sichergestellt, daß der Mantel auf seiner dem Einleger zugewandten Innenseite eine gleichmäßige, insbesondere kreiszylindrische Kontur aufweist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Druckbacke, die den überlappungsbereich überdeckt, auf ihrer dem Mantel zugewandten Innenseite einen seitlichen Anschlag für einen außenliegenden Rand des Blechs auf. Der
Anschlag dient der Fixierung der Schweißposition; bei der Bewegung der
Druckbacken wird nur das innere Blech relativ zum Anschlag verschoben.
Beim Schweißen kann das Formwerkzeug als Masse dienen. Um ein stabiles Außengehäuse zu erhalten, sollte der überlappungsbereich in der Endposition der Druckbacken wenigstens 10 mm breit sein.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise in einem Werkzeug der eingangs genannten Art durchgeführt, mit einem Arbeitsraum zur Aufnahme eines Einlegers und eines den Einleger umgebenden Mantels, mehreren Druckbacken, die den Arbeitsraum begrenzen und aus einer Anfangsposition in eine Endposition bewegbar sind, und einer Schweißvorrichtung, mit der der Mantel in einem überlappungsbereich geschweißt werden kann, wobei wenigstens eine der Druckbacken den überlappungsbereich zumindest teilweise überdeckt. Ein solches Werkzeug gewährleistet eine gleichmäßige Druckverteilung längs des gesamten Mantels.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mehrerer bevorzugter Ausführungsformen anhand der beigefügten Zeichnungen. In diesen zeigen:
- Figur 1 eine Längsschnittansicht durch eine durch die Erfindung hergestellte Vorrichtung in Form einer Abgasreinigungsvorrichtung;
- Figur 2 schematisch das Herstellen eines Mantels für die Abgasreinigungsvorrichtung;
- Figur 3 schematisch das Positionieren eines Einlegers im offenen Mantel;
- Figur 4 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Werkzeugs, teilweise im Schnitt;
- Figur 5 einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Werkzeug nach dem Positionieren des Einlegers samt Mantel im Arbeitsraum;
- Figur 6 einen Querschnitt durch das Werkzeug aus Figur 5 nach dem Schließen der Druckbacken; - die Figuren 7a bis d Draufsichten auf die äußere Mantelfläche von erfindungsgemäßen Werkzeugen gemäß verschiedener Ausführungsformen; und
- die Figuren 8a und b stirnseitige Ansichten von Werkzeugen gemäß weiterer Ausführungsformen.
In Figur 1 ist eine in einem Kraftfahrzeug untergebrachte abgasführende Vorrichtung in Form einer Abgasreinigungsvorrichtung 10 dargestellt. Bei dieser handelt es sich um einen Katalysator, einen Partikelfilter oder eine Kombination aus beidem. Kernstück der Abgasreinigungsvorrichtung 10 ist ein langgestrecktes, zylindrisches Substrat 12, das beispielsweise aus einem keramischen Substrat, einer Art gewickelter Wellpappe oder einem anderen katalytischen Träger- oder Filtermaterial mit oder ohne Beschichtung besteht.
Das Substrat 12 kann einen kreisförmigen Querschnitt oder einen unrunden
Querschnitt aufweisen. Nur zur vereinfachten Darstellung ist in den Figuren ein kreisförmiger Querschnitt gezeigt. Das Substrat 12 ist von einer Lagermatte 14 umgeben, die als elastisches Ausgleichselement zwischen dem Substrat 12 und einem dünnwandigen Außengehäuse aus Blech wirkt. Das Außengehäuse umfaßt einen Mantel 16, der stromaufwärts mit einem Einströmtrichter 18 und stromabwärts mit einem Ausströmtrichter 20 verbunden ist. Das Substrat 12 bildet zusammen mit der Lagermatte 14 den sogenannten Einleger.
Die Herstellung der Abgasreinigungsvorrichtung 10 wird im folgenden anhand der Figuren 2 bis 6 erläutert. In einer Biegevorrichtung 22 wird zunächst ein
Blech zu einem zylindrischen, offenen Mantel 16 gebogen, der einen Teil des
Außengehäuses bildet (Figur 2). Anschließend wird der aus Substrat 12 und Lagermatte 14 bestehende Einleger z.B. seitlich in den offenen Mantel 16 eingeschoben, wie in Figur 3 dargestellt ist. Hierbei kann der Mantel 16 leicht gespreizt werden. In einem nächsten Verfahrensschritt wird der Einleger samt Mantel 16 in einen Arbeitsraum eines in Figur 4 gezeigten Formwerkzeugs 24 gelegt. Das Formwerkzeug 24 umfaßt zahlreiche kreissegmentförmige, radial bewegliche Druckbacken 26, die den Arbeitsraum begrenzen und sich zu einem Ring schließen können, der eine kreiszylindrische Andrückfläche (Innenseite) aufweist. Die Druckbacken 26 werden anschließend druck- und/oder positionsgesteuert radial nach innen in eine Endposition verfahren, die zuvor unter Berücksichtigung der Abmessungen des Einlegers sowie des Mantels 16 und der gewünschten, zu erzielenden Klemmkraft des Einlegers im Außengehäuse festgelegt wurde. Dabei verkleinert sich der Arbeitsraum, wenn sich die Druckbacken 26 aufeinander zu bewegen, und der Mantel 16 wird fest um den Einleger gewickelt. Die offenen Enden des Mantels 16 bilden gegebenenfalls bereits in der Ausgangsposition (Figur 5), in jedem Fall aber in der in Figur 6 gezeigten Endposition der Druckbacken 26 einen überlappungsbereich 28, zu dem auch beide Ränder 29 des Mantels 16 gehören. Der überlappungsbereich 28 wird wenigstens teilweise von einer Druckbacke 26 überdeckt, im gezeigten Beispiel sogar von zwei Druckbacken, nämlich den in der Figur 6 oben angeordneten Druckbacken 26' und 26". Der überlappungsbereich 28 ist in der Endposition der Druckbacken 26 wenigstens 10 mm breit.
