KR100972775B1

KR100972775B1 - 적어도 하나의 성형 세그먼트를 갖는 금속 허니콤 본체의제조 장치 및 공정

Info

Publication number: KR100972775B1
Application number: KR1020087005948A
Authority: KR
Inventors: 미하엘 포이트; 프랑크 프레헨
Original assignee: 에미텍 게젤샤프트 퓌어 에미시온스테크놀로기 엠베하
Priority date: 2005-08-12
Filing date: 2006-08-11
Publication date: 2010-07-28
Anticipated expiration: 2026-08-11
Also published as: CN101282802A; PL1912752T3; ES2366713T3; RU2425726C2; WO2007020021A1; RU2008108899A; DE102005038572A1; US20080182066A1; EP1912752B1; JP2009504409A; KR20080034039A; EP1912752A1

Abstract

허니콤 구조체 (2) 안으로 적어도 부분적으로 구조화된 금속 호일을 권취하는 장치 (1) 는, 상기 장치 (1) 의 중심 영역 (4) 에 있는 적어도 하나의 랩어라운드 맨드릴 (3) 로서 적어도 하나의 금속 호일용 수용부 (5) 를 갖는 랩어라운드 맨드릴 (3), 권취 동안에 적어도 하나의 금속 호일을 안내하기 위한 적어도 하나의 안내 요소 (7) 및 적어도 하나의 피봇회전가능한 클램핑 조 (8) 를 갖는 적어도 하나의 성형 세그먼트 (6) 로서, 적어도 하나의 상기 안내 요소 (7) 는 적어도 하나의 롤 바디 (9) 로 설계된 성형 세그먼트 (6) 를 포함한다. 또한, 적어도 부분적으로 구조화된 금속 호일을 갖는 허니콤 본체의 제조 공정이 설명된다. 본 발명은 큰 허니콤 본체의 제조에 특히 적합하다.

Description

적어도 하나의 성형 세그먼트를 갖는 금속 허니콤 본체의 제조 장치 및 공정 {PROCESS AND DEVICE FOR PRODUCING METALLIC HONEYCOMB BODIES WITH AT LEAST ONE SHAPED SEGMENT}

본 발명은 적어도 부분적으로 금속 호일을 갖는 허니콤 구조체를 형성하는 권취용 장치 및 적어도 부분적으로 금속 호일을 갖는 허니콤 본체의 제조 공정에 관한 것이다. 본 발명은 또한 자동차 분야에서의 사용뿐만 아니라, 허니콤 구조체 및 허니콤 본체의 특히 바람직한 구성을 제안한다.

본 발명은 특히 배기 시스템에 결합될 수 있는 허니콤 본체에 관한 것으로, 상기 허니콤 본체는 배기 가스에 포함된 오염 물질들을 제거하고 각각 전환시키는 것을 돕는다. 예를 들어서, 예컨대, 촉매 컨버터, 흡착기 등의 배기 가스에 대응하는 화학 반응을 발생시키기 위해서 다양한 코팅용 지지체로서 허니콤 본체가 사용되는 것이 공지되어 있다. 또한, 이 유형의 허니콤 구조체는 개방형 또는 폐쇄형 미립자 필터를 형성하는데 사용될 수 있고, 반대로 적절하다면 코팅될 수도 있다. 마지막으로, 이 유형의 금속 허니콤 본체에는 적어도 때때로 전류가 공급되어서 가열 요소로서 기능하거나, 또는 금속 허니콤 본체에 미세구조체를 제공하여서, 유동 믹서로서 작용한다는 것이 공지되어 있다.

이론적으로, 특히 금속 허니콤 본체의 두 가지 유형 사이에는 차이가 있다. 대표적인 예가 DE 29 02 779 에 소개되어 있는 한 형태의 나선형인데, 실질적으로 하나의 매끄러운 금속 호일 및 하나의 파형 금속 호일이 서로의 상부에 위치되고 나선형으로 귄취된다. 다른 형태에 있어서, 허니콤 본체는 다수의 매끄러운 금속 호일과 파형 금속 호일 또는 상이한 판형의 금속 호일이 교대로 배열되어 구성되고, 이 경우에 금속 호일은 먼저 하나 이상의 스택을 형성한 후에 꼬이게 된다. 이 경우에, 모든 금속 호일의 단부가 외부로 향하게 되어 하우징 또는 관형 케이싱에 결합될 수 있어서, 다수의 결합부를 형성하여 허니콤 본체의 내구성을 향상시킨다. 이들 형태의 대표적인 예가 EP 0 245 737 또는 WO 90/03220 에 개시되어 있다.

유동을 증가시키고/증가시키거나 각각의 유동 통로 사이에서 혼합을 발생시키기 위해 추가 구조물을 갖는 금속 호일을 제공하는 것이 오래전부터 공지되어 왔다. 이 유형의 구성의 전형적인 예로는 WO 91/01178, WO 91/01807 및 WO 90/08249 가 있다. 마지막으로, 원뿔형의 허니콤 본체도 있는데, 적절하다면 유동에 영향을 주는 추가 구조물을 더 포함하도록 설계될 수도 있다 (WO 97/49905 참조). 또한, DE 88 16 154 U1 에 기재된 바와 같이, 센서용 컷아웃을 구비한 허니콤 본체를 제공하는 것도 가능하다.

