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Dokumentenidentifikation DE10327455A1 05.01.2005
Titel Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines strukturierten Blechbandes
Anmelder Emitec Gesellschaft für Emissionstechnologie mbH, 53797 Lohmar, DE
Erfinder Wieres, Ludwig, 51491 Overath, DE;
Haesemann, Gottfried Wilhelm, 51515 Kürten, DE
Vertreter Kahlhöfer - Neumann - Herzog - Fiesser, Patentanwälte, 40210 Düsseldorf
DE-Anmeldedatum 18.06.2003
DE-Aktenzeichen 10327455
Offenlegungstag 05.01.2005
Veröffentlichungstag im Patentblatt 05.01.2005
IPC-Hauptklasse B21D 13/02
IPC-Nebenklasse B21D 13/10   B21D 28/26   B21D 31/02   B21D 53/88   
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines strukturierten Blechbandes (1), umfassend zumindest die folgenden Schritte:
- Zuführen eines glatten Blechbandes (1) hin zu einer formgebenden Vorrichtung (3) entlang einer Führungsrichtung (4);
- Einbringen einer Primärstruktur (5) in das glatte Blechband (1) mit der formgebenden Vorrichtung (3), wobei eine Mehrzahl von separaten Formwerkzeugen (6) im wesentlichen senkrecht zur Führungsrichtung (4) auf das Blechband (1) einwirkt.
Darüber hinaus wird eine Vorrichtung (3) zur Herstellung eines strukturierten Blechbandes (1) beschrieben, die strukturierte Blechbänder (1) mit besonders kleinem Verhältnis von Welllänge zu Wellhöhe herstellen kann. Solche strukturierten Blechbänder (1) werden insbesondere zur Herstellung von Reinigungskomponenten in mobilen Abgasanlagen eingesetzt.

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines strukturierten Blechbandes mit einer Primärstruktur sowie eine Vorrichtung zur Einbringung von zumindest einer Primärstruktur in ein Blechband. Derartige strukturierte Blechbänder werden bevorzugt zur Herstellung von Abgasreinigungskomponenten mobiler Verbrennungskraftmaschinen eingesetzt.

Bei der Abgasbehandlung von mobilen Verbrennungskraftmaschinen, wie z.B. Otto- und Dieselmotoren, ist es bekannt, Komponenten bzw. Strukturen in der Abgasleitung anzuordnen, die eine relativ große Oberfläche bereitstellen. Diese Komponenten werden üblicherweise mit einer adsorbierenden, katalytisch aktiven oder ähnlichen Beschichtung versehen, wobei aufgrund der großen Oberfläche der Komponenten ein inniger Kontakt mit dem vorbeiströmenden Abgas realisiert wird. Solche Komponenten sind beispielsweise Filterelemente zum Herausfiltern von im Abgas enthaltenen Partikeln, Adsorber zum zumindest zeitlich begrenzten Speichern von im Abgas enthaltenen Schadstoffen (z.B. NOx), katalytische Konverter (z.B. 3-Wege-Katalysator, Oxidationskatalysator, Reduktionskatalysator, etc.), Diffusoren zur Strömungsbeeinflussung bzw. Verwirbelung des hindurchströmenden Abgases, oder auch Heizelemente, die gerade nach dem Kaltstart der Verbrennungskraftmaschine das Abgas auf eine vorgegebene Temperatur erwärmen. Im Hinblick auf die Einsatzbedingungen im Abgassystem eines Automobils haben sich grundsätzlich folgende Trägersubstrate bewährt: keramische Wabenkörper, extrudierte Wabenkörper und Wabenkörper aus Metallfolien. Aufgrund der Tatsache, dass diese Trägersubstrate an ihre Funktionen stets anzupassen sind, sind hochtemperaturfeste und korrosionsbeständige Blechfolien besonders gut geeignet, als Ausgangsmaterial zu dienen.

Es ist bekannt, Wabenkörper mit einer Mehrzahl von zumindest teilweise strukturierten Blechfolien herzustellen, die anschließend in ein Gehäuse eingebracht werden und somit einen Trägerkörper bilden, der mit einer oder mehreren der oben genannten Beschichtungen versehen werden kann. Die zumindest teilweise strukturierten Blechfolien werden dabei so angeordnet, dass im wesentlichen parallel zueinander angeordnete Kanäle gebildet sind. Um dies zu gewährleisten ist beispielsweise ein Teil der Blechfolie mit einer Primärstruktur versehen, welche sich unter anderem durch eine regelmäßige, sich wiederholende Struktur auszeichnet, insbesondere eine Art Sinus-Wellung, eine Sägezahn-Struktur, eine Rechteck-Wellung, eine Dreiecks-Wellung, eine Omega-Wellung, oder dergleichen. Mit einer Primärstruktur versehene Blechfolien werden dann (gegebenenfalls abwechselnd mit glatten Zwischenlagen) aufeinander gestapelt, miteinander verwunden und in ein Gehäuse eingefügt. Nach einer fügetechnischen Verbindung der Blechfolien mit dem Gehäuse ist ein Wabenkörper gebildet, der im wesentlichen zueinander parallel Kanäle aufweist.

Weiter ist bekannt, eine zweite, kleine, Struktur in derartige Blechfolien (glatte und/oder welche, die eine Primärstruktur aufweisen) einzubringen, die insbesondere verhindern soll, dass sich unmittelbar nach Eintritt des Abgases in den Wabenkörper eine laminare Strömung ausbildet, wobei ein Gasaustausch von dem Zentrum eines solchen Kanals liegenden Bereichen des Teilabgasstroms mit den z. B. katalytisch aktiven Kanalwandbereichen nicht stattfindet. Diese Sekundärstruktur stellt demnach Anströmflächen bereit, die eine Art Verwirbelung der Teilabgasströme im Inneren eines solchen Kanals zur Folge hat. Dies führt zu einer intensiven Mischung der Teilabgasströme selbst, so dass ein inniger Kontakt der im Abgas enthaltenen Schadstoffe mit der Kanalwand gewährleistet ist. Weiterhin ist es möglich, durch derartige Sekundärstrukturen Strömungspassagen quer zum Kanal zu bilden, die einen Gasaustausch von Teilabgasströmen in benachbarte Kanäle ermöglichen. Aus diesem Grund sind Sekundärstrukturen bekannt, die beispielsweise Leitflächen, Mikrostrukturen, Noppen, Vorsprünge, Flügel, Laschen, Löcher oder ähnliches umfassen. Insofern ergibt sich eine deutlich erhöhte Variationsvielfalt bei der Herstellung metallischer Wabenkörper gegenüber solchen aus keramischem Material, weil mit einem Extrudiervorgang eine derart komplexe Kanalwand nicht bzw. mit nur besonders hohem technischen Aufwand realisiert werden kann.

