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課題・解決手段

金属繊維(3)を有する少なくとも1つのフリース(2)を備えたハニカム体(1)を製造するための方法であって、a)金属繊維(3)を製造するステップ、b)金属繊維(3)で層(4)を形成するステップ、c)金属繊維(3)を互いに溶接するステップ、d)層(4)を変形させて特定のフリース特性を有するフリース(2)を形成するステップ、e)ハニカム体(1)を作成するステップ、f)ハニカム体(1)を硬ろう付けするステップを少なくとも含む。こうして製造されたハニカム体は特に自動車排出ガス濾過するのに適している。

概要

背景

このようなハニカム体内燃機関排気系統においてさまざまな機能を持つことができる。それらは例えば、触媒担持体として、いわゆる吸着器として、フィルタ、流れ混合器および/または消音器として利用することができる。ハニカム体はふつう好適な「表面積」対「容積」比を特徴としており、つまり比較的大きな表面積を有し、こうしてその表面もしくは内部を流通するガス流との集中的接触を保証する。そのようなハニカム体はふつう、一部では異なる材料(鋼素材セラミック物質混合材料、等)からなる多数のさまざまなコンポーネント(板、マット、管等)で構成される。移動内燃機関の排気系統内の高い熱負荷、動的負荷に鑑み、これらの個々のコンポーネントは互いに持続的に結合されねばならない。このためさまざまな結合技術、例えば硬ろう付けおよび/または溶接が知られている。

結合技術に関して、平均的な大量生産にそれが適していなければならないことを考慮しなければならない。その際、サイクル時間、結合品質、プロセス信頼性、等と同様に、費用上の観点が重要である。接合技術による結合部を構成するための公知方法は、例えばろう材または溶接添加材等の補助素材を必要とする。その際、後に結合が生成されねばならない個所に補助素材を正確に適用することが特に大切である。さらに、ますます肉薄の材料が利用されることを指摘しておかねばならない。というのも、肉薄材料は非常に迅速に排出ガスの温度に適合し、従って真に動的な反応挙動を有するからである。

まさに排出ガス流濾過しもしくは排出ガス中に含まれた粒子、灰、等の固形物を少なくとも一時的に保持するためのハニカム体の製造では、セラミックフィルタ材料と金属フィルタ材料が既に試された。上で述べたように、このようなハニカム体の熱的交番荷重に鑑み、ハニカム体コンポーネントの熱膨張挙動が互いに強く相違しないことに注意すべきであろう。この事実、そして改良された加工性から最近では金属フィルタ材料がますます利用されるようになった。これは特に多孔質ガス透過性繊維層で形成される。ここで繊維とは特に線材切屑等の上位概念と見做さねばならない。従って、金属からのそのような濾材の製造とハニカム体製造プロセスへのその統合は特にな製造技術的挑戦である。金属フィルタ材料はそれで形成されたハニカム体のその都度の利用目的に適合されていなければならず、製造ステップに関して高度な柔軟性が必要である。

概要

金属繊維(3)を有する少なくとも1つのフリース(2)を備えたハニカム体(1)を製造するための方法であって、a)金属繊維(3)を製造するステップ、b)金属繊維(3)で層(4)を形成するステップ、c)金属繊維(3)を互いに溶接するステップ、d)層(4)を変形させて特定のフリース特性を有するフリース(2)を形成するステップ、e)ハニカム体(1)を作成するステップ、f)ハニカム体(1)を硬ろう付けするステップを少なくとも含む。こうして製造されたハニカム体は特に自動車排出ガスを濾過するのに適している。

目的

それゆえにここでは、例えば、冷却されたもしくは温度を低下させる雰囲気を連続的および/または間欠的に提供する

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
2件

この技術が所属する分野

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請求項1

金属繊維(3)を有する少なくとも1つのフリース(2)を備えたハニカム体(1)の製造方法であって、a)金属繊維(3)を製造するステップb)金属繊維(3)で層(4)を形成するステップc)金属繊維(3)を互いに溶接するステップd)層(4)を変形させて特定のフリース特性を有するフリース(2)を形成するステップe)ハニカム体(1)を作成するステップf)ハニカム体(1)を硬ろう付けするステップを少なくともを含むことを特徴とするハニカム体の製造方法。

請求項2

ステップa)が、a.1)金属ブロックから切り離す製造プロセスa.2)金属溶湯(15)から連続的に繊維を生成する製造プロセスa.3)金属溶湯(15)から断続的に取り出す製造プロセスを少なくとも1つを含む請求項1記載の方法。

請求項3

ステップa)中に少なくとも一時的に、繊維(3)における酸化被膜を避けるための措置が講じられる請求項1または2記載の方法。

請求項4

ステップa)とステップb)との間にさらに少なくとも繊維準備ステップab)が実施され、この繊維準備ステップab)が、ab.1)繊維(3)を分類する操作ab.2)繊維(3)を選別する操作ab.3)再利用のために繊維(3)を戻す操作ab.4)繊維(3)を切断する操作ab.5)繊維(3)を混ぜる操作ab.6)繊維(3)を洗浄する操作を少なくとも1つを含む請求項1乃至3の1つに記載の方法。

請求項5

ステップb)が、b.1)繊維(3)をベース(5)上に分配する操作b.2)少なくとも1つの添加剤を添加する操作b.3)少なくとも1つの層パラメータを決定する操作b.4)少なくとも1つの層パラメータを変更する操作b.5)層(4)を連続的に動かす操作を少なくとも1つを含む請求項1乃至4の1つに記載の方法。

