触媒、製作方法および製作装置
【課題】
触媒およびその製作装置を提供する。
【解決手段】
本発明は、マット（３）で取り囲まれたモノリスをハウジング内に備えている触媒に関するものであって、このハウジングは変形したハウジングブランクを備え、このハウジングブランクの縦方向エッジ（１８）の領域に、段状の折り曲げ部を設けている。
ハウジングブランクを変形して、マット（３）を備えたモノリスの周りにハウジングを形成する場合、縦方向エッジ（１７）が折り曲げ部の半径方向外側に向いた部分に接触するように、ハウジングブランクを連結する。その際、段部の半径Ｒ２が小さいので、排気ガスが逃げ得る自由空間が形成されない。
触媒およびその製作装置を提供する。
【解決手段】
本発明は、マット（３）で取り囲まれたモノリスをハウジング内に備えている触媒に関するものであって、このハウジングは変形したハウジングブランクを備え、このハウジングブランクの縦方向エッジ（１８）の領域に、段状の折り曲げ部を設けている。
ハウジングブランクを変形して、マット（３）を備えたモノリスの周りにハウジングを形成する場合、縦方向エッジ（１７）が折り曲げ部の半径方向外側に向いた部分に接触するように、ハウジングブランクを連結する。その際、段部の半径Ｒ２が小さいので、排気ガスが逃げ得る自由空間が形成されない。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１に記載した特徴を有する、マットで覆ったモノリスとハウジングを備えた触媒と、請求項２、３に記載した特徴を有する、触媒のハウジングを製作するための方法およびその政策装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
触媒は内燃機関を備えた車両において排気ガスを後処理する働きをする。触媒は一般的にハウジングを備え、このハウジングの中にモノリス、例えばセラミック担体が配置されている。モノリスがマットによって覆われているので、モノリスとハウジングとの間の隙間はこのマットによって埋められ、従ってモノリスは位置を保持される。ハウジングは例えば管または複数のハウジング部品によって一体成形することが可能である。このハウジング部品はねじまたは溶接によって互いに連結される。マットはハウジング内でモノリスの位置を保持し、異なる負荷運転でいろいろな温度にわたって位置を定める働きをする。マットはさらに、モノリスの損傷を防ぐ。というのは、モノリスがきわめて高価な触媒部品の一つであるからである。モノリスは通常は円筒の形をしている。モノリスの直径は製作技術に起因して変動する。ハウジングをモノリスの寸法に合わせることは仕上げ技術的に簡単である。そのために、モノリスの平均直径が用いられる。
【０００３】
触媒のためのモノリスを収容するために、従来技術には様々な方法がある。この方法の一つが特許文献１に記載されている。この場合、薄板片を所定の大きさのモノリスの寸法に依存して裁断し、そして変形してハウジングを形成する。エッジはろう付けによって連結される。モノリスの外形寸法を求めるために、測定ステーションで非接触測定が行われる。この場合、モノリスがレーザーによって所定の測定個所を走査され、モノリスの測定された直径から平均直径が求められる。この光学式測定構造体は精度の要求が高まるにつれて比較的に高価になり、故障しやすく、そしてモノリスとレーザーの正確な位置決めによっておよび測定点の調節時に非常に手間がかかるという欠点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】欧州特許出願公開第１４４５４４３Ａ１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の根底をなす課題は、排気ガスの流出が低減されるかまたは完全に防止されるような触媒と、その触媒を製作するための製作方法と、その触媒を製作するための簡単な装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
触媒自体に関する課題の部分は、請求項１に記載した特徴によって解決される。
【０００７】
製作方法に関する課題の部分は、請求項２に記載した特徴並びに請求項３に記載した特徴を有する製作装置によって解決される。
【０００８】
触媒を製作するために、モノリスはマットによって覆われ、ハウジング内に配置される。その際、マットはモノリスを保護しかつ位置決めする働きをする。モノリスの寸法が製作技術に起因して変動し、モノリスがきわめて高価な触媒部品であるので、ハウジングが寸法を触媒に合わせられる。
【０００９】
そのために、第１ステップにおいて、モノリスの平均直径が求められる。同様に、覆うために設けられたマットの、圧縮状態の厚さが求められ、モノリスがマットで覆われる。平均直径とマットの厚さから、ハウジングの必要な内径を求めることができる。このハウジングはハウジングブランクから形成され、ハウジングブランクは平均直径とマットの厚さに依存して裁断される。そして、最後のステップにおいて、ハウジングブランクを例えば管状のハウジングの形に変形し、溶接することにより、マットで覆われたモノリスがハウジングブランクによって取り囲まれる。
【００１０】
モノリスの平均直径を求めるために、モノリスを測定室に入れ、底板上で位置決めし、そして底板とは反対の側で押圧ピストンを介して固定する。この押圧ピストンには、モノリスの長さを求めるための手段を設けることができる。測定室は例えば中空の測定シリンダの形に形成可能であり、測定シリンダの内部容積は既知である。
【００１１】
モノリスの容積を測定するために、測定室とモノリスとの間の中間室に液体を充填する。充填した液体量はモノリスと測定室の内部容積の間の容積差に一致し、モノリスの平均直径を計算するために用いられる。
【００１２】
