ES2280614T3 - Estructura de nido de abeja y procedimiento para su encolado y soldadura. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para encolar y soldar una estructura de nido de abeja (1) que comprende al menos una lámina (2) al menos parcialmente estructurada y dotada de un paso (P) y una altura de onda (W), cuyo procedimiento comprende los pasos siguientes: - seleccionar un diámetro medio (D) de un material de soldadura (3) en forma de polvo que sea cuantitativamente menor de 15% de la altura de onda (W); - encolar al menos la lámina (2) al menos parcialmente estructurada dentro de la anchura (B) de una franja de cola sobre al menos una parte de crestas de onda formadas por la ondulación; - soldar la estructura de nido de abeja (1), y caracterizado porque se determina una anchura mínima (B) de la franja de cola según la ecuación .
Description
Estructura de nido de abeja y procedimiento para
su encolado y soldadura.
La invención concierne a una estructura de nido
de abeja que comprende unas láminas al menos parcialmente
estructuradas de modo que se formen canales susceptibles de ser
recorridos por un fluido y dotados de un paso y una altura de onda,
estando previstos cola y un material de soldadura en forma de polvo
en las zonas de contacto de las láminas una con otra dentro de la
anchura de una franja de cola, así como a un procedimiento para
encolar y soldar una estructura de nido de abeja de esta clase. Este
preámbulo puede deducirse del documento
WO-A-0044522.
Estas estructuras de nido de abeja sirven
especialmente como cuerpos de soporte de catalizadores en sistemas
de gases de escape de motores de combustión interna móviles (por
ejemplo, motores Otto o diesel o similares). Tales nidos de abeja y
un procedimiento para su fabricación se desprenden, por ejemplo, del
documento EP 0 422 000 B1 o de la publicación DE 29 24 592. Esta
última describe una matriz de soporte para un reactor catalítico de
depuración de gases de escape de un motor de combustión interna de
un vehículo, que está formada por chapas de acero resistentes a
altas temperaturas. La matriz de soporte se reviste con un material
catalizador, estando configuradas las chapas de acero como chapas
lisas y onduladas y estando dispuestas alternándose en forma de
capas.
En cuanto al procedimiento de fabricación de una
matriz de soporte de esta clase, se propone que las chapas de acero
sean primero desengrasadas y/o decapadas. A continuación y antes de
la disposición alternativa en forma de capas, las chapas de acero
son provistas de un aporte de material de soldadura. Las chapas de
acero lisas, las chapas de acero onduladas o ambas clases de chapas
de acero pueden ser unidas entonces por encolado o por soldadura de
aporte. El aporte de material de soldadura se efectúa en forma de
franjas en la dirección de las ondas de las chapas de acero
onduladas o perpendicularmente a ella. Una vez que se han apilado
las chapas de acero y se han enroscado formando una matriz de
soporte, se calienta esta matriz de soporte y se efectúa una
soldadura simultánea de todas las capas o chapas de acero una con
otra. Se conocen ya un gran número de formas o disposiciones de las
chapas una respecto de otra (en forma de S, en espiral, etc.),
remitiéndose a este respecto, por ejemplo, a los documentos EP 0 430
975 o EP 0 436 533.
Este procedimiento ha dado ciertamente muy
buenos resultados en el pasado, pero ofrece inconvenientes,
precisamente en lo que respecta a los costes y la calidad de la
soldadura. La previsión de cola o material de soldadura en forma de
franjas significa ciertamente ya una reducción de la cola o de
material de soldadura utilizado para la fabricación, pero, no
obstante, se ha reconocido dentro del marco de ensayos de carga una
unión entre las chapas de soldadura que en parte es poco deseable y
resulta ser demasiado rígida. En este contexto, se ha comprobado
también que, precisamente cuando se emplean chapas de acero muy
delgadas, es importante que no se introduzca demasiado material de
soldadura en la matriz de soporte, ya que una cantidad excesiva de
material de soldadura tiene como consecuencia un riesgo incrementado
de corrosión durante la utilización de una matriz de soporte de esta
clase en el sistema de gases de escape de automóviles. Además, la
habilitación de una cantidad excesiva de material de soldadura
representa un factor de coste que hay que tener en cuenta
especialmente en el marco de una fabricación en grandes series.
Otro problema técnico de fabricación se presenta
al apilar o arrollar las chapas de acero. Dado que el material de
soldadura se aplica ya antes del apilamiento o el arrollamiento,
este material se puede disponer también en las zonas de contacto
entre la chapa de acero ondulada y la chapa de acero lisa, de modo
que no se asegura un contacto directo de estas chapas. Durante un
tratamiento térmico posterior se evapora la cola al menos en parte y
se funde el material de soldadura, con lo que, en ciertas
circunstancias, se forman grietas. Esto puede tener la consecuencia
de que una unión por técnicas de ensamble de chapas de acero
dispuestas contiguas una a otra no sea ejecutada continuamente
sobre la zona de unión deseada. Esto tiene una apreciable influencia
sobre la resistencia a la fatiga de una matriz de soporte de esta
clase cuando ésta se exponga a las condiciones térmicas y dinámicas
en el sistema de gases de escape de un motor de combustión interna
móvil.
Partiendo de esto, el cometido de la presente
invención consiste en eliminar al menos en parte los problemas
expuestos con relación a los cuerpos de nido de abeja conocidos y a
su fabricación. En particular, se pretende indicar un cuerpo de nido
de abeja que asegure una unión permanente de chapas dispuestas
contiguas una a otra, así como indicar un procedimiento en el que,
con independencia de la cantidad de material de soldadura
proporcionada, se deposite en las zonas de contacto de chapas
dispuestas contiguas una a otra únicamente tanto material de
soldadura como sea necesario para formar uniones permanentes.
Estos problemas se resuelven por medio de un
procedimiento con las características de la reivindicación 1 y con
una estructura de nido de abeja según las características de la
reivindicación 13. Otras ejecuciones ventajosas están descritas en
las respectivas reivindicaciones subordinadas, pudiendo presentarse
las características allí reveladas en forma individualizada o bien
en combinación de unas con otras.
