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Dokumentenidentifikation DE102006015658A1 25.10.2007
Titel Verfahren zum Herstellen von abgasführenden Vorrichtungen, insbesondere Abgasreinigungsvorrichtungen
Anmelder ArvinMeritor Emissions Technologies GmbH, 86154 Augsburg, DE
Erfinder Kroner, Peter, 86157 Augsburg, DE
Vertreter Prinz und Partner GbR, 80335 München
DE-Anmeldedatum 04.04.2006
DE-Aktenzeichen 102006015658
Offenlegungstag 25.10.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 25.10.2007
IPC-Hauptklasse B01D 53/86(2006.01)A, F, I, 20060404, B, H, DE
IPC-Nebenklasse B01D 53/94(2006.01)A, L, I, 20060404, B, H, DE   F01N 3/28(2006.01)A, L, I, 20060404, B, H, DE   
Zusammenfassung Ein Verfahren zum Herstellen von abgasführenden Vorrichtungen, insbesondere Abgasreinigungsvorrichtungen (10), sieht vor, daß die individuelle Außenkontur (32) eines Einlegers oder Substrates (12) erfaßt und auf einen endlichen Satz geometrischer Parameter reduziert wird. Anschließend wird unter Zuhilfenahme der geometrischen Parameter ein Außengehäuse (16) mit abgestimmter Geometrie gefertigt, in welchem der Einleger montiert und geklemmt wird.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von abgasführenden Vorrichtungen, insbesondere Abgasreinigungsvorrichtungen, die jeweils ein Außengehäuse mit einem darin geklemmten Einleger haben, der ein abgasdurchströmtes Substrat aufweist.

Die abgasführenden Vorrichtungen, um die es sich bei der Erfindung handelt, sind insbesondere Abgasreinigungsvorrichtungen wie Katalysatoren und Partikelfilter oder Kombinationen aus beiden. In solchen Vorrichtungen sind gegen radialen Druck sehr empfindliche Einleger untergebracht, bei denen es sich bislang überwiegend um axial durchströmte Keramiksubstrate handelt, die mit einem elastischen Ausgleichselement (üblicherweise 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 im Fahrbetrieb durch den Gasdruck wie auch durch Vibrationen keine Verschiebung des Einlegers relativ zum Außengehäuse in axialer Richtung zustande kommt. Auf der anderen Seite darf 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 Katalysatorsubstrates bzw. Partikelfiltersubstrates.

Das Einbringen und Klemmen des Einlegers im Außengehäuse erfolgt bislang beispielsweise durch sogenanntes Wickeln. Hierbei wird zunächst ein Blechmantel durch Walzenbiegen oder Dornbiegen vorgeformt. Anschließend wird der aus Substrat und Lagermatte bestehende Einleger seitlich in den vorgeformten Blechmantel eingeschoben, der Blechmantel fest um den Einleger gewickelt. Dabei wird die Matte komprimiert. Nun wird der Mantel geschlossen, indem er verschweißt wird.

Da jedoch die Abmessungen des Substrates (wie auch der Lagermatte) gewissen Herstellungstoleranzen unterliegen, ist durch dieses bekannte Verfahren eine optimale Klemmung des Einlegers im Außengehäuse nicht immer gewährleistet. Während ein Substrat mit besonders kleinem Durchmesser unter Umständen nicht genügend stark geklemmt wird, könnte es bei einem besonders großen Substrat aufgrund des höheren durch die komprimierte Matte ausgeübten Drucks zur Zerstörung des Substrates kommen.

Hinzu kommt, daß die Lagermatte, die zwischen dem Substrat und dem Außengehäuse angeordnet ist und für einen Druckausgleich und stetige Vorspannung sorgen soll, nach dem Zusammendrücken einem gewissen Setzungsvorgang unterworfen ist (Relaxieren), wodurch der über sie an das Substrat weitergegebene Druck abnimmt. Das Zurückfedern des Außengehäuses nach dem Einbringen und Klemmen führt ebenfalls dazu, daß der anfänglich aufgebrachte Druck auf das Substrat und damit die aufgebrachte Klemmkraft nachläßt. Weiterhin nimmt der Haltedruck der Lagermatte im Betrieb ab (z.B. durch Alterung).

