专利名称：金属纤维的不连续焊接的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于将金属纤维焊接成具有预定宽度的编结物
(Gestrick)的设备和方法。这类金属编结物优选地用于排气处理的领域 内，例如作为过滤材料或緩冲材料。
背景技术：
由WO 2004/039580 Al已知一种用于生产多孔的、板状金属复合物的 方法。该方法提出，在一个处理步骤中挤压金属纤维并使金属纤维相互焊 接。为了执行此焊接方法，将金属纤维引入为此目的设置的焊接装置中。 为了焊接纤维，将一堆金属纤维布置在两个具有平面设计部分的电极之间， 该电极为纤维堆提供足以焊接的压力。所提出的焊接方法是脉沖焊接法， 优选为电容脉沖焊接法。
虽然已知的用于生产这类金属无纺织物的焊接法已经证实很成功，但 是特别是在成批生产方面，部分地存在以下危险，即，不能在整个宽度上 使焊接条件保持一致，使得无纺织物最后在某些材料特征参数方面会具有 不希望的波动。
发明内容
本发明的目的是，至少部分地解决现有技术中描述的技术问题。具体 是给出一种设备，该设备在成批生产时也确保能生产较高质量的金属纤维 编结物。此外，所述设备应当结构简单并且允许高速焊接。
征所描述的方法来实现。其它有利的实施例在各从属权利要求中给出。应当指出的是，在权利要求中单个引用的特征能够以任意的、技术合适的方 式相互组合并显示本发明的其它实施例。
根据本发明的用于将金属纤维焊接成具有预定宽度的编结物的设备包
括
-分布在所述宽度上的多个焊接电极对，金属纤维可穿过所述焊接电 极对，
-至少一个行程装置，该行程装置使焊接电极对的至少一个焊接电极 进行相对运动，
-至少一个焊接控制装置，该焊接控制装置根据焊接电极对与金属纤 维的接触来改变焊接电流，以及
-用于使编结物运动的进给控制装置，该进给控制装置根据所述至少 一个行程装置的状态而改变编结物的进给。
关于焊接电极对应当注意的是，所述焊接电极对布置成共同覆盖编结 物或金属纤维的柏素复合物的整个宽度(可能除随后待处理的窄的边缘区 域外)。为此焊接电极对可优选地对齐布置(但这不是绝对必要的)，焊 接电极对也可能在编结物的进给方向上交错布置。
借助于行程装置使得至少一个焊接电极相对运动，这特别是指，两个 焊接电极中的一个在焊接过程中不运动。布置在复合物下方的焊接电极优 选地设计成这种静止的焊接电极。布置在上方的焊接电极能相对于该静止 的焊接电极进行往复直线运动，使得在焊接电极彼此距离最近的转向位置 处进行金属纤维的压缩和焊接。 —
原则上，各焊接电极对可以通过行程装置彼此独立地启动，其中可能 必须忍受延长的工艺时间。然而下面这样一个实施例特别有利，在该实施 例中所有的焊接电极对通过行程装置同时或相互并行地运动。在此情况下 更有利的是，各焊接电极对都配备有各自的变压器，以确保更好的可控的 和可再生产的焊接工艺。
为了执行焊接方法，优选地每个焊接电极对都具有单独的供电装置或 甚至自己的电源。所述供电装置或电源能通过公用的焊接控制装置来控制，
但是也可为每个焊接电极对设置单独的焊接控制装置。所述焊接控制装置 特别是具有精确地只为与纤维编结物相接触的焊接电极供给电流的功能。
所述进给控制装置用于以下述方式不连续地进给编结物，即，编结物 在焊接过程中本身静止不动并在中间阶段被进一步传送限定的进给距离。
根据本设备的一改进形式，焊接电极对具有2-10ci^的作用区。有利 的是，所有的焊接电极对都具有相同的作用区。特别优选地，所述作用区 为3-6cm"的数量级。在此，焊接电极对的作用区在编结物的宽度方向上优 选地延伸约2-3cm。
此外，还提出行程装置使所有焊接电极对共同运动。在此特别优选的 是，所述行程装置是偏心驱动装置。利用这种行程装置，例如以凸轮轴的 方式，各焊接电极对相互间的相对运动能以高频率和确切的引导来进行。
