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CN1078102C - 由卷绕的片料层制做蜂窝体的装置和方法 - Google Patents

由卷绕的片料层制做蜂窝体的装置和方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一个制做蜂窝体的装置，蜂窝体由至少一个叠材(1)制成，其由数个至少部分结构的片料构成，其构成数个被一流体可透过的通道。本装置包括一个围绕一轴可转动的在每个叠材上施加作用的叉形卷绕装置并具有闭合成卷绕模的模弧形件。该卷绕模由至少两个模弧形件(6，7)构成，每个模弧形件可分别围绕一个各与卷绕装置之轴线平行配置的回转轴且与卷绕装置之转向相反地旋转。

Description

由卷绕的片料层制做蜂窝体的装置和方法
本发明涉及制做蜂窝体的装置和方法，该蜂窝体由数个至少部分结构的片料构成，片料上有数个可透过流体的通道。
在对有害物质的排放、特别是机动车的排气要求变得越来越严格的规定推动下，应用了催化剂载体。在这种催化剂载体中可以涉及金属的蜂窝体。该蜂窝体包括例如一个由数个至少部分结构的片料构成的叠材。该叠材以自身围绕中央区域被沿相对方向卷绕。这种蜂窝体的实施方案例如通过美国专利US 4923 109已经公知。
通过WO90/03220也公开了一个金属的催化剂载体并用于机动车。它由至少部分结构的片料构成。这种催化剂载体包括至少三个由片料构成的叠材，其中，至少三个叠材各围绕一个所需的折弯线在蜂窝体的中央区域被折叠并在折叠的状态中相互同向地围绕中央区域通过折叠线被卷绕。
为制做这种催化剂载体，公知的装置是，一个围绕中央轴可转动的在每个叠材上施加作用的叉形卷绕装置并包括可闭合成一个卷绕模的模弧形件。该闭合的卷绕模的内横截面与在卷绕状态的蜂窝体之横截面相一致。在其中形成蜂窝体的最常见卷绕模是圆筒形的。为了确保叠材自身围绕中央区域进行卷绕，该模弧形件如此朝叠材运动，即，叉形的卷绕装置在转动期间、该叠材靠置在模弧形件的边缘上，而这个边缘形成一个支承轴承。在制做过程结束时，该卷绕模完全被闭合，并给予蜂窝体其最终的形状。
因此要求，卷绕模由两个相互可接受和远离运动的模弧形件构成，可是这种装置的结构耗费是相对高的。在这种制做程序中必须经常确保，模弧形件遵守一个规定的运动曲线。由于磨损，灰尘或类似物，可能会沉积在模弧形件的导引结构中，所以它们就可能干扰上述运动曲线。
在公知的制做蜂窝体，特别是制做催化剂载体的装置中，存在的危险是，在闭合过程期间，至少一个模弧形件以和叠材之还在卷绕的部分的运动方向相反的方向运动。如果该模弧形件挤压到该部分上，则会使该叠材发生一个不希望的变形。这种叠材的变形则会导致，单个的片料被部分地弯曲。因此，制成的蜂窝体之结构就受到损害。一方面，蜂窝体的强度变坏，另一方面，还导致所述通道横截面的局部变形。而通道横截面的变形则导致不能保证在蜂窝体内部有一个均匀的流动分布。然而，通过催化剂载体的排气流动特性却对催化剂的催化作用有决定性影响。
基于上述现有技术，本发明任务是，对公知的制做蜂窝体的装置和方法进行改进，在制做过程期间不会出现叠材或单个片料变形的危险。另外，本装置对于外界的影响，如灰尘，污物或类似物是不敏感的。
为实现上述目的，根据本发明提供一种制做蜂窝体的装置，该蜂窝体由至少一个叠材构成，而叠材由数个至少部分有结构的片料层构成，片料层构成数个可透过流体的通道，其中，该装置具有一个围绕一中央轴线可转动的并与每个叠材相啮合的叉形卷绕装置和一个卷绕模；其特征在于：卷绕模将卷绕装置围住，卷绕模的内轮廓是不变的并与所制做蜂窝体的外轮廓相一致，在卷绕模的壁上设置至少一个用于一个或多个叠材端部的基本上与中央轴线平行延伸的通道。