Por tanto, se propone un procedimiento para
encolar y soldar una estructura de nido de abeja que comprende al
menos una lámina al menos parcialmente estructurada u ondulada y
dotada de un paso y una altura de onda, el cual comprende los pasos
siguientes:
- -
- seleccionar un diámetro medio de un material de soldadura en forma de polvo que sea cuantitativamente menor que un 15% de la altura de las ondas;
- -
- determinar una anchura mínima de franja de soldadura según la ecuación
B = 2 \cdot
\sqrt{D \cdot \left[\frac{1}{4} \cdot \frac{P}{W} - 0,0156
\right]}
en
donde
B = anchura de la franja de cola
D = diámetro del material de soldadura
P = paso y
W = altura de onda;
- -
- encolar al menos la lámina al menos parcialmente estructurada dentro de la anchura de la franja de cola sobre al menos una parte de crestas de onda formadas por la ondulación (crestas de onda son las cimas, resaltos o puntos extremos en ambos lados de la lámina a los que pueden aplicarse láminas contiguas);
- -
- soldar la estructura de nido de abeja.
La elección de un diámetro medio adecuado del
grano de material de soldadura viene determinada sustancialmente por
el espesor de la lámina, ya que debe asegurarse que no tenga lugar
una aleación de la lámina. Asimismo, resulta claramente evidente
para el experto que el espesor empleado de la lámina está también en
correlación con la densidad de canales obtenible de la estructura de
nido de abeja y, por tanto, también con la altura de onda de la
lámina estructurada. Por este motivo, se propone aquí un diámetro
medio del grano de material de soldadura que sea cuantitativamente
menor que 15%, especialmente menor que 10%, preferiblemente menor
que 8% de la altura de onda. Por consiguiente, cuando la altura de
onda asciende, por ejemplo, a 0,73 mm, tal como ésta puede
presentarse aproximadamente en una estructura de nido de abeja con
1000 cpsi, se puede elegir entonces un diámetro medio del grano de
material de soldadura menor que 110 \mum.
Por consiguiente, la estructura de nido de abeja
está formada con al menos una lámina estructurada, empleándose
preferiblemente una pluralidad de láminas estructuradas. La
estructuración puede estar realizada en forma continua por toda la
anchura y/o longitud de la lámina o bien puede presentar también
tramos con pasajes lisos. Estructura en este sentido es, por
ejemplo, una ondulación o un plegado de la lámina, estando formada
preferiblemente una estructura regular. Se han manifestado como
especialmente adecuadas unas estructuras que se asemejan
sustancialmente a una ondulación sinusoidal o a una ondulación de
evolvente que eventualmente puede estar interrumpida también
localmente o llevar superpuesta otra (macro o
micro)estructura. La estructuración tiene preferiblemente
puntos extremos a distancias regulares, por ejemplo puntos altos y
puntos bajos. La distancia entre dos puntos altos contiguos se
denomina aquí paso (una especie de longitud de onda), mientras que
la altura de onda (una especie de amplitud) define la distancia de
las líneas de unión imaginarias de respectivos puntos altos y bajos
y está orientada especialmente en dirección transversal o
perpendicular al paso.
El encolado de la lámina estructurada
(especialmente hecha de un acero al aluminio-cromo)
se efectúa sustancialmente a lo largo de los puntos extremos de la
estructura. La anchura de la franja de cola está dispuesta aquí
preferiblemente en posición simétrica con respecto a los puntos
extremos, estando dispuesta aproximadamente la mitad de la anchura
de la franja de cola en la respectiva contigüidad directa de los
puntos extremos. Por tanto, la anchura de la franja de cola define
la zona sobre la lámina estructurada en la que ha de preverse una
cola o un adhesivo que sirva para la inmovilización de los granos de
material de soldadura. En atención al hecho de que los puntos
extremos sirven seguidamente para aplicarse a láminas contiguas,
definiéndose así una zona de contacto, es necesario inmovilizar
precisamente en esta zona de contacto una cantidad suficiente de
material de soldadura para garantizar una unión de ensamble en la
zona de contacto al efectuar un tratamiento térmico final.
Desempeñan aquí un cometido importante especialmente el tamaño del
grano de material de soldadura y la disposición en el espacio de las
láminas contiguas una respecto de otra.
Según la configuración de la estructura
(especialmente la relación de paso a altura de onda), varía la
disposición en el espacio de las láminas contiguas una respecto de
otra, de modo que, por ejemplo, en la zona de contacto se forman
pechinas relativamente poco pendientes o relativamente muy
pendientes. Puede apreciarse ahora que, dependiendo del tamaño del
grano de material de soldadura empleado, es posible una disposición
del grano de material de soldadura relativamente cercana al punto
extremo cuando los flancos de la lámina estructurada son de gran
pendiente, es decir que es pequeña la relación del paso y la altura
de onda. Si se pretende ahora inmovilizar en la zona de contacto
únicamente la cantidad de material de soldadura que es realmente
necesaria para la formación de una unión de ensamble de las láminas
contiguas, hay que materializar la anchura de la franja de cola de
modo que sea posible disponer en la zona de contacto únicamente el
número deseado de granos de soldadura con un diámetro medio
prefijado de este material. Se evita así, por ejemplo, que se
acumule cola en los flancos de la lámina estructurada, lo que
tendría como consecuencia una deposición de material de soldadura no
necesario.
Según otra ejecución del procedimiento, se
propone aumentar la anchura de la franja de cola en la medida de una
anchura adicional (Z), estando la altura adicional dentro de un
intervalo comprendido entre 0,2 \cdot D (= diámetro del grano de
material de soldadura) < Z < D. Por tanto, la anchura de la
franja de soldadura corresponde a la ecuación siguiente:
W_{z} = B +
Z.