Eine Möglichkeit, bei der Klemmung des Einlegers dessen Maßtoleranzen zu kompensieren, besteht nun darin, das Außengehäuse beim bisher beschriebenen Verfahren druckgesteuert zu schließen, wobei Toleranzen in der Größe des Einlegers teilweise dadurch ausgeglichen werden, daß das Außengehäuse etwas weiter geschlossen wird. Dies ist jedoch nur bei im Querschnitt runden Einlegern bzw. Substraten perfekt möglich.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren vorzustellen, das für eine ausreichend sichere Klemmung des Einlegers im Außengehäuse bei minimalen Ausschußraten sorgt und sich insbesondere auch auf ein im Querschnitt unrundes Substrat anwenden läßt.

Dies wird durch folgende Verfahrensschritte erreicht:

  • a) Erfassen der individuellen Außenkontur des Einlegers oder des Substrates,
  • b) Reduzieren der erfaßten Außenkontur auf einen endlichen Satz geometrischer Parameter,
  • c) Ermitteln einer auf die individuelle Außenkontur des Einlegers bzw. des Substrates abgestimmten Geometrie des Außengehäuses unter Zuhilfenahme der geometrischen Parameter,
  • d) Herstellen des Außengehäuses mit abgestimmter Geometrie, und
  • e) Montieren und Klemmen des Einlegers im Außengehäuse.

Bei den bislang bekannten Verfahren wurde stets ein einheitliches, rundgebogenes Außengehäuse verwendet, das kraft- oder druckgesteuert um den Einleger geschlossen wurde. Beim druckgesteuerten Schließen wurden Toleranzen in der Größe des Einlegers teilweise dadurch ausgeglichen, daß das Außengehäuse etwas weiter geschlossen wurde. Die Erfindung geht einen anderen Weg, indem sie die individuelle Außenkontur jedes einzelnen Einlegers bzw. jedes einzelnen Substrates vor dem Verbauen ermittelt und dann ein Außengehäuse formt, das exakt auf diese Außenkontur abgestimmt ist, ggf. unter Berücksichtigung des für ein Ausgleichselement benötigten Raumes. Um eine optimale Anpassung des Außengehäuses an die Außenkontur des Einlegers bzw. des Substrates zu erreichen, ist es theoretisch wünschenswert, die Außenkontur exakt nachzubilden (wiederum ggf. unter Berücksichtigung des Raumes für das Ausgleichselement). Das erfindungsgemäße Verfahren sieht jedoch vor, die erfaßte Außenkontur durch einen endlichen Satz von Parametern zu beschreiben bzw. anzunähern. Dieser Parametersatz ist hinreichend klein zu wählen, damit er beispielsweise in einer elektronischen Steuereinheit schnell verarbeitbar ist, sollte andererseits jedoch groß genug sein, um eine gewünschte Genauigkeit bei der Herstellung des Außengehäuses zu erzielen. Nach der individuellen Anfertigung des Außengehäuses wird der Einleger, bestehend aus Substrat und Ausgleichselement, in seinem individuell angefertigten Außengehäuse montiert und geklemmt. Auf diese Weise ist die Flächendichte der komprimierten Matte und damit der durch sie ausgeübte Haltedruck deutlich geringeren Schwankungen unterworfen, als dies im Stand der Technik der Fall ist, was bedeutet, daß jeder Einleger mit der für ihn notwendigen Haltekraft geklemmt wird. Durch das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich somit die Substratbelastung reduzieren, und es wird eine bessere Dauerhaltbarkeit erreicht. Mit abgestimmter Geometrie des Außengehäuses ist in diesem Zusammenhang gemeint, daß Form und Abmaße des Außengehäuses maßgeschneidert werden. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß die Geometrie des Außengehäuses unmittelbar aus der Außenkontur des Substrates (bzw. des gesamten Einlegers) bestimmt wird. Zwischenschritte wie beispielsweise eine Gewichtsbestimmung oder -berechnung des Substrates sind hierzu nicht zwingend vorgesehen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird zur Erfassung der Außenkontur zumindest eine Stirnfläche oder Schnittebene des Einlegers bzw. des Substrates abgebildet. Natürlich ist es ebenso möglich, über die Länge des Einlegers bzw. Substrates mehrere Abbildungen vorzunehmen, jedoch läßt sich meist durch Abbildung einer Stirnfläche bzw. Schnittebene eine hinreichende Genauigkeit erzielen. Die Abbildung wird in einer Steuerung zur weiteren Verarbeitung gespeichert.