本i殳备的一实施例特别优选，在该实施例中焊接控制装置分别包括变 压器和控制频率的转换器，该控制频率的转换器可与行程装置的运动相匹 配。控制频率的转换器优选为所谓的"正弦波逆变器"。因此，总体上可 设定任意所需的焊接频率，使得在纤维编结物的焊接方面能够实现非常高 的处理速度。
为了在批量生产方面能够完全发挥这种优点，优选地设置有用于实现 每分钟至少300个焊接电极行程的装置。特别优选地，实现焊接电极的每 分钟300-500个行程。
特别是在这里出现的高的热负荷的情况下，针对焊接电极对的冷却装 置有利于维持质量一致的焊接过程。为此，焊接电极优选地设计成具有能
以换热介质操作的装置。
最后还提出，设置有位于所述设备上游的位置辨识装置，用该位置辨 识装置至少能检查或能调节金属纤维相对于设备的位置。有利的是，位置 辨识装置还适合于首先对金属纤维相对于焊接电极对的相对位置进行检 查，并且适合于在必要时改变该位置。这能够例如通过进给装置的横向可 动的线性驱动装置来实现。因此可以确保，编结物相对于焊接电极对的布 置精确地取向。
此外有利的是，所述设备下游设置有封边/封接(Saumiing)装置，该 封边装置至少压实编结物的边缘区域或焊接编结物的边缘区域，优选地甚 至这两个过程都执行。封边装置的目的具体为加固边缘从而能够进一步处 理纤维编结物。为此，可在边缘区域内设置特别的焊缝，然而也可切断那 里的纤维的一部分或使在那里的纤维的一部分与附加元件例如薄片条相连 接。
根据本发明的另一方面，提出一种用于将金属纤维焊接成具有预定宽 度的编结物的方法，该方法至少包括以下步骤
a) 将金属纤维的复合物供给到用于将纤维焊接成编结物的设备，
b) 在复合物静止不动的时间段内单独焊接复合物的多个部段。 特别优选地用前述的根据本发明的设备来执行此方法。因此，该方法
特别适合于批量地不连续地生产金属纤维编结物。
所述方法的下述实施例是优选的，在该实施例中步骤b)包括在单个 部段中小于4毫秒的焊接过程。这具体是指，在该部段中进行焊接电极的 往复直线运动、相联的金属纤维的挤压、以及通过供电装置的焊接。对于 焊接电极对使用相对较小、例如小于10mm2 (平方毫米)的作用区的情况， 步骤b)优选地在0.5-2毫秒的范围内进行。因此可避免不希望的热传导。
此外还提出，以每分钟至少300个焊接过程的重复速度进行步骤b )。 特别优选地，重复速度为每分钟高达500个焊接过程。
根据本方法的一改进形式，利用下述参数中的至少一个来进行各焊接
过程
画5，000-50，000N/cm2范围内的焊接电极挤压力， -300-1,200安培范围内的(有效)焊接电流， -500-20,000瓦范围内的焊接功率。
用给出的焊接参数，能在金属纤维之间产生特别持久和均勻分布的焊 接连接，从而最终能生产质量一致的编结物。关于焊接电极挤压力需要注 意，当焊接电极对的作用区为至少2cm2时，优选地应当在 20，000-50，000N/cm2的范围内工作。所给出的(有效)焊接电流应当特别 优选地在400-800安培的范围内选择，其中在一个行程中可产生多个这种 焊接脉沖(例如试验脉冲，其中检测特征值例如电流强度和/或电压降，根 据该特征值在同一作用区内执行至少另一个工作脉沖)。
有利地以至少3m/min的平均进给速度执行步骤a )。例如高达6m/min 或8m/min的较高的进给速度是特别有利的。
为了也避免焊接电极相互间的误接触或避免作用区不充分地覆盖复合 物，提出在步骤a)之前使复合物相对于用于焊接的设备取向。具体地说 就是使复合物横向于该设备取向。关于在进给方向上的取向，需要注意， 优选地应当没有焊接区域的显著的重叠，使得不连续的进给基本上取向成 沿进给方向，并且前进作用区范围的距离。
根据本方法的又一改进形式，在步骤b)之后将编结物供给到一封边 装置，其中编结物的预定宽度^f皮设定。为此可去除、例如切断编结物的突 出部分。也可执行折起、焊接或简单的压紧，使得最后达到预定宽度。封 边装置也可用于在编结物的边缘区域上持久定位加强元件、密封材料等。