Weiter ist es bei der Abgasbehandlung von besonderem Interesse, dass eine Umsetzung der im Abgas enthaltenen Schadstoffe nahezu unverzüglich nach dem Start des Motors erfolgt. Dabei sollte dies gemäß den gesetzlichen Bestimmungen bzw. Richtlinien mit einer besonders hohen Effektivität stattfinden. Aus diesem Grund wurden in der Vergangenheit immer dünner werdende Blechfolien eingesetzt. Sehr dünne Blechfolien haben zur Folge, dass eine sehr geringe oberflächenspezifische Wärmekapazität vorliegt. Das heißt, dass dem vorbeiströmenden Abgas relativ wenig Wärme entzogen wird bzw. die Blechfolien selbst relativ schnell eine Temperaturerhöhung erfahren. Das ist deshalb wichtig, weil z.B. die derzeit im Abgassystem eingesetzten katalytisch aktiven Beschichtungen erst ab einer bestimmten Anspringtemperatur mit der Umsetzung der Schadstoffe beginnen, die in etwa bei Temperaturen von 230° C bis 270° C liegt. Mit dem Ziel, bereits nach wenigen Sekunden die Schadstoffe mit einer mindestens 98%-igen Effektivität umzusetzen, werden Blechfolien eingesetzt, die eine Foliendicke beispielsweise kleiner 20 &mgr;m haben.

Aus den oben genannten Zielsetzungen resultieren jedoch eine Reihe fertigungstechnischer und anwendungstechnischer Probleme. Die Herstellung derartiger filigraner Strukturen, insbesondere der Sekundärstrukturen, erfordert besonders präzise arbeitende Werkzeuge, die üblicherweise sehr teuer sind und demnach lange Standzeiten verwirklichen sollten. Dabei ist auch zu berücksichtigen, dass die relativ dünne Foliendicke ein relativ „schonendes" Umformen bedingt. Derartig dünne Metallfolien sind besonders anfällig im Hinblick auf die Kaltverfestigung, welche gerade bei mehrmaligen Umformen auftritt. Dies führt zur Versprödung des Materials und kann gerade im Hinblick auf die im Abgassystem auftretenden, hohen thermischen und dynamischen Belastungen schnell zum Versagen des Bauteils führen. Außerdem ist zu berücksichtigen, dass die Blechfolien bei der Umformung in der Regel nicht gequetscht werden dürfen, da dies schnell zum Einreißen des Materials führen kann. Solche, z.T. sehr kleinen, Risse sind Quellen für eine Rissausbreitung, die wegen der thermischen Wechselbeanspruchung während des späteren Einsatzes ebenfalls die Funktionalität des Bauteils gefährden. Weiter ist zu vermeiden, dass die Blechfolien bei der Herstellung knittern bzw. zum Aufrollen neigen. Die Knitter haben beispielsweise zur Folge, dass unter Umständen Kanäle verstopft werden bzw. Risse gebildet sind, die sich infolge der späteren Belastungen im Abgassystem eines Automobils fortpflanzen und die strukturelle Integrität des Wabenkörpers gefährden. Außerdem ist zu beachten, dass derartige geknitterte oder deformierte Primär- und/oder Sekundärstrukturen sich in einer unerwünschten Weise dem Abgas entgegenstellen, so dass unter Umständen ein erhöhter Staudruck vor dem Abgaskörper festzustellen ist, was gegebenenfalls zur Reduzierung der Motorleistung führen kann.

Bekanntermaßen wird die Blechfolie mittels ineinandergeifender Profilwerkzeuge, beispielsweise nach dem Verfahren des Wellwalzens, mit einer Primärstruktur versehen. Dabei wird das glatte Blechband durch zwei in Umfangsrichtung profilierte Walzen hindurchgeführt, wobei die Walzenachsen senkrecht zur Biegeebene stehen. Die Walzen sind beispielsweise mit evolventenförmig ausgebildeten Profilzähnen ausgestattet, wobei die Profilzähne der Walzen ineinandergreifen. Dabei besteht jedoch die Gefahr, dass das umzuformende Blechband teilweise an den Flanken der Profilzähne eingeklemmt wird und gleichzeitig eine Deformierung durch den Profilzahn-Kopf stattfindet. Dies hat häufig eine Stauchung des Materials im Bereich der Flanken und eine Rissbildung nahe dem Profilzahn-Kopf zur Folge. Weiterhin besteht bezüglich dieses Herstellungsverfahrens die Einschränkung, dass die generierte Primärstruktur im wesentlichen das Profil der Wellwalzen abbildet, welches selbst dadurch limitiert ist, dass die Zähne aufeinander abrollen bzw. wegen des Abwalzvorgangs eine gewisse Steifigkeit bedingen. Dabei sind nur ganz bestimmte Verhältnisse von Welllänge zu Wellhöhe der Primärstruktur herstellbar.

Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die zuvor beschriebenen technischen Probleme zu überwinden. Insbesondere ist es Aufgabe, ein Verfahren zur Herstellung von strukturierten Blechbändern anzugeben, das kostengünstig ist, bevorzugt kontinuierlich durchführbar ist, eine übermäßige Kaltverfestigung der Blechfolien vermeidet, die Gestaltung unterschiedlichster Primär- und Sekundärstrukturen erlaubt sowie eine Primärstruktur generiert, die zur Herstellung von im Abgas mobiler Verbrennungskraftmaschinen geeignet ist, wobei dieser Trägerköper einen sehr geringen Strömungswiderstand, insbesondere bei hohen Kanaldichten und integrierter Sekundärstruktur, aufweisen soll. Weiterhin soll ein Werkzeug zur Herstellung solcher strukturierter Blechbänder angegeben werden, welches geeignet ist, besonders komplexe und strömungstechnisch günstige Strukturen in dünne Blechfolien einzubringen bzw. zu verändern.

Diese Aufgaben werden gelöst mit einem Verfahren zur Herstellung eines strukturierten Blechbandes mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie einer Vorrichtung zur Einbringung von mindestens einer Primärstruktur in ein Blechband mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den jeweils abhängigen Patentansprüchen beschrieben, wobei die dort genannten Merkmale beliebig miteinander kombiniert werden können.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines strukturierten Blechbandes umfasst zumindest die folgenden Schritte:

  • – Zuführen eines glatten Blechbandes hin zu einer formgebenden Vorrichtung entlang einer Führungsrichtung;
  • – Einbringen einer Primärstuktur in das glatte Blechband mit der vorgebenden Vorrichtung, wobei eine Mehrzahl von separaten Formwerkzeugen im wesentlichen senkrecht zur Führungsrichtung auf das Blechband einwirkt.

Ein wesentliches Merkmal dieses Herstellungsverfahrens ist, dass die Herstellung der Primärstuktur nicht mehr durch rotierende, ineinandergreifende Profilwerkzeuge hergestellt wird, sondern dass eine Mehrzahl von separaten Formwerkzeugen eine Art Hubbewegung ausführen und das glatte Blechband in eine vorgegebene Gegenform drücken. Aufgrund der Tatsachen, dass die separaten Formwerkzeuge sich mit einer im wesentlichen senkrechten Bewegung auf die Gegenform zubewegen, sind eine Vielzahl unterschiedlicher, beliebig ausgebildeter Ausführungsformen für eine Primärstruktur erzielbar. Da hier eine Mehrzahl von separaten Formwerkzeugen eingesetzt werden, kann die Materialbelastung weiter reduziert werden. Das bedeutet nämlich, dass jedes Formwerkzeug nur eine relativ kleine Fläche des Blechbandes bearbeitet, wobei (gegebenenfalls in den Zwischenräumen zwischen benachbart angeordneten Formwerkzeugen bzw. durch eine definierte, zeitliche Abfolge der Hubbewegungen der Formwerkzeuge) die Lageveränderung des Blechbandes aufgrund des versetzten, fortschreitenden Umformungsvorganges ausgeglichen wird. Dies hat eine besonders materialschonende Generierung der Primärstruktur zur Folge.

