Способ и устройство для изготовления сотового элемента
Изобретение относится к способу изготовления сотового элемента, в частности корпуса-носителя катализатора, из нескольких набранных по меньшей мере в один пакет и по меньшей мере частично структурированных металлических листов, а также к устройству для изготовления такого сотового элемента. Способ заключается в том, что из нескольких по меньшей мере частично структурированных металлических листов набирают по меньшей мере один пакет с образованием в нем каналов между слоями. Затем пакет помещают в форму, где он удерживается в центральной зоне скручивающим приспособлением. Скручивающее приспособление имеет возможность поворота вокруг центральной оси, служащей одновременно осью намотки. Оно содержит по меньшей мере две намоточных оправки, расположенные параллельно центральной оси и проходящие вдоль каналов. Оправки воздействуют в центральной зоне пакета на его соответствующую наружную поверхность. Скручивающее приспособление имеет также позиционирующие элементы, входящие по меньшей мере частично в каналы. Пакет скручивают, свертывая в рулон, до достижения заданной степени скручивания. При этом сохраняется неизменным по меньшей мере в процессе скручивания сформированное в центральной зоне пакета строение со взаимным расположением структур металлических листов. Устройство для осуществления способа содержит форму и скручивающее приспособление. Внутренний контур формы соответствует наружному контуру сотового элемента. Изобретение позволяет исключить деформацию стенок пакетов. 3 с. и 7 з.п. ф-лы, 6 ил.
Настоящее изобретение относится к способу изготовления сотового элемента, в частности корпуса-носителя катализатора, из нескольких набранных по меньшей мере в один пакет по меньшей мере частично структурированных металлических листов, а также к устройству для изготовления такого сотового элемента.
Корпуса-носители катализаторов, служащие для снижения содержания токсичных веществ в отработавших газах (ОГ), в частности в ОГ двигателей специальных автомобилей (для нетранспортных работ), могут быть выполнены в виде металлического сотового элемента, т.е. элемента, имеющего сотовую структуру. Такие сотовые элементы состоят из нескольких набранных в пакет по меньшей мере частично структурированных металлических листов. В US 4923109 описан сотовый элемент, выполненный из пакета по меньшей мере частично структурированных металлических листов, свернутых в рулон во взаимно противоположных направлениях вокруг центральной зоны. Из DE 19521685 известен способ изготовления такого сотового элемента. Согласно этому способу вначале набирают в пакет несколько по меньшей мере частично структурированных металлических листов, после чего этот пакет помещают в открытую форму, образованную профильными сегментами, внутренний контур которых соответствует наружному контуру изготавливаемого сотового элемента, причем пакет удерживается в этой форме в центральной зоне скручивающим приспособлением. После этого пакет рулонируют, скручивая в определенном направлении, а затем по достижении заданной степени скручивания пакета закрывают форму поворотом ее профильных сегментов в направлении, противоположном направлению вращения скручивающего приспособления. Из DE 19522327 известен способ изготовления сотового элемента со множеством сквозных каналов для прохождения текучей среды из нескольких по меньшей мере частично структурированных металлических листов. Этот способ наиболее пригоден для изготовления сотового элемента, известного из WO 90/03220. Такой сотовый элемент включает по меньшей мере три пакета металлических листов, причем по меньшей мере три из них сложены пополам (сфальцованы) по соответствующей линии сгиба в центральной зоне сотового элемента и в таком сфальцованном состоянии свернуты в рулон путем их скручивания в одном направлении вокруг друг друга и вокруг центральной зоны, в которой находятся линии сгиба. Такой сотовый элемент изготавливают согласно DE 19522327 А1 следующим путем. Сначала каждый пакет фальцуют по соответствующей линии сгиба. Затем сфальцованные таким образом пакеты помещают в форму. Каждый пакет удерживается в форме скручивающим приспособлением в центральной зоне. Скручивающее приспособление имеет намоточные оправки, вставляемые в сфальцованный пакет в месте расположения каждой линии сгиба. Поворотом этих намоточных оправок вокруг центральной оси в одном направлении отдельные пакеты свертывают в рулон. Из WO 94/01661 известен сотовый