一种利用下列特征中的至少一个生产编结物的方法是有利的
-具有10-100nm的水力学纤维直径的纤维，
-具有50-5000的纤维长度和水力学纤维直径的比的纤维，
-具有最大为50%的纤维直径变化的纤维，
-5-500mm的编结物宽度，
-O.l-lOmm的编结物厚度，
-编结物的100-5000g/n^的单位面积的重量，
-从复合物到编结物的至少3倍的强度增加，
-50%-85%的编结物的孔隙率。
原则上纤维可具有任意的纤维横截面(圆的、有角的等)。因此这里 其形状改用水力学纤维直径来表示，该水力学纤维直径可根据下述公式来 确定4*A/U，其中A是纤维橫截面积，U是纤维周长。优选地，该水力 学纤维直径位于20-50pm (微米)的范围内。也可在编结物中使用不同的 纤维横截面，特别是作为混合物或作为单个的、堆迭的层。纤维彼此间的
布置不重要，因此没有对关于"编结物"的概念作出任何限定一一纤维相 互间随机排布的所谓的"无序取向"是有利的。
此外，纤维长度和上文给出的范围内的纤维直径的比(L/dhydr)优选 地在200-1000的范围内。
纤维直径的变化限制在10。/。，以特别获得非常均匀的编结物特征，其 中这里所述变化是指向上和向下的偏差，亦即例如(偏差为)+10%和-10%的所希望的纤维直径。
针对这类编结物在汽车领域内的用途以及为了避免非常成本密集的焊 接装置，编结物优选地具有20-200mm范围内的宽度和0.2-1.5mm的厚度。 关于这种编结物的单位面积的重量，优选为300-3000g/m2的范围。
此外，为了显示焊接质量或所产生的焊接连接的数量和类型，说明从 复合物到编结物的强度增加。这意味着纤维复合物已经能以某一方式被拉 伸，因为纤维由于其弯曲或位置已经联锁。在焊接时，该"拉伸强度"被 增强，其中强度增加到至少3倍，特别是至少6倍，甚至可能增加到10 倍。
滤排气。此外，建议将这种编结物内置在用于净化排气的排气处理部件中
下面将根据附图详细说明本发明以及相关技术。在此附图示出特别有 利的实施例变型，但本发明并不局限于所述实施例变型。在附图中 图1示意性示出根据本发明的设备的第一实施例变型， 图2示意性示出一编结物的俯视图， 图3示意性示出根据本发明的设备的另一实施例变型， 图4示意性示出一纤维编结物的细节，以及 图5示意性示出一排气处理部件的实施例变型。
具体实施例方式
图1示意性示出用于将金属纤维2焊接成编结物3的根据本发明的设 备l。在此示出多个、确切地是四个分布在编结物3的宽度4上的焊接电 极对5、 29、 30、 31,金属纤维2穿过所述焊接电极对。为了针对性地使 焊接电极对(中的电极)相互间产生相对运动，设置有行程装置6，通过 该行程装置，布置在上方的第一焊接电极7相对于布置在下方的、不动的 第二焊接电极8产生所述的相对运动。各焊接电极对5、 29、 30、 31均与 一公用的焊接控制装置9相连接。该焊接控制装置9的一部分是用于各焊 接电极对5、 29、 30、 31的变压器13和控制频率的转换器14。由此确保 经过焊接电极7、 8到达编结物3的特定的电力供应。
在设备l的所示位置处，第二焊接电极对29正在进行焊接，其中在图 中示出为处于上方的焊接电极7在第二作用区32中与编结物3相接触并且 有用于产生焊接连接的电流通过。通过所示的优选地与偏心的驱动装置12 协同工作的进给控制装置10,可以确保编结物3在焊接处理的过程中静止 不动。考虑到很高的处理速度或在图中示出为处于上方的第一焊接电极7 的高的相对速度，设置有例如弹性体44形式的补偿装置和/或防振装置。 所述弹性体44一方面导致运动的焊接电极在焊接电极7的下转向点处的相 对静止的位置，另一方面导致焊接电极7与所述设备的其它部分电绝缘。