根据本发明，在壁中构置至少两个通道；通道相互等间隔地安置在卷绕模的内圆周上；在至少一个通道上构置至少一个横截面突起的纵表面；至少一个通道的至少一个纵表面设有一个滑动层；滑动层是抗磨损的；滑动层由一种陶瓷材料制成；滑动层是等离子体喷射制成的；每个通道的宽度大约与叠材的厚度相一致；设置一个在卷绕模中且沿其轴向可移动的冲头；冲头的横截面与卷绕模之内横截面相一致；卷绕模具有一个外凸缘；凸缘是环绕的且与基板可拆卸地连接；基板具有一个开口，一根与冲头相连的操作杆穿过穿孔延伸；基板具有一个开口，冲头可从中穿过；卷绕装置具有至少两根设在支架上的卷绕棒，该棒可以与一个或多个叠材相接合；卷绕棒的横截面与卷绕力相匹配但尽可能小；卷绕棒的横截面，特别是一个滴状的形状或弯弧滴的形状；卷绕棒可在两侧被夹紧在一个卷绕装置中；卷绕模和卷绕装置可相对转动；该卷绕模是一个整体；卷绕模至少包括两个弧形模段；用于卷绕两个或多个围绕折弯线而折叠的片料层叠材的装置具有和叠材数目一致并置于叉形卷绕装置上的卷绕棒，及同样数目的通道。
为实现上述目的，根据本发明还提供一种制做蜂窝体的方法，该蜂窝体具有数个可透过流体的通道和由数个至少部分有结构的片料层构成，其中：至少一个叠材由数个至少部分有结构的片料层叠置而成；每个叠材被置入一个和所制蜂窝体之外轮廓相一致的卷绕模中；每个叠材的至少一个端部通过至少一个通道从卷绕模伸出；每个叠材被一个在卷绕模之中央区域安置的卷绕装置所固定；和所有叠材通过卷绕装置与卷绕模的相对转动将从卷绕模伸出的叠材端部拉入卷绕模以便卷绕成一个蜂窝体，其填满整个卷绕模。
根据本发明，至少两个叠材由数个至少部分有结构的片料层叠置而成；每个叠材分别围绕一折弯线折叠；和叠材被置入一个和所制蜂窝体之外轮廓一致的卷绕模中并在其中被一个卷绕装置固定在中央区域中，并且，最好在每个折弯线的区域中各设置一个卷绕棒；在置入卷绕模中时，每个叠材的相应两个端部，总是通过相同的通道向外伸出。
本发明装置用于制做蜂窝体，蜂窝体由至少一个叠材制成，而叠材由数个至少部分有结构的片料构成，片材构成多个可透过流体的通道，本装置特别用于制做催化剂载体，本装置包括一个卷绕模，它的内轮廓与所制做的蜂窝体之外轮廓一致，和一个绕一轴线可转动的并在每个叠材上施加作用的叉形卷绕装置。该装置之特征在于：卷绕模包围着卷绕装置，在卷绕模的壁中设置至少一个用于至少一个叠材端部的基本与中央轴线平行延伸的通道。与用于制做蜂窝体的公知装置相反，本发明装置放弃了相对可运动的弧形卷绕模段。因此，制成一种结构简单且非常有效的装置。
在卷绕叠材时特别有利的是，通过两个通道导引叠材；并从中央卷绕。但是也可以将一个或多个叠材叠置从而使每个叠材的两个端部总是通过一个共同的通道。另外，可由卷绕装置固定住一个叠材的端部，并按照一个多头螺纹的形式卷绕。最后还可以由卷绕装置将叠材被固定的部分挤压到一起，从而形成一个大约星形的中心。
应用本发明装置最好制做具有圆横截面的蜂窝体，但是，也可以制做其它横截面的蜂窝体，特别是多边形的而且在角部倒圆的横截面。但是，偏离圆形不能太大，也就是说，单个的侧边是相近的长度。