элемент, который сформирован лишь из небольшого количества металлических листов и конструкция которого позволяет интегрировать по меньшей мере в один из слоев металлических листов по меньшей мере один удлиненный электрический проводник или же выполнить сам этот один из слоев в виде удлиненного изолированного электрического проводника. Для изготовления такого металлического сотового элемента из по меньшей мере частично структурированных металлических листов в WO 94/01661 предложено изготавливать из небольшого количества по меньшей мере частично структурированных металлических полос полый конус. Этот полый конус, соответственно круглое кольцо, подвергают обработке давлением, деформируя по направлению снаружи внутрь по меньшей мере по трем линиям, в результате чего как в наружной, так и во внутренней зоне кольца образуется соответствующее количество линий излома. Полученную в результате звездообразную, соответственно розеткообразную, структуру с выступами в виде лопастей скручивают, сгибая вращением в одном направлении расположенные между внутренними и внешними линиями излома "лопасти" вокруг внутренних линий излома. Было установлено, что на отдельных участках макроструктуры готовых сотовых элементов обнаруживаются дефекты, ухудшающие качество этих сотовых элементов. При поточном изготовлении на одном и том же оборудовании больших партий сотовых элементов подобные дефекты появляются нерегулярно. Это обстоятельство обусловливает необходимость принятия особых мер по обеспечению качества изготовления сотовых элементов. Исходя из вышеизложенного, в основу настоящего изобретения была положена задача разработать способ, который обеспечивал бы улучшение качества изготовления сотовых элементов. Еще одной задачей изобретения является разработка такого способа серийного изготовления сотовых элементов, который обеспечивал бы более простое достижение требуемого качества изготовления таких сотовых элементов. Следующая задача изобретения заключается в разработке устройства для изготовления сотовых элементов, которое позволяло бы производить сотовые элементы более высокого качества. Для решения этих задач согласно изобретению предлагается способ изготовления сотового элемента со множеством сквозных каналов для прохождения текучей среды из нескольких по меньшей мере частично структурированных металлических листов, заключающийся в том, что из нескольких по меньшей мере частично структурированных металлических листов набирают по меньшей мере один пакет. Затем этот пакет помещают в форму, где он удерживается в центральной зоне скручивающим приспособлением, имеющим возможность поворота вокруг центральной оси. После этого помещенный в форму пакет скручивают, свертывая в рулон, до достижения заданной степени скручивания с сохранением неизменным по меньшей мере в процессе скручивания сформированного в его центральной зоне строения со взаимным расположением структур металлических листов. Такая технология осуществления способа обеспечивает отсутствие каких-либо сдвигов этих структур друг относительно друга в центральной зоне пакета, что является предпосылкой изготовления сотовых элементов стабильного качества. Взаимное расположение структур металлических листов в центральной зоне пакета предпочтительно сохранять с момента формирования такого строения пакета в этой его центральной зоне. У сотовых элементов, известных, например, из DE 19521685 А1, указанное строение пакета предпочтительно сохраняют для дальнейших технологических операций с момента окончания набора листов в пакет. У тех сотовых элементов, у которых пакет фальцуют по определенной линии сгиба, в качестве такого неизменяемого строения пакета считают его макроструктуру в центральной зоне, т.е. на участке линии сгиба. Строение пакета в его центральной зоне предпочтительно задавать заранее. Однако строение центральной зоны пакета, которое позволяет изготавливать сотовые элементы особо высокого качества, можно определить и эмпирическим путем. Выше уже говорилось о том, что макроструктура сотовых элементов может иметь дефекты. В данном случае под дефектами подразумевается деформация стенок каналов, образованных по меньшей мере частично структурированными металлическими листами. В частности, подобные деформационные дефекты проявляются на границе с теми участками, на которых сотовые элементы имеют относительно жесткую структуру. Во избежание деформации стенок каналов в местах расположения подобных жестких структур предлагается набирать в пакет структурированные