Wie ebenfalls den Figuren 5 und 6 zu entnehmen ist, weist jede der beiden Druckbacken 26' und 26" auf der der jeweils anderen Druckbacke zugewandten
Seite mehrere Einbuchtungen 30 auf, von denen in den Figuren nur eine zu sehen ist. Diese Einbuchtungen 30 dienen dazu, nach dem Verfahren der
Druckbacken 26 in die Endposition eine Schweißvorrichtung 32 zum Mantel 16 zu führen, mittels der der Mantel 16 im überlappungsbereich 28 zwischen den beiden Druckbacken 26', 26" punktuell geschweißt wird, vorzugsweise an zwei bis drei Schweißpunkten. Beim Schweißen dient das Formwerkzeug 24 als
Masse. Nach dem Entnehmen der Vorrichtung 10 aus dem Formwerkzeug 24
wird der Mantel 16 dann längs seiner gesamten Länge zum Außengehäuse geschlossen.
Figur 7a zeigt eine Draufsicht auf die Mantelfläche des Formwerkzeugs 24 im Bereich der Druckbacken 26', 26". Die einander zugewandten Einbuchtungen 30 bilden mehrere Ausnehmungen zur Durchführung der Schweißvorrichtung 32, die entlang der Länge der Druckbacken 26', 26" angeordnet sind. Dabei können, wie in Figur 7b gezeigt, die Einbuchtungen 30 der beiden Druckbacken 26', 26" auch ungleich ausgeführt sein. Auch muß die durch die Einbuchtungen 30 gebildete Ausnehmung nicht kreisförmig sein. Bei den Ausführungen nach den Figuren 7 a und b wird zwischen zwei Druckbacken 26', 26" geschweißt, wobei man natürlich auch sagen kann, daß durch die Einbuchtungen 30 auch teilweise in den Druckbacken 26', 26" geschweißt wird. Figur 7c zeigt eine weitere alternative Ausgestaltung, bei der eine einzelne Druckbacke 26 eine Ausnehmung 34 zur Durchführung der Schweißvorrichtung 32 aufweist. Bei dieser Ausführung wird der Mantel 16 im Bereich der Druckbacke 26 geschweißt. Natürlich können auch entlang der Länge der Druckbacke 26 mehrere Ausnehmungen 34 vorgesehen sein. Außerdem kann der Mantel 16 anstatt radial auch an einer oder beiden Stirnseiten 33 (vgl. Figur 4) geschweißt werden. Wie in Figur 7d gezeigt ist, kann bzw. können hierzu die im überlappungsbereich 28 angeordnete(n) Druckbacke(n) 26 stirnseitige Einbuchtungen 30 aufweisen. Alternativ können die Druckbacken 26 auch kürzer ausgebildet sein.
Wie aus den Figuren 6 und 7 zu erkennen ist, weisen die Druckbacken 26 nach dem Bewegen in die Endposition einen sehr geringen Abstand zueinander auf, der vorzugsweise das Doppelte der Blechstärke des Mantels 16 beträgt. Vor dem Einbringen des Einlegers samt Mantel 16 werden die Druckbacken 26 des Formwerkzeugs 24 entsprechend der Außenkontur des Einlegers justiert. Bei dem in den Figuren 4 bis 6 gezeigten Formwerkzeug 24 weisen die dem Mantel 16 zugewandten Innenflächen der Druckbacken 26 in der Endposition eine kreisförmige Kontur auf. Zur Kompensation der erhöhten Materialdicke im überlappungsbereich 28 können, wie in Figur 8 gezeigt, die Druckbacke 26 (Fig. 8a) bzw. die Druckbacken 26' und 26" (Fig. 8b), die den überlappungsbereich überdecken, auf ihrer dem Mantel 16 zugewandten Innenseite eine Aussparung 36 aufweisen.
Durch die Aussparung 36 läßt sich die Druckbelastung des Substrats 12 vergleichmäßigen. Wie weiterhin aus Figur 8a ersichtlich ist, kann die den überlappungsbereich 28 überdeckende Druckbacke 26 auf ihrer Innenseite einen seitlichen Anschlag 38 für den außenliegenden Rand des Blechs aufweisen. Dieser läßt sich, wie in Figur 8b dargestellt, auch auf der Seite einer Druckbacke 26' anordnen, die einer zweiten Druckbacke 26" zugewandt ist. Der Anschlag 38 gewährleistet, daß sich beim Schließen der Druckbacken 26 der im überlappungsbereich 28 innenliegende Rand 29 des Blechs verschiebt, wodurch die Schweißposition fixiert wird. Das Schließen der Druckbacken 26 erfolgt im Fall eines kreiszylindrischen
Substrats 12 gleichmäßig. Bei einem im Querschnitt nicht kreisförmigen Substrat 12 kann eine unterschiedliche Ansteuerung der einzelnen Druckbacken 26 sinnvoll sein, um einen homogenen Druck auf den Einleger aufzubringen.