請求項6

ステップc)が、c.1)抵抗溶接を少なくとも1回実施する操作c.2)ローラシーム溶接を少なくとも1回実施する操作c.3)保護ガスのもとで溶接する操作c.4)層(4)を圧縮する操作c.5)溶接結合部を点検する操作を少なくとも1つを含む請求項1乃至5の1つに記載の方法。

請求項7

ステップd)がd.1)層(4)を圧縮する操作d.2)層(4)から複数のフリース(2)を切り離す操作d.3)フリース(2)を分類する操作d.4)フリース(2)を巻付け、捩じりまたは折り畳む操作d.5)フリース(2)を構造化する操作d.6)フリース(2)の複数の領域(6)を打ち抜く操作d.7)フリース(2)を少なくとも1つの閉鎖要素(7)と組合せる操作d.8)層(4)を縁取りする操作を少なくとも1つを含む請求項1乃至6の1つに記載の方法。

請求項8

ステップe)が、e.1)少なくとも1つの金属箔(8)、少なくとも1つのハウジング(9)、少なくとも1つの電極(10)、少なくとも1つのハニカム構造体(11)、少なくとも1つの穿孔付き管(12)の群のうち少なくとも1つの要素を少なくとも1つのフリース(2)と組合せる操作e.2)少なくとも1つのフリース(2)またはそれと結合された1つの要素を膠着する操作e.3)少なくとも1つのフリース(2)またはそれと結合された要素をろう付けする操作を少なくとも1つを含む請求項1乃至7の1つに記載の方法。

請求項9

請求項1乃至8の1つに記載の方法で製造された少なくとも1つのフリース(2)を備えたハニカム体(1)であって、交互に閉鎖された通路(13)を備えたハニカム体(1)が実施され、少なくとも1つのフリース(2)が、フリース厚(14)にわたってさまざまに実施された少なくとも1つのフリース特性を有することを特徴とするハニカム体。

請求項10

排出ガス流濾過するために使用される請求項9記載のハニカム体。

技術分野

0001

本発明は、金属繊維を有する少なくとも1つのフリースを備えたハニカム体の製造方法、相応するハニカム体およびその使用に関する。

背景技術

0002

このようなハニカム体は内燃機関排気系統においてさまざまな機能を持つことができる。それらは例えば、触媒担持体として、いわゆる吸着器として、フィルタ、流れ混合器および/または消音器として利用することができる。ハニカム体はふつう好適な「表面積」対「容積」比を特徴としており、つまり比較的大きな表面積を有し、こうしてその表面もしくは内部を流通するガス流との集中的接触を保証する。そのようなハニカム体はふつう、一部では異なる材料(鋼素材セラミック物質混合材料、等)からなる多数のさまざまなコンポーネント(板、マット、管等)で構成される。移動内燃機関の排気系統内の高い熱負荷、動的負荷に鑑み、これらの個々のコンポーネントは互いに持続的に結合されねばならない。このためさまざまな結合技術、例えば硬ろう付けおよび/または溶接が知られている。

0003

結合技術に関して、平均的な大量生産にそれが適していなければならないことを考慮しなければならない。その際、サイクル時間、結合品質、プロセス信頼性、等と同様に、費用上の観点が重要である。接合技術による結合部を構成するための公知方法は、例えばろう材または溶接添加材等の補助素材を必要とする。その際、後に結合が生成されねばならない個所に補助素材を正確に適用することが特に大切である。さらに、ますます肉薄の材料が利用されることを指摘しておかねばならない。というのも、肉薄材料は非常に迅速に排出ガスの温度に適合し、従って真に動的な反応挙動を有するからである。

0004

まさに排出ガス流濾過しもしくは排出ガス中に含まれた粒子、灰、等の固形物を少なくとも一時的に保持するためのハニカム体の製造では、セラミックフィルタ材料と金属フィルタ材料が既に試された。上で述べたように、このようなハニカム体の熱的交番荷重に鑑み、ハニカム体コンポーネントの熱膨張挙動が互いに強く相違しないことに注意すべきであろう。この事実、そして改良された加工性から最近では金属フィルタ材料がますます利用されるようになった。これは特に多孔質ガス透過性繊維層で形成される。ここで繊維とは特に線材切屑等の上位概念と見做さねばならない。従って、金属からのそのような濾材の製造とハニカム体製造プロセスへのその統合は特にな製造技術的挑戦である。金属フィルタ材料はそれで形成されたハニカム体のその都度の利用目的に適合されていなければならず、製造ステップに関して高度な柔軟性が必要である。

発明が解決しようとする課題

0005

本発明の課題は、現時点先行技術に関して述べられた技術的問題を少なくとも一部和らげることである。特に、大量生産の枠内でも確実なプロセスで実施することのできるハニカム体の製造方法が明示されねばならない。それに加えて、金属繊維の利用とその再利用とによってこのようなハニカム体のリサイクル性が改善されねばならない。本方法で製造されるハニカム体は大量生産の枠内で機能性および寿命に関して僅かな偏差を有するだけでなければならない。特に構成されたハニカム体とこのようなハニカム体の好ましい利用分野がやはり明示されねばならない。

課題を解決するための手段

0006

この課題は、請求項1の特徴による、金属繊維を有する少なくとも1つのフリースを備えたハニカム体の製造方法で解決される。本発明のその他の有利な実施態様は従属請求項に記載されている。特許請求の範囲に個々に列挙した特徴は技術的に有意義な任意の仕方で互いに組合せることができることを指摘し、本発明に係る方法のその他の諸構成を説明する。

