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DE69416650T2 - Abgasreinigungsmetallträger und verfahren zur herstellung desselben - Google Patents

Abgasreinigungsmetallträger und verfahren zur herstellung desselben

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DE69416650T2
DE69416650T2 DE69416650T DE69416650T DE69416650T2 DE 69416650 T2 DE69416650 T2 DE 69416650T2 DE 69416650 T DE69416650 T DE 69416650T DE 69416650 T DE69416650 T DE 69416650T DE 69416650 T2 DE69416650 T2 DE 69416650T2
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DE
Germany
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metal
core body
honeycomb core
solder material
metal cylinder
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DE69416650T
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DE69416650D1 (de
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Yukio Chuo-Ku Tokyo 104 Aoki
Masaru Chuo-Ku Tokyo 104 Iizuka
Yoshikazu Chuo-Ku Tokyo 104 Koshiba
Yasuhide Chuo-Ku Tokyo 104 Kuroda
Tsuyoshi Chuo-Ku Tokyo 104 Minakata
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Yakin Kogyo Co Ltd
Original Assignee
Nippon Yakin Kogyo Co Ltd
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Publication date
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Description

  • Die Erfindung betrifft einen Auspuffgasreinigungsmetallträger gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zum Herstellen desselben gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 4, wie auch eine Lötmittelmaterialauftragseinrichtung.
  • Mehr im einzelnen betrifft die Erfindung einen Metallträger zum Tragen eines Auspuffgasreinigungskatalysators für Automobile, selbstfahrende Zweiräder und industrielle Ausrüstung, sowie ein Herstellungsverfahren hierfür.
    • HINTERGRUNDTECHNOLOGIE
  • Als ein Katalysatorträger für das Reinigen von Auspuffgas von Automobilen ist ein waben- bzw. zellenförmig ausgebildeter Metallträger bekannt, der wärmewiderstandsfähigen rostfreien Stahl enthält. Der Metallträger wird durch Rundwickeln einer Übereinanderschichtung aus einer flachen Platte und einer gewellten bzw. gerieften bzw. geriffelten bzw. gerippten Platte so, daß ein Waben- bzw. Zellenkernkörper gebildet wird, und Verbinden des äußeren Umfangs des Waben- bzw. Zellenkernkörpers und der inneren Oberfläche eines äußeren Metallzylinders, ausgebildet.
  • Als das Herstellungsverfahren für den Metallträger sind verschiedene Methoden bekannt. Zum Beispiel beschreibt die japanische Patentveröffentlichung 63-44466 einen Metallträger, in dem ein Stapel aus einer flachen Platten und einer gewellten bzw. gerieften bzw. geriffelten bzw. gerippten Platte rundgewickelt wird, und die Nähe an wenigstens einem der Endbleche des gewickelten Waben- bzw. Zellenkernkörpers wird gelötet bzw. verlötet. Jedoch hat ein solcher Metallträger, wenn er aktuell bei einer Brennkraftmaschine für ein Automobil verwendet wird, die Tendenz, eine Deformation des Waben- bzw. Zellenkernkörpers oder einen Bruch einer Folie auf einem äußeren Umfang des Waben- bzw. Zellenkernkörpers aufgrund von thermischer Ermüdung durch den Wärmezyklus des Erhitzens und Kühlens zu bekommen. Insbesondere ist die Auspuffgaseinlaßseite des Waben- bzw. Zellenkernkörpers beträchtlicher Zellendeformation und beträchtlichem Folienbruch ausgesetzt, weil sie dem Hochtemperaturauspuffgas ausgesetzt ist. Weiter kann der Metallträger aufgrund von Motorvibration und Vibration während der Fahrt an dem verbundenen Teil zu Bruch gehen.
  • Ferner offenbart JP-A-56-4373, die der US-A-4 521 957 entspricht, einen Auspuffgasreinigungsmetallträger gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 in der Form eines Waben- bzw. Zellenkernkörpers, der durch ein Verfahren erzeugt wird, in welchem Lötmittel auf eine flache Stahlplatte oder an Scheiteln einer gewellten bzw. gerieften bzw. geriffelten bzw. gerippten Stahlplatte durch eine Zuführungswalze aus einem Behälter, der mit flüssiger Lötmittelpaste gefüllt ist, aufgetragen wird, und die erstere wird mit einer gewellten bzw. gerieften bzw. geriffelten bzw. gerippten Stahlplatte rundgewickelt, oder die letztere wird mit einer flachen Stahlplatte rundgewickelt. Das Patent offenbart auch einen Waben- bzw. Zellenkernkörper, der mittels eines Verfahrens hergestellt ist, in dem vor dem Auftragen von Lötmittel ein Klebstoff in einer Position, die mit einem Lötmittel beschichtet werden soll, durch eine Zuführungseinrichtung aufgetragen wird, und es erfolgt ein Rundwickeln, während ein pulverförmiges Lötmittelmaterial durch eine Verteilungseinrichtung aufgesprenkelt bzw. -gestreut wird. In diesen Waben- bzw. Zellenkernkörpern wird das aus Pulver gebildete Lötmittelmaterial in Schichten zwischen der flachen Stahlplatte und der gewellten bzw. gerieften bzw. geriffelten bzw. gerippten Stahlplatte aufgehäuft. Überdies kommt es, da die Übereinanderschichtung der pulverförmigen Lötmittelmaterialteilchen zwischen der flachen Stahlplatte und der gewellten Stahlplatte in Mengen des Zweifachen der Anzahl von Windungen von der Mitte des Waben- bzw. Zellenkernkörpers aus bis zu dem äußersten Umfang vorhanden ist, wenn eine Behandlung durch Vakuumlöten erfolgt, dazu, daß das Lötmittelmaterial schmilzt, so daß es Leerräume zwischen der flachen Stahlplatte und der gewellten Stahlplatte erzeugt, und die Leerräume in den Schichten sammeln sich an mehreren Positionen an. Daher hat der durch dieses Verfahren erhaltene Waben- bzw. Zellenkernkörper ungelötete Teile zwischen der flachen Stahlplatte und der gewellten Stahlplatte. Außerdem hat der Kernkörper, da die Lötmitteldicke an dem verbundenen Teil der flachen Stahlplatte und der gewellten Stahlplatte zunimmt, die Tendenz, an bzw. in dem brüchigen Lötmittelmaterial zu brechen und ist in der Festigkeit ungenügend.
  • Darüber hinaus offenbart JP-A-4 141238 auch einen Auspuffgasreinigungsmetallträger gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 4, d. h. ein Herstellungsverfahren eines Metallträgers, in dem eine Mehrzahl von Bindemittelinjektoren, die Nadeln haben, auf der Oberfläche und Rückseite einer gewellten Folie, in einer einzigen Stufe oder mehreren Stufen parallel zu der Wellung angeordnet sind, und der Betrieb der Bindemittelinjektoren ist so gewählt, daß das Bindemittel an Scheitelpunkten der Wellung in einem vorher bestimmten Bereich gemäß der Bewegung der gewellten Folie aufgetragen wird, um Bindungspositionen der gewellten Folie und der flachen Folie an gewünschten Positionen des. Waben- bzw. Zellenkernkörpers auszuwählen.
  • Beim Herstellen eines Waben- bzw. Zellenkernkörpers mittels dieses Verfahrens wird, um eine Verbindungsposition der gewellten Folie und der flachen Folie an einer gewünschten Position des Waben- bzw. Zellenkernkörpers auszuwählen, zunächst nur das Bindemittel zugeführt, wobei nach dem Wickeln des Waben- bzw. Zellenkernkörpers, oder nachdem er in einem äußeren Zylinder enthalten ist, ein Verfahren des Sprenkelns des Lötmittelmaterials von der Endfläche des Waben- bzw. Zellenkernkörpers zum Aufbringen des Lötmittelmaterials auf den Bindemittelauftragsteil erfolgt. Dieses führt zu einer Erhöhung in den Kosten. Weiter kommt es, wenn das Bindemittel durch Walzen auf die gewellte Platte oder die flache Platte vor dem Ausbil den des Waben- bzw. Zellenkernkörpers aufgetragen und auch das Lötmittelmaterial zugeführt wird, wonach ein Rundwickeln zu dem Waben- bzw. Zellenkernkörper erfolgt und dann das Löten ausgeführt wird, dazu, daß, da das Lötmittelmaterial sandwichartig zwischen der flachen Platte und der gewellten Platte angeordnet wird, das Lötmittelmaterial durch Lötbehandlung schmilzt, so daß Hohlräume zwischen beiden Platten erzeugt werden und eine wirksame Verbindung nicht erhalten wird. Das gilt auch für einen Brei, der eine Mischung aus dem Bindemittel und dem pulverförmigen Lötmittel ist. Da das Bindemittel und das pulverförmige Lötmittel sandwichartig zwischen die flache Platte und die gewellte Platte gebracht werden, schmilzt das Lötmittelmaterial nach dem Löten, so daß Hohlräume zwischen beiden Platten erzeugt werden und keine wirksame Verbindung vorgesehen werden kann. Wenn der Brei in der gleichen Verbindungsposition der Oberfläche und der Rückseite der flachen Platte und der gewellten Platte aufgetragen wird, nehmen die Hohlräume zwischen beiden Platten weiter zu, und zwar aufgrund des Schmelzens des Lötmittelmaterials aus dem Brei, der sandwichartig zwischen der flachen Platte und der gewellten Platte angeordnet ist, was zu einer ungenügenden Verbindung führt. Ferner diffundieren Ni, Cr und Si, welche Bestandteile des Lötmittelmaterials sind, in das Basismaterial, und die Bildung einer intermetallischen Verbindung konzentriert sich in einer gleichen Position, wodurch die Festigkeit verschlechtert wird.
  • Dann sind bisher verschiedene Arten von Auspuffgasreinigungseinrichtungen bekannt geworden, in denen ein Metallwaben- bzw. -zellenkörper in einen äußeren Metallzylinder eingefügt wird, und ein Gasreinigungskatalysator wird auf dem Metallwaben- bzw. -zellenkörper getragen. Insbesondere sind verschiedene Arten von Waben- bzw. Zellenstrukturen vorgeschlagen worden, um das Abschälen oder die Beschädigung des verbundenen Teils aufgrund einer Beanspruchung, welche durch eine mittels Wärme des Auspuffgases von Automobilen erzeugten thermischen Beanspruchung erzeugt wird, zu kontrollieren oder zu verhindern.
  • Zum Beispiel offenbart die japanische Patentoffenlegungspublikation 4-29750 einen Metallträger, in dem ein Metallwaben- bzw. -zellenkernkörper und ein äußerer Zylinder mit einer Mehrzahl von Bändern verbunden sind, die in 1-15 mm ringförmigen Intervallen in einer Axialrichtung des Metallträgers ausgebildet sind. Dieses nimmt eine in der Axialrichtung des Trägers während Kühl-/Erhitzungszyklus erzeugte Beanspruchung durch Deformieren eines unverbundenen Teils an dem ringförmigen Zwischenraum auf, so daß eine Beanspruchung, die auf den verbundenen Teil und den unverbundenen Teil wirkt, verteilt wird. Jedoch kann in einigen Fällen, was von dem Verbindungszustand des Metallwaben- bzw. -zellenkernkörpers abhängt, die Beanspruchung selbst durch Verbinden der Mehrzahl von Bändern zwischen dem äußeren Zylinder und dem Metallwaben- bzw. -zellenkernkörper nicht wirksam verteilt werden. Zum Beispiel wird, wenn die Grenze des Metallwaben- bzw. -zellenkernkörpers und des äußeren Zylinders mit der Grenze in dem Metallwaben- bzw. -zellenkernkörper übereinstimmt, die Beanspruchung aufgrund des Wärmezyklus in jener Position konzentriert, und die Folie wird von jener Position zerbrochen. Weiter offenbart die japanische offengelegte Patentveröffentlichung 4-148016 einen Metallträger, der einen Bereich hat, wo eine flache Folie und eine gewellte Folie in einer Axialrichtung in einer Länge von. 5 bis 20% der Axialrichtungslänge des Metallwaben- bzw. -zellenkernkörpers verbunden sind, sowie eine Außenschichtverstärkungsschicht hat, die in einer Axialrichtung innerhalb von fünf Schichten von der äußersten Schicht nach dem Inneren zu verbunden ist, und der äußere Metallzylinder und der Metallwaben- bzw. -zellenkernkörper sind in einem Bereich in der Axialrichtung innerhalb der Außenschichtverstärkungsschicht verbunden. In diesem Fall sind der äußere Metallzylinder und der Metallwaben- bzw. -zellenkernkörper in einer Position in der Axialrichtung zum Entspannen der thermischen Deformation in der Axialrichtung des äußeren Metallzylinders und des Metallwaben- bzw. -zellenkernkörpers verbunden. Jedoch haben, weil der äußere Metallzylinder und der Metallwaben- bzw. -zellenkernkörper nur an einer Position verbunden sind, mechani sche Vibrationen des Motors oder Vibrationen des Fahrzeugs während der Fahrt die Tendenz, sich in dem verbundenen Teil zu konzentrieren, was zu einem Bruch führt.