권취 작업, 즉 허니콤 본체가 시트형 스택으로부터 원통형 또는 원뿔형 본체로 형성되는 작업은 허니콤 본체의 제조시에 기술적인 문제를 나타내는데, 왜냐하면, 매우 얇은 금속 호일을 사용하는 것이 바람직하기 때문이다. 얇은 금속 호 일은 허니콤 본체의 단위 부피당 통로의 수를 많게 해준다는 이점을 가지며, 동시에 허니콤 본체의 표면 특정의 열용량 (surface-specific heat capacity) 이 감소되어서, 허니콤 본체는 배기 시스템에서 변화하는 열 응력을 보다 빠르게 따를 수 있다. 그러나, 예를 들어, 권취 동안에 파형 금속 호일이 변형되고 권취 동안에 각각의 상이한 통로 형태가 형성된다는 위험도 있다. 이는 배기 시스템의 배기 가스의 연속 유동 거동에 대해 역효과를 갖는다.

이미 매우 성공적으로 기능하는 금속 허니콤 본체의 제조 방법이 WO 97/00135 에 의해 기재되어 있다. WO 97/00135 는 적어도 부분적으로 다수의 금속 시트로 구성된 적어도 하나의 스택으로 허니콤 본체를 제조하는 장치를 제안하며, 이 장치에는 적어도 두 개의 성형 세그먼트가 제공된다. 각각의 성형 세그먼트는 각 경우에 랩어라운드 (wrap-around) 장치의 회전 방향에 대해 반대 방향으로 피봇회전 축선을 중심으로 피봇회전될 수 있고, 각각의 경우에 피봇회전 축선은 랩어라운드 장치의 축선에 대해 평행하다. 랩어라운드 장치의 회전 방향의 반대 방향으로 각각의 성형 세그먼트를 피봇회전시키면 다이가 폐쇄될 때 시트형 금속 스택이 서로 압축되는 것을 방지하게 된다. 접합부로서 기능하는 성형 세그먼트가 스택을 직접적으로 지탱하는 것이 보다 선호된다는 것을 상기에서 알 수 있었다. 아직 랩어라운드되지 않은 각 스택의 부분은 자유롭다. 그 결과, 아직 랩어라운드되지 않은 스택 영역에는 상당한 응력이 형성되지 않아서 거기서 굽힘 응력을 피할 수 있다.

허니콤 본체는 내연기관 (예컨대, 불꽃 점화 기관, 디젤 기관 등) 의 이동성 배기 시스템 및 정지 작동시에 모두 사용될 수 있다. 이러한 관계에 있어서, 특히 직경이 상대적으로 크고 특히 제조시에 기술적인 어려움이 있는 허니콤 본체가 사용될 수 있다. 예를 들어, 직경이 150 mm 보다 큰 나선형의 원통형 금속 허니콤 본체에 있어서 길이가 10000 mm 보다 크고 중량이 약 1500 g 이상인 금속 호일을 사용할 필요가 있다는 사실에 대하여 생각해볼 필요가 있다.

상대적으로 두껍고 긴 스택은 또한 금속 호일의 스택을 포함하는 형태로 서로 결합되어야만 한다. 한편으로는 이는 금속 호일의 취급 및 특히 권취 작업을 어렵게 만든다. 권취 작업 동안에, 힘의 도입 지점은 일반적으로 권취 장치의 중심 영역으로부터 더 멀리 떨어져 있는데, 전체 단면적에 대한 균일한 힘의 도입을 보장하기 어렵기 때문에 신뢰성있는 일련의 제조 공정에서 허니콤 본체의 균일한 구조도 보장하기 어려워진다. 또한, 권취하는 동안에 다수의 마찰 위치가 생겨나고, 그 결과 이 공정 동안에 큰 허니콤 구조체를 사용할 때 큰 힘이 가해질 필요가 있지만, 금속 호일이 변형될 위험이 커지게 된다.

이 원리에 근거하여, 본 발명의 목적은 종래 기술과 관련하여 개설된 기술적인 문제를 적어도 부분적으로 해결하는 것이다. 특히, 신뢰성 있는 공정에서 더 큰 허니콤 본체의 제조를 가능하게 하고 동시에 권취 동안에 금속 호일의 변형의 위험을 감소시켜주는 허니콤 구조체를 형성하기 위해 적어도 부분적으로 구조화된 금속 호일을 귄취하는 장치를 제공하고자 한다. 또한, 이동성 배기 시스템에 사용하기에 적절한 각각의 허니콤 본체 및 하니콤 구조체 뿐만 아니라, 허니콤 본체를 제조하는 공정도 제공하고자 한다.

이들 목적은 청구항 1 의 특징에 따른 장치에 의해 달성된다. 이 장치의 특정 구성 및 관련된 공정, 제품 및 의도된 사용은 종속항에 기재된다. 청구항에 각각 기재된 특징들은 바람직하고 기술적으로 적절한 어떠한 방법으로도 상호 결합될 수 있어서 본 발명을 더 구성할 수 있다는 것을 알아야만 한다.