0007

金属繊維を有する少なくとも1つのフリースを備えたハニカム体の本発明に係る製造方法は、少なくとも下記ステップを含む。
a)金属繊維を製造するステップ
b)金属繊維で層を形成するステップ
c)金属繊維を互いに溶接するステップ
d)層を変形させて特定のフリース特性を有するフリース)を形成するステップ
e)ハニカム体を生成するステップ
f)ハニカム体を硬ろう付けするステップ

0008

個々のステップもしくはその細部構成は、以下で特に好ましい実施態様に関しても詳しく説明される。

0009

「繊維」とは特に縦長に延びた要素に対する名称であり、特に線材状要素、切屑状要素および類似の要素も含む。金属繊維は実質的に円形長円形または多角形に実施しておくことができる。扁平横断面を有する繊維が特に好ましい。金属繊維は、特に、実質的に素地としての鋼を含む材料を含み、好ましくは高い割合のクロム(例えば18〜21重量%の範囲内)および/またはアルミニウム(例えば少なくとも4.5重量%、特に少なくとも5.5重量%)が予定されている。金属繊維は、好ましくは、0.1〜50mmの範囲(特に1〜10mmの範囲)内の繊維長と0.01〜0.1mmの範囲(特に0.02〜0.05mmの範囲)内の繊維直径とで実施されている。

0010

これに関連して基本的に既に触れておくなら、大量生産の操業での方法構成を考慮して方法ステップはできるだけ連続的に経過すべきであり、ステップb)、c)および/またはd)は好ましくは少なくとも毎分3メートル(m/min)、好ましくは少なくとも5m/minの送り速度で、または10m/minでさえ、実施すべきであろう。

0011

ステップe)を考慮して、状況によって、断続的加工を必要とする個別の組付け過程が必要であるが、しかしそれらは相応に高いサイクル時間で実施することができる。ステップf)はハニカム体の個々のコンポーネント相互の逸失不能な配置を保証し、ハニカム体自体、移動内燃機関の排気系統内の高い熱的および動的荷重に耐えることができる。

0012

金属繊維の製造を考慮して、ステップa)が下記製造プロセスの少なくとも1つを含むと特に有利である。
a.1)金属ブロックから切り離す製造プロセス
a.2)金属溶湯から連続的に繊維を生成する製造プロセス
a.3)金属溶湯から断続的に取り出す製造プロセス

0013

方法a.1)による金属ブロックからの「切離し」とは特にフライス削り穴あけ旋削平削りやすりがけ、切断、または類似の特に切屑を生成する製造法を含む。切屑は繊維である。フライス削り、平削りおよびやすりがけでは一般に破砕された切屑が発生するのに対して、旋削または穴あけでは非常に長い切屑が生成されることもある。金属ブロックはなかんずく金属製の固体を意味しており、切屑もしくは繊維の製造に利用される製造法に鑑み物体の明確な形姿を選択することができる。従って金属ブロックは円柱直方体、線材または類似の形状で設けることができる。

0014

連続的繊維生成(方法a.2)参照)では、線材に類似した非常に長いもしくはいわゆる「エンドレス」の繊維が金属溶湯から製造される。繊維は個々に一緒に束にして押出加工または引抜加工することができる。この製造法を具体的に説明するために当業者は例えば線材製造についての相応する説明を頼ることができる。

0015

金属溶湯からの断続的繊維取出し(方法a.3)参照)は、方法a.1)とa.2)とのいわば混合方法である。例えば、構造化された周面を有する回転輪が金属溶湯に対して相対的に回転され、一時的に接触することによって金属溶湯の一部が浴から取り出され、後に冷却されて金属繊維となる。その際、繊維は繰返して高速度で断続的に生成される。

0016

特に有利には、ステップa)中に少なくとも一時的に、繊維に酸化被膜を避けるための措置が講じられる。そのことは特に製造法a.1)を考慮してあてはまる。そこでは、繊維製造時に状況によっては非常に高い温度が現れる。繊維表面の酸化被膜は後続加工ステップを困難にし、もしくは確実なプロセスでのその設計を危うくすることがある。それゆえにここでは、例えば、冷却されたもしくは温度を低下させる雰囲気を連続的および/または間欠的に提供することが提案される。金属ブロックから繊維を切り離すとき例えば冷却材、および/または、アルゴンおよび/またはヘリウムを含む保護ガスを供給することができる。両方の措置は、他の公知の措置と同様に、酸化被膜を防止するのに役立つ。補足的に、繊維表面にある酸化被膜が機械的にもしくは研磨で除去されるように、繊維は機械的に再加工することもできる。「防止」には、通常の条件に比べて低減された酸化被膜形成(低減)も含まれる。

0017

さらに、ステップa)とステップb)との間にさらに少なくとも繊維準備ステップab)が実施され、この繊維準備ステップab)が下記操作の少なくとも1つを含むことが提案される。
ab.1)繊維を分類する操作
ab.2)繊維を選別する操作
ab.3)再利用のために繊維を戻す操作
ab.4)繊維を切断する操作
ab.5)繊維を混ぜる操作
ab.6)繊維を洗浄する操作