металлические листы, имеющие гофры с вершинами и впадинами, попеременно чередуя с гладкими листами, таким образом, чтобы вершина гофра структурированного листа располагалась по существу между двумя впадинами гофр смежного структурированного листа. Такой пакет обладает сравнительно невысокой жесткостью. При скручивании пакета, соответственно пакетов, структуры смежных металлических листов сдвигаются друг относительно друга. В результате в поперечном сечении сотового элемента образуются участки, жесткость которых может превышать жесткость в центральной зоне. Однако эти более жесткие участки не настолько ярко выражены, соответственно не настолько жестки, чтобы приводить к деформации образующих каналы структур в смежных с этими участками зонах. Формирование пакета с относительно мягкой центральной зоной целесообразно прежде всего для изготовления сотовых элементов малого диаметра, соответственно с небольшой степенью скручивания. Во избежание образования относительно жестких участков в сечении сотового элемента пакет в его центральной зоне достаточно сделать относительно мягким. Кроме того, пакет можно сформировать таким образом, чтобы его жесткость перпендикулярно продольному направлению структур везде была одинаковой. С этой целью предлагается структурированные металлические листы выполнять в виде гофрированных металлических листов с повторяющимися с постоянным шагом вершинами и впадинами гофр. При таком выполнении структурированных металлических листов предлагается перед набором таких листов в пакет отрезать их от металлической ленты таким образом, чтобы их длина была кратна целому числу шагов. Такая резка металлических листов на листы мерной длины обеспечивает при их наборе в пакет практически точное попадание вершины гофра одного структурированного листа в промежуток между двумя впадинами гофр смежного структурированного листа. В качестве альтернативы пакету с низкой жесткостью его строения в центральной зоне листы предлагается набирать в пакет, который обладает относительно высокой жесткостью его строения в центральной зоне. Такую сравнительно высокую жесткость пакету в центральной зоне можно придать, если при наборе в пакет структурированные металлические листы, имеющие гофры с вершинами и впадинами, попеременно чередовать со слоями гладких металлических листов таким образом, чтобы вершины и впадины гофр смежных структурированных листов располагались по существу в одну линию друг над другом перпендикулярно продольному направлению этих вершин, соответственно впадин гофр. Когда структурированные металлические листы выполнены таким образом, что вершины и впадины их гофр повторяются с определенным шагом, получаемое в результате набора пакета расположение слоев придает ему относительно высокую жесткость. При рулонировании такого пакета вершины и впадины гофр смежных металлических листов смещаются друг относительно друга. В результате такого смещения вершины гофр не располагаются больше в линию с впадинами гофр смежных металлических листов, из-за чего структура готового сотового элемента вне его центральной зоны имеет в радиальном направлении меньшую жесткость, чем в этой центральной зоне. Центральную зону готового сотового элемента можно рассматривать как относительно жесткую сердцевину, а зону вне этой сердцевины - как сравнительно мягкую оболочку. Такой вариант осуществления предлагаемого способа также позволяет изготовить сотовый элемент, в оболочке которого исключено образование выраженных зон с высокой прочностью. При использовании для изготовления сотового элемента структурированных металлических листов, имеющих гофры с повторяющимися с шагом







Формула изобретения
1. Способ изготовления сотового элемента со множеством сквозных каналов (4) для прохождения текучей среды из нескольких, по меньшей мере, частично структурированных металлических листов (2), заключающийся в том, что а) из нескольких, по меньшей мере, частично структурированных металлических листов (2) набирают, по меньшей мере, один пакет (1) с образованием между слоями в этом пакете каналов (4), (б) пакет (1, 9) помещают в форму (12), где он удерживается в центральной зоне (18) скручивающим приспособлением (15), имеющим возможность поворота вокруг центральной оси (17) и имеющим, по меньшей мере, две намоточных оправки (20, 21), которые расположены в основном параллельно центральной оси (17), служащей одновременно осью намотки, и проходят в продольном направлении каналов (4) и которые воздействуют в центральной зоне (18) пакета (1) на его соответствующую наружную поверхность, а также имеющим позиционирующие элементы (22), входящие, по меньшей мере, частично в каналы (4), в) пакет (1, 9) скручивают, свертывая в рулон, до достижения заданной степени скручивания с сохранением неизменным, по меньшей мере, в процессе скручивания сформированного в его центральной зоне (18) строения со взаимным расположением структур (7, 8) металлических листов (2). 