Die Abbildung kann mittels einer Kamera erfolgen, die eine zweidimensionale Aufnahme der Stirnfläche bzw. Schnittebene erstellt.

Alternativ kann die Abbildung auch durch eine Lasermessung erfolgen.

Vorzugsweise erfolgt die Festlegung der geometrischen Parameter durch Bildverarbeitung. Hierzu kann in der Steuerung ein Programm vorgesehen sein, das anhand der Außenkontur des Einlegers bzw. des Substrates einen Parametersatz zur Beschreibung dieser Außenkontur festlegt.

Bevorzugt handelt es sich bei zumindest einigen der geometrischen Parameter um Abstände zwischen definierten Punkten. Diese Punkte können beispielsweise längs des Substratrandes angeordnet sein und ein Vieleck aufspannen, das näherungsweise der Außenkontur entspricht. Ebenso ist es möglich, daß die definierten Punkte Achspositionen oder Achslängen bzw. Durchmesser festlegen (beispielsweise bei ovalen Substraten).

Bei zumindest einigen der geometrischen Parameter kann es sich um Radien und zugehörige Bogenlängen handeln, die auch zur Beschreibung nicht kreisförmiger Konturen geeignet sind.

Wie bereits erwähnt, kann der Einleger ein das Substrat umgebendes elastisches Ausgleichselement umfassen, dessen individuelle Eigenschaften (z.B. Gewicht bzw. Dicke oder Dichte) bei der Ermittlung der Geometrie des Außengehäuses berücksichtigt werden. Dies ist sinnvoll, da der durch das Ausgleichselement (die Lagermatte) auszuübende Druck unter anderem von der Masse des Einlegers und somit auch von der Masse des Ausgleichselements abhängt.

Um auch kleinste Strukturen des Substrates nachbilden zu können, wird die abgestimmte Geometrie des Außengehäuses vorteilhaft durch inkrementales Umformen erzeugt. Dies ist vor allem bei unrunden oder eckigen Substratquerschnitten von Bedeutung.

Wie bereits erwähnt, ist es möglich, daß das Außengehäuse geschlossen wird, um den Einleger zu klemmen. Vorteilhaft werden dann vor dem Schließen des Gehäuses geeignete Parameter für den Schließprozeß ermittelt. Dadurch läßt sich die Substratbelastung besonders niedrig halten.

Das Schließen des Gehäuses erfolgt z.B. druck- bzw. kraftgesteuert oder weg- bzw. geometriegesteuert. Auch eine Kombination aus den Verfahren ist möglich. Ein weggesteuertes Schließverfahren ist besonders vorteilhaft, da die Außenkontur des Substrates und damit auch die „Zielgeometrie" des Außengehäuses bereits bekannt sind.