  • Ferner beschreibt die offengelegte japanische Gebrauchsmusterveröffentlichung 2-83320 eine Auspuffgasreinigungseinrichtung, die eine Mehrzahl von Metallwaben- bzw. -zellenkernkörpern umfaßt, welche eine Anzahl von netzartigen Ventilationslöchern in einer Axialrichtung haben, und zwar geformt durch Übereinanderschichten von dünnen flachen Bandmaterialien und gewellten Bandmaterialien, so daß diese einander kontaktieren, sowie in Intervallen in einem Metallgehäuse montiert, bei dem beide Enden offen sind. Demgemäß ist eine Auspuffgasreinigungseinrichtung, in welcher wenigstens eine Position verbunden ist, offenbart, ausgenommen einen Fall, bei dem eine Kontaktoberfläche der äußeren Umfangsoberflächen der einzelnen Metallwaben- bzw. -zellenkernkörper und die innere Wandoberfläche des Metallgehäuses gleichzeitig mit der inneren Wandoberfläche des Metallgehäuses in der Nähe von beiden Enden des Metallwaben- bzw. -zellenkernkörpers verbunden sind. Die japanische offengelegte Gebrauchsmusterveröffentlichung 2-85814 beschreibt eine Auspuffgasreinigungseinrichtung, welche zwei Metallwaben- bzw. -zellenkernkörper umfaßt, die eine Anzahl von netzartigen Ventilationslöchern in der Axialrichtung haben, hergestellt durch Übereinanderschichten von dünnen Metallflachbandmaterialien und gewellten Bandmaterialien so, daß diese einander kontaktieren, sowie angebracht mit Beabstandung in einem zylindrischen äußeren Metallzylinder, der beide Enden offen und einen Abschnitt vergrößerten Durchmessers hat, worin die äußere Umfangsoberfläche in der Nähe der Öffnung des äußeren Metallzylinders von jedem Metallwaben- bzw. -zellenkernkörper an der Innenwandoberfläche des äußeren Metallzylinders angebracht ist, und die äußere Umfangsoberfläche in der Nähe der Beabstandung bzw. des Zwischenraums der einzelnen Metallwaben- bzw. -zellenkernkörper kontaktiert nicht die Innenwandoberfläche des äußeren Metallzylinders.
  • In dieser Auspuffgasreinigungseinrichtung ist eine Mehrzahl von Metallwaben- bzw. -zellenkernkörpern in Zwischenräumen in einem äußeren Metallzylinder angeordnet, und nur ein Teil in der Axialrichtung der Kontaktoberfläche der äußeren Umfangsoberfläche des einzelnen Metallwaben- bzw. -zellenkernkörpers und der inneren Wandoberfläche des äußeren Metallzylinders ist ringförmig verbunden, vorzugsweise über den gesamten Umfang, um thermische Beanspruchung zu verteilen und zu entspannen, so daß dadurch ein Abschälen der äußeren Umfangsoberfläche des Metallwaben- bzw. -zellenkernkörpers und der inneren Wandoberfläche des äußeren Metallzylinders oder ein Abschälen oder eine Rißbildung der flachen Platten und der gewellten Platten, welche die Metallwaben- bzw. -zellenkernkörper bilden, aufgrund von thermischer Beanspruchung und thermischer Deformation verhindert wird.
  • Selbst wenn durch die obige Methode thermische Beanspruchung verteilt und entspannt wird, ist es jedoch unmöglich, eine Beanspruchung in der Nähe der äußeren Umfangsoberfläche des Metallwaben- bzw. -zellenkernkörpers aufgrund von thermischer Beanspruchung und thermischer Deformation, die in der Auspuffgasreinigungseinrichtung erzeugt werden, aufzunehmen. Daher ist die Umgebung der Umfangsoberfläche in Gefahr, thermischer Beanspruchung und thermischer Deformation ausgesetzt zu sein, die zu einer Zellendeformation oder einem Abschälen der flachen Platte und der gewellten Platte führen. Überdies hat das Verbinden der inneren Wandoberfläche des äußeren Metallzylinders und der äußeren Umfangsoberfläche des Metallwaben- bzw. -zellenkernkörpers an nur einem Teil die Tendenz, die Verbindung zu schwächen, und kann dem Druck der Auspuffgasströmung bei hohen Temperaturen nicht widerstehen.
  • Außerdem ist in einem konventionellen Metallträger eine Mehrzahl von Metallwaben- bzw. -zellenkernkörpern in Zwischenräumen in einem äußeren Metallzylinder verbunden (z. B. japanische offengelegte Gebrauchsmusterveröffentlichung 2-83320). In diesem Träger tritt bei einem Versuch, thermische Beanspruchung und thermische Deformation, die in dem Metallträger bei hohen Temperaturen erzeugt werden, zu entfernen, indem nur die äußere Umfangsoberfläche des Metallwaben- bzw. -zellenkernkörpers und die innere Wandoberfläche des äußeren Metallzylinders verbunden werden, eine Beanspruchung auf, die nicht beseitigt werden kann, und der Metallwaben- bzw. -zellenkernkörper kann durch die Beanspruchung zu Bruch gehen, wenn die Metallwaben- bzw. -zellenkernkörper nicht in Zwischenräumen verbunden sind. Dieses führt leicht zu einer Auspuffgasreinigungseinrichtung großer Abmessung, ausgenommen einen Fall des absichtlichen Erzeugens einer turbulenten Strömung. Weiter führt, wie in der offengelegten japanischen Gebrauchsmusterveröffentlichung 2- 85815 beschrieben ist, ein Abschnitt großen Durchmessers, der in dem äußeren Metallzylinder vorgesehen ist, zu einer Auspuffgasreinigungseinrichtung großer Abmessung.
  • Andererseits ist es bei einer Auspuffgasreinigungseinrichtung, die einen Gasreinigungskatalysator auf einem Metallwaben- bzw. -zellenkernkörper trägt, bekannt gewesen, einen gekrümmten Metallträger zu verwenden. Zum Beispiel schlägt die offengelegte japanische Gebrauchsmusterveröffentlichung 4-78938 einen gekrümmten Metallträger vor, in dem flache Platten und gewellten Platten im Wechsel übereinandergeschichtet sind, um eine Waben- bzw. Zellenstruktur auszubilden, und die Waben- bzw. Zellenstruktur wird in einen äußeren Zylinder eingefügt. In dem Metallträger sind Anordnungen bzw. Gruppierungen von Schlitzen so vorgesehen, daß jeder Schlitz eine Länge von mehr als einer Welle in der Querrichtung der flachen Platten und der gewellten Platten hat, wobei die Schlitze in Zwischenräumen in der Längsrichtung angeordnet sind, und es ist eine Anzahl der Anordnungen bzw. Gruppierungen sind parallel und gegeneinander verschoben ausgebildet.
  • Jedoch kommt es in dem gekrümmten Metallträger, da die flachen Platten und gewellten Platten, welche den Metallwaben- bzw. -zellenkernkörper bilden, mit Schlitzen versehen und in einen gekrümmten äußeren Metallzylinder eingefügt sind, dann, wenn thermische Beanspruchung und thermische Deformation in dem Metallträger bei hohen Temperaturen auftreten, dazu, daß sich die Schlitze ausdehnen, so daß sie eine Rißbildung, Zellendeformation, Abschälen von verbundenen Teilen und einen Bruch des Metallwaben- bzw. -zellenkernkörpers erzeugen. Ferner kann, da die flachen Platten und die gewellten Platten Schlitze haben, dann, wenn der Metallwaben- bzw. -zellenkernkörper in den gekrümmten äußeren Metallzylinder eingefügt wird, nachdem der Träger ausgebildet worden ist, die Waben- bzw. Zellenstruktur nicht aufrechterhalten werden, und die vorbestimmte Zellenstruktur kann nicht aufrechterhalten werden. Das heißt, wenn ein Metallträger ausgebildet wird, ist es schwierig, das gewünschte Porositätsverhältnis und den gewünschten Oberflächenbereich sicherzustellen. Überdies hat das Auspuffgas aufgrund der Schlitze die Tendenz, nur in der Nähe der äußeren Umfangsoberfläche des gekrümmten äußeren Metallzylinders zu strömen, was zu einem beträchtlich verschlechterten Wirkungsgrad der Auspuffgasreinigung führt.
  • Dann haben die Erfinder intensive Untersuchungen durchgeführt, um solche Defekte zu überwinden, und gefunden, daß flache Platten und gewellte Platten mit einem Lötmittelmaterial gelötet werden sollten, das in Punkten bzw. Flecken oder Streifen, auf den Scheiteln der gewellten Platte zur Ausbildung eines Metallwaben- bzw. -zellenkernkörpers aufgetragen ist, während das auf den Metallwaben- bzw. -zellenkernkörper aufgetragene Lötmittelmaterial noch eine Fluidität hat und das auf die innere Wandoberfläche des äußeren Metallzylinders aufgetragene Lötmittelmaterial keine Fluidität hat; die äußere Umfangsoberfläche des Metallwaben- bzw. -zellenkernkörpers und die innere Wandoberfläche des äußeren Metallzylinders werden zusammengebaut, und dann erfolgt ein Löten durch Wärmebehandlung, so daß dadurch eine thermische Beanspruchung genügend aufgenommen und die vorliegende Erfindung bewerkstelligt wird. Daher ist es ein primäres Ziel der vorliegenden Erfindung, einen stabilen Metallträger zur Verfügung zu stellen, welcher eine thermische Beanspruchung genügend aufnimmt bzw. absorbiert, und welcher, wenn er auf bzw. in Fahrzeugen verwendet wird, dem praktischen Gebrauch während einer ausgedehnten Zeitdauer widerstehen kann.
    • OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Auspuffgasreinigungsmetallträger gemäß dem Anspruch 1 zur Verfügung gestellt.
  • Weiter braucht, wenn der Metallwaben- bzw. -zellenkernkörper und der äußere Metallzylinder mit einem Lötmittelmaterial verbunden werden, das in Streifen auf die innere Wand des äußeren Metallzylinders aufgetragen ist, der verbundene Teil an dem äußersten Umfang des Metallwaben- bzw. -zellenkernkörpers nicht mit dem verbundenen Teil des äußeren Metallzylinders übereinzustimmen, und der Metallwaben- bzw. -zellenkernkörper wird intermittierend in der Axial- und Umfangsrichtung verbunden. Der äußere Metallzylinder ist nicht auf eine kreisförmige Form beschränkt, sondern er kann mit einer gewünschten Krümmung gekrümmt sein.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird weiter ein Verfahren gemäß dem Anspruch 4 zum Herstellen eines Auspuffgasreinigungsmetallträgers zur Verfügung gestellt. Dieses Verfahren ist fähig, eine Metallträgermatrix zu erzeugen.
  • In dem obigen Herstellungsverfahren wird es bevorzugt, daß der Brei, der das pulverförmige Lötmittel und das Bindemittel enthält, mittels der Breizuführungseinrichtungen aufgetragen wird, und dann wird der an den Scheiteln bzw. Spitzen der Wellung aufgetragene Brei mittels einer Bürste oder Walze in der Längs- und Querrichtung der gewellten bzw. gerieften bzw. geriffelten bzw. gerippten Platte ausgebreitet, um die Beschichtungsdicke gleichmäßig zu machen.