La anchura adicional es eventualmente necesaria
cuando se presentan cargas térmicas y/o dinámicas especialmente
altas durante la utilización posterior. Por tanto, se aumenta la
anchura de la franja de cola en una cuantía tal que pueda
disponerse, por ejemplo, un grano de material de soldadura adicional
(con el mismo diámetro del grano de material de soldadura o, en
ciertas circunstancias, incluso sólo con un diámetro menor de dicho
grano). Por consiguiente, el procedimiento ofrece la posibilidad de
realizar la formación de las uniones de ensamble con una especie de
factor de seguridad, inmovilizándose una cantidad adicional
exactamente definida del material de soldadura cerca del sitio de
contacto. Esta disposición de material de soldadura adicional es
ventajosa también, por ejemplo, cuando la estructura de nido de
abeja comprenda láminas de pared relativamente gruesa (por ejemplo,
con un espesor de la lámina mayor de 60 \mum). Las láminas de
pared gruesa son de construcción relativamente rígida en comparación
con las láminas más delgadas, de modo que, al arrollar las láminas,
se pueden formar en la zona de contacto unas grietas que son
puenteadas después por el material de soldadura adicionalmente
inmovilizado.
Según otra ejecución del procedimiento, se
determina la anchura de la franja de cola por medio de un valor de
corrección (K) que está comprendido dentro de un intervalo de 0 mm a
1 mm y que se resta de la anchura de la franja de encolado o se
agrega a ésta. Por consiguiente, la anchura de la franja de cola se
determina, teniendo en cuenta la anchura adicional y el valor de
corrección, según la ecuación siguiente:
B_{Z,K} = B +
Z \pm
K.
Este valor de corrección puede elegirse
especialmente atendiendo a la estructura formada de la lámina.
Mientras que la ecuación anteriormente indicada para determinar la
anchura mínima de la franja de cola se basa en una ondulación
sustancialmente sinusoidal, el valor de corrección permite una
adaptación de este cálculo para, por ejemplo, formas de onda
rectangulares. En tales formas de onda, que presentan especialmente
flancos muy pendientes, se generan formas de pechina que divergen
fuertemente una de otra. Precisamente en estas ejecuciones se
produce una neta variación de la relación de
paso-altura de onda sin que la posición de un grano
de material de soldadura a inmovilizarse pueda materializarse más
cerca de la zona de contacto, y, por tanto, la anchura de la franja
de cola queda sustancialmente inalterada. Este efecto se puede
compensar por medio del valor de corrección.
Asimismo, se propone que la lámina al menos
parcialmente estructurada sea provista primero de la cola, luego se
forme una estructura de nido de abeja (por ejemplo, por apilamiento
y/o arrollamiento de las láminas) y más tarde se realice una
soldadura frontal de la estructura de nido de abeja. Se impide así
que se disponga el material de soldadura entre las láminas, y de
esta manera las láminas contiguas quedan distanciadas una de otra.
En un tratamiento térmico subsiguiente esto tendría eventualmente la
consecuencia de que el material de soldadura proporcionado se
depositaría únicamente en una de las láminas a unir una con otra y,
por tanto, no serviría para formar uniones de ensamble. Este efecto
se evita aquí debido a que, antes del arrollamiento, las láminas
están provistas únicamente de la cola. Únicamente cuando las láminas
han ocupado su posición definitiva de una respecto de otra (por
ejemplo, en el estado enroscado o arrollado), se efectúa la
alimentación del medio de soldadura a través del lado frontal de la
estructura de nido de abeja. El medio de soldadura permanece
entonces adherido a la cola situada dentro de la anchura de la
franja de cola.
En principio, es de hacer notar en este sitio
que la estructura de nido de abeja, aparte de presentar las láminas
al menos parcialmente estructuradas, puede presentar adicionalmente
también unas láminas lisas, pudiendo disponerse cada vez una lámina
lisa y una lámina ondulada de manera que se alternen y queden
contiguas una a otra. Las láminas pueden, por ejemplo, enroscarse en
forma de S, apilarse de plano una respecto de otra o arrollarse en
espiral para obtener la configuración deseada de la estructura de
nido de abeja. Por consiguiente, la propia estructura de nido de
abeja puede presentar una constitución rectangular, ovalada o
cilíndrica. Según las clases de lámina seleccionadas, se originan
zonas de contacto entre láminas estructuradas o entre láminas
estructuradas o lisas o entre láminas lisas. Se prefiere
especialmente aquí la configuración de la estructura de nido de
abeja por medio de al menos una lámina lisa adicional y en cuanto al
procedimiento de fabricación la al menos una lámina estructurada y
la al menos una lámina lisa se apilan y/o se enroscan de modo que se
formen canales que puedan ser recorridos por un fluido. Con fluidos
se quieren dar a entender aquí particularmente fluidos gaseoso y
especialmente gases de escape de motores de combustión interna
móviles. Los canales discurren de preferencia sustancialmente
paralelos uno a otro desde un lado extremo de la estructura de nido
de abeja hasta un lado extremo opuesto.
Según otra ejecución del procedimiento, la
anchura de la franja de cola puede hacerse menor de 1,75 mm,
especialmente menor de 1 mm y preferiblemente menor de 0,5 mm.
Puesto que, según la ecuación antes citada, se indica
sustancialmente el límite inferior respecto de la anchura de la
franja de cola en el que se asegura una unión permanente de las
láminas dispuestas contiguas una a otra, se propone ahora un límite
superior que pretende impedir un empleo excesivo de material de
soldadura. En este contexto, hay que tener en cuenta que en general
no existe ningún material de soldadura en forma de polvo que
presente siempre el mismo diámetro del grano de dicho material.
Usualmente, se habilitan los polvos de material de soldadura en una
fracción de estos polvos en la que puede suponerse una distribución
gaussiana cuyos máximos están situados aproximadamente en el tamaño
indicado del grano de material de soldadura. Para el procedimiento
propuesto se puede elegir especialmente una fracción de grano de
material de soldadura que satisfaga criterios netamente más
estrictos que los de una distribución gaussiana usual. Por tanto, se
prefieren fracciones de grano de material de soldadura con un
diámetro medio de dicho material cuya varianza sea menor que 0,8,
especialmente menor que 0,5 y de manera especialmente preferida
menor que 0,3. Se puede asegurar así que en la sección transversal
de la estructura de nido de abeja esté dispuesta realmente en cada
pechina tan sólo la cantidad de material de soldadura deseada, en
particular solamente un grano de dicho material.