허니콤 구조체를 형성하기 위해 적어도 부분적으로 구조화된 금속 호일을 권취하는 본 발명에 따른 장치는

- 적어도 하나의 금속 호일을 위한 수용부를 갖는 장치의 중심 영역에 있는 적어도 하나의 랩어라운드 맨드릴과,

- 권취 동안에 적어도 하나의 금속 호일을 안내하기 위한 적어도 하나의 안내 요소 및 적어도 하나의 피봇회전가능한 클램핑 조 (clamping jaw) 를 갖는 적어도 하나의 성형 세그먼트를 포함하며,

적어도 하나의 상기 안내 요소는 적어도 하나의 롤 바디를 갖는 성형 세그먼트를 포함한다.

우선, "권취" 라는 용어가 금속 호일을 나선형으로 감아올리는 것 뿐만 아니라 금속 호일을 구부리는 것, 함께 비트는 것 및 서로 얽히게 한다는 의미로 이해될 수 있어서, 금속 호일이 예컨대 S, W, M, V 등의 형태로 변형될 수 있다는 것을 알아야만 한다. 완전하게 매끄럽고 완전하게 구조화된 금속 호일이 함께 권취되어서 허니콤 구조체를 형성하는 것이 바람직하지만, 원칙적으로 금속 호일은 부분적으로 구조화되고 부분적으로 매끄러울 수도 있다.

장치는 적어도 하나의 랩어라운드 맨드릴을 포함한다. 나선형 권취가 실행되어서 허니콤 구조체가 구성된다면 정확하게 한 개의 랩어라운드 맨드릴을 제공하는 것이 바람직하다. 이 경우에 금속 호일은 랩어라운드 맨드릴에 분리가능하게 연결되어서, 제조 동안에 스스로 회전 운동을 실행하여서 금속 호일을 감아올리게 된다. 금속 호일의 다수의 스택이 동시에 함께 권취된다면, 금속 호일의 수와 동일한 수의 랩어라운드 맨드릴을 제공하는 것이 바람직하다. 랩어라운드 맨드릴은 장치의 중심점에 대해서 동일한 거리 및 동일한 간격으로 위치되는 것이 유리하다. 예를 들어 랩어라운드 맨드릴에 대한 적어도 하나의 금속 호일의 상대 운동을 실질적으로 방지하기 위한 수단이 제공되도록 하는 방식으로, 적어도 하나의 금속 호일용 수용부가 랩어라운드 맨드릴로 형성될 수도 있다.

또한, 적어도 하나의 성형 세그먼트가 제공되는데, 성형 세그먼트는 권취 동안에 허니콤 구조체의 형성을 외부에서 보조하는 유형의 접촉부를 형성한다. 이를 위해서, 성형 세그먼트는 적어도 하나의 안내 요소를 갖는데, 이 안내 요소에 의해 금속 호일은 중심 영역 안으로 안내된다. 금속 호일은 특히 안내 요소를 지나서 중심 영역 안으로 미끄러진다. 성형 세그먼트는 또한 피봇회전 가능한 클램핑 조도 갖는데, 이 조는 특히 중심 영역을 향해 피봇회전될 수 있도록 구성된다. 특히 클램핑 조는 장치의 중심 영역을 향해 금속 호일의 부분 영역, 특히 단부 영역을 적극적으로 이동시키는 역할을 한다. 이러한 관계에서, 바람직한 구성에서, 특히 외부로 피봇회전된 위치에서 클램핑 조는 장치의 중심 영역을 완전히 둘러싸서, 허니콤 본체의 외부 윤곽을 나타내게 된다. 3 개 이상의 성형 세그먼트를 제공하는 것이 바람직하고, 특히 상대적으로 허니콤 구조체가 큰 경우에는 장치는 예를 들어 3, 4 또는 5 개의 성형 세그먼트를 갖는다.

또한 성형 세그먼트의 적어도 하나의 안내 요소과 관련하여, 적어도 하나의 롤 바디가 제공될 것도 제안된다. 상기에 미리 언급된 바와 같이, 적어도 하나의 금속 호일은 랩어라운드 맨드릴이 회전하기 시작할 때 안내 요소를 따라 미끄러진다. 그 결과, 권취 공정 동안에 금속 호일과 안내 요소의 접촉부에서 마찰이 발생된다. 이 영역에 롤 바디를 제공하면 마찰이 감소된는데, 왜냐하면 롤 바디는 금속 호일에 놓여서 금속 호일이 롤 바디를 지나 안내됨에 따라 표면을 따라 구르게 되기 때문이다. 원칙적으로, 하나의 안내 요소에 다수의 롤 바디를 제공하고 이들 롤 바디가 권취 공정 동안에 적어도 하나의 금속 호일과 접촉하게 하는 것이 가능하지만, 안내 요소당 하나의 롤 바디만을 제공하는 것이 바람직하다. 이 영역에서 감소된 마찰은 권취 공정 동안에 랩어라운드 맨드릴에 의해 가해질 수 있는 힘에 상당한 영향을 주는데, 구체적으로 상기 힘을 감소시킨다. 또한, 성형 세그먼트의 사용 수명이 증가된다. 마지막으로, 다른 인자는 금속 호일의 감소된 마모인데, 이로써 이러한 유형의 장치의 유지 보수가 간단하게 된다. 특히 큰 허니콤 구조체에 있어서, 이들 모든 점들은 구조체를 보다 더 균일하게 하는데,그 결과 다음에 배기 시스템에 사용될 때 배기 가스가 허니콤 본체를 통해 흘러감에 따라 배기 가스의 제어된 유동 거동을 얻을 수 있다.