Mit einer Mehrzahl von separaten Formwerkzeugen sind mindestens 2, bevorzugt mindestens 10 und insbesondere sogar mehr als 20 separate Formwerkzeuge gemeint. Dabei bezieht sich diese Anzahl insbesondere nur auf die Formwerkzeuge, die auf der gleichen Seite des Blechbandes angeordnet sind, während bevorzugt auf der gegenüberliegenden Seite des Blechbandes eine Gegenform positioniert wird. Üblicherweise hat eine solche Gegenform mehrere Extrema, in die die separaten Formwerkzeuge eingreifen und unter Umständen fast zum Anliegen kommen (so dass der Spalt in etwa nur noch der Blechdicke entspricht). Betrachtet man nun diese Extrema der Gegenform, so liegen diese üblicherweise auf einer geraden oder gekrümmten Linie. Diese Linie liegt im wesentlichen parallel zur Führungsrichtung des Blechbandes durch die formgebende Vorrichtung. Gerade zu dieser Führungsrichtung bzw. zu dieser Linie werden die separaten Formwerkzeuge im wesentlichen senkrecht bewegt. Eine detailliertere Beschreibung dieses Verfahrens wird nachfolgend mit Bezug auf unterschiedliche Werkzeuge vorgenommen.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens wird nach dem Einbringen der Primärstruktur das strukturierte Blechband getrennt, so dass Blechfolien hergestellt sind. Während das obengenannte Verfahren bevorzugt mit einem von einer Spule abgezogenen Blechband durchgeführt wird, werden gerade bei den eingangs beschriebenen Abgasreinigungskomponenten Blechfolien mit einer bestimmten hänge eingesetzt. Diese Länge hängt wesentlich von dem Aufbau des Wabenkörpers ab, wobei Längen beispielsweise bis 40 cm bei spiralig gewickelten oder auch nur 12 cm bei beispielsweise S-förmig gewundenen Blechfolien zur Herstellung von Trägerkörpern eingesetzt werden.

Weiter wird vorgeschlagen, dass ein strukturiertes Blechband mit einer Primärstruktur erzeugt wird, die durch eine Welllänge und eine Wellhöhe charakterisiert ist, wobei das Verhältnis von Welllänge zu Wellhöhe kleiner 2 ist, insbesondere kleiner 1,5. Grundsätzlich sei zunächst angemerkt, dass die Begriffe „Welllänge" und „Wellhöhe" nicht nur auf eine „wellen"-ähnliche Primärstruktur anzuwenden sind, sondern sich derartige Verhältnisse auch in analoger Weise auf andere Primärstrukturen anwenden lässt. Die Welllänge beschreibt dabei den Abstand zwischen zwei gleichartigen Extrema, beispielsweise zwei direkt benachbarten Wellenbergen oder zwei direkt benachbarten Wellentälern. Damit ist klar, dass hierbei die Wiederhollänge der Primärstruktur gemeint ist. Unter der Wellhöhe ist der Abstand zweier entgegengesetzter Extrema zu verstehen, also beispielsweise der Abstand eines Wellenberges hin zum benachbarten Wellental. Üblicherweise stehen Welllänge und Wellhöhe senkrecht aufeinander.

Ein Verhältnis von Welllänge zu Wellhöhe kleiner 2, insbesondere kleiner 1,5 beschreibt Primärstrukturen mit relativ steil abfallenden Flanken. Solche Primärstrukturen bilden später beim Zusammensetzen zu einer Wabenstruktur (eines für das Abgas durchströmbaren Trägerkörpers) Kanäle mit vorteilhaften Eigenschaften. So ist beispielsweise möglich, in den Zwickeln, also in den Kontaktbereichen benachbart zueinander angeordneter Blechfolien, relativ einfach die erforderliche Menge Lot und/oder Beschichtung vorzusehen, so dass hier sehr kostengünstig gearbeitet werden kann. Darüber hinaus zeichnen sich solche Kanäle durch ein verbessertes Strömungsverhalten aus, insbesondere da die Flanken relativ dicht beieinander stehen und somit ein inniger Kontakt des hindurchströmenden Abgases mit den z. T. beschichteten Kanalwänden möglich ist.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens ist das Blechband bzw. die Blechfolie aus einem hochtemperatur- und korrosionsbeständigen Material, und hat eine Dicke, die kleiner als 0,11 mm beträgt, insbesondere kleiner 0,06 mm und bevorzugt sogar 0,03 mm. Das Material enthält vorzugsweise Chrom und/oder Aluminium (in der Regel mit einer Eisen-Basis), und/oder umfasst eine Nickel-Basis. Gerade bei derartigen Materialien mit den angegebenen Dicken musste zuvor mit einer Schädigung bei der Einbringung der Primärstruktur gerechnet werden. Dies hat einerseits Ursprung darin, dass die angegebenen Materialien sehr leicht zur Kaltverfestigung neigen, andererseits aber auch durch ihre Materialdicke ein Risiko darstellten. Insofern ist das vorgeschlagene Verfahren mit den separaten Formwerkzeugen, die im wesentlichen senkrecht zur Führungsrichtung auf das Blechband einwirken besonders für die hier genannten Materialien bzw. Materialdicken vorteilhaft. Vorteilhafterweise lassen sich mit den Blechfolien, wie sie in der Beschreibung charakterisiert sind, Trägerkörper herstellen, die eine Kanaldichte von mehr als 200 cpsi („calls per sgaure inch") haben, insbesondere mehr als 400 cpsi und bevorzugt sogar mehr als 800 cpsi.

Gemäß noch einer Weiterbildung des Verfahrens wird vorgeschlagen, dass vor dem Einbringen des Blechbandes in die formgebende Vorrichtung Löcher und/oder Schlitze in das Blechband eingebracht werden, insbesondere mit dem Fertigungsverfahren Stanzen. Derartige Löcher, beispielsweise mit einem Durchmesser von 2 mm bis 6 mm, dienen üblicherweise als Passage für Teilabgasströme in Abgasreinigungskomponenten, die einen Gasaustausch benachbarter Kanäle ermöglichen. Die Schlitze dienen üblicherweise als Ausgangspunkt für die Sekundärstruktur, die an den Stellen der Schlitze durch Deformierung des Blechbandes wie Umstülpen, Aufbiegen, Aufweiten, etc. hergestellt wird. Dabei werden insbesondere Leitflächen, Flügeln oder ähnliche Strukturen gebildet. Es ist aber auch möglich, dass die Löcher direkt an den Schlitzen angeordnet sind. Damit ist insbesondere gemeint, dass die Schlitze in den Randbereichen Aufweitungen haben, die die Kerbwirkung reduzieren. In diesem Fall haben die Löcher bzw. Aufweitungen einen Radius, der deutlich kleiner als 1 mm ist. Grundsätzlich ist noch anzumerken, dass dem Fachmann eine Vielzahl von Fertigungsverfahren bekannt sind, wie derartige Löcher und/oder Schlitze (ggf. auch gemeinsam) in ein Blechband einzubringen sind. Hier wird das Fertigungsverfahren Stanzen favorisiert, da sich dieses besonders kostengünstig auch im Rahmen einer Serienfertigung einsetzen lässt.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird das Blechband nach dem Einbringen der Primärstruktur mittels miteinander kämmender Profilwerkzeuge mit einer Sekundärstruktur versehen, wobei diese bevorzugt Löcher und/oder Schlitze im Blechband zumindest teilweise begrenzt. Üblicherweise wird dieser Verfahrensschritt noch vor dem Trennen des strukturierten Blechbandes in separate Blechfolien durchgeführt. Bei den hier genannten, miteinander kämmenden Profilwerkzeugen sind insbesondere solche gemeint, die keine Flanken aufweisen, welche aufeinander abrollen. Vielmehr handelt es sich hierbei um stiftartige Konstruktionen, die bevorzugt nur mit den Bereichen des Blechbandes in Kontakt treten, an denen später die Sekundärstruktur ausgebildet wird. Dabei dienen beispielsweise die Löcher und/oder Schlitze als Positionierungshilfen.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung zur Einbringung von zumindest einer Primärstruktur in ein zugeführtes Blechband mit einer Mehrzahl von separaten, nebeneinander angeordneten Formwerkzeugen vorgeschlagen, welche jeweils eine Kontaktfläche haben, die im wesentlichen einem Abschnitt der Primärstruktur entspricht. Die Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die Formwerkzeuge im wesentlichen senkrecht zur Führungsrichtung des Blechbandes und zumindest teilweise zueinander versetzt bewegbar sind. Bezüglich dieser Vorrichtung wird an dieser Stelle auf die Erläuterungen, wie sie bereits mit Bezug auf das Verfahren vorgenommen wurden, Bezug genommen.