Según otra ejecución del procedimiento, el
encolado de la estructura de nido de abeja se realiza solamente
sobre al menos una zona parcial en la dirección de un eje de la
estructura de nido de abeja. Esto significa que la anchura de la
franja de cola está eventualmente interrumpida en la longitud de la
lámina estructurada o bien que solamente está formada una zona
parcial partiendo del lado extremo o únicamente en la zona parcial
intercalada. Esto tiene, por ejemplo, la consecuencia de que
únicamente la zona de entrada y/o la zona de salida de la estructura
de nido de abeja se unen una con otra por técnicas de ensamble cerca
de los lados extremos. Esto tiene la ventaja de que la estructura de
nido de abeja presenta una posibilidad de compensar el
comportamiento de dilatación térmica, ya que precisamente durante el
proceso de calentamiento o de enfriamiento esto conduce a
variaciones de longitud diferentes en el interior de la estructura
de nido de abeja con respecto a las zonas exteriores.
Se puede emplear de manera especialmente
preferida una cola que presente dos propiedades de adherencia
deliberadamente ajustables que puedan ser activadas o desactivadas
cada vez en forma repetible. Esto significa, por ejemplo, que la
cola presenta primero una propiedad adhesivamente eficaz, esta
propiedad es desactivada en determinadas circunstancias y la cola
vuelve a recuperar su propiedad autoadhesiva con ayuda de medidas
adicionales. En este caso, es especialmente ventajoso para la
fabricación del cuerpo de nido de abeja que se emplee una cola de
esta clase, en donde
- -
- se desactive antes de la soldadura una propiedad autoadhesiva de la cola que se haya acumulado fuera de la anchura de la franja de cola y/o
- -
- se active antes de la soldadura una propiedad autoadhesiva de la cola que se haya acumulado dentro de la anchura de la franja de cola.
El empleo de una cola de esta clase tiene, por
ejemplo, la ventaja de que se puede desactivar la propiedad
autoadhesiva durante el arrollamiento y/o durante el apilamiento,
con lo que queda garantizado un deslizamiento de las láminas
contiguas una sobre otra. Asimismo, la cola ofrece la ventaja de que
la cola que, debido a tolerancias técnicas de fabricación, se haya
dispuesto por fuera de la anchura de la franja de cola, puede ser
despojada deliberadamente de su propiedad autoadhesiva, con lo que
no tiene lugar una inmovilización de granos de material de soldadura
en este tramo. Para ajustar deliberadamente las propiedades
adhesivas de la cola se utilizan, por ejemplo variaciones de
temperatura y/o la adición de sustancias que reaccionan químicamente
con la cola. Respecto de otras propiedades de la cola, cabe
remitirse en este sitio al documento WO 95/30508, cuyo contenido
descriptivo completo queda integrado aquí también con esta
mención.
Según otra ejecución del procedimiento, el
diámetro medio del material de soldadura en forma de polvo está
comprendido entre 40 \mum y 120 \mum. Como ya se ha manifestado,
se puede garantizar entonces una varianza muy pequeña. La elección
del diámetro del material de soldadura se efectúa especialmente
atendiendo a la cantidad de material de soldadura que ha de
proporcionarse para formar una unión de ensamble que aguante incluso
las condiciones térmicas (hasta 1000ºC) y dinámicas (vibraciones del
vehículo, golpes de presión del gas de escape) que se presenten en
el sistema de gas de escape de un automóvil de turismo. Dado que
usualmente el material de soldadura en forma de polvo se ofrece
solamente en respectivos tamaños determinados (por ejemplo, 106
\mum, 75 \mum, 50 \mum), se han de prever eventualmente dos
granos más pequeños de material de soldadura en vez de un grano más
grande de este material por cada pechina de la sección transversal
de la estructura de nido de abeja, ya que así puede ajustarse con
más precisión la cantidad necesaria.
Según otra ejecución del procedimiento, después
de la soldadura o después de un tratamiento térmico subsiguiente de
la estructura de nido de abeja se genera una anchura (L) de franja
de material de soldadura que tiene sustancialmente frente a la
anchura de la franja de cola tan sólo una tolerancia de como máximo
10%, preferiblemente como máximo 5%, y que especialmente no es mayor
que la anchura de la franja de cola. Esto significa que se forman
franjas de material de soldadura muy limitadas que discurren en las
pechinas. Esto tiene la consecuencia de que los flancos de las
láminas o la parte predominante de las paredes de los canales están
libres de material de soldadura, con lo que se mejora la resistencia
a la corrosión de la estructura de nido de abeja. Además, no se
estrecha innecesariamente la sección transversal de los canales, lo
que tendría como consecuencia una presión dinámica incrementada del
gas de escape que circula por la estructura de nido de abeja.
Asimismo, se propone que, antes de la soldadura,
la estructura de nido de abeja sea introducida al menos parcialmente
en una carcasa. Esto tiene la consecuencia de que se evita una
costosa inmovilización del gran número de láminas durante el proceso
de soldadura, puesto que éstas quedan abrazadas ya por la carcasa.
Una introducción solamente parcial es ventajosa especialmente cuando
el perímetro exterior de la estructura de nido de abeja debe ser
provisto también de un medio de soldadura que sirva para amarrar la
estructura de nido de abeja a la carcasa. Dado que el tubo
envolvente o la carcasa presenta, debido a su mayor masa térmica
(mayor espesor de material de aproximadamente
0,8-1,5 mm) frente a las láminas, un comportamiento
de dilatación térmica diferente, esta unión entre la estructura de
nido de abeja y la carcasa se realiza preferiblemente tan sólo en un
lado extremo de dicha estructura de nido de abeja. Después de la
soldadura, se introduce entonces completamente la estructura de nido
de abeja en la carcasa, y en un tratamiento térmico subsiguiente se
sueldan las láminas una con otra y se sueldan también las láminas
con la carcasa.