图2用于示出i殳备l在编结物3上的各作用区。在图2上方首先示出 由金属纤维2组成的松弛复合物19,该复合物最后被供给到设备l。在宽 度4上，多个焊接电极对以作用区11、 32、 33、 34作用在复合物19上， 以产生具有焊接连接的压紧的部段20、 21、 22、 35。最后编结物3可在边 缘区域18内进一步压紧或进行其它处理。此外，也可能希望不在编结物的 整个宽度上全部进行焊接连接，这能通过各焊接电极对之间的距离来实现。 在随后的行程中，在必要时能够(与前一行程)错开地安置焊接电极对， 以进行补偿。
图3示出根据本发明的设备l的另一实施例变型的侧视图。首先再次 示出包括第一焊接电极7和第二焊接电极8的第一焊接电极对5,编结物3 在该第一焊接电极7和第二焊接电极8之间穿过。为此设置有进给控制装
置10以实现进给24，这里该进给控制装置10与位置辨识装置16以及行 程装置6协同作用。实现所希望的进给24之后，(图示的)第一焊接电极 7借助于所示的偏心驱动装置12向下运动(所述设备的所有其它焊接电极 也通过该偏心驱动装置向下运动)，其中编结物3被挤压和焊接。在此， 电极挤压力23在20，000-30,000N/cm2的优选范围内实现。
此夕卜，为了能执行所期望的具有较高效率且质量保持一致的焊接方法， 还在焊接电极7上设置有冷却装置15。
所述设备l的下游设置有封边装置17，在这里为滚缝焊接装置的形式。 在此，在边缘区域18中使金属的边缘薄片36压紧并与编结物3焊接。
图4示出编结物3的细节，其中特别示出纤维长度26和纤维直径25。 在焊接过程中彼此挤压的纤维2由于通过焊接电流在接触区域上的电阻加 热而形成多个焊接连接38。虽然如此，但是在编结物3中实现多个通道37， 使得这样一种编结物特别是可用作为緩沖材料或过滤材料。
图5示出用于过滤排气的排气处理部件28。所述排气沿着流动方向43 穿过排气处理部件28，其中例如包含在所述排气中的颗粒41被留在具有 预定厚度27的编结物3的纤维2上。所述排气处理部件28为此具有多个 为排气形成可流过的通道42的层39。为了产生非层流的流动，可附加地 设置有导向叶片40，该导向叶片使得气流向着编结物3偏转。这种排气处 理部件优选地应用于车辆排气系统中。
附图标记列表
1 设备
2 纤维
3 编结物
4 宽度
5 第一焊接电极对
6 行程装置
7 第一焊接电极
8 第二焊接电极
9 焊接控制装置
10 进给控制装置
11 第一作用区
12 偏心驱动装置
13 变压器
14 转换器
15冷却装置30第三焊接电极对
16位置辨识装置31第四焊接电极对
17封边装置32第二作用区
18边缘区域33第三作用区
19复合物34第四作用区
20第一部段35第四部段
21第二部段36边缘薄片
22第三部段37通道
23电极挤压力38焊接连接
24进给速度39层
25纤维直径40导向叶片
26纤维长度41颗粒
27厚度42通道
28排气处理部件43流动方向
29第二焊接电极对44弹性体
权利要求
1.一种用于将金属纤维(2)焊接成具有预定宽度(4)的编结物(3)的设备(1)，该设备包括分布在所述宽度(4)上的多个焊接电极对(5)，金属纤维(2)可穿过该多个焊接电极对，至少一个行程装置(6)，该行程装置使焊接电极对(5)中的至少一个焊接电极进行相对运动，至少一个焊接控制装置(9)，该焊接控制装置根据焊接电极对(5)与金属纤维(2)的接触来改变焊接电流的供给，以及用于使编结物(3)运动的进给控制装置(10)，该进给控制装置根据所述至少一个行程装置(6)的状态来改变编结物(3)的进给。
2. 根据权利要求1所述的设备(1),其特征在于，所述焊接电极 对(5 )具有2-10cm2的作用区(11)。
3. 根据权利要求1或2所述的设备(1)，其特征在于，所述行程 装置(6)使所有焊接电极对(5) —起运动。
4. 根据上述权利要求中的一项所述的设备(1),其特征在于，所 述行程装置(6)是偏心驱动装置(12)。