장치의 개량에 따라, 적어도 하나의 성형 세그먼트가 적어도 하나의 랩어라운드 맨드릴에 대해 움직일 수 있다. 이는 특히, 성형 세그먼트 전체가 장치의 중심 영역에 대해 병진 이동할 수 있다는 의미로서 이해되어야 한다. 특히 둥근 허니콤 구조체가 제조되어야 한다면, 이 병진 운동은 장치의 중심 영역으로부터 반경 방향 외측으로 향하는 것이 바람직하다. 따라서, 예를 들어 직경이 커지면서 허니콤 본체가 만들어짐에 따라, 성형 세그먼트는 장치의 중심 영역으로부터 멀어지게 외부로 이동될 수 있기 때문에, 권취 동안에 언제라도 성형 세그먼트가 안내 요소에 의해 적어도 하나의 금속 호일과 접촉한다는 것이 보장된다. 상대운동가능한 성형 세그먼트를 구비한 이러한 유형의 장치의 기본 구조 또는 기본 기능의 설명을 위해서는, 본 설명의 주제에 전체적으로 관련되어 있는 WO 97/00135 를 참조하면 된다.

또한, 적어도 하나의 성형 세그먼트가 하나의 안내 요소 및 하나의 클램핑 조로 설계되는 것이 유리하고, 안내 요소 및 클램핑 조는 상호 인접하여 배열된다. 오직 하나의 안내 요소가 제공되면 한편으로는 적어도 하나의 금속 호일의 성공적인 안내를 보장하고 다른 한편으로는 또한 오직 작은 마찰력만을 보장한다. 안내 요소 및 클램핑 조는 바람직하게는 여기에서 단일 부분으로서 제조되고, 이 경우에 예컨대 안내 요소는 클램핑 조의 돌출 영역이다. 이러한 관계에 있어서, 적어도 하나의 롤 바디가 클램핑 조의 바로 근처에 위치되거나 클램핑 조에 인접되는 것을 고려해야만 한다.

또한, 적어도 하나의 성형 세그먼트의 적어도 하나의 클램핑 조가 적어도 하나의 롤 바디의 회전 축선과 일치하는 피봇 회전 축선을 갖는다는 것이 제안된다. 이 유형의 롤 바디의 배열로 인해 롤 바디는 클램핑 조의 외부 피봇회전 위치에서도 금속 호일과 접촉하며, 클램핑 조는 중심 영역을 향해 금속 호일의 인접부를 이동시킨다.

바람직한 다른 실시형태에 따라, 적어도 하나의 성형 세그먼트의 적어도 하나의 안내요소가 적어도 하나의 금속 호일을 위한 접촉면을 형성하고, 적어도 하나의 롤 바디에 의해 접촉면의 적어도 50 % 가 형성된다. 바람직한 구성에서, 적어도 하나의 롤 바디에 의해 접촉면의 적어도 80 % 또는 접촉면 전체가 형성된다.

롤 바디에 의해 접촉면의 적어도 50 % 가 형성되는 구성에 있어서, 적어도 하나의 금속 호일이 안내 요소를 지나 안내될 때 마찰이 상당히 감소하는 것이 이미 가능하다. 프리스트레스 (prestress) 를 보장하기 위해서, 어느 정도 마찰을 허용하는 것이 유리할 수도 있다. 특히 큰 허니콤 본체 또는 허니콤 구조체의 경우에는, 적어도 하나의 롤 바디에 의해 더 큰 비율의 접촉면이 형성되어서, 마찰 감소라는 기준이 가장 중요하다.

적어도 하나의 롤 바디가 장치의 중심 영역을 향해 돌출되도록 형성되는 방식으로 적어도 하나의 성형 세그먼트의 적어도 하나의 안내 요소가 구성되는 것도 유리하다. 이는 안내 요소 및 클램핑 조가 이들이 서로에 합쳐지도록 된 외부 표면을 갖는 하나의 부분으로 만들어지며, 개별 롤 바디는 상기 부분 또는 그 외부 표면을 넘어 약간 돌출한다는 의미로서 이해되어야 한다. 이는 사실 금속 호일이 오직 롤 바디에만 지탱된다는 것을 보장한다.

본 발명은 또한 적어도 부분적으로 구조화된 금속 호일을 갖는 허니콤 본체의 제조 공정을 제안한다. 이 공정은 적어도:

a) 적어도 하나의 금속 호일 및 구조화된 금속 호일을 제공하는 단계,

b) 상기에 설명된 본 발명에 따른 유형의 장치를 사용하여 상기 금속 호일을 권취해서 허니콤 구조체를 형성하는 단계,

c) 하우징 안으로 상기 허니콤 구조체를 도입하는 단계, 및

d) 상기 하우징에 상기 금속 호일을 결합시키는 단계를 포함한다.

이 공정은 도입부에 설명된 모든 형태를 갖는 허니콤 본체의 제조에 사용될 수 있다. 이하의 설명에서, 본 발명은 오직 적층형만을 참조하여 설명되지만, 이는 어떻게든 본 발명을 한정하는 것으로서 이해되어서는 안된다.