  • Mittels des obigen Verfahrens kann eine Metallwaben- bzw. -zellenkernkörpermatrix erhalten werden, in welcher die verbundenen Teile der flachen Platte und der gewellten bzw. ge rieften bzw. geriffelten bzw. gerippten Platte durch unverbundene Teile hindurch vorhanden sind, die eine Länge von mehr als 5% der Länge des Metallwaben- bzw. -zellenkernkörpers haben, und eine Mehrzahl von verbundenen Bändern, die senkrecht zu der Axialrichtung sind, sind auf einer und derselben Oberfläche des Metallwaben- bzw. -zellenkernkörpers vorhanden. Die vorliegende Erfindung wird nun im Detail beschrieben. Wenn der Metallträger auf bzw. in einem aktuellen Fahrzeug installiert wird, wird er Kühl-/Erhitzungszyklen unterworfen, und es tritt ein Temperaturgradient in der Axial- und Radialrichtung auf.
  • Außerdem werden, da die meisten gegenwärtigen Metallträger in dem Metallwaben- bzw. -zellenkernkörper einen rostfreien Stahl vom Ferrittyp verwenden, der eine hohe Konzentration an Al enthält, welches hochwiderstandsfähig gegen Oxidation ist, die folgenden Beanspruchungen zwischen den Metallwaben- bzw. -zellenkernkörpern und zwischen dem Metallwaben- bzw. -zellenkernkörper und dem äußeren Zylinder aufgrund einer Differenz in dem Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen dem Metallwaben- bzw. -zellenkernkörper und dem äußeren Metallzylinder sowie dem Temperaturgradienten, der in dem Metallträger auftritt, angewandt.
  • In der Radialrichtung der waben- bzw. zellenartigen Struktur wird der Metallwaben- bzw. -zellenkernkörper aufgrund der Wärmeausdehnung des Metallwaben- bzw. -zellenkernkörpers während der Erhitzung (Temperatur des Metallwaben- bzw. -zellenkernkörpers > Temperatur des äußeren Metallzylinders, Wärmeausdehnungskoeffizient des Metallwaben- bzw. -zellenkernkörpers > Wärmeausdehnungskoeffizient des äußeren Metallzylinders) gegen den äußeren Zylinder gedrückt, und es tritt eine Deformation in der Zelle des Metallwaben- bzw. -zellenkernkörpers auf. Insbesondere kann, wenn die Endoberfläche des Metallwaben- bzw. -zellenkernkörpers durch Löten gebunden bzw. verbunden ist, thermische Beanspruchung aufgrund von Wärmeausdehnung nicht entspannt werden, was ein Verziehen bzw. Verbiegen bzw. Krümmen der flachen Platte verursacht, welche den Metallwaben- bzw. -zellenkernkörper bildet, und die Zellendeformation des Metallwaben- bzw. -zellenkernkörpers wird weiter erhöht. Ferner wird die Auspuffgaseinlaßseite des Metallwaben- bzw. -zellenkernkörpers Hochtemperaturauspuffgas, verglichen mit der Auslaßseite, ausgesetzt, und die Temperatur wird für höher als 1000ºC durch eine Reaktion zwischen dem Auspuffgas und dem Katalysator gehalten. Daher ist die Zellendeformation des Metallwaben- bzw. -zellenkernkörpers besonders beträchtlich an bzw. in der Auspuffgaseinlaßseite.
  • Wie oben beschrieben, nimmt der Metallwaben- bzw. -zellenkernkörper aufgrund der Zellendeformation im Kerndurchmesser ab, und es tritt eine Zugkraft zwischen dem äußeren Metallzylinder und dem Metallwaben- bzw. -zellenkernkörper auf, die zu einem Bruch in der Folie des äußeren Umfangs führt. Um dieses zu verhindern, sollte die Umgebung bzw. der Nähe der Endoberfläche an der Auspuffgaseinlaßseite, welche am beträchtlichsten in der Zellendeformation ist, nicht gebunden bzw. verbunden werden. Weiter wird, um thermische Beanspruchung in der Axial- und Radialrichtung des Metallwaben- bzw. -zellenkernkörpers zu entspannen, der Metallwaben- bzw. -zellenkernkörper in Flecken bzw. Punkten oder einer Mehrzahl von Streifen in der Axialrichtung verbunden.
  • Überdies haben, wenn verbundene Teile der Metallwaben- bzw. -zellenkernkörper mit jenen des äußeren Metallzylinders und des Metallwaben- bzw. -zellenkernkörpers übereinstimmen, jene Teile die Tendenz, mit einer Zugbeanspruchung beaufschlagt zu werden, so daß ein Bruch in dem äußersten Umfang des Metallwaben- bzw. -zellenkernkörpers verursacht wird. Um dieses zu verhindern, sollten verbundene Teile des äußersten Umfangs des Waben- bzw. Zellenkernkörpers nicht mit jenen des äußeren Metallzylinders übereinstimmen, um einmal den Metallwaben- bzw. -zellenkernkörper von dem äußeren Metallzylinder zu trennen.
  • Andererseits ist es in der Axialrichtung so, daß, da der Metallwaben- bzw. -zellenkernkörper eine höhere Temperatur als der äußere Metallzylinder hat, der Metallwaben- bzw. -zellenkernkörper die Tendenz hat, sich in der Axialrichtung des Metallwaben- bzw. -zellenkernkörpers mehr als der äußere Metallzylinder auszudehnen. Wenn der Metallwaben- bzw. -zellenkernkörper und der äußere Metallzylinder in zwei Positionen verbunden werden, wird daher eine Scherbeanspruchung auf die verbundenen Teile angewandt. Außerdem gilt, je länger die Verbindungsintervalle sind, umso größer ist die Ausdehnung, die auf die verbundenen Teile angewandte Scherbeanspruchung wird höher, was zu einem Bruch in den verbundenen Teilen führt. Um dieses zu verhindern, wird der Metallwaben- bzw. -zellenkernkörper in der Axialrichtung an einer einzigen Position verbunden, so daß dadurch die thermische Beanspruchung in der Axialrichtung des Metallwaben- bzw. -zellenkernkörpers entspannt wird. Jedoch ist es so, daß durch Verbinden in einer einzigen Position Vibrationen des Motors oder während des Fahrens die Tendenz haben, sich in einer einzigen Position zu konzentrieren, was zu einem Bruch an bzw. in dem verbundenen Teil führt. Daher ist intermittierendes Verbinden an bzw. in einer Mehrzahl von Positionen im Hinblick auf die Verbindungsfestigkeit und die Entspannung von thermischer Beanspruchung in der Axial- und Radialrichtung zu bevorzugen.
  • Der Grund, warum der unverbundene Teil mehr als 5% der Länge des Metallwaben- bzw. -zellenkernkörpers ist, besteht darin, daß als ein Ergebnis von Wärme- bzw. Erhitzungszyklustests des Metallwaben- bzw. -zellenkernkörpers, der an dem Ende durch Verlöten gebunden bzw. verbunden worden ist, eine beträchtliche Zellendeformation in einer Länge von weniger als etwa 5% der Länge des Metallwaben- bzw. -zellenkernkörpers bemerkt wird.
  • Weiter wird durch Verbinden mit einer Mehrzahl von Verbindungsbändern senkrecht zu der Axialrichtung auf der gleichen Oberfläche des Metallwaben- bzw. -zellenkernkörpers in der Axialrichtung erzeugte Beanspruchung verteilt, so daß die Beanspruchung vermindert wird, die auf die Grenze des verbundenen Teils und unverbundenen Teils wirkt.
  • In der vorliegenden Erfindung hat das Lötmittelmaterial des verbundenen Teils der flachen Platte und der gewellten bzw. gerieften bzw. geriffelten bzw. gerippten Platte eine Dicke von 100 um oder weniger. In einem Test, in dem der Außenumfangs-Metallzylinder des Metallwaben- bzw. -zellenkernkörpexs gehalten wird, wird der Metallwaben- bzw. -zellenkernkörper durch einen Stanzstab bzw. -stempel mit Druck beaufschlagt, um den Metallwaben- bzw. -zellenkernkörper auszuziehen, wobei eine Beziehung zwischen der Stanzstärke und der Lötmittelmaterialdicke erhalten wird, wie sie in Fig. 1 gezeigt ist. Infolgedessen wird die Stanzstärke beträchtlich vermindert, wenn die Lötmittelmaterialdicke 100 um übersteigt. Es wird angenommen, daß dieses von der Tatsache herrührt, daß ein Bruch in dem Basismaterial bei der Lötmittelmaterialdicke von 100 um oder weniger auftritt, und ein Bruch tritt in dem Lötmittelmaterial auf, welches, verglichen mit dem Basismaterial, brüchig ist, wenn die Lötmittelmaterialdicke mehr als 100 um ist. Daher ist es erforderlich, daß das Lötmittelrnaterial des verbundenen Teils der flachen Platte und der gewellten bzw. gerieften bzw. geriffelten bzw. gerippten Platte eine Dicke von 100 um oder weniger hat.
  • Außerdem ist es bekannt gewesen, daß, wenn die flache Platte und die gewellte bzw. geriefte bzw. geriffelte bzw. gerippte Platte durch Löten verbunden werden, Ni, Cr oder Si als Bestandteile des Lötmittelmaterial in das Basismaterial diffundieren, um eine intermetallische Verbindung zu bilden. Daher stimmen die gelöteten Teile der flachen Platte oder der gewellten bzw. gerieften bzw. geriffelten bzw. gerippten Platte zwischen der Oberfläche und der Rückseite überein, wobei sich die Bildung der intermetallischen Verbindung in einer Position konzentriert, was zu einer Verminderung der Festigkeit führt. Daher müssen die verbundenen Teile der flachen Platte oder der gewellten bzw. gerieften bzw. geriffelten bzw. gerippten Platte unterschiedlich zwischen der Oberfläche und der Rückseite bzw. an der Oberfläche und der Rückseite sein.
  • Im Hinblick auf das Ausbreiten des Lötmittelmaterials sind die Breibeschichtungspositionen auf der Oberfläche und der Rückseite der gewellten bzw. gerieften bzw. geriffelten bzw. gerippten Platte vorzugsweise um 4 mm oder mehr voneinander getrennt.
  • Um einen Metallträger herzustellen, welcher in der Dauerhaftigkeit überragend gegenüber extremen Wärme- bzw. Hitzezyklen und starken mechanischen Vibrationen ist, muß das Lötmittelmaterial in Punkten bzw. Flecken oder einer Mehrzahl von Streifen an einer gewünschten Position zugeführt werden, die um mehr als 5% der Länge des Metallwaben- bzw. -zellenkernkörpers von der Endoberfläche an der Auspuffgaseinlaßseite getrennt ist.
  • Wenn in Streifen gelötet wird, wird das Löten leicht durch Zuführen eines amorphen Folienlötmittels an den gewünschten Positionen, die andere als die Endoberfläche sind, bewerkstelligt. Da das amorphe Folienlötmittel Bor als einen Bestandteil enthält, hat jedoch das Bor, wenn gelötet wird, die Tendenz, in das Basismaterial zu diffundieren, wodurch die Wärmewiderstandsfähigkeit der Folie vermindert wird. Daher ist es nicht zu bevorzugen, ein amorphes Folienlötmittel zu verwenden, das Bor enthält.
  • Die vorliegende Erfindung verwendet dann ein kein Bor als Bestandteil enthaltendes pulverförmiges Lötmittelmaterial, welches mit einem Bindemittel zur Bildung eines Breis gemischt wird, in Streifen zu einer gewünschten Position an Erhebungen bzw. Scheiteln bzw. Höhepunkten der gewellten bzw. gerieften bzw. geriffelten bzw. gerippten Platte zugeführt wird, und eine flache Platte und die mit Lötmittel beschichtete gewellte bzw. geriefte bzw. geriffelte bzw. gerippte Platte werden übereinander geschichtet und zur Bildung eines Metallwaben- bzw. -zellenkernkörpers rundgewickelt.