Darüber hinaus ist anzumerken, dass als „Kontaktfläche" der Teil der Formwerkzeuge zu betrachten ist, welcher mit dem Blechband in Kontakt tritt, also mit dessen Umformung bewirkt. Diese Kontaktfläche ist so ausgebildet, dass sie im wesentlichen einen Abschnitt der Primärstruktur darstellen. Damit ist gewährleistet, dass die Formwerkzeuge das Blechband mit der gewünschten Primärstruktur in beispielsweise eine Gegenform hineindrücken bzw. einpressen können. Die Anordnung der separaten Formwerkzeuge nebeneinander erfolgt dabei bevorzugt in einer solchen Weise, dass für den Fall, dass sich alle Formwerkzeuge im Eingriff mit dem Blechband bzw. der Gegenform befinden (also ihren maximalen Hub aufweisen), die Kontaktflächen der Formwerkzeuge aneinander angrenzen und/oder im wesentlichen parallel zu einem Profil der Gegenform positioniert sind.

Die zueinander versetzte Bewegung der separaten Formwerkzeuge gewährleistet, dass ausreichend Material des Blechbandes in die Verformungsregion nachgezogen werden kann, und somit eine übermäßige Beanspruchung des Blechbandes bei der Umformung vermieden wird (übermäßige Dehnung, übermäßige Stauchung, Kaltverfestigung, etc). Damit ist klar, dass ein größerer Bereich des Blechbandes nahe der Formwerkzeuge angeordnet ist, dieser Bereich jedoch zu unterschiedlichen Zeitpunkten bzw. mit unterschiedlicher Intensität zum gleichen Zeitpunkt umgeformt wird. Demnach ist eine „zueinander versetzte Bewegung" so zu verstehen, dass die Hubbewegung zueinander benachbart angeordneter Formwerkzeuge zu unterschiedlichen Zeitpunkten, mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten, mit unterschiedlicher Kraft und/oder mit unterschiedlicher Krafteinwirkungsrichtung stattfindet.

Bevorzugt erfolgt die Umformung des Blechbandes in der Weise, dass ein außen angeordnetes Formwerkzeug (bzw. ein Formwerkzeug, welches in Führungsrichtung zuletzt angeordnet ist) mit der Hubbewegung beginnt, und zeitlich nacheinander die angrenzenden, benachbarten Formwerkzeuge ihre Hubbewegung durchführen, bis das andere, gegenüberliegende (bzw. in Führungsrichtung zuerst angeordnete) Formwerkzeug erreicht ist. Dabei ist besonders vorteilhaft, wenn zu keinem Zeitpunkt des Umformschrittes alle separaten Formwerkzeuge mit dem Blechband in Eingriff sind, vielmehr sollen höchstens die Hälfte der separaten Formwerkzeuge, insbesondere weniger als ein Drittel der separaten Formwerkzeuge, mit dem Blechband in Kontakt sein. Andererseits sollten mindestens 2, vorzugsweise mindestens 3, insbesondere mindestens 5 derartige Formwerkzeuge gleichzeitig eine Kraft auf das Blechband bei der Umformung ausüben, um ein sicheres Halten sowie eine kontinuierliche Umformung zu ermöglichen.

Weiter wird vorgeschlagen, dass die Primärstruktur eine Welllänge und eine Wellhöhe hat, und das Verhältnis von Welllänge zu Wellhöhe bevorzugt kleiner 2 ist, wobei die Formwerkzeuge eine Breite haben, die kleiner als das 10fache der Welllänge ist, insbesondere kleiner als das 5fache der Welllänge. Betreffend die Begriffe Wellhöhe und Welllänge sei auf die obigen Ausführungen verwiesen. Bei der hier beschriebenen Vorrichtung wird die Breite der separaten Formwerkzeuge näher definiert. Dabei werden relativ schmale Formwerkzeuge angegeben, die nur eine bestimmte Anzahl von Wellenbergen bzw. Wellentälern ausbilden. Ganz besonders bevorzugt entspricht die Breite der Formwerkzeuge im wesentlichen der doppelten Welllänge. Diese relativ schmale Ausführung der Formwerkzeuge hat eine besonders schonende Umformung des Blechbandes zur Folge, da gleichzeitig nur ein sehr begrenzter Bereich des Blechbandes umgeformt wird. Damit werden Materialflüsse im Blechband durch Stauchen oder Dehnen deutlich reduziert.

Weiter wird vorgeschlagen, dass Mittel vorgesehen sind, die eine räumlich versetzte Hubbewegung der separaten Formwerkzeuge gewährleisten, wobei vorzugsweise eine zeitliche Überlagerung der Hubbewegungen benachbarter Formelemente möglich ist. Unter einer „räumlich versetzten Hubbewegung" ist insbesondere zu verstehen, dass alle Formwerkzeuge betragsmäßig die gleiche Hubbewegung ausführen, diese aber während des Umformvorganges unterschiedlich erfolgen, so dass zumindest eine Mehrzahl der Formwerkzeuge sich hinsichtlich ihrer Hubbewegung in unterschiedlichen Stadien befinden. Mit einer „zeitlichen Überlagerung der Hubbewegung" ist insbesondere gemeint, dass sich eine Mehrzahl von Formwerkzeugen gleichzeitig nicht in ihren Extremstellungen befinden sondern die Hubbewegung ausführen.