好ましくは、モノリスの外面と測定室の内壁との間に、測定ホースが配置され、この測定ホースには液体が充填される。それによって、モノリスを付加的に遮蔽することなく、モノリスと液体の接触が防止される。測定ホースは、モノリスの外周面に面で接触し、かつ測定シリンダの内壁に面で接触するように形成されている。測定ホースのために可撓性材料を使用することにより、測定ホースは液体充填時にモノリスの外周面の輪郭と、中空シリンダの内壁に沿うことができる。
【００１３】
押圧ピストンの周りに制限器を設けることができる。この制限器はモノリスと測定シリンダの内壁との間のリング状の中間室の端面側を、すなわちモノリスの縦方向において底板と反対側を制限する。その代わりに、押圧ピストンを同時に制限器として使用することができる。この場合、押圧ピストンの横断面積は必要な公差を差し引いた測定シリンダの横断面積に一致する。
【００１４】
さらに、測定ホースに液体を充填し、かつ充填された液体量を測定することができる手段が設けられている。さらに、モノリスと測定室の内室との間の容積差を計算するための手段が設けられている。この手段によってさらに、モノリスの平均直径が求められる。できるだけ正確な結果のために、測定ホースの壁厚も計算に入れられる。
【００１５】
このようにして求められた平均直径に、圧縮された状態、すなわちハウジングとモノリスとの間に組み込まれた状態のマットの厚さが加算される。この厚さは、マットの側面に接触する２枚の平らな板の間で、所定の力に達するまで、マットを圧縮することにより求められる。この力に達するや否や、マットの厚さに一致する板の間隔が測定される。マットの厚さと、求められたモノリスの平均直径とから、ハウジングの必要な内径が生じる。
【００１６】
ハウジングの製作はハウジングブランクを変形することによって行われる。このハウジングブランクはモノリスの平均直径とマットの厚さの求められた値に相応して裁断され、そして管状ハウジングに変形される。ハウジングブランクの縦方向エッジは連結のために突き合わせて接合可能である。縦方向エッジの連結がマット上で直接的にまたはマットに隣接して行われるので、マットとハウジングとの間の連結領域に、モリブデンフィルムを配置すると有利である。それによって、溶接過程で溶融物がマットに入らなくなるかあるいはろう付け過程でろうがマットに入らなくなる。
【００１７】
ハウジングブランクの縦方向エッジは好ましくは互いにオーバーラップして連結される。この場合、縦方向側部が接合の前に段状に折り曲げられる。段状の折り曲げは、２つの電極対を備えた装置を用いて行われる。この装置を用いて、内側の電極対の正と負の電極がハウジングブランクの内面上に、縦方向側部の端部に沿って配置される。この配置は、第１の電極、例えば正の電極が縦方向エッジに向くように設けられ、第２の電極、例えば負の電極が縦方向エッジから離れた第１電極の側に設けられるように行われる。外側の電極対の電極が内側の電極対に対して鏡像対称的にハウジングブランクの外側の側面に配置されているので、それぞれ同じ電荷の電極が互いに隣接し、ハウジングブランクによって分離されて配置されている。出発位置では、両電極対の電極は互いに同じ間隔だけ離隔されている。外側の電極対は内側の電極対に対して、少なくともハウジングブランクの厚さに相当する間隔だけずらして、ハウジングブランクの外面上に配置されている。それによって、電極の互いに向き合った端面の間に設けられる隙間内で、ずれが生じる。
【００１８】
縦方向側面を折り曲げる前に、隙間の領域のハウジングブランクの材料が両電極対に電圧をかけることによって加熱される。それによって、隙間領域の材料が降伏点まで軟化し、容易に成形可能である。
【００１９】
段状の折り曲げ部を形成するために、内側電極対の電極と外側電極対の電極との間の隙間が均一に縮小するように、正の電極と負の電極が互いに移動させられる。同時に、ハウジングブランクに対して垂直な移動が行われ、この移動によって段状の折り曲げ部が生じる。端位置において、折り曲げ部の外側の縦方向側部の半径方向外向きの領域は、外側の電極対の第２電極の端面に接触し、折り曲げ部の内側の縦方向側部の半径方向外向きの領域は、内側の電極対の第１電極の端面に接触する。折り曲げ部の段は変形の後で、ハウジングブランクの厚さにほぼ等しい高さを有する。
【００２０】
ハウジングブランク上の折り曲げ部の位置は、マットとモノリスの求められた寸法に依存する。平均直径が重要である。従って、ハウジングブランクの折り曲げは平均直径を求めた後で初めて行われる。折り曲げられたハウジングブランクの寸法はモノリスの寸法に最適に適合し得る。それに起因して、マットで覆ったモノリスを取り囲む際に、ハウジングブランクの縦方向エッジは縦方向側部の半径方向外向きの領域の内側側面に直接接触する。モノリスはマットによって、外周側にあたかも隙間のないように取り囲まれる。
【００２１】
覆われたモノリスを取り囲む前にマットが圧縮されると有利である。それによって、縦方向エッジを連結する際に、マットが連結領域においてしわになることが防止される。そのために、例えばマットの周りに糸がしっかりと巻き付けられる。これはマットを備えたモノリスを挟持固定する装置によって行うことができる。この場合、モノリスを回転させることによって糸を巻き付けるかあるいはモノリスの周りに糸を動かして糸を巻き付ける。
【００２２】
次に、図に示した実施形態に基づいて本発明を詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】ハウジングで囲まれた触媒の横断面図である。
【図２】モノリスの平均直径を求める装置を示す。
【図２ａ】モノリスの平均直径を求める装置を示す。
【図２ｂ】モノリスの平均直径を求める装置を示す。
【図２ｃ】モノリスの平均直径を求める装置を示す。
【図３】マットの厚さを求めるための板を示す。
【図４】マット巻き付け装置を示す。
【図５ａ】ハウジングの変形を示す。
【図５ｂ】ハウジングの変形を示す。
【図６】ハウジングブランクの折り曲げ部を示す（従来技術）。
【図７ａ】ハウジングブランクを折り曲げるための方法ステップを示す。
【図７ｂ】ハウジングブランクを折り曲げるための方法ステップを示す。
【図７ｃ】ハウジングブランクを折り曲げるための方法ステップを示す。