Da durch den individuellen Formprozeß das Außengehäuse nahezu jeder Substratform angepaßt werden kann, ist das erfindungsgemäße Verfahren, wie bereits erwähnt, besonders vorteilhaft bei einem Substrat anwendbar, das im wesentlichen zylindrisch mit einer von der Kreisform abweichenden Grundfläche ist. Es kommen also insbesondere unrunde Konturen, beispielsweise ovale oder sogenannte triovale Querschnitte (trioval = im wesentlichen dreieckige Form mit abgerundeten Ecken) in Betracht. Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist eine definiert inhomogene bzw. gezielte Flächenpressung möglich, die insbesondere bei solchen nicht runden Konturen zu weniger Ausschuß und einer besseren Dauerhaltbarkeit führt. So läßt sich bei einem im Querschnitt ovalen Substrat in den Bereichen mit größerem Radius ein höherer Haltedruck erreichen, als dies bei einem vorgefertigten runden oder vorgerundeten Außengehäuse der Fall wäre, das lediglich um ein ovales Substrat gewickelt wird. Zugleich werden lokale Druckspitzen in den Bereichen mit kleinerem Radius vermieden, die beim herkömmlichen Verfahren aufgrund der Rückfederung entstehen. Auf diese Weise ergibt sich eine geringere Substratbelastung.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform werden zum Einleger ermittelte Daten in eine Steuerung eingespeist, und in der Steuerung wird die individuelle Geometrie des zugeordneten Außengehäuses ermittelt. Sämtliche Daten werden vorzugsweise vollautomatisch durch Kopplung mit den Meßeinrichtungen in die Steuerung eingespeist. Die Steuerung ermittelt dann die maßgeschneiderte Geometrie. Gleichzeitig kann die Steuerung mit dem Werkzeug bzw. den Werkzeugen gekoppelt sein, welche das Außengehäuse auf die gewünschte Geometrie bringen.

Die Vorrichtung, die durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellt wird, ist gemäß der bevorzugten Ausführungsform ein Abgaskatalysator, ein Partikelfilter oder eine Kombination aus beiden. Als Kern des Einlegers ist jeweils ein druckempfindliches Substrat vorgesehen.

Insbesondere ist das Gehäuse als Blechgehäuse ausgeführt.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann, neben dem bereits genannten Wickeln, auf sämtliche Verfahren zum Herstellen abgasführender Vorrichtungen und sämtliche Verfahren, die ein Blechgehäuse zugrundelegen, angewandt werden. Neben dem Wickeln, bei dem ein vorgeformter Blechabschnitt um den Einleger gewickelt und anschließend ab Erreichen der vorbestimmten Innenabmessungen an seinen Rändern befestigt und geschlossen wird, ist auch das sogenannte Kalibrieren möglich. Hierbei wird von außen am Umfang eines vorgefertigten geschlossenen Rohres gegen dieses gedrückt, um es plastisch zu deformieren und gegen den Einleger zu pressen.

Ein drittes Verfahren sieht ein Gehäuse aus mehreren Schalen vor, die gegen den Einleger gepreßt und anschließen aneinander befestigt werden.

Eine vierte Ausführungsform sieht ein sogenanntes Stopfverfahren vor. Hierbei wird ein geschlossenes zylindrisches Gehäuse gefertigt, dessen Innengeometrie bereits auf die Außenkontur des Einlegers bzw. Substrates abgestimmt ist. Anschließend wird stirnseitig der Einleger in das Gehäuse eingeschoben.

Die Parameter zur Beschreibung der Außenkontur werden vorzugsweise so gewählt, daß die ermittelte individuelle Außenkontur maximal um fünf Hundertstel Millimeter von der erfaßten Außenkontur abweicht. Dadurch wird eine große Herstellungsgenauigkeit erreicht, wobei sich die zu verarbeitende Datenmenge dennoch in praktisch handhabbaren Grenzen hält.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung anhand der beigefügten Zeichnung. In dieser zeigt:

1 eine Längsschnittansicht durch eine durch die Erfindung hergestellte Vorrichtung in Form einer Abgasreinigungsvorrichtung;

2 schematische Ansichten von beim erfindungsgemäßen Verfahren verwendeten Meßvorrichtungen und Werkzeugen;

3 eine stirnseitige Ansicht einer durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellten Vorrichtung mit gewickeltem Außengehäuse;

4 eine perspektivische Ansicht eines beim erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzten Kalibrierwerkzeugs, teilweise im Schnitt;

5 eine stirnseitige Ansicht einer durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellten Vorrichtung mit einem aus Schalen hergestellten Außengehäuse;

6 eine Prinzipskizze, die das beim erfindungsgemäßen Verfahren alternativ angewandte Stopfen zeigt; und

7 schematische Darstellungen weiterer möglicher Substrataußenkonturen und zugehöriger geometrischer Parameter.