0018

繊維の準備は、1生産ラインで適切なさまざまな特性を有するハニカム体を製造することを考慮すると重要な作業ステップである。ここでは連続的もしくは断続的に生成される繊維がその利用目的に関して調べて予め決定されることができる。繊維準備の枠内で特に、繊維製造法に基づく繊維形姿の不均一性補整されねばならない。

0019

繊維の「分類」は、特に、繊維を識別し、例えば繊維の重量、長さ、太さ、形状またはその他のパラメータに対応した予め定められた等級割り当てることを含む。ここでは、切屑形状が状況によっては変化する製造法a.1)、a.3)をまさに考慮して、製造した繊維を分類する3つの異なる等級を設けることが提案される。さらになお排除基準を規定することができ、排除基準を満たす繊維は他の等級に割り当てることができる。分類自体のためにセンサも利用することができ、例えば少なくとも1つの光学センサによって切屑形状、切屑長等が検出される。さらに、送風機流体等がやはり繊維を識別もしくは分類するのに利用することができる。

0020

繊維の選別時、(好ましくは事前に分類された)繊維が相互に分離される。このためにも送風機、流体、篩等を利用することができる。繊維が3つの等級に分類された場合、2つの等級からの繊維を例えば継続加工部に供給することができる一方、第3等級の繊維は原料(排除分)として再び製造に供される。繊維の選別後、相互に分離された繊維は製造方法の少なくとも次ステップ用に個別に継続処理される。

0021

既に上で示唆したように、繊維の分類もしくは選別は繊維の戻しおよび再利用も簡単に可能とする。そのことは原料利用および環境を考慮すると有利である。送り戻された繊維は例えば再度溶解し、金属溶湯もしくは金属ブロックとして前記製造に再び供することができる。その際、浄化処理もしくは熱処理介装しておくことができる。

0022

特にステップa.2)の繊維製造のため「エンドレス」繊維はいまや予め定められた長さに切断することができる。繊維の切断は一定した繊維長および/または可変繊維長で行うことができる。繊維長をまさに変更する場合、この方法ステップの後段に分類部もしくは選別部を設けておくこともできる。

0023

さらに、繊維は混合することもできる。こうして例えば繊維相互の特定の空間的位置合せを行うことができ、しかし製造フロー中にある繊維に他の繊維(例えば別の材料および/または別の形姿の繊維)を混加することも可能である。特徴の異なる繊維の層状配置を既にここで生成することも可能である。しかし、最終的に繊維のランダム層が好ましい。

0024

最後に、製造した繊維を洗浄することも有利である。その際、不純物(煤、油等)、例えば酸化被膜等も取り除くことができる。流体での洗浄が特に有利であり、さまざまに成形された繊維は浸漬挙動の違いの結果として、場合によっては直接にさらに分類および/または選別もされる。

0025

ここではさらに、ステップb)が下記操作の少なくとも1つを含むことが提案される。
b.1)繊維をベース上に分配する操作
b.2)少なくとも1つの添加剤を添加する操作
b.3)少なくとも1つの層パラメータを決定する操作
b.4)少なくとも1つの層パラメータを変更する操作
b.5)層を連続的に動かす操作

0026

ベース上に繊維を分配するために、好ましくは分配器攪拌器および/または篩が利用される。これらの機器は、ベース上で大平面のもしくは均一な繊維分配を引き起こすのに適している。ステップab.1)および/またはab.2)を含む製造法のまさにこの構成では、それぞれ1つの等級の繊維をベースに(時間的および/または空間的に互いにずらして)供給するこれらの複数の機器を設けておくこともできる。こうして例えばベース上にさまざまな繊維の層を形成することもできる。従って、繊維の分配は層状特徴の他に、繊維層の下面から繊維層の上面へ至る勾配、つまり繊維特性のほぼ連続的な推移を備えて、または相互に無秩序に繊維を下ろしたランダム層として、構成しておくこともできる。

0027

添加剤の添加に関して、例えば他の金属フィルタ材料を添加することもできる。このような添加剤は例えば金属粉末焼結材料、織布等を含む。それとともに添加剤は特に繊維フリースを構成するのにも役立つ。

0028

ステップb)中および/またはステップb)の後、有利には少なくとも1つの層パラメータが決定される。それとともに層形成の監視が与えられており、層は例えば予め定められた多孔率、予め定められた単位面積重量、予め定められた光反射度、予め定められた流れ抵抗等に関して比較される。層パラメータは連続的に監視することができ、特定値に達すると、同一時間に経過する方法ステップの中断または他の方法ステップの開始を生じることができる。

0029

場合によっては、決定された層パラメータもしくは決定されるべき層パラメータの変更を可能とする手段を設けておくこともできる。それに従って例えば他の繊維、添加剤等を供給することができ、層を圧縮することができ、層繊維の位置合せを変更することができる。連続プロセスとしてのハニカム体の製造方法の好ましい構成を考慮して、層形成中に層を連続的に移動させることが提案される。繊維が分配されるベースは有利にはコンベヤベルトとして実施されている。例えば移送速度の変更によって層パラメータは同様に調整することができる。同時に、このようなコンベヤベルトは少なくとも1つの層パラメータを決定するための手段を有することができる。繊維層が移動中に崩れるのを避けるために、繊維層を一時的に互いに固定する(例えば磁界等の)手段をコンベヤベルトに付設しておくこともできる。

0030

本方法の他の1構成によれば、ステップc)は下記操作の少なくとも1つを含む。
c.1)抵抗溶接を少なくとも1回実施する操作
c.2)ローラシーム溶接(roller seam welding)を少なくとも1回実施する操作
c.3)保護ガスのもとで溶接する操作
c.4)層を圧縮する操作
c.5)溶接結合部を点検する操作