Según otro aspecto de la invención, se propone
una estructura de nido de abeja que comprende láminas al menos
parcialmente estructuradas de modo que se formen canales
susceptibles de ser recorridos por un fluido y dotados de un paso y
una altura de onda, estando previstos cola y un material de
soldadura de forma de polvo con un diámetro medio de este material
en zonas de contacto de las láminas una con otra dentro de una
anchura de franja de cola. La estructura de nido de abeja se
caracteriza según la invención porque la anchura de la franja de
cola y el diámetro del material de soldadura corresponden
sustancialmente a la correlación siguiente:
B = 2 \cdot
\sqrt{D \cdot \left[\frac{1}{4} \cdot \frac{P}{W} - 0,0156
\right]}
Como ya se ha explicado, esta ecuación puede
complementarse también con una anchura adicional (Z) o con el valor
de corrección (K). Hay que tener en cuenta a este respecto que la
estructura de nido de abeja aquí descrita es una especie de producto
semielaborado, ya que, en principio, se describe el estado antes de
un tratamiento térmico, especialmente el proceso de soldadura de
aporte. En el curso del procedimiento de soldadura de aporte se
licúan algunos componentes de la cola, de modo que, después de tal
tratamiento térmico, ya no se puede apreciar la anchura de la franja
de cola. No obstante, es posible imaginarse el empleo de un producto
semielaborado de esta clase para fabricar cuerpos de nido de abeja
ya soldados.
La estructura de nido de abeja comprende
preferiblemente también láminas lisas, teniendo la estructura de
nido de abeja según otra ejecución láminas con un espesor de éstas
de menos de 180 \mum, especialmente menos de 100 \mum y
preferiblemente menos de 40 \mum. Es de especial importancia la
alimentación exacta de material de soldadura en el caso de láminas
con un espesor de éstas de menos de 20 \mum y especialmente en el
caso de láminas con un espesor de menos de 15 \mum, ya que en
estas láminas extremadamente delgadas existe una concentración de
medio de soldadura relativamente alta que tiene eventualmente como
consecuencia una notable influencia sobre la composición de la
lámina. Por tanto, la fabricación de un cuerpo de nido de abeja
según el procedimiento anterior es adecuada precisamente en lo que
respecta a estos espesores de lámina extremadamente pequeños.
Respecto de la configuración de la estructura,
se propone que la altura de onda (W) esté comprendida entre 4 mm y
0,5 mm y/o que el paso (P) esté comprendido entre 6 mm y 0,8 mm. El
encolado exacto, especialmente según el procedimiento propuesto, es
de importancia especial en el caso de estructuras de nido de abeja
de un número de celdas relativamente alto con una altura de onda
relativamente pequeña y/o un paso pequeño. Esto se refiere
preferiblemente a una altura de onda de menos de 1 mm, especialmente
menos de 0,75 mm, o a un paso de menos de 2 mm, especialmente menos
de 1,5 mm. Con la altura de onda propuesta o el paso propuesto se
forman canales que presentan una sección transversal adecuada en lo
que respecta a la resistencia al flujo. Además, se ha de tener en
cuenta que las láminas son casi siempre provistas todavía de un
revestimiento aplicado por lavado que está impregnado del material
catalíticamente activo. El revestimiento por lavado tiene el
cometido de proporcionar una superficie grande especialmente
escarpada en los canales, de modo que se garantice un intenso
contacto del material catalíticamente activo con el gas de escape.
Si se eligen formas de canal demasiado esbeltas, esto puede conducir
a canales obstruidos, lo que tiene como consecuencia repercusiones
negativas sobre la presión dinámica de los gases de escape delante
de un cuerpo de nido de abeja de esta clase.
Este procedimiento es adecuado ciertamente para
todas las densidades de canales conocidas desde 200 cpsi ("cells
per square inch" = celdas por pulgada cuadrada) hasta más de 1600
cpsi, pero es especialmente ventajoso para una estructura de nido de
abeja que tenga una densidad de canales de más de 600 cpsi,
especialmente incluso más de 800 cpsi. La elección de la densidad de
canales, que describe el número de canales en una unidad de
superficie de la sección transversal de la estructura de nido de
abeja, viene determinada sustancialmente por la utilización de dicha
estructura de nido de abeja. Asimismo, se tienen en cuenta, por
ejemplo, el espesor de las láminas y/o la forma ondulada.
Según otra ejecución del cuerpo de nido de
abeja, al menos una lámina presenta una estructura secundaria que
define una zona parcial y limita la extensión de la anchura de la
franja de cola en la dirección de un eje de la estructura de nido de
abeja. Con estructuras secundarias se quiere dar a entender aquí una
deformación de la lámina que discurre de forma puntual y/o
sustancialmente transversal a la estructura de las láminas
estructuradas. Asimismo, esta estructura secundaria se puede hacer
netamente más pequeña o más plana, con lo que la estructura
secundaria presenta, por ejemplo, una altura de onda secundaria que
es eventualmente de menos de 20%, especialmente menos de 10% y
preferiblemente menos de 5% de la altura de onda de la lámina
estructurada. La estructura secundaria genera una limitación de la
anchura de la franja de cola en la dirección del eje o en la
dirección de la extensión de los puntos extremos (crestas de onda o
valles de onda). Asimismo, la estructura secundaria puede tener, por
ejemplo, la función de un carril de deslizamiento. Esto se aplica
especialmente cuando los carriles de deslizamiento están dispuestos
en el borde de las zonas de cola y/o por fuera del mismo. Estos
facilitan el deslizamiento de las láminas una sobre otra durante el
arrollamiento, con lo que se evita un corrimiento de la cola y/o una
adherencia mutua no deseada de las láminas en esta fase.
Asimismo, se propone que al menos una lámina
presente una capa de pasivación que defina una zona parcial y limite
la extensión de la anchura de la franja de cola en la dirección de
un eje de la estructura de nido de abeja. Con capa de pasivación se
quiere dar a entender aquí, por ejemplo, una sustancia química que
tenga influencia sobre propiedad adhesiva de la cola, de modo que,
por ejemplo, la cola que esté dispuesta por fuera de la anchura
deseada de la franja de cola sea desactivada por contacto con la
capa de pasivación, es decir que pierda su propiedad autoadhesiva
(eventualmente de forma permanente). Por tanto, la capa de
pasivación no sólo puede ser aprovechada para limitar una zona
parcial axial, sino que, en ciertas circunstancias, puede
contribuir también a que los flancos de las láminas estructuradas no
presenten cola adhesivamente eficaz por fuera de la anchura deseada
de la franja de cola.