为了由例如三个叠材如在WO90/03220中所述，卷绕一个蜂窝体，该卷绕模具有三个用于叠材端部基本与中央轴线平行延伸的长方形通道。单个的叠材通过单个的通道被置入卷绕模中。很显然，每个叠材部分地从卷绕模中伸出。叉形的卷绕装置将每个叠材握持在中央区域中并使单个的叠材相互卷绕。在卷绕过程中，这些单个的叠材通过所述通道滑动。卷绕过程直到所有叠材被卷入到卷绕模中才终止。
最好是，在一个装置中，在卷绕模的内圆周上等间距地设置通道。这种配置是有利的，因为它可实现一个对称结构或卷绕的蜂窝体。如果要卷绕成其它形式可相应地配置通道。
在卷绕过程中，将伸出卷绕模的叠材部分拉入模中。为了使牵拉每个叠材时在叠材和通道壁之间产生的磨擦力减至最小，建议至少将一个通道上的至少一个纵表面之横截面设置为突面的结构。
通过这种纵表面结构，就在这个纵表面和叠材的一表面之间形成一个线接触，它将使通道之纵表面和叠材之间的磨擦力减至最小。
最好是在一个装置中，至少一个通道的至少一个纵表面设置一个滑动层，依此，在叠材和纵表面之间的摩擦力也进一步减小。同时，该滑动层最好是抗磨损的，以便在叠材和纵表面或滑动层之间仅有一个微小的磨损。为此，特别适合的滑动层由一种陶瓷材料制成。滑动层在纵表面上可以用等离子体喷射工艺制成。每个通道的内宽度与叠材的厚度相一致。
为将蜂窝体从卷绕模中取出，该装置具有一个在卷绕模的纵向上并于其中可移动的冲头。冲头具有一个与卷绕模的内横截面一致的横截面。因此，可将蜂窝体从卷绕模中均匀的取出。依此，蜂窝体之单个的片料也不会相互有移动。
最好是，该装置具有一个最好带有环绕的外法兰的卷绕模，法兰与基板为可拆卸的连接。基板最好具有一个开口，通过它，一个与冲头连接的操作杆延伸穿出。
为使装置的高度减至最小而建议，该基板设有一个开口，通过它，该冲头可以贯穿导行。
为了卷绕蜂窝体，该卷绕装置具有至少两个在一支架上安置的卷绕棒，它可置于和叠材相接合。该卷绕棒可以通过冲头贯穿延伸。为了能够承受卷绕时出现的力，该卷绕棒必须是相当稳固的，但是它另一方面应该是尽可能薄的结构，所以在峰窝体中不会形成大的附加通道。为了卷绕棒的稳定性，例如在片料置入以后，在卷绕棒的自由端部上施加一个附加的夹紧作用。另外，卷绕棒为一个偏离圆横截面的形状特别是一个滴状横截面或弯弧滴状横截面起到稳定性的作用。此外，一个滴状结构还适合于在卷绕时本来就在卷绕棒上产生的通道形状。最好是，卷绕模为一体式结构。它可以例如由一个铸件制成。而且，一个卷绕模由至少两个模弧形件构成是符合目的要求的。
为了由数个至少部分结构的片料层制做一个蜂窝体并带有数个被一流体可透过的通道而建议一个方法，其中，至少一个叠材由数个至少部分结构的片料层叠置而成，每个叠材被置入一个与所制做蜂窝体之外形相一致的卷绕模中。每个叠材的至少一个端部通过至少一个在卷绕模中构成的通道而伸出该卷绕模。每个叠材被一个卷绕装置固定在一个中央区域中，并通过卷绕装置和卷绕模的相对转动，使叠材卷绕成一个蜂窝体且填满整个的卷绕模。
通过这个方法就可省去复杂的运动过程。该方法可以简单和毫无困难的方式实施。卷绕模和/或卷绕装置仅仅必须可以相对地被转动。
按照另一个有利的构思而建议，由数个至少部分结构的片料层叠置成至少两个叠材。然后，每个叠材各围绕一个折弯线被折叠。接着，叠材被置入一个与所制做蜂窝体之外形一致的卷绕模中并在其中被一个卷绕装置固定在一个中央区域中。为此最好是，各有一个卷绕棒设置在每个折弯线的区域中。在叠材置入卷绕模时，总是每个叠材的两个端部通过相同的通道向外伸出。
本发明装置之另外的优点和特征内容将借助附图中描述的实施例加以阐明。
在附图中：
图1是一个带三个待卷绕之叠材的装置俯视筒图；
图2和3是在卷绕过程中的瞬时状态；
图4是一个在卷绕模中完全卷绕的蜂窝体；