0031

繊維を互いに固定するための別の可能性(焼結、機械的係止等)が基本的に知られているが、好ましい接合技術としてここでは溶接が提案される。金属繊維でフリースが構成されるので抵抗溶接が挙げられる。というのも、抵抗溶接は比較的高速で持続的に実施できるからである。

0032

ローラシーム溶接もプロジェクションシーム溶接圧接式結合溶接、特に抵抗圧接に属する。抵抗溶接では、導体を通して通電時にジュール抵抗加熱の結果として溶接部で加熱が起きる。球状もしくは平ら動作面を有する電極を介して通電が行われる。ローラシーム溶接には2つのロール状、ローラ状または同様の(駆動される)電極が利用される。層中の溶接されるべき繊維は互いに接触し主として重ね合せて配置されている。繊維を有する層は次に電極間に通され、繊維は少なくとも部分的に互いに圧縮される。接触の仕方に応じて、一方の電極から繊維を通して反対側の電極へ電気の流れが起き、そこに溶接点が生じる。このような溶接設備を用いて層のできるだけ大きな領域を加工するために、領域全体にわたってできるだけ均一な多くの溶接結合部が生成されることを確保しておかねばならない。

0033

このような溶接技術による結合部を実現するために、状況によっては、所望の溶接結合部を形成するために複数の溶接設備を前後で利用することが必要となることもある。その際、層は有利には連続的にまず第1溶接設備、引き続き第2溶接設備に供給され、2回目の通過で新たな溶接結合部が生成されるように溶接設備は互いに調整されている。ステップc.1)、c.2)を考慮して補足的になお指摘しておくなら、これらは接合技術による結合部を形成する他の方法と相互に組合せることができ、例えば繊維は事前に織り合わせまたは引き続きなお互いに焼結することができる。

0034

空間的に非常に限定されているが金属層への高い入熱に基づいて繊維上に酸化物の生じる虞が再度生じるので、繊維相互の溶接は保護ガスのもとで実施するのが有利である。保護ガスは好ましくは成分としてアルゴンおよびヘリウムの少なくとも1つを含む。

0035

溶接の直前溶接中および/または溶接後に層は圧縮することができる。層の圧縮は、例えば、間に隙間を設けた2つのロールの間に層を通すことによって行うことができ、この隙間は層厚よりも小さい。層の圧縮時、好ましくは、そのなかに形成された空洞もしくは孔が縮小され、繊維の塑性変形も起きる。このようにして、繊維相互の一層強い結合体が達成可能である。溶接プロセス中に圧縮を行う場合、溶接プロセスは好ましくは圧接プロセスとして実施されている。状況によっては、例えば層に第2溶接プロセスがすぐに施される場合、層は再圧縮することができる。

0036

溶接過程後、溶接結合部は点検することもできる。その際、移動する繊維層の光学分析、繊維層の適切な変形、または繊維層の流れ抵抗も検出可能である。例えば軸の周りでの変形によって行うことのできる曲げ加工時曲げ力は溶接結合部の品質尺度として援用することができる。溶接済みの層にそこを流通する空気流を付加することも可能であり、層の変形、はがされた繊維の数、等から溶接結合部を逆推論することができる。その際、調節された溶接プロセス、つまり不十分な溶接結合部が確認されると調節することのできる溶接プロセスが好ましい。

0037

本発明に係る方法の他の1つの実施態様によれば、ステップd)が下記操作の少なくとも1つを含む。
d.1)層を圧縮する操作
d.2)層から複数のフリースを切り離す操作
d.3)フリースを分類する操作
d.4)フリースを巻付け、捩じりまたは折り畳む操作
d.5)フリースを構造化する操作
d.6)フリースの複数の領域を打ち抜く操作
d.7)フリースを少なくとも1つの閉鎖要素と組合せる操作
d.8)層を縁取りする操作

0038

層の「圧縮」は、所望のフリース特性(例えば密度、多孔率、強度、厚さ等)を調整するのに利用することができる。「フリース」とは、特に、予め定められた「有限の」寸法で形成され、繊維が互いにからめてまたは整然と配置されている平面的形成物を意味している。フリースの例は織物格子構造体編物、ランダム層、等である。フリースはここで好ましくは耐熱耐食性材料からなる繊維で形成されており、このことはフリースの他のすべての添加剤にも当てはまる。製造されたフリースの多孔率は好ましくは30%〜80%の範囲内、特に45%〜60%の範囲内である。フリースは好ましい単位面積重量が250〜1500g/m2[グラム平方メートル]の範囲内である。

0039

層からの複数のフリースの切離し(d.2))は実質的に層の輸送方向を横切る方向で行われ、打抜き工具、一緒に移動するいわゆる「浮動ナイフ、または類似の機器を利用することができる。

0040

まさにさまざまなフリース特性で製造が行われる場合、つまり特定数のフリースのみが或る繊維フリース特性で生産され、引き続き少なくとも一つの他の数のフリースが別の繊維フリース特性で生産される方法の場合、フリースを相応に分類するのが有利である(d.3))。それに従って、異なるフリースは他の加工ステーションに個別に供給することもできる。分類時に排除分を確認し、場合によってはそれを再利用のために戻すことも可能である。