【図７ｄ】ハウジングブランクを折り曲げるための方法ステップを示す。
【図７ｅ】ハウジングブランクを折り曲げるための方法ステップを示す。
【図８ａ】折り曲げ部を備えたハウジングブランクを示す。
【図８ｂ】折り曲げ部を備えたハウジングブランクを示す。
【図８ｃ】折り曲げ部を備えたハウジングブランクを示す。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
図１は触媒１の基本的構造の横断面を示している。触媒１の中央にはモノリス２が配置されている。このモノリスはマット３によって覆われている。モノリス２はマットによってその位置に固定され、かつ保護される。モノリス２とマット３はハウジングブランク４を変形して形成した円筒状または管状のハウジング５によって囲まれている。その際、ハウジング５の内径Ｄｇはモノリス２の平均直径Ｄｍとマット３の厚さＭに合わせられる。
【００２５】
図２は、マットで覆う前およびハウジングで取り囲む前に、モノリス２の平均直径Ｄｍを求めるための装置６の構造を示している。装置６は底板７と測定シリンダ８を備えている。モノリス２が測定シリンダ８の測定室内において底板７上に置かれる。その際、測定シリンダ８の内径Ｄｉは、モノリス２の外周面９と測定シリンダ８の内壁１０との間に常に中間室１１が存在するように定められている。この中間室１１内には測定ホース１２が配置される。この測定ホース１２は可撓性材料からなり、かつモノリスの外周面９全体に接触し得るように（図２ａ）設計されている。測定ホース１２の充填は測定シリンダ８の壁に設けた手段１３によって行われる。底板７とは反対のモノリス２の側において、押圧ピストン１４が測定シリンダ８の縦方向ＬＲに配置されている。一方では、この押圧ピストンがモノリス２の位置を底板７上で固定し、他方ではモノリス２の長さＬが押圧ピストン１４の位置によって測定可能である。
【００２６】
測定ホース１２に液体を充填する前に、モノリス２と測定シリンダ８との間の中間室１１が制限器１５によって制限される。この制限器は底板７とは反対のモノリス２の側において押圧ピストン１４の周りに配置されている。それによって、測定ホース１２が制限器１４、底板７、測定シリンダ８の内壁１０およびモノリス２の外面９によって画成された中間室１１内でのみ膨張可能であり、この中間室１１にのみ液体が充填される。
【００２７】
液体入口に所定の圧力が加えられるや否や、充填された液体量が測定され、測定シリンダ８の既知の内部容積と充填された液体量との間の容積差から、モノリス２の容積が計算される。計算されたこの容積と、押圧ピストン１４を用いて求められた長さＬとから、モノリス２の平均直径Ｄｍが計算される。
【００２８】
マット３の厚さＭは図３に略示するように、力を加えることによって求められる。この場合、マット３の側面は平らな板１６によって、所定の力Ｆｍに達するまで圧縮される。この圧縮された状態で、マット３の厚さＭが測定される。所定の力を求めるための単位面積当たりの圧力はマットメーカーの設定値である。
【００２９】
求められたモノリス２の平均直径Ｄｍと、求められたマット３の厚さＭとから、ハウジング５の必要な内径Ｄｇが次式
Ｄｇ＝２Ｍ＋Ｄｍ
に従って求められる。この必要な内径Ｄｇに基づいて、ハウジングブランク４の寸法が計算され、ハウジングブランクが裁断される。
【００３０】
触媒１を製造するために、モノリス２にマット３が巻き付けられ、続いてハウジング５によって取り囲まれる。ハウジング５によって取り囲む際に、マット３が圧縮される。ハウジングブランク４の縦方向エッジ１７、１８（図１）を連結する際に、縦方向エッジ１７、１８の間の隙間１９の領域内において、マット３にしわが生じる。マット３をモノリス２とハウジング５の内面２０に均一に接触させるために、ハウジングブランク４によってモノリス２とマット３を取り囲む前に、マット３に糸２１を巻き付けてマットを均一に圧縮すると有利である。
【００３１】
これは例えば図４に示した巻き付け装置２２によって行うことができる。マット３で覆われたモノリス２はその端面がホルダー２３に挟持固定される。このホルダー２３は軸２４の一端に回転可能に軸承可能であり、かつ例えば糸ガイド２５と相対的にモノリス２の縦軸線ＬＡ回りに回転可能である。その際、糸２１がマット３に巻き付けられてマットを圧縮する。その代わりにもちろん、挟持固定したモノリス２を固定保持する一方、糸案内装置を糸２１と共にモノリス２およびマット３の回りに動かすことができる。それによって、糸２１はマット３に巻かれ、マットを圧縮する。同様に、ホルダー２３と糸ガイド２５を同時に反対方向に回転することができる。糸ガイド２５またはホルダー２３の回転を実現するために、手動式または自動式の駆動装置を軸２４に設けることができる。
【００３２】
ハウジングブランク４からハウジング５を製作するために、ハウジングブランク４の縦方向エッジ１７、１８を突き合わせて（図５ａ）接合することができる。しかし、この縦方向エッジをオーバーラップさせて接合する（図５ｂ）と有利である。これは、溶接継目とマットとの間にハウジング５の壁が配置され、それによってマットが溶接中に保護されるという利点がある。そのために、縦方向エッジ１８の領域に、段状の折り曲げ部２６が設けられる。従来技術では、この折り曲げ部２６を冷間加工によって作っていた。その欠点は、図６に示すように、比較的に大きな曲率半径Ｒ１が生じることである。それによって、縦方向エッジ１７と折り曲げ部２６との間に、封止されていない個所２７が形成され、排気ガスがこの個所を通って流出し得る。
【００３３】
図７ａ〜７ｄに示した方法により、排気ガスの流出が低減されるかまたは完全に防止されるように（図７ｅ）、段状折り曲げ部２６を形成することができる。
【００３４】
そのために、２つの電極対２８、２９が設けられている。その際、内側の電極対２８は縦方向エッジ１８に接続するハウジングブランク４の縦方向側部１８ａの内面２０上に配置されている。外側の電極対２９はハウジングブランク４の縦方向側部１８ａの外面３０上に配置されている。内側と外側の電極対２８、２９の場合、正の電極３１、３３と負の電極３２、３４の間隔Ａ１が同じ大きさであるので、電極３１、３２；３３、３４の間に一定幅の隙間３５が生じる。