Als ein Mittel für eine solche Hubbewegung wird eine Nockenwelle mit in Rotationsrichtung zueinander versetzten Nocken vorgeschlagen. Eine solche Nockenwelle kann beispielsweise derart ausgebildet sein, dass diese eine Mehrzahl von in axialer Richtung gesehen nebeneinander angeordneten Nockenabschnitten aufweist, die in Rotationsrichtung zueinander versetzt angeordnet sind, bzw. in Rotationsrichtung zueinander versetzte Maxima der Nocken haben. Üblicherweise entsprechen die Anzahl der Nocken der Mehrzahl von separaten, nebeneinander angeordneten Formwerkzeugen, die mit den Nocken so in Kontakt gebracht sind, dass diese ihre Hubbewegung ausführen. Die Hubbewegung kann dabei durch die spezielle Ausgestaltung der Nocken einfach angepasst werden, so dass die Geschwindigkeit oder auch der Hubweg durch das Profil der Nocken leicht einstellbar ist. Um eine zeitliche Überlagerung von benachbart angeordnetem Formwerkzeug zu realisieren, überlappen sich die entsprechenden Nocken zumindest teilweise bei einer stirnseitigen Ansicht der Nockenwelle in Rotationsrichtung.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Vorrichtung umfassen die Mittel einen Schlitten, der relativ so zu den Formwerkzeugen bewegbar angeordnet ist, dass durch die Relativbewegung und eine geeignete Verbindung des Schlittens mit den Formwerkzeugen eine Hubbewegung erzeugt wird. Während bei der zuvor genannten Nockenwelle die Relativbewegung durch eine Rotationsbewegung der Nockenwelle generiert wird, beschreibt der Schlitten eine translatorische oder eine ähnliche Bewegung, die insbesondere mit einer geeigneten Führung durchgeführt wird. Das heißt mit anderen Worten, dass ein solcher Schlitten nacheinander so mit den separaten Formwerkzeugen in Kontakt gebracht wird, dass dieser eine Kraft auswirkt, die eine Hubbewegung zur Folge hat. Beispielsweise lässt sich das dadurch verwirklichen, dass ein solcher Schlitten auf der den Kontaktflächen der Formwerkzeuge gegenüberliegenden Seite vorbeigeführt wird, wobei eine Ablauffläche die Formwerkzeuge hin zur Position des Blechbandes drückt. Die Hubbewegung, insbesondere deren Geschwindigkeit und deren Hubweg, kann durch eine geeignete Profilierung dieser Abrollfläche eingestellt werden. Außerdem ist es möglich, durch die Geschwindigkeit, mit der der Schlitten an den Formwerkzeugen vorbeigeführt wird, die Taktfrequenz der Bearbeitungsschritte zu beeinflussen.

Weiter wird vorgeschlagen, dass die separaten Formwerkzeuge parallel zueinander angeordnet sind. Das bedeutet mit anderen Worten, dass die Führungsrichtung des Blechbandes im wesentlichen ebenfalls gerade ist. Bei einer solchen Anordnung der Formwerkzeuge bietet sich besonders die Generierung der Hubbewegung mittels der oben beschriebenen Nockenwelle an.

Alternativ dazu wird auch vorgeschlagen, dass die Formwerkzeuge schräg zueinander angeordnet sind, insbesondere mit einem Winkel ausgehend von ihren Kontaktflächen von wenigstens 10°. Ganz besonders vorteilhaft ist es dabei, dass die Formwerkzeuge strahlenförmig angeordnet sind, wobei in einem Zentrum ein Profilrad vorgesehen ist. Bei einer solchen schrägen Anordnung der Formwerkzeuge ist üblicherweise davon auszugehen, dass die Bereiche der Formwerkzeuge, welche die Kontaktflächen bilden, zueinander den kleinsten Abstand aufweisen. Die schräge Anordnung der Formwerkzeuge erlaubt einen relativ kompakten Aufbau der Vorrichtung. Die Formwerkzeuge, zwischen denen bevorzugt stets derselbe Winkel vorliegt, können letztendlich eine kreisförmige Fläche bedecken; es ist jedoch auch möglich, dass nur Teilkreisabschnitte, wie beispielsweise ein Halbkreis oder ein Dreiviertelkreis, durch die Formwerkzeuge gebildet sind.

Die Formwerkzeuge führen in diesem Fall eine Hubbewegung aus, die radial einwärts, hin zum Zentrum gerichtet ist, wenn eine Deformierung bzw. Umformung des Blechbandes vorgenommen werden soll. Als Gegenform ist im Zentrum ein Profilrad vorgesehen, das im wesentlichen die Negativform der Kontaktflächen der Formwerkzeuge umfasst. Dieses Profilrad kann gleichzeitig zum Vorschub des strukturierten Blechbandes benutzt werden, wenn es mit einer entsprechenden Antriebseinheit verbunden ist. Während der Ausbildung der Primärstruktur, also während der Hubbewegung der Formwerkzeuge, findet in Führungsrichtung jedoch keine Relativbewegung des Profilrades gegenüber den Formwerkzeugen statt.

In diesem Zusammenhang ist es auch besonders vorteilhaft, dass das Profilrad eine Drehrichtung und ein auf einer äußeren Kreisbahn geführten Schlitten eine entgegengesetzte Bewegungsrichtung hat. Dadurch wird wieder das Prinzip verwirklicht, dass sich die Umformung des Blechbandes bzw. die Herstellung der Primärstruktur stets von dem bereits umgeformten Bereich des Blechbandes ausgehend entgegengesetzt der Führungsrichtung fortpflanzt. Dadurch wird gewährleistet, dass glatte Bereiche des Blechbandes in die Profile nachgezogen werden können.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Vorrichtung wird vorgeschlagen, dass Mittel für eine kontinuierliche Zufuhr und Abfuhr des Blechbandes vorhanden sind, die vorzugsweise einen Vorschub von mindestens 20 m/min (Meter pro Minute) gewährleisten. Unter einer „kontinuierlichen Zufuhr und Abfuhr" ist in diesem Zusammenhang insbesondere gemeint, dass ein stetiges, ununterbrochenes, automatisches Transportieren des Blechbandes vorliegt, wobei zeitlich über eine Stunde gemittelt ein Vorschub von mindestens 20 m/min erreicht wird.

Schließlich wird auch noch vorgeschlagen, dass die Mittel zur Gewährleistung der Hubbewegung der separaten Formwerkzeuge mit einem Antrieb verbunden sind, der zumindest noch eine weitere Einrichtung aus der Reihe der folgenden Einrichtungen antreibt: eine Zufuhreinrichtung des Blechbandes; eine Profilierungseinrichtung zur Erzeugung einer Sekundärstruktur mit miteinander kämmenden Profilwerkzeugen; eine Stanzeinrichtung zur Erzeugung von Löchern und/oder Schlitzen in das Blechband; eine Trenneinrichtung zur Erzeugung von separaten Blechfolien aus dem Blechband.

Dadurch wird gewährleistet, dass die weiteren Verfahrensschritte zur Umformung des Blechbandes bzw. alle vorgelagerten Verfahrensschritte exakt auf den Bewegungsablauf in der formgebenden Vorrichtung abgestimmt ist. Zwar wäre es auch möglich, eine solche Abgleichung der Bewegungen mittels EDV-Hilfsmittel und/oder Software zu erreichen, aus Prozesssicherheitsgründen ist jedoch hier eine Kopplung der einzelnen Antriebsaggregate durch geeignete Antriebsstränge bevorzugt.

Die Erfindung sowie deren technisches Umfeld wird nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Dabei sei darauf hingewiesen, dass die Figuren besonders bevorzugte, vorteilhafte Ausführungsbeispiele zeigen, die jedoch die Erfindung nicht begrenzen. Es zeigen:

1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,

2 eine Detailansicht des Ausführungsbeispiels aus 1,

3 ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

4 einen Trägerkörper für eine Abgasreinigungskomponente mit einer Blechfolie nach dem erfindungsgemäßen Verfahren,

5 ein Ausführungsbeispiel einer strukturierten Blechlage wie sie mit einem erfindungsgemäßen Verfahren herstellbar ist,

6 schematisch den Ablauf der Herstellung eines strukturierten Blechbandes, welches als Katalysator-Trägerkörper eingesetzt werden kann, und

7 schematisch den Aufbau einer Fertigungsstraße für strukturierte Blechfolien nach einem erfindungsgemäßen Verfahren.