A continuación, se explica la invención con más
detalle haciendo referencia a los dibujos. A este respecto, cabe
consignar que los ejemplos de realización representados no limitan
la idea de la invención, sino que muestran tan sólo ejemplos
especialmente preferidos y adecuados con miras a una explicación
detallada.
Muestran:
La figura 1, un alzado frontal de una estructura
de nido de abeja con tubo envolvente antes del proceso de soldadura
de aporte,
La figura 2, esquemáticamente, la estructura de
nido de abeja en una vista de detalle,
La figura 3, un dispositivo para encolar una
lámina estructurada,
La figura 4, otra ejecución de la estructura de
nido de abeja y
La figura 5, esquemáticamente, el desarrollo de
una ejecución del procedimiento propuesto.
La figura 1 muestra en un alzado frontal una
estructura de nido de abeja 1 que está ya completamente introducida
en una carcasa 10. Un lado extremo 5 está representado en forma
fuertemente esquematizada, mostrando con detalle una sección parcial
que la estructura de nido de abeja 1 está constituida por láminas
lisas 6 y láminas estructuradas 2 que están arrolladas en espiral.
Puede apreciarse aquí que la lámina estructurada 2 y la lámina lisa
6 definen canales 7 que pueden ser recorridos por un gas de escape.
Los canales 7 presentan sustancialmente una sección transversal
idéntica y se extienden casi paralelos uno a otro desde un lado
extremo 5 de la estructura de nido de abeja 1 hasta el lado extremo
opuesto. La estructura de nido de abeja 1 está representada después
del paso de soldadura, estando formada en la zona de contacto de las
láminas una con otra una anchura L de una franja de material de
soldadura. La anchura L de la franja de material de soldadura
describe especialmente un área próxima a la zona de contacto en la
que, en la dirección del curso de los canales, están dispuestos uno
tras otro un gran número de granos de material de soldadura.
La figura 2 muestra esquemáticamente en una
vista de detalle la constitución de una estructura de nido de abeja
1. Se representan aquí una lámina estructurada 2 y una lamina lisa 6
(en el estado no curvado), las cuales forman un punto de contacto o
una zona de contacto 11 y delimitan canales 7. La lámina
estructurada 2 tiene un paso P que describe la separación de dos
puntos extremos contiguos 23 (de un punto alto a otro o de un punto
bajo a otro). Asimismo, la estructura está caracterizada por una
altura de onda W que describe la distancia de dos puntos extremos
opuestos 23 (punto alto a punto bajo). Cerca de la zona de contacto
11 se forman unas pechinas 25 cuya configuración espacial depende
sustancialmente de la pendiente de un flanco 24 de la lámina
estructurada. Las láminas estructuradas 2 y/o las láminas lisas 6
presentan aquí un espesor prefijado 12.
Asimismo, puede apreciarse en la figura 2 la
anchura B de una franja de cola, la cual está dispuesta de
preferencia simétricamente con respecto a los puntos extremos 23. La
anchura B de la franja de cola puede ampliarse con una anchura
adicional Z, añadiéndose esta última preferiblemente a ambos lados
de la anchura de la franja de encolado. La anchura B de la franja de
cola se ha elegido aquí de modo que, a consecuencia de la acción
adhesiva de la cola 4, se deposite en las pechinas 25 solamente la
cantidad necesaria del material de soldadura 3 en forma de polvo. Se
trata aquí preferiblemente de tan sólo unos pocos granos de material
de soldadura, especialmente tan sólo dos de estos granos y de
manera especialmente preferida tan sólo un único grano de material
de soldadura por cada pechina 25 con un diámetro medio D de dicho
grano de material de soldadura.
La figura 3 muestra una posibilidad referente al
modo en que puede aplicarse la cola 4 sobre una lámina estructurada
2. A este fin, se conduce la lámina estructurada 2 por entre dos
rodillos distribuidores 16 escasamente distanciados uno de otro. La
lámina estructurada 2 establece aquí contacto con los tubos
distribuidores 6 únicamente mediante sus puntos extremos 23 (valles
de onda y crestas de onda), con lo que se genera una anchura
definida de la franja de cola. El rodillo distribuidor 16
representado arriba en la figura 3 está provisto directamente de una
alimentación 18 por medio de la cual se aplica la cola 4 sobre la
superficie del rodillo distribuidor 16. La alimentación 18 se sirve
aquí de la fuerza de la gravedad. El rodillo distribuidor dispuesto
por debajo de la lámina estructurada 2 es humectado con cola 4 sobre
su superficie periférica por medio de un cilindro 17, estando
equipado el cilindro 17 con una alimentación 18. En el dispositivo
representado los rodillos distribuidores 16 correspondan
aproximadamente a la longitud 15 de la lámina estructurada 2. Por
tanto, se prevé también cola por toda la longitud 15 dentro de la
anchura de la franja de cola.
Cabe consignar en este punto que son conocidas
del experto un gran número de técnicas de fabricación para obtener
tales franjas de cola. Aparte del dispositivo representado, en el
que la aplicación de la cola se efectúa por medio de rodillos
distribuidores 16, es conocido también, por ejemplo, el empleo de
boquillas rociadoras, tiras adhesivas o similares. Se puede recurrir
aquí a un gran número de dispositivos mecánicos y/o principios
básicos físicos, estando disponibles aquí también a título de
ejemplo determinados efectos capilares, la fuerza de la gravedad, la
presión o similares.
La lámina estructurada encolada 2 se reúne
seguidamente con una lámina lisa 6, formándose una estructura de
nido de abeja mediante un arrollamiento en espiral alrededor de un
eje 9.