0041

これまでフリースはほぼ1平面にあるほぼ平面的な形成物として構成されていたが、いまや操作d.4)によりフリースの巻付け、捩じり、積み重ね折畳みのうちの少なくとも1つを行うこともできる。これは、特に、フリースが変形によって湾曲を得ることを意味している。この塑性変形後、フリースは例えばS字状に曲げる、螺旋状に巻取る、星形に折り畳む、蛇腹状に折り畳むことを行うことができる。その際、フリースの変形はハニカム体の他の要素(板箔、支持構造体、等)と一緒に行うこともできる。

0042

大きな面でのこのフリース変形の他に、フリースを構造化することも可能である(d.5))。構造化の際、フリース厚よりも著しく大きくない構造体がフリースに持ち込まれる。構造体として特に波形構造体、ジグザグ構造体および/または長方形構造体を利用できる。これらの構造体は後に少なくとも一部でハニカム体の流れ通路画成する。このような構造体を製造するために、例えば、互いにかみ合う波形ロールを利用することができ、ロール間にフリースが通される。

0043

ステップd.6)によれば、フリースの複数の領域を打ち抜くこともできる。例えば穴を生成することができ、穴はフリース内部の孔もしくは空洞よりも確かにかなり大きいが、しかし場合によっては20mmの最大伸長を超えない。このような穴は例えば、ハニカム体の内部で特定の部分流れを調整し、バイパスを形成し、またはハニカム体内に渦発生部を生成するのに利用することができる。しかしさらに、非常に大きなフリース領域を打ち抜くことも可能であり、これら例えば円板状のフリース(場合によっては直径70mm以上、特に少なくとも90mm)はやはり濾材として例えば、半径方向に流通させるハニカム体内で利用することができる。当然に、複数の打抜き過程もしくは打抜き方式を同時に実行することができる。

0044

最後に、フリースは閉鎖要素と組合せることもできる(d.7))。閉鎖要素は、好ましくはフリースの縁近傍に配置され、例えばハニカム体に関して密封機能を有し、および/または他のフリースおよび/またはハウジング部分を結合するのに役立つ。閉鎖要素として例えば板条、焼結材料を含む要素、有孔マスク等を利用できる。

0045

d.8)により層の縁取りも提案される。これは、特に、層の延長方向に延びる層縁が実質的に平行に延び、および/または所望の層幅が守られることを意味している。これは例えば繊維を除去することによって実施することができ、層は好ましくは切り取られて整えられる。

0046

本方法の他の1実施態様によれば、ステップe)は下記操作の少なくとも1つを含む。
e.1)少なくとも1つの金属箔、少なくとも1つのハウジング、少なくとも1つの電極、少なくとも1つのハニカム構造体、少なくとも1つの穿孔付き管の群のうち少なくとも1つの要素を少なくとも1つのフリースと組合せる操作
e.2)少なくとも1つのフリースまたはそれと結合された1つの要素を膠着する操作
e.3)少なくとも1つのフリースまたはそれと結合された要素をろう付けする操作

0047

金属箔とは好ましくは0.15mm以下、特に0.03mm〜0.12mmの範囲内の箔厚を有する金属箔である。金属箔はクロムとアルミニウムを含み、耐熱耐食性の鋼素材を基としている。金属箔は好ましくは波形構造体を有する。ハウジングは好ましくはやはり金属製であり、円形、長円形または角形横断面の他に任意のあらゆる別の横断面を有することができる。ハウジングはその内部に少なくとも一部でフリース箔および/または金属箔を受容する。特に、ハニカム体が電気加熱可能に実施されていなければならない場合には、電極の提供が考慮される。このため、ハニカム体内に規定された流路を一部で形成する絶縁層をハニカム体に付設しておくこともできる。電圧印加されるとジュール抵抗加熱に基づいてフリースおよび/または金属箔の調節可能な加熱が起きる。ハニカム体の加熱は例えば排気系統のコールドスタート段階の間、および/または粒子トラップとしてハニカム体を熱再生するのに、有利であることがある。さらに例えば、ハニカム体を他のハニカム構造体と一緒に単一のハウジング内に位置決めすることも可能である。ハニカム構造体は基本的に金属箔または(押出セラミック材料で形成しておくことができる。半径方向に流通可能なハニカム体が製造されねばならない場合、例えば円板状に打ち抜かれたフリースは規定された間隔を置いて少なくとも1つの穿孔付き管の周りにもしくは穿孔付き管内に配置することができ、こうして内側にある領域から半径方向外側にある領域へガス流の流通が可能となる。

0048

少なくとも1つのフリースと群のうちの少なくとも1つの要素とを組合せるのと同時にまたはそれとはずらして、フリースおよび/またはフリースと結合されるべき要素は少なくとも部分的に膠着することができる。付着剤接着剤等)の適用は条片材料粘着ラベル加圧法等によって実施することができる。

0049

ステップe.1)による組合せと同時におよび/またはその後、少なくとも1つのフリースおよび/またはフリースと結合されるべき要素は少なくとも部分的にろう付けすることができる。ろう材は同様に条片材料、ラベルとして、および/または加圧法で施すことができる。しかし、事前に膠を備えた部分領域に付着したままの粉末状ろうをハニカム体に供給することも可能である。ハニカム構造体の膠着およびろう付け技術を考慮して、特に本出願人の既に公知の方法を特に指摘し、補足的に説明するためにそれらをそっくり援用することができる。