In 1 ist eine in einem Kraftfahrzeug untergebrachte abgasführende Vorrichtung in Form einer Abgasreinigungsvorrichtung 10 dargestellt. Die Abgasreinigungsvorrichtung 10 ist entweder ein Abgaskatalysator oder ein Partikelfilter oder eine Kombination aus beiden.

Kernstück der Abgasreinigungsvorrichtung 10 ist ein langgestrecktes, zylindrisches Substrat 12, das beispielsweise aus einem keramischen Substrat oder einer Art gewickelter Wellpappe oder einem anderen katalytischen Träger- oder Filtermaterial mit oder ohne Beschichtung besteht. Das Substrat 12 kann insbesondere einen unrunden Querschnitt aufweisen, wenngleich zur vereinfachten Darstellung in den 1 sowie 3 bis 6 ein kreiszylindrischer Querschnitt dargestellt ist. Das Substrat ist von einer Lagermatte umgeben, die als elastisches Ausgleichselement 14 zwischen dem Substrat 12 und einem Außengehäuse 16 wirkt. Das Außengehäuse 16 ist sehr dünnwandig ausgeführt und insbesondere aus Blech. Stromaufwärts und stromabwärts sind mit dem Außengehäuse 16 ein Einströmtrichter 18 bzw. ein Ausströmtrichter 20 verbunden.

Das Substrat 12 bildet zusammen mit dem Ausgleichselement 14 den sogenannten Einleger.

Im Betrieb strömt Abgas über den Einströmtrichter 18 stirnseitig in das Substrat 12 ein und verläßt mit weniger Schadstoffen versehen schließlich das Substrat 12 an der gegenüberliegenden Stirnseite, um über den Ausströmtrichter 20 die Reinigungsvorrichtung zu verlassen.

Die Herstellung der Abgasreinigungsvorrichtung 10 wird im folgenden anhand 2 erläutert. In der Figur sind verschiedene Meßstationen dargestellt, mit denen Eigenschaften jedes einzelnen zu verbauenden Einlegers (d.h. des Substrates 12 und/oder des Ausgleichselements 14) im Hinblick auf ein individuell abgestimmtes Außengehäuse zur Erzielung einer optimierten Klemmkraft des Einlegers im Gehäuse 16 ermittelt werden.

Die Meßstationen sind über eine Steuerung 22 mit Werkzeugen zur Herstellung des Außengehäuses 16 bzw. zum Montieren und Klemmen des Einlegers im Außengehäuse 16 gekoppelt. Die im folgenden erläuterten Stationen werden in der bevorzugten Reihenfolge des Herstellungsverfahrens beschrieben.

In einer ersten Meßvorrichtung 24 wird die Außenkontur des Substrates 12 erfaßt, indem eine Stirnfläche 26 des Substrates 12 abgebildet wird. Zu diesem Zweck umfaßt die Meßvorrichtung 24 eine Kamera oder ein Lasermeßgerät, die das Bezugszeichen 28 tragen. Das erhaltene Bild 30 der Außenkontur 32 wird in der Steuerung 22 gespeichert bzw. abgelegt. Mit Hilfe eines in der Steuerung 22 enthaltenen Bildverarbeitungsprogramms wird anhand des Bildes 30 ein Satz von geometrischen Parametern, z.B. a, b, c, d, für jedes individuelle Substrat 12 festgelegt, wobei die gewählten Parameter die erfaßte Außenkontur hinreichend genau beschreiben. Bei den geometrischen Parametern a, b, c, d handelt es sich im gezeigten Beispiel um Abstände zwischen definierten Punkten längs der Außenkontur 32. Die ermittelten Parameter werden für jedes Substrat in der Steuerung 22 gespeichert, beispielsweise unter der jeweiligen Substratnummer 1, 2, 3 usw. in einer Tabelle 34 abgelegt. Bei dem in der 2 gezeigten Beispiel wird das zu wickelnde Außengehäuse 16 zwischen den Strecken c und d geschlossen.