  • Bor hat eine Wirkung des Verbesserns der Benetzung des Lötmittelmaterials, jedoch ist es nicht zu bevorzugen, weil es die Wärmewiderstandsfähigkeit verschlechtert, und in der vorliegenden Erfindung hat der gelötete Teil die Tendenz, sich zuviel auszubreiten, was zu einem Überlappen der verbundenen Teile der flachen Platte und der gewellten bzw. gerieften bzw. geriffelten bzw. gerippten Platte auf der Oberfläche und der Rückseite führt.
  • Dann sei die Struktur des Metallträgers der vorliegenden Erfindung im Detail beschrieben.
  • Der Metallträger gemäß der vorliegenden Erfindung, welcher die oben beschriebene Struktur hat, kann irgendeine bzw. jede Querschnittsform haben, wie zylindrisch, laufschienenartig oder eine andere Form. Die Mehrzahl von Metallwaben- bzw. -zellenkernkörpern, welche in den äußeren Metallzylinder gepreßt sind, können einander kontaktieren, oder sie können voneinander getrennt sein.
  • Das Herstellungsverfahren des Metallträgers gemäß der vorliegenden Erfindung sei nun beschrieben.
  • Zunächst wird ein Brei, der ein pulverförmiges Lötmittelmaterial und ein Bindemittel enthält, mittels einer Düse o. dgl. in Punkten bzw. Flecken oder Streifen an Erhebungen bzw. Scheiteln bzw. Höhepunkten der gewellten bzw. gerieften bzw. geriffelten bzw. gerippten Platte aufgetragen, und die gewellte bzw. geriefte bzw. geriffelte bzw. gerippte Platte sowie eine flache Platte werden übereinandergeschichtet und zur Ausbildung eines Metallwaben- bzw. -zellenkernkörpers rundgewikkelt. Dieses Bildungsverfahren ist nicht speziell beschränkt, aber es ist wichtig, das Lötmittelmaterial in Punkten bzw. Flecken oder Streifen an Erhebungen bzw. Scheiteln bzw. Höhe punkten der gewellten bzw. gerieften bzw. geriffelten bzw. gerippten Platte zuzuführen. Der auf diese Weise ausgebildete Metallwaben- bzw. -zellenkernkörper wird zum Verbinden in den äußeren Metallzylinder gedrückt. Beim Verbinden des Metallwaben- bzw. -zellenkernkörpers und des äußeren Metallzylinders wird der Metallwaben- bzw. -zellenkernkörper in den äußeren Metallzylinder gepreßt, während das Lötmittelmaterial, welches auf dem Metallwaben- bzw. -zellenkernkörper aufgetragen ist, eine Fluidität beibehält und das Lötmittelmaterial, welches auf die innere Wandoberfläche des äußeren Metallzylinders aufgetragen ist, keine Fluidität hat. Da der Metallwaben- bzw. -zellenkernkörper in den äußeren Metallzylinder gepreßt wird, während das Lötmittelmaterial eine Fluidität aufrechterhält, und die Verbindungsteile, die das Lötmittelmaterial zwischen der flachen Platte und der gewellten bzw. gerieften bzw. geriffelten bzw. gerippten Platte haben, noch nicht verbunden sind, können sie sich in ihren Positionen frei bewegen, und sie können demgemäß einen Zustand von geringster Beanspruchung aufrechterhalten. Da das auf die innere Wandoberfläche des äußeren Metallzylinders aufgetragene Lötmittelmaterial keine Fluidität hat, fließt das Lötmittelrnaterial nicht, wenn der Metallwaben- bzw. -zellenkernkörper eingepreßt wird, und kann in einer vorbestimmten Position verbunden werden.
  • Die einzelnen Metallwaben- bzw. -zellenkernkörper können so verbunden werden, daß voneinander getrennt sind bzw. werden, wenn die Auspuffgasströmung absichtlich turbulent gemacht wird, oder daß sie andernfalls nicht voneinander getrennt sind. Dieses ermöglicht eine kompakte Auspuffgasreinigungseinrichtung dadurch, daß die Metallwaben- bzw. -zellenkernkörper nicht getrennt voneinander angeordnet werden, ausgenommen einen Fall, in dem absichtlich eine turbulente Strömung erzeugt wird.
  • Weiterhin stellt die vorliegende Erfindung eine Einrichtung zum Auftragen eines Breis, welcher eine Mischung aus pulverförmigem Lötmittelmaterial und einem Bindemittel ist, für das Verbinden des Metallwaben- bzw. -zellenkernkörpers gemäß dem Anspruch 8 zur Verfügung.
  • Das heißt, die Beschichtungs- bzw. Auftragseinrichtung hat eine Lötmittelmaterialzuführungsvorrichtung zum Zuführen des Breis als eine Mischung aus dem pulverförmigen Lötmittelmaterial und dem Bindemittel; sowie einen Mechanismus zum gleichmäßigen Auftragen des Lötmittelmaterials an einer gewünschten Position der inneren Oberfläche des äußeren Metallzylinders; und einen Mechanismus zum Drehen und Halten des äußeren Metallzylinders und zum Tragen bzw. Befördern des äußeren Metallzylinders. Das Mittel zum Drehen der Dreh- und Halteeinrichtung für den äußeren Metallzylinder und zum Betreiben der Lötmittelmaterialauftragseinrichtung, wenn der äußere Metallzylinder durch die Hereintransportiereinrichtung für den äußeren Metallzylinder hereintransportiert wird, kann z. B. ein Sensor sein.
    • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Fig. 1 ist eine Kurvendarstellung, die die Beziehung zwischen der Lötmittelmaterialdicke und der Stanzstärke des verbundenen Teils einer flachen Platte und einer gewellten bzw. gerieften bzw. geriffelten bzw. gerippten Platte eines Metallwaben- bzw. -zellenkernkörpers zeigt; Fig. 2 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines Metallwaben- bzw. -zellenträgers; Fig. 3 ist eine schematische perspektivische Querschntitsansicht eines Metallträgers; Fig. 4 ist eine schematische vergrößerte Querschnittsansicht, die einen Teil eines verbundenen Teils der Innenwandoberfläche eines äußeren Zylinders und des Metallträgers zeigt; und Fig. 5 ist eine schematische Querschnittsansicht darüber, wie es ist, wenn zwei Metallwaben- bzw. -zellenkernkörper getrennt voneinander in einen äußeren Metallzylinder gepreßt sind.
  • Fig. 6 ist eine schematische Ansicht zur Erläuterung des Herstellungsverfahrens des Metallwaben- bzw. -zellenkernkörpers der vorliegenden Erfindung; Fig. 7 ist eine schematische Ansicht, die ein Verfahren von der Lötmittelmaterialzuführung zu dem äußeren Metallzylinder bis zum Vakuumlöten zeigt; Fig. 8 ist eine schematische Querschnitts-Aufsicht, die einen gekrümmten Metallträger zeigt, der nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist; Fig. 9 ist eine schematische Ansicht, welche das Herstellungsverfahren des gekrümmten Metallträgers zeigt, der nicht Teil der Erfindung ist; und Fig. 10 ist eine schematische Vorderansicht einer Auftrags- bzw. Beschichtungseinrichtung der vorliegenden Erfindung; Fig. 11 ist eine schematische Querschnittsansicht, welche den Lötzustand des Metallträgers des Beispiels I der vorliegenden Erfindung zeigt; Fig. 12 ist eine schematische perspektivische Querschnittsansicht, die den Lötzustand des Metallträgers des Beispiels 2 der vorliegenden Erfindung zeigt; Fig. 13 ist eine schematische perspektivische Querschnittsansicht, die den Lötzustand des Metallträgers des Vergleichsbeispiels 1 zeigt; Fig. 14 ist eine schematische perspektivische Querschnittsansicht, welche den Lötzustand des Metallträgers des Vergleichsbeispiels 2 zeigt; Fig. 15 ist eine schematische perspektivische Querschnittsansicht, welche den Lötzustand des Metallträgers des Vergleichsbeispiels 3 zeigt; Fig. 16 ist eine schematische perspektivische Querschnittansicht, die den Lötzustand des Metallträgers des Beispiels 3 der vorliegenden Erfindung zeigt; Fig. 17 ist eine schematische perspektivische Querschnittsansicht, die den Lötzustand des Metallträgers des Beispiels 4 der vorliegenden Erfindung zeigt; Fig. 18 und Fig. 19 sind individuelle schematische perspektivische Querschnittsansichten, welche den Lötzustand des Metallträgers der Vergleichsbeispiele 4 und 5 der vorliegenden Erfindung zeigen.
  • Es sei dann der Metallträger der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, jedoch ist es selbstverständlich, daß die vorliegende Erfindung nicht auf jene beschränkt ist, die in den Zeichnungen gezeigt sind.
  • Fig. 2 ist eine schematische perspektivische Ansicht, die den Metallträger der vorliegenden Erfindung zeigt, Fig. 3 ist eine schematische perspektivische Querschnittsansicht der Fig. 2, und Fig. 4 ist eine schematische vergrößerte Ansicht, welche das Verbinden der inneren Wandoberfläche des äußeren Metallzylinders und des Metallwaben- bzw. -zellenkernkörpers zeigt.
  • Es sei auf Fig. 2 Bezug genommen, wonach ein Metallträger 1 einen Metallwaben- bzw. -zellenkernkörper 3 umfaßt, der in einen äußeren Metallzylinder 2 gepreßt ist. Wie in Fig. 4 gezeigt ist, sind der äußerste Umfang des Metallwaben- bzw. -zellenkernkörpers 3 und die innere Wandoberfläche des äußeren Metallzylinders verlötet, wobei das Verlöten durch ein Lötmittelmaterial 4 in einer Mehrzahl von Streifen bewerkstelligt ist. Der Metallwaben- bzw. -zellenkernkörper 3 wird durch Verlöten einer flachen Platte 31 und einer gewellten bzw. gerieften bzw. geriffelten bzw. gerippten Platte 32 ausgebildet. Das Verlöten der flachen Platte und der gewellten Platte wird durch ein Lötmittelmaterial 41, 42, ... bewerkstelligt, das in Punkten bzw. Flecken oder Streifen an Erhebungen bzw. Scheiteln bzw. Höhepunkten der gewellten Platte aufgetragen ist. Das Bezugszeichen 41 bezeichnet einen Teil, der mittels des Lötmittelmaterials zwischen der flachen Platte und der gewellten Platte sowie außenseitig der gewellten Platte verbunden ist, während 42 einen Teil bezeichnet, der mittels des Lötmittelmaterials zwischen der flachen Platte und der gewellten Platte sowie innenseitig von der gewellten Platte verbunden ist. Es ist zu bevorzugen, daß die Positionen von 41 und 42 gegeneinander verschoben sind, um Wirkungen des Lötmittelmaterials auf das Basismaterial (Fig. 4) zu vermindern.
  • Fig. 5 ist eine schematische perspektivische Querschnittsansicht, die einen Fall zeigt, in dem ein Trennungsteil 9 zwischen zwei Metallwaben- bzw. -zellenkernkörpern vorgesehen ist.
  • Es sei dann das Herstellungsverfahren des Metallwaben- bzw. -zellenkernkörpers der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
  • Die Fig. 6 ist eine schematische Ansicht zum Erläutern des Lötmittelmaterialauftragsverfahrens und des Herstellungsverfahrens des Metallwaben- bzw. -zellenkernkörpers der vorliegenden Erfindung.
  • Ein Brei 14, der durch Mischen eines pulverförmigen Lötmittelmaterials, das frei von Bor ist, und eines Bindemittels hergestellt worden ist, wird in einen Reservoirtank 16 geladen. Der Reservoirtank 16 ist mit einem Breizuführungsrohr 17 versehen, und eine Spitze desselben hat eine Düse 13. Der Brei 14 wird durch das Breizuführungsrohr 17 zu der Düse 13 zugeführt. Der Reservoirtank 16 ist in einer Position der gleichen Höhe wie oder niedriger als ein Wellungs- bzw. Riefungs- bzw. Riffelungs- bzw. Rippungsscheitel 15, welcher beschichtet werden soll, angeordnet. Die Anzahl der Reservoirtanks 16 kann die gleiche wie die Anzahl der Düsen 13 sein oder einer. Wenn ein einziger Reservoirtank 16 verwendet wird, sind die Breizuführungsrohre 17 in der gleichen Anzahl wie die Düsen 13 an dem Reservoirtank 16 angebracht, und der Brei 14 wird durch die Breizuführungsrohre zu den einzelnen Düsen 13 verzweigt.