图5是图1中X部分没有叠材的放大图；和
图6是一个装置横剖图；
该装置包括一个卷绕模5，在其壁11中设有三个矩形的通道8，9和10。通道8，9和10相互等间隔地设在卷绕模5的内圆周上。卷绕模5在壁11的外侧面上具有一个环绕的外凸缘13，它通过未表示的连接装置如螺栓与一个基板14为可拆卸的连接。在基板14中有一个开口15，冲头16可从开口15中穿过。开口15和冲头16时的横截面与卷绕模5的内横截面对应。
通道8，9和10具有纵向表面11，12，它们的横截面是凸起的结构。纵向表面11，12分别有一个滑动层18，19，这种滑动层由陶瓷材料制成。
在图1至6中未表示的卷绕装置可使叠材1，2和3围绕一根垂直于图面的轴4转动。卷绕装置具有卷绕棒24，25和26，它们处于每个叠材1，2，3中并以卷绕装置的转向S转动。卷绕棒最好有一个弯弧滴状的横截面，该滴状横截面不需要附加的位置就能适合在卷绕时于卷绕棒处形成的通道形状，同时还可以很好地承受卷绕时的作用力。
在图1中表示了一个卷绕模5，在其内腔中安置了三个叠材1，2和3。叠材1，2，3由数个至少部分结构的片料层叠置而成。每个叠材1，2和3各围绕一个折弯线21，22，23被折叠。将如此折叠的叠材1，2和3置入卷绕模5中。每个叠材1，2和3由一个卷绕装置保持在中央区域7中，卷绕装置的每个卷绕棒24，25，26在每个折弯线21，22，23的区域中。每个叠材1，2，3的两端通过相同的通道8，9，10从卷绕模5中向外伸出。
通过使卷绕棒24，25，26围绕中央轴4沿S方向转动，各个就同向卷绕各叠材1，2和3。在卷绕过程中，叠材1，2和3沿滑动层18，19在卷绕模5的内腔中滑动。卷绕完毕的蜂窝体6包含相互卷绕的和围绕中央区域7卷绕的叠材1，2和3，如图4所示那样。
卷绕完毕的蜂窝体6可以由冲头16从固定的卷绕模5中推出。在将蜂窝体6推出的过程中，可将蜂窝体置入一安置在卷绕模5上方的壳体中。在卷绕过程中，卷绕装置、卷绕模或卷绕装置和卷绕模是否反方向转动并不重要因为这仅仅取决于相对运动。以此方式还可以制做非圆形横截面的蜂窝体，但是，偏离圆形不能太大。本发明适用于制做金属的蜂窝体，其造价低廉而且仅要较少的工具成本。

Claims (26)

1.制做蜂窝体的装置，该蜂窝体由至少一个叠材(1，2，3)构成，而叠材由数个至少部分有结构的片料层构成，片料层构成数个可透过流体的通道，其中，该装置具有一个围绕一中央轴线(4)可转动的并与每个叠材(1，2，3)相啮合的叉形卷绕装置和一个卷绕模；其特征在于：
卷绕模(5)将卷绕装置围住，卷绕模(5)的内轮廓是不变的并与所制做蜂窝体的外轮廓相一致，在卷绕模(5)的壁(11)上设置至少一个用于一个或多个叠材端部的基本上与中央轴线(4)平行延伸的通道(8，9，10)。
2.按权利要求1所述的装置，其特征在于：在壁(11)中构置至少两个通道(8，9，10)。
3.按权利要求2所述的装置，其特征在于：通道(8，9，10)相互等间隔地安置在卷绕模(5)的内圆周上。
4.按权利要求1，2或3所述的装置，其特征在于：在至少一个通道(8，9，10)上构置至少一个横截面突起的纵表面(11，12)。
5.按权利要求1，2或3所述的装置，其特征在于：至少一个通道(8，9，10)的至少一个纵表面(11，12)设有一个滑动层(18，19)。
6.按权利要求5所述的装置，其特征在于：滑动层是抗磨损的。
7.按权利要求6所述的装置，其特征在于：滑动层由一种陶瓷材料制成。
8.按权利要求5所述的装置，其特征在于：滑动层是等离子体喷射制成的。