【００３５】
電極対２８、２９は縦方向エッジ１８の方向に互いに間隔Ａ２だけずらしてある。この間隔は少なくともハウジングブランク４の厚さＳに相当する。
【００３６】
変形を開始する前に、両電極対２８、２９に電圧Ｕがかけられる。それによって、電極３１、３２；３３、３４の間の隙間３５の範囲にハウジングブランク４を通る電流が生じる。ハウジングブランク４の材料が加熱され、この範囲が軟化する。負の電極３２、３４に対して正の電極３１、３３がＸ方向にずれることにより、電極対２８、２９の個々の電極３１、３２；３３、３４の間の隙間３５が均一に縮小する。同時に、正の電極３１、３３がハウジングブランク４５に対して垂直方向Ｙにずれる。それによって、隙間領域３５内の材料が変形し、所定の段を形成することになる。この場合、ハウジングブランク４の軟化した材料が互いに向き合った側面の間の隙間３５の形状に合わせられるので、ハウジングブランク４に対して垂直に延在する内面２０の部分が側面３３ａに接触し、そしてハウジングブランク４に対して垂直に延在する外面３０の部分が側面３２ａに接触する。それによって、折り曲げ部２６の段部の半径Ｒ２が最小となる。
【００３７】
ハウジングブランク４を変形して、マット３を備えたモノリス２の周りにハウジング５を形成する場合、ハウジングブランク４を連結する際に、縦方向エッジ１７が折り曲げ部２６の半径方向外側に向いた部分に接触し、段部の小さな半径Ｒ２に基づいて、排気ガスが逃げ得る自由空間が形成されない（図７ｅ）。
【００３８】
図８ａ〜８ｃはそれぞれ、ハウジング５の折り曲げたハウジングブランク４を示している。その際、折り曲げ部２６ａ、２６ｂ、２６ｃは前もって求めたモノリスの平均直径に依存して、閉じたハウジング５の内径Ｄｇがそれぞれのモノリスの平均直径に適合するように位置決めされる。折り曲げ部２６ａ、２６ｂ、２６ｃがそれぞれの縦方向エッジ１８に対して異なる間隔をおいて配置されていることが分かる。図８ａは小さな平均直径を有するモノリスのためのハウジング５を示している。図８ｂは普通の平均直径を有するモノリスのためのハウジング５を示し、図８ｃは大きな平均直径を有するモノリスのためのハウジング５を示している。
【符号の説明】
【００３９】
１ 触媒
２ モノリス
３ マット
４ ハウジングブランク
５ ハウジング
６ 装置
７ 底板
８ 測定シリンダ
９ 外面
１０ 内壁
１１ 中間室
１２ 測定ホース
１３ 手段
１４ 押圧ピストン
１５ 制限器
１６ 板
１７ 縦方向エッジ
１８ 縦方向エッジ
１８ａ 縦方向側部
１９ 隙間
２０ 内面
２１ 糸
２２ 巻き付け装置
２３ ホルダー
２４ 軸
２５ 糸ガイド
２６ 折り曲げ部
２６ａ 折り曲げ部
２６ｂ 折り曲げ部
２６ｃ 折り曲げ部
２７ 封止していない個所
２８ 電極対
２９ 電極対
３０ 外面
３１ 正の電極
３２ 負の電極
３３ 正の電極
３４ 負の電極
３５ 隙間
Ａ１ 間隔
Ａ２ 間隔
Ｄｇ ハウジングの内径
Ｄｉ 測定シリンダの内径
Ｄｍ モノリスの平均直径
Ｆｍ 押圧力
Ｌ モノリスの長さ
ＬＡ モノリスの縦軸線
ＬＲ 縦方向
Ｍ 圧縮されたマットの厚さ
Ｒ１ 半径
Ｒ２ 半径
Ｓ ハウジングブランクの厚さ
Ｕ 電圧
Ｘ 方向
Ｙ 方向
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１に記載した特徴を有する、マットで覆ったモノリスとハウジングを備えた触媒と、請求項２、３に記載した特徴を有する、触媒のハウジングを製作するための方法およびその政策装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
触媒は内燃機関を備えた車両において排気ガスを後処理する働きをする。触媒は一般的にハウジングを備え、このハウジングの中にモノリス、例えばセラミック担体が配置されている。モノリスがマットによって覆われているので、モノリスとハウジングとの間の隙間はこのマットによって埋められ、従ってモノリスは位置を保持される。ハウジングは例えば管または複数のハウジング部品によって一体成形することが可能である。このハウジング部品はねじまたは溶接によって互いに連結される。マットはハウジング内でモノリスの位置を保持し、異なる負荷運転でいろいろな温度にわたって位置を定める働きをする。マットはさらに、モノリスの損傷を防ぐ。というのは、モノリスがきわめて高価な触媒部品の一つであるからである。モノリスは通常は円筒の形をしている。モノリスの直径は製作技術に起因して変動する。ハウジングをモノリスの寸法に合わせることは仕上げ技術的に簡単である。そのために、モノリスの平均直径が用いられる。
【０００３】
触媒のためのモノリスを収容するために、従来技術には様々な方法がある。この方法の一つが特許文献１に記載されている。この場合、薄板片を所定の大きさのモノリスの寸法に依存して裁断し、そして変形してハウジングを形成する。エッジはろう付けによって連結される。モノリスの外形寸法を求めるために、測定ステーションで非接触測定が行われる。この場合、モノリスがレーザーによって所定の測定個所を走査され、モノリスの測定された直径から平均直径が求められる。この光学式測定構造体は精度の要求が高まるにつれて比較的に高価になり、故障しやすく、そしてモノリスとレーザーの正確な位置決めによっておよび測定点の調節時に非常に手間がかかるという欠点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】欧州特許出願公開第１４４５４４３Ａ１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の根底をなす課題は、排気ガスの流出が低減されるかまたは完全に防止されるような触媒と、その触媒を製作するための製作方法と、その触媒を製作するための簡単な装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