Optional ist vorgesehen, daß anschließend das Gewicht des Ausgleichselements 14 mit Hilfe einer Waage 36 bestimmt wird, die ebenfalls mit der Steuerung 22 gekoppelt ist. Auch hier werden die erhaltenen Daten in der Steuerung 22 abgelegt.

Mit den ermittelten Daten über den zu verbauenden Einleger (bestehend aus Substrat 12 und Ausgleichselement 14) wird in der Steuerung 22 eine auf zumindest die individuelle Außenkontur des Substrates 12 abgestimmte Geometrie des Außengehäuses 16 (vorzugsweise unter Berücksichtigung eines Setzungsfaktors und der Nachgiebigkeit des Ausgleichselements 14) ermittelt. Die individuelle Geometrie wird auf die Erzielung der erforderlichen, individuell auf den Einleger abgestimmten und auszuübenden Klemmkraft ausgelegt.

In einem nächsten Schritt wird das ermittelte Außengehäuse 16 mit abgestimmter Geometrie durch inkrementales Umformen hergestellt (siehe Position 38). Dies kann beispielsweise durch Dorn- oder Walzenbiegen erfolgen, jedoch muß die Biegewalze geeignet dimensioniert sein, um die nötigen Biegeradien herstellen zu können. Die Steuerung 22 verfügt über eine entsprechende Softwareroutine, mittels der die Walzmaschine unter Berücksichtigung der ermittelten Parameter a, b, c, d (sowie unter Berücksichtigung eines Raumes für das Ausgleichselement 14) angesteuert wird. Dabei können ein parametrischer Programmcode oder mehrere festgelegte Programme eingesetzt werden.

Zuletzt wird der aus Substrat 12 und Ausgleichselement 14 vorgefertigte Einleger mit seinem maßgeschneiderten Außengehäuse 16 im sogenannten Wickelverfahren verbaut (siehe Position 40). Dazu wird das vorgefertigte Außengehäuse 16 leicht gespreizt und der Einleger seitlich in das Außengehäuse 16 eingeschoben. Das Außengehäuse 16 wird druck- und/oder weggesteuert geschlossen, indem die sich überlappenden Ränder 42, 44 so weit übereinandergeschoben werden, daß die Abmessungen des entstehenden Außengehäuses 16 den zuvor ermittelten Werten entsprechen. Der Schließprozeß erfolgt dabei anhand geeigneter, zuvor in der Steuerung 22 ermittelter und auf das individuelle Substrat 12 bzw. Außengehäuse 16 abgestimmter Parameter. Anschließend werden die sich überlappenden Ränder gefügt, z.B. durch Schweißen, Falzen oder Löten. Ein fertiges Produkt ist in 3 der Einfachheit halber mit kreisrundem Substratdurchmesser dargestellt.

Neben dem Wickeln des Außengehäuses 16 kann die Montage auch durch ein sogenanntes Kalibrieren erfolgen. Eine entsprechende Kalibriervorrichtung ist in 4 gezeigt. Diese umfaßt zahlreiche kreissegmentförmige, radial bewegliche Backen 46, die sich zu einem Ring schließen können. In das Innere des durch die Backen 46 umschriebenen Arbeitsraums wird das kreiszylindrische, rohrförmige Außengehäuse 16 gelegt, in welches der Einleger axial eingeschoben ist. Die Backen 46 werden anschließend radial nach innen verfahren, wobei die zuvor in der Steuerung 22 ermittelten Werte bezüglich der Geometrie des Außengehäuses 16 herangezogen werden. Das bedeutet, die durch die Steuerung 22 zuvor ermittelten gewünschten Abmessungen des Außengehäuses 16 werden durch eine weggesteuerte Bewegung der Backen 46 unter gleichzeitiger plastischer Verformung des zuvor bereits umfangsmäßig geschlossenen, mit entsprechend größerem Durchmesser vorgeformten Außengehäuses 16 erreicht. Natürlich sind entsprechende Kalibrierverfahren auch für nicht kreiszylindrische Substrate 12 möglich.