5. 根据上述权利要求中的一项所述的设备(1),其特征在于，所 述焊接控制装置(9)分别包括变压器(13)和控制频率的转换器(14)， 该控制频率的转换器可与行程装置(6)的运动相匹配。
6. 根据上迷权利要求中的一项所述的设备(1),其特征在于，设 置有用于实现焊接电极(7)的每分钟至少300个行程的装置。
7. 根据上述权利要求中的一项所述的设备(1)，其特征在于，焊 接电极对(5)具有冷却装置(15)。
8. 才艮据上迷权利要求中的一项所述的设备(1)，其特征在于，设 置有位于上游的位置辨识装置(16)，用该位置辨识装置至少能检查或能 够调节金属纤维(2)相对于所述设备(1)的位置。
9. 根据上述权利要求中的一项所述的设备(1)，其特征在于，在 所述设备(1)的下游设置有封边装置(17)，该封边装置至少压紧或焊接 编结物(3)的边缘区域(18)。
10. —种用于将金属纤维(2 )焊接成具有预定宽度(4 )的编结物(3 ) 的方法，该方法至少包括以下步骤a )将金属纤维(2 )的复合物(19 )供给到一用于将所述金属纤维(2 ) 焊接成编结物(3)的设备(1)，b)在复合物(19)静止不动的时间段内单独焊接复合物(19)的多 个部段(20 )。
11. 根据权利要求10所述的方法，其特征在于，步骤b)包括单个部 段(20)中的小于4毫秒的焊接过程。
12. 根据权利要求10或11所述的方法，其特征在于，以每分钟至少 300个焊接过程的重复速度执行步骤b)。
13. 根据权利要求10至12中的一项所述的方法，其特征在于，利用 至少一个下列参数进行所述单个焊接过程5，000-50，000N/cm2范围内的焊接电极挤压力， 300-1,200安培范围内的焊接电流， 500-20,000瓦范围内的焊接功率。
14. 根据权利要求10至13中的一项所述的方法，其特征在于，以每 分钟至少3米的平均进给速度(24 )执行步骤a )。
15. 根据权利要求10至14中的一项所述的方法，其特征在于，在步 骤a )之前使复合物(19 )相对于用于焊接的设备(1)取向。
16. 根据权利要求10至15中的一项所迷的方法，其特征在于，在步 骤b)之后将编结物(3)供给到封边装置(17),其中，编结物(3)的 预定宽度(4 )被设定。
17. 根据权利要求10至16中的一项所述的方法，其特征在于，利用 下列特征中的至少一个生产编结物(3):具有10-10(Him的水力学纤维直径(25)的纤维(2)， 具有50_5000的纤维长度U6)与水力学纤维直径(25)的比的纤维 (2)，具有最大为50%的纤维直径(25)变化的纤维(2)， 5-500mm的编结物(3)的宽度(4)， O.l-lOmm的编结物(3)的厚度(27)， 100-5000g/m2的编结物(3)的单位面积的重量， 从复合物(19)到编结物(3)的至少3倍的强度增加， 50%-85%的编结物的孔隙率。
18. 使用以根据权利要求1至9中的一项所述的设备或以根据权利要 求10至17中的一项所述的方法生产的编结物(3)来过滤排气的用途。
19. 一种用于净化排气的排气处理部件(28)，该排气处理部件包括 至少一个以根据权利要求1至9中的一项所述的设备或以根据权利要求10 至17中的一项所述的方法生产的编结物(3)。
全文摘要
本发明涉及一种用于将金属纤维(2)焊接成具有预定宽度(4)的编结物(3)的设备和方法，其中将由金属纤维(2)组成的复合物(19)供给到用于将纤维(2)焊接成编结物(3)的设备(1)，并在复合物(19)静止不动的时间段内，例如借助于分布在复合物的宽度上的焊接电极对(5)进行复合物(19)的多个部段(20)的单独焊接。
文档编号F01N3/022GK101370611SQ200780003070
公开日2009年2月18日 申请日期2007年1月12日 优先权日2006年1月13日
发明者G·W·黑泽曼 申请人:排放技术有限公司