触媒自体に関する課題の部分は、請求項１に記載した特徴によって解決される。
【０００７】
製作方法に関する課題の部分は、請求項２に記載した特徴並びに請求項３に記載した特徴を有する製作装置によって解決される。
【０００８】
触媒を製作するために、モノリスはマットによって覆われ、ハウジング内に配置される。その際、マットはモノリスを保護しかつ位置決めする働きをする。モノリスの寸法が製作技術に起因して変動し、モノリスがきわめて高価な触媒部品であるので、ハウジングが寸法を触媒に合わせられる。
【０００９】
そのために、第１ステップにおいて、モノリスの平均直径が求められる。同様に、覆うために設けられたマットの、圧縮状態の厚さが求められ、モノリスがマットで覆われる。平均直径とマットの厚さから、ハウジングの必要な内径を求めることができる。このハウジングはハウジングブランクから形成され、ハウジングブランクは平均直径とマットの厚さに依存して裁断される。そして、最後のステップにおいて、ハウジングブランクを例えば管状のハウジングの形に変形し、溶接することにより、マットで覆われたモノリスがハウジングブランクによって取り囲まれる。
【００１０】
モノリスの平均直径を求めるために、モノリスを測定室に入れ、底板上で位置決めし、そして底板とは反対の側で押圧ピストンを介して固定する。この押圧ピストンには、モノリスの長さを求めるための手段を設けることができる。測定室は例えば中空の測定シリンダの形に形成可能であり、測定シリンダの内部容積は既知である。
【００１１】
モノリスの容積を測定するために、測定室とモノリスとの間の中間室に液体を充填する。充填した液体量はモノリスと測定室の内部容積の間の容積差に一致し、モノリスの平均直径を計算するために用いられる。
【００１２】
好ましくは、モノリスの外面と測定室の内壁との間に、測定ホースが配置され、この測定ホースには液体が充填される。それによって、モノリスを付加的に遮蔽することなく、モノリスと液体の接触が防止される。測定ホースは、モノリスの外周面に面で接触し、かつ測定シリンダの内壁に面で接触するように形成されている。測定ホースのために可撓性材料を使用することにより、測定ホースは液体充填時にモノリスの外周面の輪郭と、中空シリンダの内壁に沿うことができる。
【００１３】
押圧ピストンの周りに制限器を設けることができる。この制限器はモノリスと測定シリンダの内壁との間のリング状の中間室の端面側を、すなわちモノリスの縦方向において底板と反対側を制限する。その代わりに、押圧ピストンを同時に制限器として使用することができる。この場合、押圧ピストンの横断面積は必要な公差を差し引いた測定シリンダの横断面積に一致する。
【００１４】
さらに、測定ホースに液体を充填し、かつ充填された液体量を測定することができる手段が設けられている。さらに、モノリスと測定室の内室との間の容積差を計算するための手段が設けられている。この手段によってさらに、モノリスの平均直径が求められる。できるだけ正確な結果のために、測定ホースの壁厚も計算に入れられる。
【００１５】
このようにして求められた平均直径に、圧縮された状態、すなわちハウジングとモノリスとの間に組み込まれた状態のマットの厚さが加算される。この厚さは、マットの側面に接触する２枚の平らな板の間で、所定の力に達するまで、マットを圧縮することにより求められる。この力に達するや否や、マットの厚さに一致する板の間隔が測定される。マットの厚さと、求められたモノリスの平均直径とから、ハウジングの必要な内径が生じる。
【００１６】
ハウジングの製作はハウジングブランクを変形することによって行われる。このハウジングブランクはモノリスの平均直径とマットの厚さの求められた値に相応して裁断され、そして管状ハウジングに変形される。ハウジングブランクの縦方向エッジは連結のために突き合わせて接合可能である。縦方向エッジの連結がマット上で直接的にまたはマットに隣接して行われるので、マットとハウジングとの間の連結領域に、モリブデンフィルムを配置すると有利である。それによって、溶接過程で溶融物がマットに入らなくなるかあるいはろう付け過程でろうがマットに入らなくなる。
【００１７】
ハウジングブランクの縦方向エッジは好ましくは互いにオーバーラップして連結される。この場合、縦方向側部が接合の前に段状に折り曲げられる。段状の折り曲げは、２つの電極対を備えた装置を用いて行われる。この装置を用いて、内側の電極対の正と負の電極がハウジングブランクの内面上に、縦方向側部の端部に沿って配置される。この配置は、第１の電極、例えば正の電極が縦方向エッジに向くように設けられ、第２の電極、例えば負の電極が縦方向エッジから離れた第１電極の側に設けられるように行われる。外側の電極対の電極が内側の電極対に対して鏡像対称的にハウジングブランクの外側の側面に配置されているので、それぞれ同じ電荷の電極が互いに隣接し、ハウジングブランクによって分離されて配置されている。出発位置では、両電極対の電極は互いに同じ間隔だけ離隔されている。外側の電極対は内側の電極対に対して、少なくともハウジングブランクの厚さに相当する間隔だけずらして、ハウジングブランクの外面上に配置されている。それによって、電極の互いに向き合った端面の間に設けられる隙間内で、ずれが生じる。
【００１８】
縦方向側面を折り曲げる前に、隙間の領域のハウジングブランクの材料が両電極対に電圧をかけることによって加熱される。それによって、隙間領域の材料が降伏点まで軟化し、容易に成形可能である。
【００１９】
段状の折り曲げ部を形成するために、内側電極対の電極と外側電極対の電極との間の隙間が均一に縮小するように、正の電極と負の電極が互いに移動させられる。同時に、ハウジングブランクに対して垂直な移動が行われ、この移動によって段状の折り曲げ部が生じる。端位置において、折り曲げ部の外側の縦方向側部の半径方向外向きの領域は、外側の電極対の第２電極の端面に接触し、折り曲げ部の内側の縦方向側部の半径方向外向きの領域は、内側の電極対の第１電極の端面に接触する。折り曲げ部の段は変形の後で、ハウジングブランクの厚さにほぼ等しい高さを有する。