따라서, 단계 a) 에 있어서, 다수의 매끄러운 금속 호일 및 파형 금속 호일을 제공하는 것이 바람직하다. 이들은 서로의 상부에 교대로 위치되기 때문에, 구조화된 금속 호일의 구조로 인해 통로가 형성된다. 그 후에 이들 매끄러운 금속 호일 및 파형 금속 호일은 장치의 적어도 하나의 권취 맨드릴 또는 권취 맨드릴이 형성하는 수용부에 고정된 후에 권취된다. 권취 동안에, 권취 맨드릴은 때때로 적어도 회전 운동을 실행하고, 금속 호일의 적어도 일부가 일측에서는 권취 맨드릴과 접촉하고 다른 측에서는 적어도 하나의 성형 세그먼트와 접촉하며, 특히 안내 요소 또는 그 롤 바디와 접촉한다. 특히 권취 공정이 끝남에 따라 클램핑 조는 중심 영역의 방향으로 피봇회전되어서, 금속 호일의 단부 역시 중심 영역의 방향으로 구부러진다. 이 결과, 제조될 허니콤 본체의 원하는 형상에 실질적으로 상응하는 허니콤 구조체를 형성된다. 상기에 설명된 바와 같은 단계 b) 에 따라서, 상기 허니콤 구조체는 적어도 부분적으로 하우징 안으로 도입된다 (단계 c). 이 경우에 허니콤 구조체는 장치에 적어도 일시적으로 남아있거나 그렇지 않으면 장비의 다른 부분으로 이동될 수 있다. 마지막으로, 금속 호일은 적어도 부분적으로 하우징 및/또는 다른 금속 호일에 결합된다 (단계 d) 참고). 상기 결합은 특히 금속 호일을 다른 금속 호일 및/또는 하우징에 용접 및/또는 납땜하는 것을 포함한다. 단계 b) 전에 또는 대안으로서 단계 b) 또는 단계 c) 후에, 예컨대 브레이징 땜납 (brazing solder) 등의 결합 재료를 제공할 수 있다. 금속 호일 상호간 및/또는 금속 호일과 하우징 사이의 모든 접촉 영역 또는 이 접촉 영역 중 상대적으로 작은 부분의 가능한 결합 위치는 실제로 기술적 결합에 의해 연결되는 것이 바람직한데, 특히 허니콤 본체가 큰 경우에는 이 부분은 30 % 보다 훨씬 작다. 이렇게 해서, 배기 시스템에서 이 유형의 허니콤 본체의 열적 특성이 고려된다.

공정과 관련하여, 단계 a) 가 서로의 상부에 매끄러운 금속 호일과 파형 금속 호일을 교대로 위치시켜서 스택을 형성하는 것을 포함하는 것이 유리하다. 이러한 관계에 있어서 단계 b) 에서 다수의 스택이 동시에 권취되고, 각각의 스택에 권취 동안에 스택과 접촉하는 랩어라운드 맨드릴과 성형 세그먼트가 할당되는 것도 바람직하다. 이 경우에 3 개의 랩어라운드 맨드릴과 3 개의 성형 세그먼트를 갖는 장치를 사용하여 허니콤 본체를 제조하는 것이 바람직하다. 이에 대해서는 도면의 설명과 관련하여 보다 상세하게 설명된다.

본 발명에 따른 장치는 제 1 단부측에서 제 2 단부측을 향해 연장하는 다수의 통로를 갖는 유형의 허니콤 본체를 제조하는데 사용될 수 있고, 허니콤 구조체의 크기는 150 mm 보다 크다. 원통형 허니콤 구조에 있어서 "크기" 라는 용어는 직경의 의미로서 이해되어야 하지만, 다른 형상에 있어서는 가능한 최대의 직경으로 이해되어야 한다. 이는 특히 허니콤 구조체가 큰 경우에 적용되는데, 특히 권취 공정 동안에 마찰이 감소되어 허니콤 구조체의 구조가 현저하게 더 균일해진다.

허니콤 본체는 제 1 단부측에서 제 2 단부측으로 연장한 다수의 통로를 갖는 허니콤 구조체로 설계되는 방식으로 상기에 설명된 공정을 사용하여 제조될 수도 있고, 허니콤 구조체의 크기는 150 mm 보다 크다.

바람직한 적용 영역과 관련하여, 허니콤 구조체 (본 발명에 따른 장치를 사용하여 제조됨) 및/또는 허니콤 본체 (상기 설명된 바와 같은 공정에 의해 제조됨) 와 차량, 특히 상용 차량을 결합시키는 것은 허니콤 구조체 또는 허니콤 본체의 사용 수명 및 오염 물질의 전환과 관련하여 이점을 갖는다는 것을 알아야 한다.

본 발명 및 일반적인 기술 영역은 도면을 참조하여 더 설명된다. 도면은 단지 본 발명의 특히 바람직한 다른 실시형태를 도시하지만, 이로써 본 발명을 한정하지는 않는다. 또한, 도면은 일반적으로 개략적인 형태이기 때문에, 크기 비율을 나타내는데 통상 적합하지 않다.

도 1 은 성형 세그먼트의 일 실시형태의 평면도를 도시한다.

도 2 는 안내 요소의 영역에서 도 1 에 도시된 성형 세그먼트를 통한 단면을 도시한다.

도 3 은 권취 공정의 제 1 단계를 도시한다.