1 zeigt eine Vorrichtung 3 zur Einbringung von zumindest einer Primärstruktur 5 in ein zugeführtes Blechband 1 mit einer Mehrzahl von separaten, nebeneinander angeordneten Formwerkzeugen 6, welche jeweils eine Kontaktfläche 14 haben, die im wesentlichen einem Abschnitt 15 der Primärstruktur 5 entspricht. Dieses lässt sich insbesondere aus dem vergrößerten Teilbereich, wie er in 2 dargestellt ist, erkennen. Die Formwerkzeuge 6 sind im wesentlichen senkrecht zur Führungsrichtung 4 des Blechbandes 1 und zumindest teilweise zueinander versetzt bewegbar. Die Vorrichtung 3 weist Mittel zur Erzeugung einer Hubbewegung 33 der Formwerkzeuge 6 auf, so dass eine zeitliche Überlagerung der Hubbewegung 33 benachbarter Formwerkzeuge 6 möglich ist. Zu diesen Mitteln zählt der Schlitten 20, der relativ so zu den Formwerkzeugen 6 bewegbar angeordnet ist, dass durch die Relativbewegung und eine geeignete Verbindung des Schlittens 20 mit den Formwerkzeugen 6 die Hubbewegung 33 erzeugt wird.

Dabei sind hier die Formwerkzeuge 6 schräg, insbesondere strahlenförmig, zueinander angeordnet, wobei diese einen Winkel 21 ausgehend von ihren Kontaktflächen 14 von wenigstens 10° aufweisen. Bevorzugt wird der Schlitten 20 mit einer gleichmäßigen Geschwindigkeit auf der Kreisbahn 25 mit einer Bewegungsrichtung 26 angetrieben. Dabei ist bevorzugt ein Bereich vorgesehen, während dessen der Schlitten 20 bei seiner Bewegung keinen Kontakt mit einem Formwerkzeug 6 hat, wie dies im unteren linken Teilabschnitt gezeigt ist. Dieser Teilabschnitt, bzw. der Zeitraum, den der Schlitten 20 benötigt, um diesen Teilabschnitt zu durchfahren, wird genutzt, um einen Vorschub bezüglich des Blechbandes 1 zu realisieren. Dazu dreht sich das Profilrad 23 im Zentrum 22 in Drehrichtung 24. Vorzugsweise dreht sich das Profilrad 23 so weit, dass die zuletzt gebildete Primärstruktur 5 nun gerade nahe dem in Führungsrichtung 4 zuletzt angeordneten Formwerkzeug 6 positioniert ist. Dieser Vorschub-Vorgang ist abgeschlossen, wenn der Schlitten 20 gerade dieses zuletzt angeordnete Formwerkzeug 6 erreicht und bei ihm eine Hubbewegung 33 bewirkt.

3 zeigt schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel einer formgebenden Vorrichtung 3 zur Herstellung strukturierter Blechbänder 1 mit einer Primärstruktur 5. Wiederum sind eine Mehrzahl, diesmal im wesentlichen parallel zueinander angeordnete, Formwerkzeuge 6 vorgesehen, die nacheinander versetzt zueinander eine Hubbewegung 33 ausführen können. Zur Erzeugung dieser Hubbewegung 33 ist auf der den Kontaktflächen 14 der Formwerkzeuge 6 abgewandten Seite eine Nockenwelle 17 mit in Rotationsrichtung 18 versetzt zueinander angeordneten Nocken 19 vorgesehen. Diese Nocken 19 drücken die Formwerkzeuge 6 bei den dargestellten Ausführungsbeispiel nach oben, wobei eine Reduzierung im Durchmesser des Nockens 19 wiederum ein Absenken der Formwerkzeuge 6 zur Folge hat. Wie aus der 3 zu erkennen ist, bilden die benachbart zueinander angeordneten Nocken 19 ein Gefälle bzw. eine Steigung, wobei die Nocken 19 zu unterschiedlichen Zeitpunkten, je nach Rotationswinkel der Nockenwelle 17, mit anderen Formwerkzeugen 6 in Kontakt treten.

Durch die Hubbewegung 33 drücken die Formwerkzeuge 6 das Blechband 1 in eine Gegenform 46, die hier ebenfalls eine Hubbewegung 33 ausführen kann. Bei der dargestellten Ausführungsform beginnen zunächst die rechts angeordneten Formwerkzeuge 6 mit einer Umformung des Blechbandes 1, wobei nach und nach die weiter links angeordneten Formwerkzeuge 6 eine Umformung bewirken. Ist schließlich auch das äußerste, in der Darstellung am weitesten links gelegene Formwerkzeug 6 mit seiner Hubbewegung 33 am Ende, so wird hier mit der Gegenform 46 ein Vorschub des Blechbandes 1 bewirkt, indem dieses entlang der Pfeile 47 verfährt. Dabei sind die Formwerkzeuge 6 nicht mehr im Eingriff mit der Primärstruktur 5 des Blechbandes 1, die Gegenform 46 verfährt teilweise nach rechts in der Darstellung, hebt dann nach oben ab, und verfährt anschließend wieder nach links, so dass dessen Profilierung wieder direkt gegenüber den Kontaktflächen 14 der Formwerkzeuge 6 angeordnet ist. Dann liegt wieder ein glatter Abschnitt des Blechbandes 1 zwischen den Formwerkzeugen 6 und der Gegenform 46.

Auch bei diesem Ausführungsbeispiel ist es möglich, dass die Nocken 19 der Nockenwelle 17 so gestaltet sind, dass zu einem bestimmten Zeitpunkt bzw. für einen bestimmten Zeitraum keine der Nocken 19 mit den Formwerkzeugen 6 in Kontakt stehen und genau dieser Zeitpunkt bzw. Zeitraum zum Vorschub des Blechbandes 1 genutzt wird. Das hat den Vorteil, dass die Nockenwelle 17 stets mit einer gleichen Geschwindigkeit kontinuierlich angetrieben werden kann.

4 zeigt schematisch und perspektivisch einen Trägerkörper 38 als Abgasreinigungskomponente für mobile Anwendungen, wie beispielsweise bei Automobilen, Motorrädern, Rasenmähern etc.. Die nach dem obengenannten Verfahren bzw. mit den zuvor beschriebenen Vorrichtungen hergestellten Blechfolien 2 werden gestapelt bzw. geschichtet und anschließend so gewunden bzw. aufgewickelt, dass sie eine Wabenstruktur 39 mit einer Mehrzahl von im wesentlichen parallel zueinander angeordneten Kanälen 35 bilden. Diese Wabenstruktur 39 wird üblicherweise in ein entsprechendes Gehäuse 37 eingesetzt und mit diesem fügetechnisch, insbesondere mit einem Lötverfahren, verbunden. Der daraus resultierende Trägerkörper 38 kann als katalytischer Konverter, Partikelfalle, Adsorber, Strömungsmischer etc. eingesetzt werden. Bevorzugt sind dabei die Kanäle 35, die sich von einer Stirnseite 40 bis hin zur gegenüberliegenden im wesentlichen durchgängig erstrecken, wobei auch eine Verbindung benachbarter Kanäle 35 zueinander vorgesehen sein kann.