【００２０】
ハウジングブランク上の折り曲げ部の位置は、マットとモノリスの求められた寸法に依存する。平均直径が重要である。従って、ハウジングブランクの折り曲げは平均直径を求めた後で初めて行われる。折り曲げられたハウジングブランクの寸法はモノリスの寸法に最適に適合し得る。それに起因して、マットで覆ったモノリスを取り囲む際に、ハウジングブランクの縦方向エッジは縦方向側部の半径方向外向きの領域の内側側面に直接接触する。モノリスはマットによって、外周側にあたかも隙間のないように取り囲まれる。
【００２１】
覆われたモノリスを取り囲む前にマットが圧縮されると有利である。それによって、縦方向エッジを連結する際に、マットが連結領域においてしわになることが防止される。そのために、例えばマットの周りに糸がしっかりと巻き付けられる。これはマットを備えたモノリスを挟持固定する装置によって行うことができる。この場合、モノリスを回転させることによって糸を巻き付けるかあるいはモノリスの周りに糸を動かして糸を巻き付ける。
【００２２】
次に、図に示した実施形態に基づいて本発明を詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】ハウジングで囲まれた触媒の横断面図である。
【図２】モノリスの平均直径を求める装置を示す。
【図２ａ】モノリスの平均直径を求める装置を示す。
【図２ｂ】モノリスの平均直径を求める装置を示す。
【図２ｃ】モノリスの平均直径を求める装置を示す。
【図３】マットの厚さを求めるための板を示す。
【図４】マット巻き付け装置を示す。
【図５ａ】ハウジングの変形を示す。
【図５ｂ】ハウジングの変形を示す。
【図６】ハウジングブランクの折り曲げ部を示す（従来技術）。
【図７ａ】ハウジングブランクを折り曲げるための方法ステップを示す。
【図７ｂ】ハウジングブランクを折り曲げるための方法ステップを示す。
【図７ｃ】ハウジングブランクを折り曲げるための方法ステップを示す。
【図７ｄ】ハウジングブランクを折り曲げるための方法ステップを示す。
【図７ｅ】ハウジングブランクを折り曲げるための方法ステップを示す。
【図８ａ】折り曲げ部を備えたハウジングブランクを示す。
【図８ｂ】折り曲げ部を備えたハウジングブランクを示す。
【図８ｃ】折り曲げ部を備えたハウジングブランクを示す。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
図１は触媒１の基本的構造の横断面を示している。触媒１の中央にはモノリス２が配置されている。このモノリスはマット３によって覆われている。モノリス２はマットによってその位置に固定され、かつ保護される。モノリス２とマット３はハウジングブランク４を変形して形成した円筒状または管状のハウジング５によって囲まれている。その際、ハウジング５の内径Ｄｇはモノリス２の平均直径Ｄｍとマット３の厚さＭに合わせられる。
【００２５】
図２は、マットで覆う前およびハウジングで取り囲む前に、モノリス２の平均直径Ｄｍを求めるための装置６の構造を示している。装置６は底板７と測定シリンダ８を備えている。モノリス２が測定シリンダ８の測定室内において底板７上に置かれる。その際、測定シリンダ８の内径Ｄｉは、モノリス２の外周面９と測定シリンダ８の内壁１０との間に常に中間室１１が存在するように定められている。この中間室１１内には測定ホース１２が配置される。この測定ホース１２は可撓性材料からなり、かつモノリスの外周面９全体に接触し得るように（図２ａ）設計されている。測定ホース１２の充填は測定シリンダ８の壁に設けた手段１３によって行われる。底板７とは反対のモノリス２の側において、押圧ピストン１４が測定シリンダ８の縦方向ＬＲに配置されている。一方では、この押圧ピストンがモノリス２の位置を底板７上で固定し、他方ではモノリス２の長さＬが押圧ピストン１４の位置によって測定可能である。
【００２６】
測定ホース１２に液体を充填する前に、モノリス２と測定シリンダ８との間の中間室１１が制限器１５によって制限される。この制限器は底板７とは反対のモノリス２の側において押圧ピストン１４の周りに配置されている。それによって、測定ホース１２が制限器１４、底板７、測定シリンダ８の内壁１０およびモノリス２の外面９によって画成された中間室１１内でのみ膨張可能であり、この中間室１１にのみ液体が充填される。
【００２７】
液体入口に所定の圧力が加えられるや否や、充填された液体量が測定され、測定シリンダ８の既知の内部容積と充填された液体量との間の容積差から、モノリス２の容積が計算される。計算されたこの容積と、押圧ピストン１４を用いて求められた長さＬとから、モノリス２の平均直径Ｄｍが計算される。
【００２８】
マット３の厚さＭは図３に略示するように、力を加えることによって求められる。この場合、マット３の側面は平らな板１６によって、所定の力Ｆｍに達するまで圧縮される。この圧縮された状態で、マット３の厚さＭが測定される。所定の力を求めるための単位面積当たりの圧力はマットメーカーの設定値である。
【００２９】
求められたモノリス２の平均直径Ｄｍと、求められたマット３の厚さＭとから、ハウジング５の必要な内径Ｄｇが次式
Ｄｇ＝２Ｍ＋Ｄｍ
に従って求められる。この必要な内径Ｄｇに基づいて、ハウジングブランク４の寸法が計算され、ハウジングブランクが裁断される。
【００３０】
触媒１を製造するために、モノリス２にマット３が巻き付けられ、続いてハウジング５によって取り囲まれる。ハウジング５によって取り囲む際に、マット３が圧縮される。ハウジングブランク４の縦方向エッジ１７、１８（図１）を連結する際に、縦方向エッジ１７、１８の間の隙間１９の領域内において、マット３にしわが生じる。マット３をモノリス２とハウジング５の内面２０に均一に接触させるために、ハウジングブランク４によってモノリス２とマット３を取り囲む前に、マット３に糸２１を巻き付けてマットを均一に圧縮すると有利である。
【００３１】