La figura 4 muestra el proceso de arrollamiento
de una lámina estructurada 2 ya encolada y una lámina lisa 6,
reuniéndose estas láminas y arrollándose de nuevo en espiral
alrededor de un eje 9. En contraste con la lámina estructurada 2
representada en la figura 3, el encolado no se realiza en toda la
longitud 15 (no identificado). La lámina estructurada 2 presenta
aquí dos zonas parciales 8 que, partiendo de los lados extremos 5,
se extienden hacia la zona interior de dicha lámina estructurada 2.
Las zonas parciales 8 están limitadas por una estructura secundaria.
Esta estructura secundaria tiene el efecto de que se reduce la
altura de onda en un valor prefijado, con lo que, precisamente en lo
que respecta al dispositivo anteriormente mostrado con rodillos
distribuidores 16, se interrumpe el contacto con estos rodillos
distribuidores 16. Por tanto, en las zonas con la estructura
secundaria no se efectúa ninguna humectación de la lámina
estructurada 2 con cola 4.
Asimismo, la lámina estructurada 2 presenta en
una zona media o central otra zona parcial 8, estando limitada aquí
la extensión en la dirección del eje 9 por medio de una capa de
pasivación 14. La capa de pasivación puede aplicarse antes o después
del encolado de la lámina estructurada 2.
La figura 5 muestra una ejecución del
procedimiento según la invención. Conforme al primer paso, se
humedece la lámina estructurada 2 con una cola 4. Este proceso se
realiza por medio de dos boquillas 19 que están colocadas en lados
opuestos de la lámina estructurada 2. La boquilla 19 o un
dispositivo correspondiente genera aquí una respectiva franja de
cola sobre las crestas de onda o los valles de onda de la lámina
estructurada 2.
El segundo paso muestra esquemáticamente un paso
de limpieza que retira de la lámina estructurada 2 la porción de la
cola 4 que se proyecta más allá de la anchura B de la franja de
cola. Respecto de los medios que pueden utilizarse durante este paso
de limpieza, el experto puede recurrir nuevamente a un gran número
de alternativas o combinación de ellas. Cuando se emplean o se
seleccionan sustancias químicas, medios abrasivos o útiles
mecánicos, se ha de tener en cuenta especialmente la necesaria
precisión de fabricación. En la figura 5 los medios de limpieza 20
muestran, por ejemplo, unos cuantos discos pulidores impregnados con
disolvente que retiran la cola sobrante que conduciría a la
deposición de granos no deseados de material de soldadura.
Las láminas estructuradas pretratadas 2 son
apiladas con láminas lisas 6 (no representadas) y a continuación son
enroscadas en forma de S, tal como se representa a modo de croquis
en el tercer paso. La estructura de nido de abeja 1 así preparada es
introducida parcialmente en una carcasa 10.
En el cuarto paso se representa el proceso de
soldadura, efectuándose aquí la alimentación de material de
soldadura 3 en forma de polvo por medio de un dispositivo de
soldadura 21. El dispositivo de soldadura 21 puede estar construido,
por ejemplo, con una boquilla que transporte el material de
soldadura 3 en forma de polvo hacia dentro de las zonas interiores
de la estructura de nido de abeja 1. La alimentación puede
efectuarse aquí en la dirección de la fuerza de la gravedad o en
dirección contraria, a cuyo fin se sumergen el cuerpo de nido de
abeja 1 y la carcasa 10 al menos parcialmente en un lecho fluidizado
lleno de polvo de material de soldadura. Si se efectúa una
soldadura simultánea de la superficie periférica exterior de la
estructura de nido de abeja 1, se ha de aplicar allí una capa de
cola adicional después del proceso de arrollamiento o después de la
introducción de la estructura de nido de abeja en la carcasa 10, de
modo que más tarde permanezca también adherido material de soldadura
3 a la superficie periférica de la estructura de nido de abeja
1.
Por último, se introduce la estructura de nido
de abeja 1 completamente en la carcasa 10 y se la somete a un
tratamiento térmico (el proceso de soldadura de aporte) en un horno
22 (véase el quinto paso). La formación de uniones de soldadura
entre las láminas una con otra o entre las láminas y la carcasa 10
se realiza aquí preferiblemente por medio del llamado procedimiento
de soldadura de aporte a alta temperatura y en vacío.
Por tanto, la invención hace posible la
fabricación de un cuerpo de nido de abeja o una matriz de soporte
para un revestimiento catalíticamente activo que sea adecuado para
la transformación química de contaminantes contenidos en el gas de
escape de motores de combustión interna móviles. Mediante la mínima
anchura propuesta de la franja de cola se asegura así una unión
permanente a pesar de las solicitaciones térmicas y dinámicas allí
reinantes, evitándose al mismo tiempo el empleo excesivo de material
de soldadura. Resultan de esto, por un lado, ventajas de coste en lo
que se refiere a la fabricación de tal estructura de nido de abeja,
pero, al mismo tiempo, se incrementan también la seguridad del
proceso en el ámbito de la fabricación y la vida útil de tales
estructuras de nido de abeja.
- 1
- Estructura de nido de abeja
- 2
- Lámina estructurada
- 3
- Material de soldadura
- 4
- Cola
- 5
- Lado extremo
- 6
- Lámina lisa
- 7
- Canal
- 8
- Zona parcial
- 9
- Eje
- 10
- Carcasa
- 11
- Zona de contacto
- 12
- Espesor de lámina
- 13
- Estructura secundaria
- 14
- Capa de pasivación
- 15
- Longitud
- 16
- Rodillo distribuidor
- 17
- Cilindro
- 18
- Alimentación
- 19
- Boquilla
- 20
- Medio de limpieza
- 21
- Dispositivo de soldadura
- 22
- Horno
- 23
- Punto extremo
- 24
- Flanco
- 25
- Pechina
- B
- Anchura de la franja de cola
- D
- Diámetro
- L
- Anchura de la franja de material de soldadura
- P
- Paso
- W
- Altura de onda
- Z
- Anchura adicional
Claims (19)
1. Procedimiento para encolar y soldar una
estructura de nido de abeja (1) que comprende al menos una lámina
(2) al menos parcialmente estructurada y dotada de un paso (P) y una
altura de onda (W), cuyo procedimiento comprende los pasos
siguientes:
- -
- seleccionar un diámetro medio (D) de un material de soldadura (3) en forma de polvo que sea cuantitativamente menor de 15% de la altura de onda (W);
- -
- encolar al menos la lámina (2) al menos parcialmente estructurada dentro de la anchura (B) de una franja de cola sobre al menos una parte de crestas de onda formadas por la ondulación;
- -
- soldar la estructura de nido de abeja (1), y caracterizado porque se determina una anchura mínima (B) de la franja de cola según la ecuación
B = 2 \cdot
\sqrt{D \cdot \left[\frac{1}{4} \cdot \frac{P}{W} - 0,0156
\right]}
2. Procedimiento según la reivindicación 1, en
el que se amplía la anchura (B) de la franja de cola con una anchura
adicional (Z), estando la anchura adicional (Z) en un intervalo
comprendido entre 0,2 \cdot D < Z < D.