도 4 는 권취 공정의 제 2 단계를 도시한다.

도 5 는 권취 공정의 제 3 단계를 도시한다.

도 6 은 권취 공정의 제 4 단계를 도시한다.

도 7 은 권취 공정의 제 5 단계를 도시한다.

도 8 은 허니콤 본체를 갖는 배기 시스템을 구비한 차량을 도시한다.

도 9 는 허니콤 본체를 도시한다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

1: 장치

2: 허니콤 구조체

3: 랩어라운드 맨드릴

4: 중심 영역

5: 수용부

6: 성형 세그먼트

7: 안내 요소

8: 클램핑 조

9: 롤 바디

10: 피봇 회전 축선

11: 회전 축선

12: 접촉면

13: 허니콤 본체

14: 매끄러운 금속 호일

15: 구조화된 금속 호일

16: 하우징

17: 스택

18: 통로

19: 제 1 단부측

20: 제 2 단부측

21: 크기

22: 차량

23: 베어링

24: 볼트

25: 윤곽면

26: 피봇 회전 방향

27: 캐리어 암

28: 병진 방향

29: 안내 영역

30: 랩어라운드

31: 회전 방향

32: 단부

33: 직경

34: 원주

35: 호일 두께

36: 미세구조체

37: 엔진 제어 유닛

38: 내연기관

39: 터보차저

40: 배기 파이프

41: 측정 장치

42: 유동 믹서

43: 미립자 트랩

44: 컨버터

45: 흡착기

46: 배기 시스템

47: 권취점

48: 홀더

도 1 은 성형 세그먼트 (6) 의 일 실시형태의 평면도를 개략적으로 나타낸다. 성형 세그먼트 (6) 는 캐리어 암 (27) 을 포함하고, 이 캐리어 암에는 캐리어 암 (27) 에 대해 피봇 회전 방향 (26) 으로 피봇회전될 수 있는 클램핑 조 (8) 가 고정되어 있다. 클램핑 조 (8) 는 윤곽면 (25) 을 갖는데, 이 윤곽면은 특히 외부로 편향된 최종 위치 (여기에서는 피봇-인 (pivoted-in) 위치만 도시되어 있음) 에서 금속 호일과 접촉하게 된다. 롤 바디 (9) 로 적어도 하나의 금속 호일 (도시되지 않음) 을 안내하는 안내 요소 (7) 가 좌측의 클램핑 조 (8) 의 윤곽면 (25) 에 인접하여 형성되어 있다. 이 경우에 롤 바디 (9) 는 클램핑 조 (8) 의 피봇 축선 (10) 에 정렬되어 있다.

도 1 에 나타난 성형 세그먼트 (6) 를 통한 단면이 도 2 에 도시된다. 특히 안내 요소 (7) 의 영역의 구조를 파악하는 것이 가능하다. 안내 요소 (7) 는 볼트 (24) 에 의해 회전가능하게 장착되는 원통형 롤 바디 (9) 를 갖도록 설계된다. 이를 위해, 롤 바디 (9) 와 볼트 (24) 사이에 두 개의 베어링 (23) 이 제공된다. 이 경우에 롤 바디 (9) 의 회전 축선 (11) 은 피봇 축선 (10) 과 일치한다. 여기에 나타난 실시형태에서, 롤 바디의 외주면은 안내 요소 (7) 의 외주면과 동일한 높이에서 끝나서, 금속 호일을 위한 공통 접촉면 (12) 을 형성한다.

도 3 ~ 7 은 권취 공정의 바람직한 실시형태의 다양한 단계를 도시하며, 매끄러운 금속 호일 (14) 및 구조화된 금속 호일 (15) 로 이루어진 3 개의 스택 (17) 이 함께 권취된다.

도 3 에서, 먼저 스택 (17) 이 중앙을 향해 접혀서, 금속 호일의 단부 (32) 가 스택 (17) 의 오직 한 측에만 주어진다는 것을 볼 수 있다. 금속 호일 (14, 15) 의 단부 (32) 의 반대 측에서, 각 스택 (17) 에는 개별 랩어라운드 맨드릴 (3) 이 할당된다.

개별 랩어라운드 맨드릴 (3) 은 맨드릴을 크게 둘러싸고 있는 최내측 금속 호일 (14) 과만 접촉한다. 그 다음에, 외부로부터, 도시된 3 개의 성형 세그먼트 (6) 가 장치 (1) 의 중심 영역 (4) 으로 이동되어서, 안내 요소 (7) 가 적어도 부분적으로 스택 (17) 의 외부 금속 호일을 지탱하게 된다. 이 방식으로, 그 다음엔 각각의 스택 (17) 을 위한 수용부 (5) 가 인접한 안내 요소 (7) 및 각각의 연관된 랩어라운드 맨드릴 (3) 에 의해 형성된다. 이는 그 다음에 일어나는 귄취 공정을 위한 일종의 시작 위치를 구성한다. 이로써, 그 다음에 3 개의 랩어라운드 맨드릴 (3) 이 도시된 회전 방향 (21) 으로 회전하기 시작하고, 이때 랩어라운드 맨드릴 (3) 사이의 간격은 일정하게 유지된다.