これは例えば図４に示した巻き付け装置２２によって行うことができる。マット３で覆われたモノリス２はその端面がホルダー２３に挟持固定される。このホルダー２３は軸２４の一端に回転可能に軸承可能であり、かつ例えば糸ガイド２５と相対的にモノリス２の縦軸線ＬＡ回りに回転可能である。その際、糸２１がマット３に巻き付けられてマットを圧縮する。その代わりにもちろん、挟持固定したモノリス２を固定保持する一方、糸案内装置を糸２１と共にモノリス２およびマット３の回りに動かすことができる。それによって、糸２１はマット３に巻かれ、マットを圧縮する。同様に、ホルダー２３と糸ガイド２５を同時に反対方向に回転することができる。糸ガイド２５またはホルダー２３の回転を実現するために、手動式または自動式の駆動装置を軸２４に設けることができる。
【００３２】
ハウジングブランク４からハウジング５を製作するために、ハウジングブランク４の縦方向エッジ１７、１８を突き合わせて（図５ａ）接合することができる。しかし、この縦方向エッジをオーバーラップさせて接合する（図５ｂ）と有利である。これは、溶接継目とマットとの間にハウジング５の壁が配置され、それによってマットが溶接中に保護されるという利点がある。そのために、縦方向エッジ１８の領域に、段状の折り曲げ部２６が設けられる。従来技術では、この折り曲げ部２６を冷間加工によって作っていた。その欠点は、図６に示すように、比較的に大きな曲率半径Ｒ１が生じることである。それによって、縦方向エッジ１７と折り曲げ部２６との間に、封止されていない個所２７が形成され、排気ガスがこの個所を通って流出し得る。
【００３３】
図７ａ〜７ｄに示した方法により、排気ガスの流出が低減されるかまたは完全に防止されるように（図７ｅ）、段状折り曲げ部２６を形成することができる。
【００３４】
そのために、２つの電極対２８、２９が設けられている。その際、内側の電極対２８は縦方向エッジ１８に接続するハウジングブランク４の縦方向側部１８ａの内面２０上に配置されている。外側の電極対２９はハウジングブランク４の縦方向側部１８ａの外面３０上に配置されている。内側と外側の電極対２８、２９の場合、正の電極３１、３３と負の電極３２、３４の間隔Ａ１が同じ大きさであるので、電極３１、３２；３３、３４の間に一定幅の隙間３５が生じる。
【００３５】
電極対２８、２９は縦方向エッジ１８の方向に互いに間隔Ａ２だけずらしてある。この間隔は少なくともハウジングブランク４の厚さＳに相当する。
【００３６】
変形を開始する前に、両電極対２８、２９に電圧Ｕがかけられる。それによって、電極３１、３２；３３、３４の間の隙間３５の範囲にハウジングブランク４を通る電流が生じる。ハウジングブランク４の材料が加熱され、この範囲が軟化する。負の電極３２、３４に対して正の電極３１、３３がＸ方向にずれることにより、電極対２８、２９の個々の電極３１、３２；３３、３４の間の隙間３５が均一に縮小する。同時に、正の電極３１、３３がハウジングブランク４５に対して垂直方向Ｙにずれる。それによって、隙間領域３５内の材料が変形し、所定の段を形成することになる。この場合、ハウジングブランク４の軟化した材料が互いに向き合った側面の間の隙間３５の形状に合わせられるので、ハウジングブランク４に対して垂直に延在する内面２０の部分が側面３３ａに接触し、そしてハウジングブランク４に対して垂直に延在する外面３０の部分が側面３２ａに接触する。それによって、折り曲げ部２６の段部の半径Ｒ２が最小となる。
【００３７】
ハウジングブランク４を変形して、マット３を備えたモノリス２の周りにハウジング５を形成する場合、ハウジングブランク４を連結する際に、縦方向エッジ１７が折り曲げ部２６の半径方向外側に向いた部分に接触し、段部の小さな半径Ｒ２に基づいて、排気ガスが逃げ得る自由空間が形成されない（図７ｅ）。
【００３８】
図８ａ〜８ｃはそれぞれ、ハウジング５の折り曲げたハウジングブランク４を示している。その際、折り曲げ部２６ａ、２６ｂ、２６ｃは前もって求めたモノリスの平均直径に依存して、閉じたハウジング５の内径Ｄｇがそれぞれのモノリスの平均直径に適合するように位置決めされる。折り曲げ部２６ａ、２６ｂ、２６ｃがそれぞれの縦方向エッジ１８に対して異なる間隔をおいて配置されていることが分かる。図８ａは小さな平均直径を有するモノリスのためのハウジング５を示している。図８ｂは普通の平均直径を有するモノリスのためのハウジング５を示し、図８ｃは大きな平均直径を有するモノリスのためのハウジング５を示している。
【符号の説明】
【００３９】
１ 触媒
２ モノリス
３ マット
４ ハウジングブランク
５ ハウジング
６ 装置
７ 底板
８ 測定シリンダ
９ 外面
１０ 内壁
１１ 中間室
１２ 測定ホース
１３ 手段
１４ 押圧ピストン
１５ 制限器
１６ 板
１７ 縦方向エッジ
１８ 縦方向エッジ
１８ａ 縦方向側部
１９ 隙間
２０ 内面
２１ 糸
２２ 巻き付け装置
２３ ホルダー
２４ 軸
２５ 糸ガイド
２６ 折り曲げ部
２６ａ 折り曲げ部
２６ｂ 折り曲げ部
２６ｃ 折り曲げ部
２７ 封止していない個所
２８ 電極対
２９ 電極対
３０ 外面
３１ 正の電極
３２ 負の電極
３３ 正の電極
３４ 負の電極
３５ 隙間
Ａ１ 間隔
Ａ２ 間隔
Ｄｇ ハウジングの内径
Ｄｉ 測定シリンダの内径
Ｄｍ モノリスの平均直径
Ｆｍ 押圧力
Ｌ モノリスの長さ
ＬＡ モノリスの縦軸線
ＬＲ 縦方向
Ｍ 圧縮されたマットの厚さ
Ｒ１ 半径
Ｒ２ 半径
Ｓ ハウジングブランクの厚さ
Ｕ 電圧
Ｘ 方向
Ｙ 方向
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジング（５）が変形したハウジングブランク（４）を備え、このハウジングブランクの縦方向エッジ（１７、１８）が連結領域において互いに接合されている、マット（３）で取り囲まれたモノリス（２）をハウジング（５）内に備えている触媒において、
第１の縦方向側部（１８ａ）が連結領域に、段状の折り曲げ部（２６）を備え、縦方向エッジ（１７）が折り曲げ部（２６）の縦方向側部（１８ａ）の内面（２０）の半径方向外向き部分に接触することを特徴とする触媒。