  • Durch die Verwendung des Reservoirtanks 16 und des Breizuführungsrohrs 17 zu der Düse 13 kann der Brei 14 von der Düse 13 zu dem Wellungsscheitel 15 stabil während einer ausgedehnten Zeit zugeführt werden, ohne einen Raum zu erfordern.
  • Die Düse 13 benutzt ein flexibles Material, und sie ist zwischen den Wellungsscheitel 15 und ein Wellungstal 18 eingestellt. Der zugeführte Brei 14 wird durch den Wellungsscheitel 15 gerieben bzw. abgekratzt und darauf aufgetragen. Die Menge des auf den Wellungsscheitel 15 aufgetragenen Breis 14 wird nur durch Einstellen des Drucks des Reservoirtanks 16 durch eine Steuer- bzw. Regeleinrichtung 6 gesteuert bzw. geregelt, ohne daß eine komplizierte Steuerung bzw. Regelung erforderlich ist.
  • Der auf den Wellungsscheitel 15 aufgetragene Brei 14 ist in einem Zustand, in dem die Lötmittelmaterialteilchen in Schichten übereinander geschichtet sind. Wenn die flache Platte und die gewellte Platte in diesem Zustand zum Ausbilden eines Metallwaben- bzw. -zellenkernkörpers rundgewickelt und verlötet werden, können Hohlräume zwischen der gewellten Platte und der flachen Platte erzeugt werden. Weiter kann das Lötmittelmaterial zwischen der gewellten Platte und der flachen Platte eine Dicke von mehr als 100 um haben, und zwar mit einer beträchtlich verminderten Stanzfestigkeit. In der vorliegenden Erfindung wird, um die Beschichtungsdicke des Lötmittelmaterials gleichförmig zu machen, das Lötmittelmaterial durch eine Bürste 5 oder eine Walze in der Breitenrichtung und der Längsrichtung des Wellungsscheitels ausgebreitet, und die mit Lötmittelmaterial beschichtete gewellte Platte 32 und die flache Platte 31 werden übereinandergeschichtet und rundgewickelt, um den Metallwaben- bzw. -zellenkernkörper 3 auszubilden, so daß dadurch die Erzeugung von Hohlräumen verhindert wird und wirksam verbundene Teile erhalten werden.
  • Als die flache Platte wird z. B. ein wärmewiderstandsfähiger bzw. -beständiger Stahl von 20% Cr und 5% Al mit einer Dicke von 0,05 mm und einer Breite von 40 mm verwendet, und die flache Platte wird gewellt bzw. gerieft bzw. geriffelt bzw. gerippt, um als die gewellte bzw. geriefte bzw. geriffelte bzw. gerippte Platte verwendet zu werden.
  • Als ein Verfahren zum Verbinden des auf diese Weise ausgebildeten Metallwaben- bzw. -zellenkernkörpers 3 und der Innenwandoberfläche des äußeren Metallzylinders 2 wird ein amorphes Folienlötmittel in einer gewünschten Position auf dem äußeren Umfang des ausgebildeten Metallwaben- bzw. -zellenkernkörpers 3 rundgewickelt, dann wird der Metallwaben- bzw. -zellenkernkörper 3 in den äußeren Metallzylinder 2 gepreßt und vakuumge- bzw. verlötet. Jedoch wird bei diesem Verfahren, wie es oben beschrieben ist, die Wärmewiderstandsfähigkeit verschlechtert, da in dem amorphen Folienlötmittel enthaltenes Bor in das Basismaterial des Metallwaben- bzw. -zellenkernkörpers diffundiert.
  • Daher werden in der vorliegenden Erfindung der Metallwaben- bzw. -zellenkernkörper 3 und die Innenwandoberfläche des äußeren Metallzylinders 2 durch das in Fig. 7 gezeigte Verfahren verbunden. Speziell wird der Brei 14, der durch vorheriges Mischen des pulverförmigen Lötmittels und eines wasserlöslichen oder organischen Bindemittels erhalten worden ist, mittels der Düse 13 an einer gewünschten Position auf die innere Oberfläche des äußeren Metallzylinders 2 aufgetragen (Schritt a) und in einem Trocknungsofen 7 plaziert, um getrocknet zu werden (Schritt b). Dann wird der Metallwaben- bzw. -zellenkernkörper 3 unter Verwendung eines Preßwerkzeugs 10 in den äußeren Metallzylinder gepreßt (Schritt c) und in eine Vakuumlöteinrichtung 8 getan, um verlötet zu werden (Schritt d). In diesem Schritt hat das Lötmittelmaterial 14, wenn der Metallwaben- bzw. -zellenkernkörper ohne Trocknen des Lötmittelmaterials eingepreßt wird, die Tendenz, sich mit dem Metallwaben- bzw. -zellenkernkörper in der Preßrichtung zu bewegen, und das Lötmittelmaterial kann nicht an der gewünschten Position aufgetragen werden. Daher wird es bevorzugt, den Metallwaben- bzw. -zellenkernkörper nach dem Trocknen des Lötmittelmaterial in den äußeren Metallzylinder zu pressen. Das Vakuumverlöten wird vorzugsweise bei 1100-1300ºC während mehr als 10 Minuten unter Vakuum ausgeführt.
  • Dann sei das Herstellungsverfahren eines gekrümmten Metallträgers im Detail beschrieben.
  • Wie in Fig. 6 gezeigt ist, wird ein breiförmiges Lötmittelmaterial zu Scheiteln bzw. Erhebungen auf der Oberfläche und der Rückseite der gewellten Platte, die durch Wellung einer flachen Platte erhalten worden ist, welche einen wärmebeständigen Stahl enthält bzw. umfaßt, zugeführt, und in Punkten bzw. Flecken oder in Streifen mittels einer Bürste, wenn notwendig, aufgetragen. Dann wird die gewellte Platte mit einer flachen Platte übereinandergeschichtet und zur Ausbildung eines Metallwaben- bzw. -zellenkernkörpers rundgewickelt. Eine Mehrzahl der resultierenden Metallwaben- bzw. -zellenkernkötper wird, während das breiförmige Lötmittelmaterial eine Fluidität beibehält und die breiförmige Beschichtung auf der Innenwandoberfläche des äußeren Metallzylinders keine Fluidität hat, mit oder ohne Zwischenraum in dem äußeren Metallzylinder angeordnet, getrocknet und einer Lötwärmebehandlung ausgesetzt, um gleichzeitig die einzelnen Metallwaben- bzw. -zellenkernkörper sowie den Metallwaben- bzw. -zellenkernkörper und den äußeren Metallzylinder mit dem auf die Innenwandoberfläche des äußeren Metallzylinders aufgetragenen Lötmittelmaterial zu verbinden.
  • Der resultierende Metallwaben- bzw. -zellenkernkörper 3 wird in den äußeren Metallzylinder 2 unter Verwendung des in Fig. 7(c) gezeigten Verfahrens gepreßt.
  • Fig. 8 ist eine schematische Querschnittsansicht des gekrümmten Metallträgers der vorliegenden Erfindung, und Fig. 9 erläutert das Herstellungsverfahren des gekrümmten Metallträgers.
  • Fig. 8 ist eine schematische Querschnittsansicht eines gekrümmten Metallträgers, welcher per se kein Gegenstand der Erfindung ist, jedoch eine Mehrzahl von Metallträgern 3 der vorliegenden Erfindung enthält, und Fig. 9 erläutert das Herstellungsverfahren des gekrümmten Metallträgers, welches Verfahren per se auch nicht zu der Erfindung gehört.
  • Es sei auf Fig. 9 Bezug genommen, wonach, nachdem z. B. 5 Einheiten der Metallwaben- bzw. -zellenkernkörper 3 in den äußeren Metallzylinder 2 gepreßt worden sind (a), der Träger auf einer Auflage 20 plaziert und mittels einer Preßmatrize 19 von der oberen Seite her gepreßt wird (b), um einen Metallträger zu erhalten, der eine gewünschte Krümmung hat (c).
  • Um die Präzision zu erhöhen, kann der Träger wieder bzw. erneut gepreßt werden, um geformt zu werden.
  • Nun wird der Lötmittelmaterialauftragseinrichtung zum Auftragen des Lötmittelmaterials auf die Innenwandoberfläche des äußeren Metallzylinders beschrieben.
  • Das heißt, die vorliegende Erfindung ist auf eine Lötmittelmaterialauftragseinrichtung zum Auftragen des Lötmittelmaterials auf die Innenoberfläche des äußeren Metallzylinders gerichtet, umfassend eine Lötmittelmaterialzuführungseinrichtung zum Zuführen eines Breis, welcher eine Mischung aus einem pulverförmigen Lötmittel und einem Bindemittel ist, sowie einen Mechanismus zum gleichförmigen Auftragen des Lötmittelmaterials an einer gewünschten Position auf der inneren Oberfläche des äußeren Metallzylinders, und einen Mechanismus zum Drehen und Halten des äußeren Metallzylinders und zum Tragen bzw. Befördern des äußeren Zylinders. Als Mittel für das Drehen einer Dreh- und Halteeinrichtung für den äußeren Metallzylinder, wenn der äußere Metallzylinder von der Hereinfördereinrichtung für den äußeren Metallzylinder in einer vorbestimmten Position getragen bzw. befördert wird, und zum Betreiben der Lötmittelmaterialauftragseinrichtung kann z. B. ein Sensor verwendet werden.
  • Fig. 10 ist eine schematische Ansicht der Lötmittelmaterialauftragseinrichtung. Grob unterteilt umfaßt diese Einrichtung eine den äußeren Metallzylinder hereinbefördernde Einrichtung, eine den äußeren Metallzylinder rotierende und haltende Einrichtung, eine Lötmittelmaterialauftragseinrichtung zum Auftragen des Lötmittelmaterials auf die Innenoberfläche des äußeren Metallzylinders, und eine den äußeren Metallzylinder herausbefördernde und wiedergewinnende Einrichtung zum Heraus befördern und Wiedergewinnen des äußeren Metallzylinders nach dem Auftragen des Lötmittelmaterials.
  • Die den äußeren Metallzylinder hereinbefördernde Einrichtung und die den äußeren Metallzylinder drehende und haltende Einrichtung werden nun beschrieben. Die den äußeren Metallzylinder hereinbefördernde Einrichtung und die den äußeren Metallzylinder rotierende und haltende Einrichtung umfassen einen Zylinder 24 zum Hereinbefördern des äußeren Metallzylinders, eine Einspannvorrichtung 25 zum Rotieren und Halten des äußeren Metallzylinders, einen Einspannvorrichtungs-Antriebsmotor 26 zum Rotieren und Halten des äußeren Metallzylinders und einen Sensor 27. Der äußere Metallzylinder wird von einer Hereinbeförderungsführung 22 für den äußeren Metallzylinder zu einer Hereinbeförderungsführung 23 für den äußeren Metallzylinder befördert. Dann wird der äußere Metallzylinder um einen vorbestimmten Betrag mittels des den äußeren Metallzylinder hereinbefördernden Zylinders 24 in der Richtung der den äußeren Metallzylinder rotierenden und haltenden Einspannvorrichtung 25 befördert. Danach kehrt der Zylinder 24 zu der Ausgangsposition zurück, und der äußere Metallzylinder 2 in der den äußeren Metallzylinder hereinbefördernden Führung 22 wird mittels seines Eigengewichts in die den äußeren Metallzylinder hereinbefördernden Führung 23 gestellt bzw. gebracht. Der zu der Dreh- und Halte-Einspannvorrichtung 25 für den den äußeren Metallzylinder beförderte äußere Metallzylinder 2 wird, wenn der Sensor 27 detektiert, daß der Zylinder 24 zu der Ausgangsposition zurückkehrt, mittels der Dreh- und Halte-Einspannvorrichtung 25 für den äußeren Metallzylinder eingespannt. Dann wird die Dreh- und Halte-Einspannvorrichtung 25 für den äußeren Metallzylinder automatisch mittels des Motors 26 rotiert.