9.按权利要求1至3之一所述的装置，其特征在于：每个通道(8，9，10)的宽度(B)大约与叠材(1，2，3)的厚度(D)相一致。
10.按权利要求1至3之一所述的装置，其特征在于：设置一个在卷绕模(5)中且沿其轴向可移动的冲头(16)。
11.按权利要求10所述的装置，其特征在于：冲头(16)的横截面与卷绕模(5)之内横截面相一致。
12.按权利要求1至3之一所述的装置，其特征在于：卷绕模(5)具有一个外凸缘(13)。
13.按权利要求12所述的装置，其特征在于：卷绕模(5)具有一个外凸缘(13)，凸缘(13)是环绕的且与基板(14)可拆卸地连接。
14.按权利要求12所述的装置，其特征在于：基板(14)具有一个开口(15)，一根与冲头(16)相连的操作杆(17)穿过穿孔延伸。
15.按权利要求12所述的装置，其特征在于：基板(14)具有一个开口(15)，冲头(16)可从中穿过。
16.按权利要求1至3之一所述的装置，其特征在于：卷绕装置具有至少两根设在支架上的卷绕棒(24，25，26)，该棒可以与一个或多个叠材(1，2，3)相接合。
17.按权利要求16所述的装置，其特征在于：卷绕棒(24，25，26)的横截面与卷绕力相匹配但尽可能小。
18.按权利要求17所述的装置，其特征在于：卷绕棒(24，25，26)的横截面，特别是一个滴状的形状或弯弧滴的形状。
19.按权利要求16所述的装置，其特征在于：卷绕棒(24，25，26)可在两侧被夹紧在一个卷绕装置中。
20.按权利要求1至3之一所述的装置，其特征在于：卷绕模(5)和卷绕装置可相对转动。
21.按权利要求1至3之一所述的装置，其特征在于：该卷绕模(5)是一个整体。
22.按权利要求1至3之一所述的装置，其特征在于：卷绕模(5)至少包括两个弧形模段。
23.按权利要求1至3之一所述的装置，其特征在于：用于卷绕两个或多个围绕折弯线(21，22，23)而折叠的片料层叠材(1，2，3)的装置具有和叠材数目一致并置于叉形卷绕装置上的卷绕棒(24，25，26)，及同样数目的通道(8，9，10)。
24.制做蜂窝体的方法，该蜂窝体具有数个可透过流体的通道和由数个至少部分有结构的片料层构成，其中：
-至少一个叠材(1，2，3)由数个至少部分有结构的片料层叠置而成；
-每个叠材(1，2，3)被置入一个和所制蜂窝体之外轮廓相一致的卷绕模(5)中；
-每个叠材(1，2，3)的至少一个端部通过至少一个通道(8，9，10)从卷绕模(5)伸出；
-每个叠材(1，2，3)被一个在卷绕模(5)之中央区域安置的卷绕装置所固定；和
-所有叠材(1，2，3)通过卷绕装置与卷绕模(5)的相对转动将从卷绕模伸出的叠材端部拉入卷绕模(5)以便卷绕成一个蜂窝体，其填满整个卷绕模(5)。
25.按权利要求24所述的方法，其特征在于，
-至少两个叠材(1，2，3)由数个至少部分有结构的片料层叠置而成；
-每个叠材(1，2，3)分别围绕一折弯线(21，22，23)折叠；和
-叠材(1，2，3)被置入一个和所制蜂窝体之外轮廓一致的卷绕模(5)中并在其中被一个卷绕装置固定在中央区域中，并且，最好在每个折弯线(21，22，23)的区域中各设置一个卷绕棒(24，25，26)。
26.按权利要求25所述的方法，其特征在于，在置入卷绕模(5)中时，每个叠材(1，2，3)的相应两个端部，总是通过相同的通道(8，9，10)向外伸出。
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