0050

次に最後に、上で述べた本発明に係る種類の方法に従って製造される少なくとも1つのフリースを備えたハニカム体も提案され、交互に閉鎖された通路を備えてハニカム体が実施されており、少なくとも1つのフリースはフリース厚にわたってさまざまに実施された少なくとも1つのフリース特性を有する。基本的に、上で述べた方法により多くの特徴を有するハニカム体を製造することができ、例えば半径方向に流通可能なハニカム体、星形に配置された通路を有するハニカム体、環状もしくは蛇腹状通路を有するハニカム体、または濾過通路のいずれとして完全には閉鎖していない開放型粒子トラップとして製造することができる。ところでしかし、排出ガス中に含まれた粒子に関して非常に高い浄化作用を有する移動内燃機関(ガソリンエンジンディーゼルエンジン)の排気系統内でハニカム体が利用されることをまさに考慮して、交互に閉鎖された通路を有するハニカム体がここでは提案される。このために、端面に少なくとも1つの閉鎖要素を備えたハニカム体が実施され、(好ましくは)すべての通路が一方の端面または反対側の端面を閉鎖されている。こうして例えば、全排出ガス流が少なくとも1回金属フリースを流通しなければならないことを達成することができる。

0051

ところでこれに関連してここでは、例えば多孔率、繊維の種類、添加剤の準備、等のフリース特性をフリース厚にわたってさまざまに実施することが提案される。フリース厚に垂直に、つまり例えばハニカム体の軸線方向でこのフリース特性および/または別のフリース特性を変更することも、状況によっては有利である。交互に閉鎖された通路システムとさまざまに実施されたフリース特性とを組合せると、利点として、流れは閉鎖要素によって厳密に予測可能にフリース内で特定方向に誘導される。ところで排出ガスのこの流れ挙動にフリースを適合させておくことができ、例えば異なる粒径の粒子はフリースの異なる領域に沈積もしくは堆積する。粒子のこの適切な沈積もしくは堆積は、例えば周囲に触媒を用意することによってこれら有害物質の効率的転換を促進することができる。好ましくは、そのようなハニカム体は少なくとも1つのフリースと少なくとも1つの波形金属箔との組合せで形成される。

0052

好ましくは、上記ハニカム体は排出ガス流を濾過するのに使用される。利用分野として特に自動車分野を挙げることができ、このハニカム体は場合によっては、ハニカム体が少なくとも1つの触媒コンバータ、吸着器、SCR触媒、粒子トラップ、等と組合せられる複合的な排気系統一式の一部である。

発明を実施するための最良の形態

0053

本発明と周辺技術が以下で図面に基づいて詳しく説明される。図面は本発明の特に好ましい構成も示しているが、しかし本発明はそれらに限定されない。指摘しておくなら、図面は概略図であり、一般に寸法比を説明するのには適していない。

0054

図1はハニカム体の製造方法の実施形態を示す。図の左側はここで指摘する方法ステップを略号で概略的に表し、右側はこの方法ステップの1構成を例示している。

0055

従って、ステップa.3)によればまず金属繊維3を製造するために金属溶湯15からの断続的取出しが行われる。金属溶湯15内を回転する回転輪16が繊維3を生成し、これらの繊維は硬化のため受け台33に供給される。

0056

こうして製造された繊維3は次にステップab.1)により分類される。このため繊維3が選別器17に供給され、選別器17は例えば繊維3の形状もしくは大きさに応じて異なる繊維3の選別もしくは分離を同時に行う。

0057

これらの繊維は次に分配器18に供給され、分配器18は繊維を一様にベース5上に積層して層4を形成する(ステップb.1)参照)。ベース5がここではコンベヤベルトとして実施されており、生成された層4は引き続き溶接プロセスに供給することができる。

0058

ステップc.2)によれば、層4はローラシーム溶接を少なくとも1回実施するのに適した溶接設備19内に通される。

0059

これに続いて層4はステップd.2)に応じて、予め定められたフリース厚14とフリース長22とを持つ個別のフリース2に変えられ、これは分離装置20によってフリース2を切り離すことによって行われる。

0060

このように生成されたフリース2は次に多数の波形金属箔8と結合され、それにより多数の通路13を有するハニカム体1が形成される(ステップe.1))。

0061

ハニカム体の個々の要素間に接合技術による結合部を構成するために、および/または繊維相互の接合技術による結合部を構成するために、ハニカム体1は次にさらに硬ろう付けプロセスを施され(ステップf))、ハニカム体1は少なくとも一時的に、好ましくは連続的に炉21に供給される。この炉21内は好ましくは真空で1000℃以上の温度にされている。こうして製造されたハニカム体1は特に自動車排気系統内で使用するのに適している。

0062

次に図2は、本発明に係る方法で製造されたハニカム体1の考えられる実施形態を示す。ハニカム体1がやはり多数の通路13を有し、通路13はここではそれぞれ端面23に固着された閉鎖要素7によって交互に閉鎖されている。排出ガスはまず流れ方向24で開放通路13に流入させられ、しかし次に閉鎖要素7のゆえにフリース2を流通し、他の隣接通路13に入り込む。フリース2を通過時、特に(煤、灰等の)粒子が保持される。過度に大きな面で煤が沈積する結果として通路13がもはや利用できなくなるのを防止するために、フリース2に、一種の「バイパス」を形成する複数の領域6が打ち抜かれている。ハニカム体1は金属ハウジング9によって取り囲まれている。