  • Dann sei die Lötmittelmaterialauftragseinrichtung zum Auftragen des Lötmittelmaterials auf die Innenoberfläche des äußeren Metallzylinders beschrieben. Die Lötmittelmaterialauftragseinrichtung umfaßt eine Lötmittelmaterialzuführungssteuer- bzw. -regeleinrichtung 28, einen Breitank 29 zum Enthalten eines Breis als eine Mischung aus einem pulverförmigen Lötmittelmaterial und einem Bindemittel, eine Düse 30 zum Injizieren bzw. Spritzen des Breis auf die Innenoberfläche des äußeren Metallzylinders 2, eine Bürste oder Walze 32 zum Gleichförmigmachen der Dicke des aufgespritzten bzw. injizierten Breis und zum Ausbreiten des Breis in der Breitenrichtung, einen bewegbaren Tisch 33 zum Bewegen eines Haltewerkzeugs 43, das die Düse 30 und die Bürste oder Walze 11 rechts oder links anbringt, und einen Elektromagneten 35 zum Vertikalbewegen eines Sensors/Anschlags 34 zum Einstellen der Bewegungslänge und des Haltewerkzeugs 43. Nachdem der äußere Metallzylinder mittels der Dreh- und Halte-Einspannvorrichtung 25 für den äußeren Metallzylinder eingespannt und gedreht worden ist, bewegt sich der bewegbare Tisch 33 zum Einführen des Haltewerkzeugs 43, das an dem bewegbaren Tisch 33 angebracht ist, in die innere Oberfläche des äußeren Metallzylinders 2. Die Einführlänge wird durch den Anschlag 34 gesteuert. Wenn der Sensor/Anschlag 34 den bewegbaren Tisch 33 kontaktiert, wird der Elektromagnet 35 erregt, um das Haltewerkzeug 43 anzuziehen. Infolgedessen werden die Düse 30 und die Bürste oder Walze, die an der Spitze des Haltewerkzeugs 43 angebracht ist, mit der Innenoberfläche des äußeren Metallzylinders 2 in Kontakt gebracht. Wenn das Haltewerkzeug 43 durch den Elektromagneten 35 angezogen wird, arbeitet ein Detektor 36. Als Ergebnis wird der Brei durch die Steuer- bzw. Regeleinrichtung 28 aus dem Breitank 29 durch ein Rohr 37 zugeführt und von der Düse 30 auf die innere Oberfläche des äußeren Metallzylinders 2 gespritzt bzw. injiziert. Der aufgespritzte bzw. injizierte Brei wird durch die Bürste oder Walze 11 zu einer gleichförmigen Dicke gleichförmig gemacht und in der Breitenrichtung ausgebreitet. Der Betrag des aus der Düse 30 aufgespritzten bzw. injizierten Breis wird entsprechend der Aufspritz- bzw. Injektionszeit und dem Aufspritz- bzw. Injektionsdruck von der Steuer- bzw. Regeleinrichtung 28 gesteuert bzw. geregelt.
  • Nachdem das Lötmittelmaterial auf die Innenoberfläche des äußeren Metallzylinders 2 während einer vorbestimmten Zeit auf getragen worden ist, wird das Haltewerkzeug 43 von dem Elektromagneten 35 getrennt, und der bewegbare Tisch 33 bewegt sich in die Ausgangsposition. Wenn der Sensor 34 detektiert, daß der bewegbare Tisch in die Ausgangsposition zurückkehrt, arbeitet der Zylinder 24 wieder, um den äußeren Metallzylinder zu der Dreh- und Halte-Einspannvorrichtung 25 für den äußeren Metallzylinder zu befördern. In diesem Moment wird der mit Lötmittelmaterial beschichtete äußere Metallzylinder durch den nächsten äußeren Metallzylinder herausgedrückt und durch die Herausbeförderungsführung 18 für den äußeren Metallzylinder zu dem Wiedergewinnungskasten 39 für äußere Metallzylinder befördert.
  • Der obige Vorgang wird automatisch wiederholt.
    • BESTE ART UND WEISE FÜR DAS PRAKTIZIEREN DER ERFINDUNG
  • Dann sei die vorliegende Erfindung weiter im Detail unter Bezugnahme auf die Ausführungsformen beschrieben.
    • Beispiel 1
  • Eine gewellte Platte, die durch Wellen einer 50 um dicken flachen Platte aus rostfreiem Stahl vom Ferrittyp ausgebildet worden war, wurde auf der Oberfläche und Rückseite mit einem Brei, der ein pulverförmiges Lötmittelmaterial unter 50 um und ein wasserlösliches Bindemittel enthielt, aus einer Düse in Positionen von 5 mm bzw. 15 mm von der Endseite weg auf der Oberfläche und in Positionen von 10 mm bzw. 20 mm von der Endseite weg auf der Rückseite versehen, mittels einer Bürste auf eine Breite von 2 mm und eine Lötmittelmaterialbeschichtungsdicke von weniger als 50 um ausgebreitet, mit einer flachen Platte übereinandergeschichtet und zur Ausbildung eines Metallwaben- bzw. -zellenkernkörpers rundgewickelt. Als nächstes wurde ein Brei, der das pulverförmige Lötmittelmaterial und ein organisches Bindemittel enthielt, auf eine innere Oberfläche eines 1,5 mm dicken äußeren Metallzylinders in einer Brei te von 15 mm sowie von einer Position, die 5 mm von der Endseite des Metallwaben- bzw. -zellenkernkörpers getrennt ist, aufgetragen und getrocknet, und dann wurde der obige Waben- bzw. Zellenkernkörper in den äußeren Metallzylinder bzw. den Metallaußenzylinder gepreßt. Danach wurde ein Vakuumlöten (erhitzt auf 1200ºC während 20 Minuten, 1,33 · 10&supmin;³ Pa (10&supmin;&sup5; torr)) ausgeführt, um einen 50 mm langen und 50 mm Durchmesser aufweisenden Metallträger herzustellen (Länge des Metallwaben- bzw. -zellenkernkörpers: 40 mm). Der mittels dieses Verfahrens hergestellte Waben- bzw. Zellenträger ist in Fig. 11 gezeigt. In Fig. 11 bezeichnet das Bezugszeichen 41 ein Lötmittelmaterial auf der Oberfläche der gewellten Platte, 42 bezeichnet ein Lötmittelmaterial auf der Rückseite und 1a bezeichnet eine Auspuffgaseinlaßseitenendseite bzw. -fläche. Dieser Waben- bzw. Zellenträger hatte einen unverbundenen Bereich von einer Länge von 10% der Länge des Metallwaben- bzw. -zellenkernkörpers von der Auspuffgaseinlaßseitenendseite bzw. -fläche 1a aus, und der Metallwaben- bzw. -zellenkernkörper war mit vier Verbindungsstreifen senkrecht zu der Axialrichtung auf der gleichen Oberfläche verbunden. Weiter war das mittlere Verbindungsintervall der flachen Platte und der gewellten Platte etwa 45 um.
  • Auf diesem Metallträger wurde ein Katalysator getragen und einem Erhitzungszyklustest unterworfen (1000ºC · 30 Minuten -> Kühlung · 10 Minuten). Nach dem Test während 300 Stunden zeigte der Metallträger der vorliegenden Erfindung keinen Bruch der Folie, ausgenommen eine leichte Zellendeformation in dem Metallwaben- bzw. -zellenkernkörper, der die gewellte Platte und die flache Platte enthielt. Weiter wurde, um die Dauerhaftigkeit gegen Vibrationen zu testen, der Metallträger bei Vibrationsfrequenzen von 20 bis 500 Hz und einer Beschleunigung von 30 G während 20 Stunden getestet. Als Ergebnis wurden keine Defekte, wie Verlagerung des Waben- bzw. Zellenkerns, Bruch des gelöteten Teils o. dgl. bemerkt.
    • Beispiel 2
  • Einer gewellten Platte, die durch Wellung einer 50 um dicken flachen Platte aus rostfreiem Stahl vom Ferrittyp ausgebildet worden war, wurde auf der Oberfläche und Rückseite ein Brei, der ein pulverförmiges Lötmittelmaterial unter 50 um und ein wasserlösliches Bindemittel enthielt, von einer Düse auf der Auspuffgaseinlaßseite in einer Position von 4 mm von der Endseite bzw. -fläche her auf der Oberfläche und in einer Position von 8 mm von der Endseite bzw. -fläche her auf der Rückseite sowie auf der Auspuffgasauslaßseite in Positionen von 8 mm und 16 mm auf der Oberfläche und in Positionen von 4 mm und 12 mm von der Endseite bzw. -fläche auf der Rückseite zugeführt, und mittels einer Bürste auf eine Breite von 2 mm und eine Lötmittelmaterialbeschichtungsdicke von weniger als 50 um ausgebreitet, mit einer flachen Platte übereinandergeschichtet und zur Ausbildung eines Metallwaben- bzw. -zellenkernkörpers rundgewickelt. Als nächstes wurde ein Brei, der das pulverförmige Lötmittelmaterial und ein organisches Bindemittel enthielt, auf eine innere Oberfläche eines 1,5 mm dicken äußeren Metallzylinders an der Auspuffgaseinlaßseite in einer Breite von 8 mm von einer Position aus, die 4 mm von der Endseite bzw. -fläche getrennt war, und an der Auspuffgasauslaßseite in einer Breite von 15 mm von einer Position aus, die 4 mm von der Endseite bzw. -fläche getrennt war, aufgetragen und getrocknet, und dann wurde der obige Metallwaben- bzw. -zellenkernkörper in den äußeren Metallzylinder gepreßt. Danach wurde ein Vakuumlöten (erhitzt auf 1200ºC während 20 Minuten, 1,33 · 10&supmin;³ Pa (10&supmin;&sup5; torr)) ausgeführt, um einen 50 mm langen Metallträger mit einem Durchmesser von 50 mm herzustellen (Länge des Metallwaben- bzw. -zellenkernkörpers: 40 mm). Der mittels dieses Verfahrens hergestellte Waben- bzw. Zellenträger ist in Fig. 12 gezeigt. In Fig. 12 bezeichnet das Bezugszeichen 41 ein Lötmittelmaterial auf der Oberfläche, 42 bezeichnet ein Lötmittelmaterial auf der Rückseite und 1a bezeichnet eine Auspuffgaseinlaßseitenendseite bzw. -fläche. Der Waben- bzw. Zellenträger hatte einen unverbundenen Bereich von einer Länge von 7,5% der Länge des Metallwaben- bzw. -zellenkernkörpers von der Auspuffgaseinlaßseitenendseite bzw. -fläche her, und der Metallwaben- bzw. -zellenkernkörper war mit drei Verbindungsstreifen senkrecht zu der Axialrichtung auf der gleichen Oberfläche verbunden. Weiter war das mittlere Verbindungsintervall der flachen Platte und der gewellten Platte etwa 48 um.
  • Ein Katalysator wurde auf diesen Metallträger getragen und einem Erhitzungszyklustest unterworfen (1000ºC · 30 Minuten -> Kühlung · 10 Minuten). Nach dem Test während 300 Stunden zeigte der Metallträger der vorliegenden Erfindung keinen Bruch der Folie, ausgenommen eine leichte Zellendeformation. Weiter wurde der Metallträger, um die Dauerhaftigkeit gegen Vibrationen zu testen, bei Vibrationsfrequenzen von 20 bis 500 Hz, einer Beschleunigung von 30 G während 20 Stunden getestet. Als Ergebnis wurden keine Defekte, wie Verlagerung des Metallwaben- bzw. -zellenkernkörpers, Bruch des gelöteten Teils o. dgl. bemerkt.