Anstatt der in 4 gezeigten Backen 46 kann auch ein Kalibrieren mittels Rollen erfolgen, die gegen das Außengehäuse mit darin vorgesehenem Einleger seitlich um den vorbestimmten Verfahrweg gedrückt und gedreht werden. Auch ein sogenanntes Drücken ist in diesem Zusammenhang möglich, bei dem das Außengehäuse 16 mit dem darin angeordneten Einleger relativ um den vorbestimmten Verfahrweg gegen eine einzelne Rolle bewegt wird und anschließend eine Relativdrehung zwischen der Rolle und dem Außengehäuse samt Einleger erfolgt, so daß sich die Rolle umfangsmäßig in das Außengehäuse 16 drückt und dieses plastisch nach innen verformt.

Die in 5 gezeigte Ausführungsform arbeitet mit zwei oder mehreren Schalen 48, 50, die ineinandergeschoben werden. Auch hier werden die Schalen 48, 50 weggesteuert bzw. druckgesteuert so weit ineinandergeschoben, bis die Innenabmessungen den ermittelten Abmessungen entsprechen. Die Schalen 48, 50 werden dann z.B. aneinandergeschweißt, gefalzt oder gelötet. Natürlich können die Schalen 48, 50 auch bereits vorab auf die gewünschten Endabmessungen geformt werden, ähnlich wie dies im Zusammenhang mit 6 beschrieben ist.

6 symbolisiert das sogenannte Stopfen. In der Meßeinrichtung werden die gewünschten Abmessungen des Außengehäuses ermittelt. Dann wird ein zylindrisches Außengehäuse 16 mit dem gewünschten Zieldurchmesser und der entsprechenden Formgebung hergestellt. Dies erfolgt beispielsweise durch Walzen. Anschließend wird der Einleger axial in das ausgewählte Außengehäuse 16 gestopft. Hierbei sind selbstverständlich entsprechende trichterförmige Hilfsmittel vorgesehen.

7 zeigt einige weitere denkbare Außenkonturen 32 von Substraten 12 bzw. Einlegern sowie zugehörige mögliche Parametersätze. Alternativ bzw. ergänzend zur Definition durch Abstände zwischen definierten Punkten läßt sich ein sogenanntes triovales Substrat, wie es in 7a gezeigt ist, auch durch mehrere Radien ra, rb, rc, ... sowie zugehörige Bogenlängen la, lb, lc, ... beschreiben. Dasselbe ist auch bei einem ovalen Substratquerschnitt (7b) möglich. Alternativ kann eine ovale Außenkontur 32 auch durch die Länge ihrer Halbachsen a und b beschrieben werden. Bei einer flachovalen Außenkontur 32, wie sie in 7d dargestellt ist, genügen ebenfalls nur zwei Parameter zur Beschreibung, nämlich der gemeinsame Radius r der beiden Halbkreise sowie die Länge l des dazwischen angeordneten rechteckigen Stückes.

Zu betonen ist, daß das dargestellte Verfahren nicht etwa für Versuchszwecke gedacht ist, bei denen ein einzelner Katalysator oder Partikelfilter hergestellt wird. Vielmehr ist das Verfahren gerade für die Massenfertigung gedacht, bei der jedes einzelne Substrat samt Ausgleichselement sein maßgeschneidertes Außengehäuse erhält. Das beschriebene Verfahren führt zu einer besseren Qualität der hergestellten Vorrichtung bei geringem Kapitaleinsatz für die notwendigen Betriebsmittel.

Die Parameter werden so gewählt, daß die rechnerisch ermittelte individuelle Außenkontur maximal um 5/100 mm von der tatsächlichen, erfaßten Außenkontur abweicht. Dieser Wert kann als „Toleranzwert" abgelegt sein, so daß für jeden zu vermessenden Einleger eine unterschiedliche Anzahl von Parametern festgelegt werden, indem man den obigen Toleranzwert ausschöpft.