In dem vergößert dargestellten Ausschnitt lassen sich wiederum Blechfolien 2 erkennen, wobei ein Teil dieser Blechfolien 2 eine Primärstruktur 5 aufweist. Außerdem weisen die Blechfolien 2 eine Sekundärstruktur 13 auf, die zumindest teilweise von einem Loch 10 begrenzt werden. Diese Löcher 10 gewährleisten, dass ein Gasaustausch hinsichtlich benachbart angeordneter Kanäle 35 möglich ist. Die Primärstruktur 5 der Blechfolie 2 gewährleistet eine sehr große Oberfläche 36 des Trägerkörpers 38, so dass ein inniger Kontakt von Abgas mit einer, auf der Oberfläche 36 angeordneten, Beschichtung 34 ermöglicht ist. Um ein schnelles Umsetzen mittels der Beschichtung 34 zu bewirken, weisen die Blechfolien 2 bevorzugt eine Dicke 9 auf, die kleiner 0,1 mm ist, insbesondere kleiner 0,5 mm.

5 zeigt schematisch und perspektivisch eine Blechfolie 2 mit einer Primärstruktur 5 und einer Sekundärstruktur 13. Die Primärstruktur 5 ist von wellenähnlicher Gestalt und weist Wellenberge 41 und Wellentäler 42 auf. Die Wellenberge 41 und Wellentäler 42 verlaufen im wesentlichen parallel zueinander über die gesamte Länge 48 der Blechfolie 2. Zusätzlich ist die Blechfolie 2 mit einer Sekundärstruktur 13 versehen, wobei diese eine Mehrzahl von Leitflächen 43 umfasst, die sich ausgehend von den Wellentälern 42 nach oben und ausgehend von den Wellenbergen 41 nach unten erstrecken. Nahe dieser Leitflächen 43 sind Löcher 10 vorgesehen, die eine Grenzströmung in Strömungsrichtung 44 entlang der Blechfolie 2 abschälen und in benachbarte Teilbereiche umlenken.

6 zeigt schematisch eine Ausgestaltung des Verfahrens zur Herstellung von mehrfach strukturierten Blechfolien 2 bzw. Blechbändern 1. Der mit (A) gekennzeichnete Schritt umfasst das Einbringen von mehreren Schlitzen 11 in einen Innenbereich des im wesentlichen ebenen Blechbandes 1. In der dargestellten Ausführungsform sind die Schlitze 11 im wesentlichen parallel zu den Kanten des Blechbandes 1 angeordnet, dies ist aber nicht zwingend der Fall. Die Schlitze 11 können in beliebiger Anordnung zueinander vorgesehen werden. Die Schlitze 11 sind hier zumindest teilweise auch mit Löchern 10 in den Randbereichen dargestellt, wobei die Löcher 10 die Aufgabe haben, nach der Ausbildung der Sekundärstruktur 13 eine Rissausbreitung ausgehend von den Randbereichen der Schlitze 11 zu vermeiden.

Während des Schrittes (B) wird das Blechband 1 erstmalig umgeformt, wobei eine Primärstruktur 5 mit einer ersten Welllänge 7 erzeugt wird. Demnach wurde das bereits mit Löchern 10 und Schlitzen 11 versehene Blechband 1 beispielsweise mit einer der oben genannten formgebenden Vorrichtungen 3 mit einer Primärstruktur 5 versehen. Die Primärstruktur 5 lässt sich einfach von der Kante aus erkennen, wobei zwei gleichartige, benachbarte Extrema (Wellenberge 41 bzw. Wellentäler 42) die erste Welllänge 7 beschreiben. Als weiteres Kriterium für die Beschreibung der Primärstruktur 5 ist die Wellhöhe 8 heranzuziehen, wobei hier nach dem ersten Umformschritt beispielsweise eine erste Wellhöhe 8 vorliegt, und in dieser Phase das Verhältnis von Welllänge 7 zu Wellhöhe 8 kleiner 2 beträgt.

In einem weiteren Umformschritt (C) wird die Sekundärstruktur 13 in das Blechband 1 eingebracht. Die dargestellte Sekundärstruktur 13 weist wiederum Löcher 10 und Leitflächen 43 auf, die entgegengesetzt ausgerichtet sind. Die Sekundärstruktur 13 überlagert die Primärstruktur 1.

In dem dargestellten Umformschritt (D) wird die Primärstruktur 5 gerafft bzw. so umgeformt, dass eine zweite Welllänge 7 erzeugt wird, die kleiner als die erste Welllänge 7 ist. In der Darstellung ist zu erkennen, dass durch die Reduzierung der Welllänge 7 eine entsprechende Vergrößerung der Wellhöhe 8 stattfindet, also die erste Wellhöhe 8 kleiner als die zweite Wellhöhe 8 ist. Mit dem hier gezeigten Verfahren kann das Verhältnis von Welllänge 7 zu Wellhöhe 8 weiter reduziert werden, beispielsweise auf Werte kleiner 1,5.

Grundsätzlich ist hier jedoch darauf hinzuweisen, dass die Verfahrensschritte (B) und (C) auch in einem Fertigungsschritt durchführbar sind. Das heißt mit anderen Worten, dass die formgebende Vorrichtung 3 bzw. die Formwerkzeuge 6 so ausgebildet sein können, dass gleichzeitig die Primärstruktur 5 und die Sekundärstruktur 13 beim Kontakt mit dem Blechband 1 generiert werden können.

7 zeigt schematisch den Aufbau einer Fertigungsstraße, wie er zur Herstellung von strukturierten Blechfolien eingesetzt werden kann. Ausgehend von der Metallband-Spule, auf der das glatte, unstrukturierte Blechband 1 aufgewickelt ist, wird das Blechband 1 mittels einer Zufuhreinrichtung 28 zunächst einer Stanzeinrichtung 29 zugeführt. Dort werden beispielsweise die Öffnungen 10 und/oder Schlitze 11 in das Metallband 1 eingebracht (nicht näher dargestellt). Anschließend wird das Blechband 1 weiter zu einer Justiereinrichtung 32 geführt, die den Vorschub des Blechbandes 1 beispielsweise durch Erfassung der Stanzungen bzw. der Löcher 10 und Schlitze 11 genau überprüft. Anschließend wird das Blechband 1 der formgebenden Vorrichtung 3 zugeführt, wobei in der dargestellten Ausführungsform die Formwerkzeuge 6 wieder strahlenförmig angeordnet sind. Nach dem Verlassen der formgebenden Vorrichtung 3 wird das strukturierte Blechband 1 nun einer Profilierungseinrichtung 31 zugeführt, die zwei miteinander kämmende Profilwerkzeuge 12 hat. Beim Hindurchführen des Blechbandes 1 durch die Profilwerkzeuge 12 wird die Sekundärstruktur 13 (nicht dargestellt) ausgebildet. Schließlich wird das fertig gestaltete Blechband 1 noch einer Trenneinrichtung 30 zugeführt, wobei das Blechband 1 in Blechfolien 2 mit einer vorgegebenen Länge bzw. Breite abgeschert wird.

Wie aus 7 weiter zu entnehmen ist, weist die formgebende Vorrichtung 3 einen Antrieb 27 auf, der zum Antrieb der Formwerkzeuge 6 dient, wobei dieser gleichzeitig für zumindest die Stanzeinrichtung 29, die Profilierungseinrichtung 31 und/oder die Trenneinrichtung 30 als Antrieb zur Verfügung steht.