    • Beispiel 3
  • Einer gewellten Platte 32, die durch Wellung einer 50 um dicken flachen Platte 31 aus rostfreiem Stahl vom Ferrittyp ausgebildet worden war, wurde auf der Oberfläche und der Rückseite ein Brei, der ein pulverförmiges Lötmittelmaterial unter 50 um und ein wasserlösliches Bindemittel enthielt, von einer Düse in einer Position von 15 mm von der Endseite bzw. -fläche her auf der Oberfläche, und in einer Position von 25 mm von der Endseite bzw. -fläche her auf der Rückseite zugeführt, sie wurde mit einer flache Platte übereinandergeschichtet und zur Ausbildung eines Metallwaben- bzw. -zellenkernkörpers rundgewickelt. Als nächstes wurde ein Brei, der das pulverförmige Lötmittelmaterial und ein organisches Bindemittel enthielt, auf eine innere Oberfläche eines 1,5 mm dicken äußeren Metallzylinders bzw. Metallaußenzylinders 2 auf beide Endseiten bzw. -flächen und in einer Breite von 10 mm von einer Position aus, die 20 mm getrennt von beiden Endflächen bzw. -seiten in der Axialrichtung des Metallwaben- bzw. -zellenkernkörpers war, sowie in einer Länge von 8 mm an acht unterteilten Positionen in der Umfangsrichtung aufgetragen. Weiter wurde der Brei in der Mitte des Metallwaben- bzw. -zellenkernkörpers in einer Breite von 15 mm und in einer Länge von 8 mm an acht unterteilten Positionen in der Umfangsrichtung aufgetragen. Nachdem der Brei intermittierend in der Axialrichtung und in der Umfangsrichtung aufgetragen und getrocknet worden war, wurde der obige Metallwaben- bzw. -zellenkernkörper in den äußeren Metallzylinder bzw. den Metallaußenzylinder 2 gepreßt. Danach wurde ein Vakuumlöten (erhitzt auf 1200ºC während 20 Minuten, 1,33 · 10&supmin;³ Pa (10&supmin;&sup5; torr)) ausgeführt, um einen Metallträger herzustellen. Die Struktur des mittels dieses Verfahrens hergestellten Metallträgers ist in Fig. 16 gezeigt. In Fig. 16 bezeichnet das Bezugszeichen 41 ein Lötmittelmaterial auf der Oberfläche, 42 bezeichnet ein Lötmittelmaterial auf der Rückseite, und 4 bezeichnet das Lötmittelmaterial zwischen dem äußeren Metallzylinder bzw. Metallaußenzylinder und dem Metallwaben- bzw. -zellenkernkörper. Ein Katalysator wurde auf diesen Metallträger übertragen und einem Dauerhaftigkeitstest unter Kombinieren eines Wärmezyklustests mit einem Vibrationstest unterworfen (Wärmezyklustest: 1000ºC · 12 Minuten -> forcierte Kühlung · 30 Minuten, Auspuffgasströmung: 10 m³/Minute, Vibrationstest: Frequenzen von 20-500 Hz, eine Beschleunigung von 30 G, eine Wobbel- bzw. Durchlaufzeit von 5 Minuten (sinus)). Nach dem Test während 300 Stunden zeigte der Metallträger der vorliegenden Erfindung keinen Bruch der Folie, ausgenommen eine leichte Zellendeformation in dem Metallwaben- bzw. -zellenkernkörper, der die gewellte Platte und die flache Platte- enthielt.
    • Beispiel 4
  • Einer gewellten Platte 32, die durch Wellung einer 50 um dicken flachen Platte 31 aus rostfreiem Stahl vom Ferrittyp ausgebildet worden war, wurde auf der Oberfläche und Rückseite ein Brei, der ein pulverförmiges Lötmittelmaterial unter 50 um und ein wasserlösliches Bindemittel enthielt, aus einer Düse in Positionen von 25 mm bzw. 65 mm bzw. 85 mm von der Endseite bzw. -fläche aus auf der Oberfläche des Metallwaben- bzw. -zellenkernkörpers, und in Positionen von 10 mm bzw. 40 mm bzw. 70 mm von der Endseite bzw. -fläche aus auf der Rückseite zugeführt, sie wurde mit einer flachen Platte übereinandergeschichtet und zur Ausbildung eines Metallwaben- bzw. -zellenkernkörpers rundgewickelt. Als nächstes wurde ein Brei, der das pulverförmige Lötmittelmaterial und ein organisches Bindemittel enthielt, auf eine innere Oberfläche eines 1,5 mm dikken äußeren Metallzylinders bzw. Metallaußenzylinders 2 in einer Breite von 5 mm in Axialrichtung auf die Endseite bzw. -fläche und in Positionen von 15 mm bzw. 30 mm bzw. 45 mm bzw. 60 mm bzw. 75 mm bzw. 90 mm von der Endfläche bzw. -seite des Metallwaben- bzw. -zellenkernkörpers aus und in einer Länge von 8 mm in acht unterteilten Positionen in der Umfangsrichtung aufgetragen. Nachdem der Brei intermittierend in der Axial- und Umfangsrichtung aufgetragen und getrocknet worden war, wurde der Metallwaben- bzw. -zellenkernkörper in den äußeren Metallzylinder bzw. den Metallaußenzylinder gepreßt. Danach wurde ein Vakuumlöten (erhitzt auf 1200ºC während 20 Minuten, 1,33 · 10&supmin;³ Pa (10&supmin;&sup5; torr)) ausgeführt, um einen Metallträger herzustellen. Die Lötmittelstruktur des Metallträgers ist in Fig. 16 gezeigt. Ein Katalysator wurde auf diesen Metallträger übertragen und einem Dauerhaftigkeitstest durch Kombinieren eines Wärmezyklustests mit einem Vibrationstest unterworfen (Wärmezyklustest: 1000ºC · 12 Minuten -> forcierte Kühlung · 3 Minuten, Auspuffgasströmung: 10 m³/Minute, Vibrationstest: Frequenzen von 20-500 Hz, eine Beschleunigung von 30 G, eine Wobbel- bzw. Durchlaufzeit von 6 Minuten (sinus)). Nach dem Test während 300 Stunden zeigte der Metallträger der vorliegenden Erfindung keinen Bruch der Folie, ausgenommen eine leichte Zellendeformation in dem Metallwaben- bzw. -zellenkernkörper, der die gewellte Platte und die flache Platte enthielt.
    • Vergleichsbeispiel 1
  • Eine 50 um dicke flache Platte aus rostfreiem Stahl vom Ferrittyp und eine gewellte Platte, die durch Wellung der flachen Platte ausgebildet worden war, wurden zur Ausbildung eines zylindrischen Metallwaben- bzw. -zellenkernkörpers rundgewikkelt, welcher in einen äußeren Zylinder eingefügt wurde, der aus einem 1,5 mm dicken rostfreien Stahl vom Ferrittyp hergestellt worden war, mit einem Lötmittelmaterial durch Tauchen in einer Breite von 15 mm von der Auspuffgaseinlaßseiten- und - auslaßseitenendseite- bzw. -fläche aus beschichtet, und einem Vakuumlöten unterworfen (erhitzt auf 1200ºC während 20 Minuten, 1,33 · 10 3 Pa (10 5 torr)), um einen Metallträger herzustellen. Der resultierende Metallträger ist in Fig. 13 gezeigt. In der Figur ist ein Lötmittelmaterial 4 in der gleichen Position auf der Oberfläche und Rückseite der gewellten Platte aufgetragen. Ein Katalysator wurde auf den Metallträger übertragen und einem Wärmezyklustest unterworfen (1000ºC · 30 Minuten -> Kühlung · 10 Minuten). Als ein Ergebnis wurden Zellendeformation und Bruch in der Folie auf bzw. in dem äußeren Umfang des Metallwaben- bzw. -zellenkernkörpers nach 83 Stunden Test bemerkt. Weiter wurden nach einem Vibrationstest bei Vibrationsfrequenzen von 20 bis 500 Hz, einer Beschleunigung von 30 G, während 20 Stunden, eine Verlagerung in dem Metallwaben- bzw. -zellenkernkörper und Bruch in dem verbundenen Teil bemerkt.
    • Vergleichsbeispiel 2
  • Eine gewellte Platte, die durch Wellung einer 50 um dicken flachen Platte aus rostfreiem Stahl vom Ferrittyp ausgebildet worden war, wurde mit einer flachen Platte übereinandergeschichtet und zum Herstellen eines Waben- bzw. Zellenkerns rundgewickelt. Während des Schritts wurde ein 20 um dickes, 2 mm breites amorphes Folienlötmittel 41 an Positionen von individuell 5 mm und 15 mm von der Endfläche bzw. -seite aus auf der Oberfläche, und an Positionen von 10 mm und 20 mm von der Endfläche bzw. -seite aus auf der Rückseite zugeführt, und beide Platten wurden übereinandergeschichtet und zum Herstellen eines Waben- bzw. Zellenkerns rundgewickelt. Weiter wurde ein 15 mm breites amorphes Folienlötmittel in einer Position von 5 mm getrennt von der Endfläche bzw. -seite auf den äuße ren Umfang des Metallwaben- bzw. -zellenkernkörpers gewickelt, der in einen 1,5 mm dicken äußeren Metallzylinger gepreßt und einem Vakuumlöten unterworfen wurde (erhitzt auf 1200ºC während 20 Minuten, 1,33 · 10&supmin;³ Pa (10&supmin;&sup5; torr)), um einen 50 mm langen Metallträger von 50 mm Durchmesser herzustellen (Länge des Metallwaben- bzw. -zellenkernkörpers: 40 mm). Der Metallträger ist in Fig. 14 gezeigt. In Fig. 14 bezeichnet das Bezugszeichen 41' einen Teil, der mit dem amorphen Folienlötmittel auf der Oberfläche der gewellten Platte verlötet ist, und 42' bezeichnet einen Teil, der mit dem amorphen Folienlötmittel auf der Rückseite der gewellten Platte verlötet ist. Der Metallträger hatte einen unverbundenen Bereich von 10% der Länge des Metallwaben- bzw. -zellenkernkörpers von der Endseite bzw. -fläche aus, wie im Beispiel 1, und der Metallwaben- bzw. -zellenkernkörper war mit vier Bindungsstreifen senkrecht zu der Axialrichtung auf der gleichen Oberfläche verbunden.
  • Ein Katalysator wurde auf diesen Metallträger übertragen und einem Wärmezyklustest ausgesetzt (1000ºC · 30 Minuten -> Kühlung · 10 Minuten). Nach dem Test während 300 Stunden zeigte der Metallträger eine leichte Zellendeformation, und es wurden Risse in den Teilen, die mit dem amorphen Folienlötmittel verbunden waren, bemerkt. Weiter trat nach einem Vibrationstest bei Vibrationsfrequenzen von 20 bis 500 Hz, einer Beschleunigung von 30 G, während 20 Stunden, ein Bruch in dem Teil auf, das mit dem amorphen Folienlötmittel verlötet worden war, auf, und es wurde eine Verlagerung in dem Metallwaben- bzw. -zellenkernkörper bemerkt.
  • Außerdem wurde, da das amorphe Folienlötmittel Bor enthält, eine beträchtliche Oxidation der verbundenen Teile bemerkt.
    • Vergleichsbeispiel 3
  • Eine gewellte Platte, die durch Wellung einer 50 um dicken flachen Platte aus rostfreiem Stahl vom Ferrittyp ausgebildet worden war, wurde auf der Oberfläche und der Rückseite mit einem Brei, der ein pulverförmiges Lötmittelmaterial unter 50 um und ein wasserlösliches Bindemittel enthielt, in Positionen von 5 mm und 15 mm von der Endfläche bzw. -seite aus beschichtet, sie wurde mit einer flachen Platte übereinandergeschichtet und dann zum Herstellen eines Metallwaben- bzw. -zellenkernkörpers rundgewickelt. Als nächstes wurde ein Brei, welcher das pulverförmige Lötmittelmaterial und ein organisches Bindemittel enthielt, auf eine innere Oberfläche von einem 1,5 mm dicken äußeren Metallzylinder in einer Breite von 15 mm von einer Position aus, die 5 mm von der Endfläche bzw. -seite getrennt war, aufgetragen, und nach dem Trocknen wurde der Metallwaben- bzw. -zellenkernkörper in den äußeren Metallzylinder gepreßt. Danach wurde ein Vakuumlöten (erhitzt auf 1200ºC während 20 Minuten, 1,33 · 10&supmin;³ Pa (10&supmin;&sup5; torr)) ausgeführt, um einen 50 mm langen Metallträger mit einem Durchmesser von 50 mm herzustellen (Länge des Metallwaben- bzw. -zellenkernkörpers: 40 mm). Der resultierende Metallträger ist in Fig. 15 gezeigt. Der Metallwaben- bzw. -zellenkernkörper hatte nach dem Vakuumlöten einen unverbundenen Bereich zwischen der flachen Platte und der gewellten Platte. Weiter hatte der verbundene Teil der flachen Platte und der gewellten Platte eine Lötmittelmaterialdicke von 120 um. Der Metallträger hatte nur die Hälfte der Stanzfestigkeit des Beispiels 1 in dem Lötmittelmaterialteil.