2. Способ изготовления сотовых элементов, причем каждый сотовый элемент имеет множество сквозных каналов для прохождения текучей среды, из нескольких, по меньшей мере, частично структурированных металлических листов (2), заключающийся в том, что а) из нескольких, по меньшей мере, частично структурированных металлических листов (2) набирают, по меньшей мере, один пакет (1, 9) с образованием между слоями в этом пакете каналов (4), б) пакет (1, 9) помещают в форму (12), где он удерживается в центральной зоне (18) скручивающим приспособлением (15), имеющим возможность поворота вокруг центральной оси (17) и имеющим, по меньшей мере, две намоточных оправки (20, 21), которые расположены в основном параллельно центральной оси (17), служащей одновременно осью намотки, и проходят в продольном направлении каналов (4) и которые воздействуют в центральной зоне (18) пакета (1) на его соответствующую наружную поверхность, а также имеющим позиционирующие элементы (22), входящие, по меньшей мере, частично в каналы (4), в) пакет (1, 9) скручивают, свертывая в рулон, до достижения заданной степени скручивания, г) пакет (1, 9) в скрученном виде извлекают из формы (12), д) стадии а)-г) повторяют для каждого пакета (1, 9) каждого следующего сотового элемента, формируя каждый пакет (1, 9) с неизменно одинаковым в его центральной зоне (18) строением, заключающимся во взаимном расположении структур (7, 8) металлических листов (2), и сохраняя в каждом пакете (1, 9) неизменным, по меньшей мере, в процессе скручивания указанное строение со взаимным расположением структур (7, 8) металлических листов (2). 3. Способ по п. 1 или 2, в котором строение пакета (1, 9) в его центральной зоне (18) задают для определенного сотового элемента или для первого из нескольких сотовых элементов. 4. Способ по п. 2, в котором для первого сотового элемента набирают пакет (1, 9) и для этого первого сотового элемента задают строение его центральной зоны (18), причем такое же строение воспроизводят путем соответствующего набора других металлических листов в каждый следующий пакет (1, 9) каждого следующего сотового элемента в том случае, когда изготовленный из первого пакета (1, 9) сотовый элемент удовлетворяет заданным критериям качества. 5. Способ по пп. 1, 2 или 3, в котором структурированные металлические листы (2) имеют гофры с вершинами (7) и впадинами (8) и эти структурированные металлические листы набирают в пакет (9), попеременно чередуя со слоями гладких листов (3), таким образом, чтобы вершина (7) гофра структурированного листа (2) располагалась по существу между двумя впадинами (8) гофр смежного структурированного листа (2). 6. Способ по п. 5, в котором структурированные металлические листы (2) имеют гофры с вершинами (7) и впадинами (8), повторяющимися с шагом


L = n


где n обозначает элемент из множества натуральных чисел. 9. Устройство для изготовления, по меньшей мере, одного сотового элемента, в частности корпуса-носителя катализатора, из, по меньшей мере, одного пакета (1, 9), набранного из нескольких, по меньшей мере, частично структурированных металлических листов (2), образующих множество сквозных каналов (4) для прохождения текучей среды, причем это устройство имеет форму (12), внутренний контур которой практически соответствует наружному контуру изготавливаемого сотового элемента, и скручивающее приспособление (15), служащее для удержания каждого пакета (1, 9) в его центральной зоне (18), по меньшей мере, в процессе скручивания и имеющее возможность поворота вокруг определенной оси (17), отличающееся тем, что крепежное приспособление (23) имеет позиционирующие элементы (22), которые могут вставляться, по меньшей мере, частично в каналы (4) в центральной зоне (18) каждого из пакетов (1, 9), сохраняя таким путем, по меньшей мере, в процессе скручивания сформированное в центральной зоне (18) строение пакета (1, 9). 10. Устройство по п. 9, отличающееся тем, что позиционирующие элементы (22) выполнены в виде оправок.
РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6