Das hier beschriebenen Verfahren bzw. die hier genannten Vorrichtungen zur Herstellung von strukturierten Blechbändern sind besonders preiswert und prozesssicher. Unerwünschte Deformierungen des Blechbandes, welche gerade im Hinblick auf den Einsatz in Abgasanlagen mobiler Verbrennungskraftmaschinen unerwünscht sind, werden nahezu vollständig vermieden. Zudem lassen sich extrem hohe Taktzeiten und somit ein besonders hoher Ausstoß von Blechfolien verwirklichen.

1Blechband 2Blechfolie 3Vorrichtung 4Führungsrichtung 5Primärstruktur 6Formwerkzeug 7Welllänge 8Wellhöhe 9Dicke 10Loch 11Schlitz 12Profilwerkzeug 13Sekundärstruktur 14Kontaktfläche 15Abschnitt 16Breite 17Nockenwelle 18Rotationsrichtung 19Nocken 20Schlitten 21Winkel 22Zentrum 23Profilrad 24Drehrichtung 25Kreisbahn 26Bewegungsrichtung 27Antrieb 28Zufuhreinrichtung 29Stanzeinrichtung 30Trenneinrichtung 31Profilierungseinrichtung 32Justiereinrichtung 33Hubbewegung 34Beschichtung 35Kanal 36Oberfläche 37Gehäuse 38Trägerkörper 39Wabenstruktur 40Stirnseite 41Wellenberg 42Wellental 43Leitfläche 44Strömungsrichtung 45Flanke 46Gegenform 47Pfeil 48Länge

Anspruch[de]
  1. Verfahren zur Herstellung eines strukturierten Blechbandes (1), umfassend zumindest die folgenden Schritte:

    – Zuführen eines glatten Blechbandes (1) hin zu einer formgebenden Vorrichtung (3) entlang einer Führungsrichtung (4);

    – Einbringen einer Primärstruktur (5) in das glatte Blechband (1) mit der formgebenden Vorrichtung (3), wobei eine Mehrzahl von separaten Formwerkzeugen (6) im wesentlichen senkrecht zur Führungsrichtung (4) auf das Blechband (1) einwirkt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem nach dem Einbringen der Primärstruktur (5) das strukturierte Blechband (1) getrennt wird, so dass Blechfolien (2) hergestellt sind.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem ein strukturiertes Blechband (1) mit einer Primärstruktur (5) erzeugt wird, die durch eine Welllänge (7) und eine Wellhöhe (8) charakterisiert ist, wobei das Verhältnis von Welllänge (7) zu Wellhöhe (8) kleiner 2 ist, insbesondere kleiner 1,5.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei dem das Blechband (1) bzw. die Blechfolie (2) aus einem hochtemperatur- und korrosionsbeständigen Material, vorzugsweise Chrom und/oder Aluminium enthaltend, und/oder auf Nickel-Basis, ist und eine Dicke (9) hat, die kleiner als 0,11 mm beträgt, insbesondere kleiner 0,06 mm und bevorzugt sogar kleiner 0,03 mm.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem vor dem Einbringen des Blechbandes (1) in die formgebende Vorrichtung (3) Löcher (10) und/oder Schlitze (11) in das Blechband (1) eingebracht werden, insbesondere mit dem Fertigungsverfahren Stanzen.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem das Blechband (1) nach dem Einbringen der Primärstuktur (5) mittels miteinander kämmenden Profilwerkzeugen (12) mit einer Sekundärstruktur (13) versehen wird, wobei diese bevorzugt Löcher (10) und/oder Schlitze (11) im Blechband (1) zumindest teilweise begrenzt.
  7. Vorrichtung (3) zur Einbringung von zumindest einer Primärstuktur (5) in ein zugeführtes Blechband (1) mit einer Mehrzahl von separaten, nebeneinander angeordneten Formwerkzeugen (6), welche jeweils eine Kontaktfläche (14) haben, die im wesentlichen einem Abschnitt (15) der Primärstruktur (5) entspricht, dadurch gekennzeichnet, dass die Formwerkzeuge (6) im wesentlichen senkrecht zur Führungsrichtung (4) des Blechbandes (1) und zumindest teilweise zueinander versetzt bewegbar sind.
  8. Vorrichtung (3) nach Anspruch 7, wobei die Primärstruktur (5) eine Welllänge (7) und eine Wellhöhe (8) hat, und das Verhältnis von Welllänge (7) zu Wellhöhe (8) bevorzugt kleiner 2 ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Formwerkzeuge (6) eine Breite (16) haben, die kleiner als das 10fache der Welllänge (7) ist, insbesondere kleiner als das 5fache der Wellenlänge (7).
  9. Vorrichtung (3) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorgesehen sind, die eine räumlich versetzte Hubbewegung der separaten Formwerkzeuge (6) gewährleisten, wobei vorzugsweise eine zeitliche Überlagerung der Hubbewegungen benachbarter Formwerkzeuge (6) möglich ist.
  10. Vorrichtung (3) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel eine Nockenwelle (17) mit in Rotationsrichtung (18) zueinander versetzten Nocken (19) umfassen.
  11. Vorrichtung (3) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel einen Schlitten (20) umfassen, der relativ so zu den Formwerkzeugen (6) bewegbar angeordnet ist, dass durch die Relativbewegung und eine geeignete Verbindung des Schlittens (20) mit den Formwerkzeugen (6) eine Hubbewegung erzeugt wird.
  12. Vorrichtung (3) nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Formwerkzeuge (6) parallel zueinander angeordnet sind.
  13. Vorrichtung (3) nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Formwerkzeuge (6) schräg zueinander angeordnet sind, insbesondere mit einem Winkel (21) ausgehend von ihren Kontaktflächen (14) von wenigstens 10°.
  14. Vorrichtung (3) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Formwerkzeuge (6) strahlenförmig angeordnet sind, wobei in einem Zentrum (22) ein Profilrad (23) vorgesehen ist.
  15. Vorrichtung (3) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Profilrad (23) eine Drehrichtung (24) und ein auf einer äußeren Kreisbahn (25) geführter Schlitten (20) eine entgegengesetzte Bewegungsrichtung (26) hat.
  16. Vorrichtung (3) nach einem der Ansprüche 7 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel für eine kontinuierliche Zufuhr und Abfuhr des Blechbandes (1) vorhanden sind, die vorzugsweise einen Vorschub von mindestens 20 m/min gewährleisten.
  17. Vorrichtung (3) nach einem der Ansprüche 7 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Gewährleistung der Hubbewegung der separaten Formwerkzeuge (6) mit einem Antrieb (27) verbunden sind, der zumindest noch eine weitere Einrichtung aus der Reihe der folgenden Einrichtungen antreibt:

    – eine Zufuhreinrichtung (28) des Blechbandes (1),

    – eine Profilierungseinrichtung (31) zur Erzeugung einer Sekundärstruktur (13) mit miteinander kämmenden Profilwerkzeugen (12),

    – eine Stanzeinrichtung (1) zur Erzeugung von Löchern (10) und/oder Schlitzen (11) in das Blechband (1),

    – eine Trenneinrichtung (30) zur Erzeugung von separaten Blechfolien (2) aus dem Blechband (1).
Es folgen 5 Blatt Zeichnungen






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