권취 공정의 그 다음의 단계는 예컨대 도 4 에 도시된 상황이다. 이미 발생한 랩어라운드 맨드릴 (3) 의 회전 운동 동안에, 각각의 경우에 안내 요소 (7) 는 스택 (17) 을 위한 안내 영역 (29) 을 형성한다. 이 안내 영역 (29) 은 실질적으로 안내 요소 (7) 의 롤 바디 (여기에서는 도면 번호가 표시되어있지 않음) 에 의해 형성된다. 성형 세그먼트 (6) 의 일련의 운동에 관하여, 성형 세그먼트들은 병진 방향 (28) 으로 중심 영역 (4) 으로부터 멀어지게 이동한다는 것을 알아야 한다. 이는, 예를 들어, 모든 단계에서 캐리어 암 (27) 및 홀더 (48) 의 상대적인 위치로부터 알 수 있는데, 홀더 (48) 는 예컨대 장치 (1) 의 기판 (도시되지 않음) 에 연결된다.

랩어라운드 맨드릴 (3) 의 점진적인 회전 과정의 결과로서, 도 5 에 도시된 바와 같이, 최종적으로 지지 암 (27) 의 영역에 안내 영역 (29) 이 형성되어서, 각각의 경우에 다수의 성형 세그먼트 (6) 와 함께 스택 (17) 이 장치 (1) 의 중심 영역으로 안내된다. 장치 (1) 의 중심에서, 스택 (17) 이 점점 더 서로에 지탱하게 되고 부분적으로 서로 둘러싸게 되는 것을 볼 수 있다. 장치 (1) 의 중심 영역 (4) 에서 만들어지는 허니콤 구조체 (2) 의 결과로서, 각각의 성형 세그먼트 (6) 는 병진 방향 (28) 으로 외부로 더 이동된다.

도 6 은 순수 권취 공정으로부터 변형 공정으로 가는 천이 단계를 도시한다. 여기에서, 안내 요소 (7) 및 각각의 롤 바디 (9) 에 의해 형성된 안내 영역 (29) 은 이제 이미 금속 호일 (14, 15) 의 단부 (32) 의 영역에 있다. 이 시점에서는, 허니콤 구조체 (2) 는 더 이상 형성될 수 없는데, 왜냐하면 다수의 금속 호일 (14, 15) 과 성형 세그먼트 (6) 사이에는 3 개의 점형 (punctiform) 접촉만 있기 때문이다. 결과적으로 직경 (33) 이 생기며, 이 직경에서 허니콤 구조체 (2) 는 "내부에서 외부로" 더 이상 계속 형성될 수 없는 반면, 다음에는 "외부에서 내부로" 형성된다. 이를 위해서, 파선으로 나타난 피봇 회전 방향 (26) 에 의해 도시된 바와 같이, 이제 클램핑 조 (8) 가 중심 영역 (4) 을 향해 피봇회전된다.

도 7 은 권취 공정의 마지막 단계를 도시한다. 이 시점에서는, 클램핑 조 (8) 는 피봇 회전 방향 (26) 에서 완전하게 외부로 이동되어 있다. 이 경우에 윤곽면 (25) 은 원하는 크기 (21) 를 갖는 허니콤 구조체 (2) 의 원주 (34) 를 형성한다. 즉, 금속 호일 (14, 15) 의 모든 단부 (32) 는 이제 성형 세그먼트 (6) 의 윤곽면 (25) 을 지탱한다. 여기에 도시된 실시형태에서, 성형 세그먼트 (6) 의 윤곽면 (25) 은 원형 또는 원통형의 형상을 만들지만, 반드시 그럴 필요는 없다. 다른 윤곽을 만드는 것 또한 가능하다.

도 8 은 전술한 장치 또는 공정을 이용하여 제조된 허니콤 본체의 바람직한 사용을 도시한다. 특히 자동차 분야에서의 사용이다. 도면은 내연기관 (38) (예컨대, 불꽃점화 또는 디젤 기관) 을 갖는 차량 (22) 을 도시한다. 내연기관 (38) 은 엔진 제어 유닛 (37) 의 제어 하에서 작동되고, 배기 시스템 (46) 내의 성분 또는 조건을 결정하는 측정 장치 (41) 가 그 배기 시스템 (46) 에 제공된다. 기록된 측정값에 근거하여, 엔진 제어 유닛 (37) 이 내연기관 (38) 의 작동 모드에 영향을 주거나 제어할 수 있다. 이 경우에, 배기 가스는 바람직한 유동 방향으로 배기 시스템 (46) 을 통해 흘러서 적어도 몇몇 경우에 배기 파이프 (40) 를 통해 상호 연결되는 다음 구성 요소를 통해 연달아 통과하게 된다: 터보 차저 (39), 유동 믹서 (42), 촉매 컨버터 (44) (산화 촉매로서 설계됨), 미립자 트랩 (43), 흡착기 (45) 및 마지막으로 예컨대 3 원 촉매 등의 다른 촉매 컨버터 (44).