3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2,
en el que se determina la anchura (B) de la franja de cola por medio
de un valor de corrección K que está situado en un intervalo de 0 mm
< K < 1 mm y que se resta de la anchura (B) de la franja de
encolado o se agrega a ella.
4. Procedimiento según una de las
reivindicaciones anteriores, en el que la lámina (2) al menos
parcialmente estructurada es provista primero de la cola (4), luego
se forma una estructura de nido de abeja (1) y se realiza más tarde
una soldadura en un lado extremo (5) de la estructura de nido de
abeja (1).
5. Procedimiento según la reivindicación 4, en
el que se forma la estructura de nido de abeja (1) por medio de al
menos una lámina lisa adicional (6), estando apiladas y/o enroscadas
la al menos una lámina estructurada (2) y la al menos una lámina
lisa (6) de modo que se formen canales (7) susceptibles de ser
recorridos por un fluido.
6. Procedimiento según una de las
reivindicaciones anteriores, en el que la anchura (B) de la franja
de cola es menor de 1,75 mm, especialmente menor de 1 mm y
preferiblemente menor de 0,5 mm.
7. Procedimiento según una de las
reivindicaciones anteriores, en el que el encolado de la estructura
de nido de abeja (1) se realiza solamente en al menos una zona
parcial (8) en la dirección del eje (9) de la estructura de nido de
abeja (1).
8. Procedimiento según una de las
reivindicaciones anteriores, en el que la cola (4) que se ha
acumulado por fuera de la anchura (B) de la franja de cola es
retirada en un paso de limpieza antes de la soldadura.
9. Procedimiento según una de las
reivindicaciones anteriores, en el que la cola (4) presenta dos
propiedades adhesivas deliberadamente ajustables que se pueden
activar y desactivar ambas en forma repetitiva, de tal manera
que:
- -
- una propiedad autoadhesiva de la cola (4) que se ha acumulado por fuera de la anchura (B) de la franja de cola sea desactivada antes de la soldadura y/o
- -
- una propiedad autoadhesiva de la cola (4) que se ha acumulado por dentro de la anchura (B) de la franja de cola sea activada antes de la soldadura.
10. Procedimiento según una de las
reivindicaciones anteriores, en el que se emplea un diámetro medio
(D) del material de soldadura (3) en forma de polvo comprendido
entre 40 \mum y 120 \mum.
11. Procedimiento según una de las
reivindicaciones anteriores, en el que, después de la soldadura o
después de un tratamiento térmico subsiguiente de la estructura de
nido de abeja (1), se genera una anchura (L) de una franja de
material de soldadura que, sustancialmente frente a la anchura (B)
de la franja de cola, tiene solamente una tolerancia de como máximo
10%, preferiblemente como máximo 5%, y que especialmente no es mayor
que la anchura (B) de la franja de cola.
12. Procedimiento según una de las
reivindicaciones anteriores, en el que, antes de la soldadura, se
introduce la estructura de nido de abeja (1) al menos parcialmente
en una carcasa (10).
13. Estructura de nido de abeja (1) que
comprende láminas (2) al menos parcialmente estructuradas de modo
que se formen canales (7) susceptibles de ser recorridos por un
fluido y dotados de un paso (P) y una altura de onda (W), estando
previstos cola y un material de soldadura (3) de forma de polvo con
un diámetro medio (D) de dicho material en zonas de contacto (11) de
las láminas (1, 2) una con otra por dentro de una anchura (B) de una
franja de cola, caracterizada porque la anchura (B) de la
franja de cola y el diámetro (D) del material de soldadura
corresponden sustancialmente a la correlación siguiente:
B = 2 \cdot
\sqrt{D \cdot\left[\frac{1}{4} \cdot \frac{P}{W} - 0,0156
\right]}
14. Estructura de nido de abeja (1) según la
reivindicación 13, en la que la estructura de nido de abeja (1)
comprende preferiblemente también láminas lisas (6),
caracterizada porque las láminas (2, 6) tienen un espesor
(12) de menos de 180 \mum, especialmente menos de 100 \mum y
preferiblemente menos de 40 \mum.
15. Estructura de nido de abeja (1) según la
reivindicación 13 ó 14, caracterizada porque la altura de
onda (W) está comprendida entre 4 mm y 0,5 mm.
16. Estructura de nido de abeja (1) según una de
las reivindicaciones 13 a 15, caracterizada porque el paso
(P) está comprendido entre 6 mm y 0,8 mm.
17. Estructura de nido de abeja según una de las
reivindicaciones 13 a 16, caracterizada porque ésta tiene una
densidad de canales mayor de 600 cpsi, especialmente incluso mayor
de 800 cpsi.
18. Estructura de nido de abeja (1) según una de
las reivindicaciones 13 a 17, caracterizada porque al menos
una lámina (2, 6) presenta una estructura secundaria (13) que define
una zona parcial (8) y limita la extensión de la anchura (B) de la
franja de cola en la dirección de un eje (9) de la estructura de
nido de abeja (1).
19. Estructura de nido de abeja (1) según una de
las reivindicaciones 13 a 18, caracterizada porque al menos
una lámina (2, 6) presenta una capa de pasivación que define una
zona parcial (8) y limita la extensión de la anchura (B) de la
franja de cola en la dirección de un eje (9) de la estructura de
nido de abeja (1).
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