    • Vergleichsbeispiel 4
  • Eine gewellte Platte 32, die durch Wellung einer 50 um dicken flachen Platte 31 aus rostfreiem Stahl vom Ferrittyp hergestellt worden war, wurde mit der flachen Platte aufeinandergeschichtet und zum Herstellen eines Metallwaben- bzw. -zellenkernkörpers rundgewickelt; ein 20 um dickes, 10 mm breites Folienlötmittel wurde um die individuelle Endfläche bzw. -seite des Metallwaben- bzw. -zellenkernkörpers herumgewickelt, und der Metallwaben- bzw. -zellenkernkörper wurde in einen 1,5 mm dicken äußeren Metallzylinder bzw. Metallaußenzylinder 2 gepreßt. Dann wurde ein Brei, der ein pulverförmiges Lötmittelmaterial und ein Bindemittel enthielt, durch Tauchen in einer Breite von 10 mrn von der Endfläche bzw. -seite des Metallwa ben- bzw. -zellenkernkörpers aus aufgetragen. Danach wurde der Metallwaben- bzw. -zellenkernkörper einem Löten unterworfen (erhitzt auf 1200ºC während 20 Minuten, 1,33 · 10&supmin;³ Pa (10&supmin;&sup5; torr)), um einen Metallträger herzustellen. Die Lötstruktur des Metallträgers ist in Fig. 18 gezeigt. Ein Katalysator wurde auf diesen Metallträger übertragen, und er wurde einem Dauerhaftigkeitstest unterworfen, indem ein Wärmezyklustest mit einem Vibrationstest kombiniert wurde (Wärmezyklustest: 1000ºC x 12 Minuten -> forcierte Kühlung · 3 Minuten, Auspuffgasströmung: 10 m³/Minute, Vibrationstest: Frequenzen von 20 bis 500 Hz, eine Beschleunigung von 30 G, eine Wobbelzeit von 5 Minuten (sinus)). Nach dem Test während 100 Stunden zeigte der Metallträger einen Bruch in etwa 60% des Umfangs sowie Erzeugung einer Ineinanderschiebung.
    • Vergleichsbeispiel 5
  • Eine gewellte Platte 32, die durch Wellung einer 50 um dicken flachen Platte 31 aus rostfreiem Stahl vom Ferrittyp ausgebildet worden war, wurde mit der flachen Platte aufeinandergeschichtet und zum Herstellen eines Metallwaben- bzw. -zellenkernkörpers rundgewickelt. Ein Brei, der ein pulverförmiges Lötmittelmaterial und ein Bindemittel enthielt, wurde durch Tauchen in einer Breite von 10 mm von der Endfläche bzw. -sei-. te des Metallwaben- bzw. -zellenkernkörpers aus aufgetragen, und er wurde einem Löten unterworfen (erhitzt auf 1200ºC während 20 Minuten, 1,33 · 10&supmin;³ Pa (10&supmin;&sup5; torr)), um einen Metallwaben- bzw. -zellenkernkörper herzustellen. Dann wurde ein 20 um dickes, 10 mm breites Folienlötmittel um die Mitte des Metallwaben- bzw. -zellenkernkörpers herumgewickelt, der Metallwaben- bzw. -zellenkernkörper wurde in einen 1,5 mm dicken äußeren Metallzylinder bzw. Metallaußenzylinder gepreßt und wieder dem Löten ausgesetzt, um einen Metallträger herzustellen. Die Verlötungsstruktur des Metallträgers ist in Fig. 19 gezeigt. Ein Katalysator wurde auf diesen Metallträger übertragen, und er wurde einem Dauerhaftigkeitstest unterworfen, indem ein Wärmezyklustest mit einem Vibrationstest kombiniert wurde (Wärmezyklustest: 1000ºC · 12 Minuten -> forcierte Küh lung · 3 Minuten, Auspuffgasströmung: 10 m³/Minute, Vibrationstest: Frequenzen von 20 bis 500 Hz, eine Beschleunigung von 30 G, eine Wobbelzeit von 5 Minuten (sinus)). Nach dem Test während 84 Stunden trat, weil der gelötete Teil zwischen dem Metallwaben- bzw. -zellenkernkörper und dem äußeren Metallzylinder bzw. dem Metallaußenzylinder gebrochen war, eine Verlagerung in dem Metallwaben- bzw. -zellenkernkörper in der Axialrichtung des Metallträgers auf.
    • NUTZBARKEIT IN DER INDUSTRIE
  • Bei der Verwendung der Waben- bzw. Zellenstruktur und des Herstellungsverfahrens derselben gemäß der vorliegenden Erfindung konnte ein Auspuffgasreinigungsmetallträger für Automobile, motorgetriebene Zweiräder und industrielle Ausrüstung bewerkstelligt werden, welcher in der Dauerhaftigkeit bzw. Stabilität bzw. Beständigkeit überragend ist.

Claims (8)

1. Auspuffgasreinigungsmetallträger (1), umfassend einen Metallwaben- bzw. -zellenkernkörper (3), der durch Rundwinkeln eines Stapels aus einer flachen Platte (31) und einer gewellten bzw. gerieften bzw. geriffelten bzw. gerippten Platte (32) ausgebildet ist, verbunden mit einem äußeren Metallzylinder (2), welcher einen äußeren Umfang des Metallwaben- bzw. -zellenkernkörpers (3) umgibt, worin der verbundene Teil der flachen Platte (31) und der gewellten bzw. gerieften bzw. geriffelten bzw. gerippten Platte (32) eine Mehrzahl von Flecken bzw. Punkten oder Streifen (41, 42) aus einem Lötmittelmaterial, das an Erhebungen bzw. Höhepunkten bzw. Scheiteln der Wellung bzw. Riefung bzw. Riffelung bzw. Rippung aufgebracht ist, umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß das Lötmittelmaterial des verbundenen Teils der flachen Platte (31) und der gewellten bzw. gerieften bzw. geriffelten bzw. gerippten Platte (32) eine Dicke von 100 um oder weniger hat, und Positionen von verbundenen Teilen der flachen Platte (31) und der gewellten bzw. gerieften bzw. geriffelten bzw. gerippten Platte (32) unterschiedlich zwischen der äußeren Seite und der inneren Seite der flachen Platte (31) sind, und ein unverbundener Bereich vorgesehen ist, der eine Länge von 5 % oder mehr der Länge des Waben- bzw. Zellenkernkörpers (3) von einer Endfläche (1a) des Metallwaben- bzw. -zellenkernkörpers (13) an der Auspuffgaseinlaßseite aus hat.
2. Auspuffgasreinigungsmetallträger (1) des Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, daß der verbundene Teil eines äußeren Umfangs des Metallwaben- bzw. -zellenkernkörpers (3) und einer inneren Oberfläche des äußeren Metallzylinders (2) eine Mehrzahl von Verbindungsstreifen (4) umfaßt.
3. Auspuffgasreinigungsmetallträger (1) des Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, daß der verbundene Teil an dem äußersten Umfang des Metallwaben- bzw. -zellenkernkörpers (3) nicht in Fluchtung mit dem verbundenen Teil des äußeren Metallzylinders (2) ist und der Metallwaben- bzw. -zellenkernkörper (3) und der äußere Metallzylinder (2) intermittierend in der Axial- und der Umfangsrichtung verbunden sind.
4. Verfahren des Herstellens eines Auspuffgasreinigungsmetallträgers (1), umfassend die Schritte des: Anordnens einer Mehrzahl von Breizuführungseinrichtungen (13, 16, 17), die eine Düse (13) in mehrfachen Stufen parallel zu der Richtung der Wellung bzw. Riefung bzw. Riffelung bzw. Rippung einer gewellten bzw. gerieften bzw. geriffelten bzw. gerippten Platte (32) hat; Auftragen eines Breis (14), der ein aus Pulver gebildetes Lötmittelmaterial und einen Binder umfaßt bzw. enthält, mittels einer Breizuführungseinrichtung (13, 16, 17) an Erhebungen bzw. Scheiteln bzw. Höhepunkten (15) der Wellung bzw. Riefung bzw. Riffelung bzw. Rippung entsprechend der Bewegung der gewellten bzw. gerieften bzw. geriffelten bzw. gerippten Platte (32) und in vorbestimmten Positionen; Stapelns der gewellten bzw. gerieften bzw. geriffelten bzw. gerippten Platte (32) und einer flachen Platte (31) und Rundwickeln zur Ausbildung eines Metallwaben- bzw. -zellenkernkörpers (3), Pressens des Metallwaben- bzw. -zellenkernkörpers (3) in einen äußeren Metallzylinder (2), und Verbindens beider Teile durch Löten, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Metallzylinder (2) mit dem Brei (14) beschichtet wird, bevor der Metallwaben- bzw. -zellenkernkörper (3) in den äußeren Metallzylinder (3) gepreßt wird, wobei der Brei (14), der das aus Pulver gebildete Lötmittelmaterial und einen Binder umfaßt bzw. enthält, auf eine innere Wandoberfläche des äußeren Metallzylinders (2) in einer Position aufgetragen wird, die um mehr als 5% oder mehr der Länge des Metallwaben- bzw. -zellenkernkörpers (3) von einer Endfläche des Metallwaben- bzw. -zellenkernkörpers (3) entfernt ist.
5. Verfahren des Anspruchs 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Brei (14), welcher das aus Pulver gebildete Lötmittel und den Binder enthält, mittels der Breizuführungseinrichtung (13, 16, 17) aufgetragen wird, und der an Erhebungen bzw. Scheiteln bzw. Höhepunkten (15) der Wellung bzw. Riefung bzw. Riffelung bzw. Rippung aufgebrachte Brei durch eine Bürste (5) oder Rolle bzw. Walze in Längs- und Querrichtung der gewellten bzw. gerieften bzw. geriffelten bzw. gerippten Platte (32) ausgebreitet wird, um die Beschichtungsdicke gleichmäßig zu machen.
6. Verfahren des Anspruchs 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl der Metallwaben- bzw. -zellenkernkörper (3) in Reihe in der Axialrichtung in den äußeren Metallzylinder (2) gepreßt wird.
7. Verfahren des Anspruchs 6, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Metallzylinder (2) mit einer gewünschten Krümmung gekrümmt wird.
8. Lötmittelmaterialauftragseinrichtung zum Auftragen eines Breis (14), der ein pulverförmiges Lötmittelmaterial und ein Bindemittel enthält, zum Verbinden eines Metallwaben- bzw. -zellenkernkörpers (3), welcher durch Stapeln und Rundwickeln einer flachen Platte (31) und einer gewellten bzw. gerieften bzw. geriffelten bzw. gerippten Platte (32) ausgebildet ist, wobei ein äußerer Metallzylinder (2) einen äußeren Umfang des Metallwaben- bzw. -zellenkernkörpers (3) umgibt, an einer gewünschten Position auf einer inneren Oberfläche des äußeren Metallzylinders (2), umfassend eine den äußeren Metallzylinder hereinbefördernde Einrichtung (22, 23, 24), eine den äußeren Metallzylinder rotierende und haltende Einrichtung (25, 27), eine Lötmittelmaterialauftragseinrichtung (28, 29, 30) zum Auftragen des Lötmittelmaterials (14) auf die innere Oberfläche des äußeren Metallzylinders (2), und eine den äußeren Metallzylinder nach dem Auftragen des Lötmittelmaterials herausbefördernde und wiedergewinnende Einrichtung (38, 39), und Mittel (26, 33, 34, 35) zum Rotieren der den äußeren Metallzylinder rotierenden und haltenden Einrichtung (25, 27) und Betreiben der Lötmittelmaterialauftragseinrichtung, wenn der äußere Metallzylinder (2) in einer vorbestimmten Position mittels der den äußeren Metallzylinder hereinbefördernden Einrichtung (22, 23, 34) getragen bzw. gehalten wird.
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