도 9 는 권취점 (47) 주위에 나선형으로 형성된 허니콤 본체 (13) 의 일 실시형태의 사시도를 개략적으로 나타낸다. 이 허니콤 본체 (13) 는 매끄러운 금속 호일 (14) 및 구조화된 파형 금속 호일 (15) 을 가지며, 이들 금속 호일은 제 1 단부측 (19) 으로부터 제 2 단부측 (20) 으로 연장한 다수의 통로 (18) 를 형성하도록 나선형으로 배열되어 크기는 (21) 는 150 mm 보다 크다. 유동에 영향을 주는 미세 구조체 (36) 가 통로 (18) 의 내부에 제공된다. 두 개의 금속 호일 (14, 15) 은, 예컨대 0.15 mm ~ 0.03 mm 크기의 동일한 호일 두께 (35) 를 갖는 것이 바람직하다.

Claims

허니콤 구조체 (2) 를 형성하기 위해 적어도 부분적으로 구조화된 금속 호일을 권취하는 장치 (1) 에 있어서, 적어도

- 적어도 하나의 금속 호일을 위한 수용부 (5) 를 갖는 상기 장치 (1) 의 중심 영역 (4) 에 있는 적어도 하나의 랩어라운드 맨드릴 (3) 과,

- 권취 동안에 적어도 하나의 금속 호일을 안내하기 위한 적어도 하나의 안내 요소 (7) 및 적어도 하나의 피봇회전가능한 클램핑 조 (8) 를 갖는 적어도 하나의 성형 세그먼트 (6) 를 포함하며,

적어도 하나의 상기 안내 요소 (7) 는 적어도 하나의 롤 바디 (9) 를 갖는 장치 (1).
제 1 항에 있어서, 적어도 하나의 상기 성형 세그먼트 (6) 는 적어도 하나의 상기 랩어라운드 맨드릴 (3) 에 대해 움직일 수 있는 장치 (1).
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 적어도 하나의 상기 성형 세그먼트 (6) 는 안내 요소 (7) 및 클램핑 조 (8) 를 가지며, 이 안내 요소 (7) 및 클램핑 조 (8) 는 서로 인접하여 배열된 장치 (1).
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 적어도 하나의 상기 성형 세그먼트 (6) 의 적어도 하나의 상기 클램핑 조 (8) 는 적어도 하나의 상기 롤 바디 (9) 의 회전 축선 (11) 과 일치하는 피봇 회전 축선 (10) 을 갖는 장치 (1).
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 적어도 하나의 상기 성형 세그먼트 (6) 의 적어도 하나의 상기 안내 요소 (7) 는 적어도 하나의 상기 금속 호일을 위한 접촉면 (12) 을 형성하고, 이 접촉면 (12) 의 50 % 이상은 적어도 하나의 상기 롤 바디 (9) 에 의해 형성되는 장치 (1).
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 성형 세그먼트 (6) 의 적어도 하나의 상기 안내 요소 (7) 는 적어도 하나의 상기 롤 바디 (9) 가 상기 장치 (1) 의 중심 영역 (4) 을 향해 돌출하도록 형성되는 방식으로 구성되는 장치 (1).
적어도 부분적으로 구조화된 금속 호일을 갖는 허니콤 본체 (13) 의 제조 공정에 있어서:

a) 적어도 하나의 금속 호일 (14) 및 구조화된 금속 호일 (15) 을 제공하는 단계,

b) 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 장치를 사용하여 상기 금속 호일을 권취해서 허니콤 구조체 (2) 를 형성하는 단계,

c) 하우징 (16) 안으로 상기 허니콤 구조체 (2) 를 도입하는 단계, 및

d) 상기 하우징 (16) 에 상기 금속 호일 (14, 15) 을 결합시키는 단계를 적어도 포함하는 허니콤 본체의 제조 공정.
제 7 항에 있어서, 상기 단계 a) 는 매끄러운 금속 호일 (14) 과 파형 금속 호일 (15) 을 서로의 상부에 교대로 위치시켜서 스택 (17) 을 형성하는 단계를 포함하는 허니콤 본체의 제조 공정.
제 8 항에 있어서, 상기 단계 b) 는 다수의 스택 (17) 을 동시에 권취하는 단계를 포함하며, 각각의 스택 (17) 에는 권취 동안에 상기 스택 (17) 과 접촉하는 랩어라운드 맨드릴 (3) 및 성형 세그먼트 (6) 가 할당되는 허니콤 본체의 제조 공정.
제 1 항 또는 제 2 항에 따른 장치 (1) 를 사용하여 제조된 허니콤 구조체 (2) 로서, 제 1 단부측 (19) 에서 제 2 단부측 (20) 으로 연장한 다수의 통로 (18) 를 가지며, 상기 허니콤 구조체 (2) 의 크기 (21) 는 150 mm 보다 큰 허니콤 구조체 (2).
제 7 항에 따른 공정에 의해 제조된 허니콤 본체 (13) 로서, 제 1 단부측 (19) 에서 제 2 단부측 (20) 으로 연장한 다수의 통로 (18) 를 구비한 허니콤 구조체 (2) 를 가지며, 상기 허니콤 구조체의 크기 (21) 는 150 mm 보다 큰 허니콤 본체 (2).
제 1 항 또는 제 2 항에 따른 장치 (1) 에 의해 제조된 허니콤 구조체 (2) 를 포함하는 차량 (22).
제 7 항에 따른 공정에 의해 제조된 허니콤 본체 (13) 를 포함하는 차량 (22).
제 10 항에 따른 허니콤 구조체 (2) 를 포함하는 차량 (22).
제 11 항에 따른 허니콤 본체 (13) 를 포함하는 차량 (22).