0063

図3は、本方法で製造できるハニカム体1の他の構成を示す。このハニカム体1は星形構造を有し、半径方向内側から外側へ流通させる。このため排出ガスは、ハニカム体1の領域に穿孔を備えた管12を流れる。これにより排出ガスは、フリース2で形成されて通路13を形成するポケット25内に達する。これらのポケット25を通して、排出ガスは軸線26に対してほぼ半径方向に流出し、外側で再度ほぼ軸線方向に排出される。

0064

次に図4は電気加熱可能なハニカム体1として実施された排出ガス処理ユニット34を示す。ハニカム体1自体は、やはり金属フリース2と金属箔8との組合せで、実質的に互いに平行に延びる(開放)通路13が形成されるように構成されている。通路13が大部分完全には閉鎖されていない場合でも、金属箔8が流れ調節部29を有し、流れ調節部29の少なくとも一部は通路13内に突入し、フリース2を通る排出ガス流の部分の偏向を引き起こす。このハニカム体1はハウジング9内に配置されている。

0065

ハニカム体1の端面側に他のハニカム構造体11が設けられており、ハニカム構造体11は例えば酸化触媒として実施しておくことができる。ハニカム構造体11は(少なくとも部分的に電気絶縁された)ピン27によってハニカム体1と結合される。通電のためのハニカム構造体11の電気的接続は概略的に示した電極10によって行われる。こうして、流れ方向24でまずハニカム構造体11に衝突する排出ガスを加熱し、例えば、ハニカム体1を取り囲む後段の粒子トラップの熱再生も可能にする。ハニカム構造体11と組合せたハニカム体1の配置全体が、例えば自動車の排気管路28内で一体化されている。

0066

図5は、多数の金属繊維3を含むフリース2の構成の詳細を示す。繊維3はランダム層として配置され、個別の結合帯域30で互いに結合されている。結合帯域30は、例えばローラシーム溶接の構成によって実質的に特徴付けられ、間隔31および幅32で実施されている。ここで付記しておくなら、状況によって幅32は間隔31よりも大きく実施しておくこともできる。図5から読取ることができるように、フリース2は実質的に平面的な形成物であり、最小寸法は通例、フリース厚14である。結合帯域30の構成は、少なくとも1つの繊維フリース特性の異方性を実現するのに利用することもできる。ここに示す結合帯域30の他に、他の接合技術による結合部、例えば方法ステップf)の枠内で作成される焼結結合部を繊維3の間に作成しておくことができる。

0067

図6はハニカム体1の製造方法のうちフリース2の生成に至るまでの他の実施形態を略示している。ハニカム体1を仕上げるには、前記接合法を頼りとすることができる。その際、繊維の製造は切断設備35で行われ、この切断設備35に多数の金属線材36が供給される。切断設備35は、長い線材36を制御により短い繊維3に切断する切断機構を有する。こうして製造された繊維2は選別器17において分類され選別され、引き続き異なる分配器18に供給される。層4の生成は2つのステーションで行われ、左側に示す第1ステーションの内部で4つの分配器18が、コンベヤベルトとして構成されたベース5の上に配置されており、ベース5はこうして生成した層4を次に、37によってそのフリース特性に関して監視し、場合によっては他の分配器18を含む第2ステーションにおいて、決定されたなお必要な量の繊維3で適切に充填される。

0068

ところで所望の単位面積重量の層4となったなら、この層4は輸送方向40で第1変形設備38に供給される。そこで層4の圧縮と層4の縁の事前切断が行われる。事前切断時に切り離された繊維材料は、投入された繊維材料の好ましくは10%以下であり、第1ステーションもしくは分配器18の少なくとも1つまたは選別器17に戻される。前処理された層4は次に溶接設備19を通過する。この溶接設備19は、100mm以上の範囲内の層幅において少なくとも4m/minの溶接速度でローラシーム溶接を実施するのに適している。次に繊維3が互いに接合されて落下不能にされた後、層は最後に他の変形設備38を通過し、再度の圧縮が行われ、予め定められた寸法の個別のフリース2が切り離される。このフリース2は次に、ハニカム体1を形成するための他の加工ステーションに供給することができる。ここに示したフリース2の製造方法は、高い輸送速度、溶接速度が実現可能であり、同時に所望のフリース特性を生成するために同時に制御されて繊維添加が可能であるので、特に大量生産に適している。

0069

本発明による方法は、自動車排気系統用粒子トラップの大量生産に特に適している。

図面の簡単な説明

0070

金属繊維を有する少なくとも1つのフリースを備えたハニカム体の製造方法の実施形態を示す概略図
交互に閉鎖されるハニカム体を示す概略図
半径方向で流通可能なハニカム体を示す概略図
ハニカム体を備えた電気加熱可能な排出ガス処理ユニットを示す概略図
金属繊維を有するフリースを示す概略図
ハニカム体製造方法の他の実施形態を示す概略図

符号の説明

0071

1ハニカム体
2フリース
3 繊維
4 層
5ベース
6 領域
7閉鎖要素
8金属箔
9ハウジング
10電極
11ハニカム構造体
12 管
13通路
14 フリース厚
15金属溶湯
16回転輪
17選別器
18分配器
19溶接設備
20分離装置
21 炉
22 フリース長
23 端面
24 流れ方向
25ポケット
26 灰
27ピン
28排気管路
29流れ調節器
30結合帯域
31 間隔
32 幅
33受け台
34排出ガス処理ユニット
35切断設備
36線材
37秤
38 変形設備
39 繊維帰還
40 輸送方向

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