10
Abgasreinigungsvorrichtung
12
Substrat
14
Ausgleichselement
16
Außengehäuse
18
Einströmtrichter
20
Ausströmtrichter
22
Steuerung
24
Meßvorrichtung
26
Stirnfläche
28
Kamera
30
Bild
32
Außenkontur
34
Tabelle
36
Waage
38
Herstellung des Außengehäuses
40
Montage des Einlegers
42
Rand
44
Rand
46
Backen
48
Schale
50
Schale


Anspruch[de]
Verfahren zum Herstellen von abgasführenden Vorrichtungen, insbesondere Abgasreinigungsvorrichtungen (10), die jeweils ein Außengehäuse (16) mit einem darin geklemmten Einleger haben, der ein abgasdurchströmtes Substrat (12) aufweist, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

a) Erfassen der individuellen Außenkontur (32) des Einlegers oder des Substrates (12),

b) Reduzieren der erfaßten Außenkontur (32) auf einen endlichen Satz geometrischer Parameter (a, b, ...; ra, la, rb, lb, ...; r, l),

c) Ermitteln einer auf die individuelle Außenkontur (32) des Einlegers bzw. des Substrates (12) abgestimmten Geometrie des Außengehäuses (16) unter Zuhilfenahme der geometrischen Parameter (a, b, ...; ra, la, rb, lb, ...; r, l),

d) Herstellen des Außengehäuses (16) mit abgestimmter Geometrie, und

e) Montieren und Klemmen des Einlegers im Außengehäuse (16).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erfassung der Außenkontur (32) zumindest eine Stirnfläche (26) oder Schnittebene des Einlegers bzw. des Substrates (12) abgebildet wird. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abbildung mittels einer Kamera (28) erfolgt. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abbildung durch eine Lasermessung erfolgt. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Festlegung der geometrischen Parameter (a, b, ...; ra, la, rb, lb, ...; r, l) durch Bildverarbeitung erfolgt. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei zumindest einigen der geometrischen Parameter (a, b, ...; l) um Abstände zwischen definierten Punkten handelt. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei zumindest einigen der geometrischen Parameter (ra, la, rb, lb, ...) um Radien und zugehörige Bogenlängen handelt. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Einleger ein das Substrat (12) umgebendes elastisches Ausgleichselement (14) umfaßt, dessen individuelle Eigenschaften bei der Ermittlung der Geometrie des Außengehäuses (16) berücksichtigt werden. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die abgestimmte Geometrie des Außengehäuses (16) durch inkrementales Umformen erzeugt wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Außengehäuse (16) geschlossen wird, um den Einleger zu klemmen. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Schließen des Gehäuses (16) geeignete Parameter für den Schließprozeß ermittelt werden. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Schließen des Gehäuses (16) druckgesteuert und/oder kraftgesteuert erfolgt. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Schließen des Gehäuses (16) weggesteuert und/oder geometriegesteuert erfolgt. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (12) im wesentlichen zylindrisch mit einer von der Kreisform abweichenden Grundfläche ist. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zum Einleger ermittelte Daten in eine Steuerung (22) eingespeist werden und daß in der Steuerung (22) die individuelle Geometrie des zugeordneten Außengehäuses (16) ermittelt wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der Vorrichtung um einen Abgaskatalysator oder einen Partikelfilter oder eine Kombination aus beiden handelt. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Außengehäuse (16) ein Blechgehäuse verwendet wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Außengehäuse (16) durch Wickeln um den Einleger erzeugt wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Außengehäuse (16) durch Kalibrieren gegen den Einleger gepreßt wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Außengehäuse (16) aus mehreren Schalen (48, 50) besteht, die gegen den Einleger gepreßt und aneinander befestigt werden. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Einleger in ein vorgefertigtes zylindrisches Außengehäuse (16) mit abgestimmter Geometrie gestopft wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Parameter (a, b, ...; ra, la, rb, lb, ...; r, l) so gewählt werden, daß die ermittelte individuelle Außenkontur maximal um 5/100 mm von der erfaßten Außenkontur (32) abweicht.






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