【請求項２】
請求項１に記載のマット（３）を巻き付けたモノリス（２）を備えた触媒（１）のハウジングブランク（４）の縦方向側部（１８ａ）に段状折り曲げ部（２６）を形成するための方法であって、次のステップ
ａ）正の電極（３３）と負の電極（３４）を有する内側の電極対（２９）を、電極（３３；３４）の間に間隔（Ａ１）をおいて、ハウジングブランク（４）の内側（２０）に配置し、
ｂ）正と負の電極（３１、３２）を有する外側の電極対（２８）を、少なくともハウジングブランク（４）の厚さ（Ｓ）に一致する間隔（Ａ２）だけ内側の電極対（２９）に対してずらして、かつ電極（３１、３２）の間に間隔（Ａ１）をおいて、縦方向エッジ（１８ａ）の外面（３０）上に配置し、
ｃ）両電極対（２８、２９）に電圧をかけ、
ｄ）正の電極（３１、３３）と負の電極（３２、３４）を相対的に移動させ、それによって電極対（２８、２９）の電極（３１、３２；３３、３４）の間隔（Ａ１）を均一に縮小すると同時に、電極（３１、３２；３３、３４）を互いにハウジングブランク（４）に対して垂直にずらす
ことを含む方法。
【請求項３】
２つの電極対（２８、２９）を備え、この電極対（２８、２９）が間隔（Ａ１）をおいて互いに平行に配置され、電極対（２８、２９）の同じ電荷の電極（３１、３２；３３、３４）がそれぞれ並べて配置され、すべての電極（２８、２９）が相対移動可能に配置されている、請求項２に記載のハウジングブランク（４）の縦方向側部（１８ａ）に段状の折り曲げ部（２６）を形成するための装置。
【請求項１】
ハウジング（５）が変形したハウジングブランク（４）を備え、このハウジングブランクの縦方向エッジ（１７、１８）が連結領域において互いに接合されている、マット（３）で取り囲まれたモノリス（２）をハウジング（５）内に備えている触媒において、
第１の縦方向側部（１８ａ）が連結領域に、段状の折り曲げ部（２６）を備え、縦方向エッジ（１７）が折り曲げ部（２６）の縦方向側部（１８ａ）の内面（２０）の半径方向外向き部分に接触することを特徴とする触媒。
【請求項２】
請求項１に記載のマット（３）を巻き付けたモノリス（２）を備えた触媒（１）のハウジングブランク（４）の縦方向側部（１８ａ）に段状折り曲げ部（２６）を形成するための方法であって、次のステップ
ａ）正の電極（３３）と負の電極（３４）を有する内側の電極対（２９）を、電極（３３；３４）の間に間隔（Ａ１）をおいて、ハウジングブランク（４）の内側（２０）に配置し、
ｂ）正と負の電極（３１、３２）を有する外側の電極対（２８）を、少なくともハウジングブランク（４）の厚さ（Ｓ）に一致する間隔（Ａ２）だけ内側の電極対（２９）に対してずらして、かつ電極（３１、３２）の間に間隔（Ａ１）をおいて、縦方向エッジ（１８ａ）の外面（３０）上に配置し、
ｃ）両電極対（２８、２９）に電圧をかけ、
ｄ）正の電極（３１、３３）と負の電極（３２、３４）を相対的に移動させ、それによって電極対（２８、２９）の電極（３１、３２；３３、３４）の間隔（Ａ１）を均一に縮小すると同時に、電極（３１、３２；３３、３４）を互いにハウジングブランク（４）に対して垂直にずらす
ことを含む方法。
【請求項３】
２つの電極対（２８、２９）を備え、この電極対（２８、２９）が間隔（Ａ１）をおいて互いに平行に配置され、電極対（２８、２９）の同じ電荷の電極（３１、３２；３３、３４）がそれぞれ並べて配置され、すべての電極（２８、２９）が相対移動可能に配置されている、請求項２に記載のハウジングブランク（４）の縦方向側部（１８ａ）に段状の折り曲げ部（２６）を形成するための装置。
【図１】
【図２】
【図２ａ】
【図２ｂ】
【図２ｃ】
【図３】
【図４】
【図５ａ】
【図５ｂ】
【図６】
【図７ａ】
【図７ｂ】
【図７ｃ】
【図７ｄ】
【図７ｅ】
【図８ａ】
【図８ｂ】
【図８ｃ】
【図２】
【図２ａ】
【図２ｂ】
【図２ｃ】
【図３】
【図４】
【図５ａ】
【図５ｂ】
【図６】
【図７ａ】
【図７ｂ】
【図７ｃ】
【図７ｄ】
【図７ｅ】
【図８ａ】
【図８ｂ】
【図８ｃ】
【公開番号】特開２０１３−１５１４３（Ｐ２０１３−１５１４３Ａ）
【公開日】平成２５年１月２４日（２０１３．１．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１６２３５９（Ｐ２０１２−１６２３５９）
【出願日】平成２４年７月２３日（２０１２．７．２３）
【分割の表示】特願２０１０−１４１１７０（Ｐ２０１０−１４１１７０）の分割
【原出願日】平成２２年６月２２日（２０１０．６．２２）
【出願人】（５０４２５８８７１）ベンテラー アウトモビールテヒニク ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング (60)
【氏名又は名称原語表記】Ｂｅｎｔｅｌｅｒ Ａｕｔｏｍｏｂｉｌｔｅｃｈｎｉｋ ＧｍｂＨ
【住所又は居所原語表記】Ｅｌｓｅｎｅｒ Ｓｔｒａｓｓｅ ９５， Ｄ−３３１０２ Ｐａｄｅｒｂｏｒｎ， Ｇｅｒｍａｎｙ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月２４日（２０１３．１．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年７月２３日（２０１２．７．２３）
【分割の表示】特願２０１０−１４１１７０（Ｐ２０１０−１４１１７０）の分割
【原出願日】平成２２年６月２２日（２０１０．６．２２）
【出願人】（５０４２５８８７１）ベンテラー アウトモビールテヒニク ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング (60)
【氏名又は名称原語表記】Ｂｅｎｔｅｌｅｒ Ａｕｔｏｍｏｂｉｌｔｅｃｈｎｉｋ ＧｍｂＨ
【住所又は居所原語表記】Ｅｌｓｅｎｅｒ Ｓｔｒａｓｓｅ ９５， Ｄ−３３１０２ Ｐａｄｅｒｂｏｒｎ， Ｇｅｒｍａｎｙ
【Ｆターム（参考）】
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