ES2279961T3 - Cuerpo de soporte de catalizador con envolvente ondulada y procedimiento para su fabricacion. - Google Patents
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Abstract
Cuerpo de soporte de catalizador (1) con un eje geométrico longitudinal (10), que comprende un cuerpo de nido de abeja (2) y una carcasa (3), en donde está dispuesta entre el cuerpo de nido de abeja (2) y la carcasa (3) una envolvente ondulada (4) con un lado exterior (5) y un lado interior (6), y en donde la envolvente ondulada (4) está unida por técnicas de ensamble en su lado exterior (5), en tramos de amarre (26), con la carcasa (3) y en su lado interior (6) con el cuerpo de nido de abeja (2), caracterizado porque los tramos de amarre (26) están situados sustancialmente sobre una línea periférica común y tienen una anchura (11) lo más corta posible en la dirección del eje longitudinal (10), pero están dimensionados de modo que, en condiciones de funcionamiento, puedan sujetar con seguridad el cuerpo de nido de abeja (2) debido a la superficie total de los mismos.
Description
Cuerpo de soporte de catalizador con envolvente
ondulada y procedimiento para su fabricación.
La presente invención concierne a un cuerpo de
soporte de catalizador según el preámbulo de la reivindicación 1 y
a un procedimiento para su fabricación. Estos cuerpos de soporte de
catalizador se utilizan especialmente para reducir la proporción de
contaminantes de gases de escape de motores de combustión interna
móviles.
El campo de utilización más importante de tales
cuerpos de soporte de catalizador puede verse en la depuración de
gases de escape de motores diesel y Otto en la técnica de los
vehículos automóviles. A este fin, los cuerpos de soporte de
catalizador son provistos usualmente de una capa de soporte
(especialmente un revestimiento aplicado por lavado) que se
caracteriza por un superficie muy grande, estando impregnada
usualmente esta capa de soporte con al menos un material
catalíticamente activo (por ejemplo, platino, rodio o similares). Al
contacto del gas de escape con estos materiales catalíticamente
activos se produce una reducción de los contaminantes contenidos en
el gas de escape, tales como, por ejemplo, monóxido de carbono,
hidrocarburos insaturados, monóxido de nitrógeno o similares. Para
poder proporcionar una superficie relativamente grande para la capa
de soporte, se equipan usualmente los cuerpos de soporte de
catalizador con un cuerpo de nido de abeja que presenta un gran
número de canales susceptible de ser recorridos por un fluido. A
este respecto, se conocen cuerpos de nido de abeja cerámicos,
extruidos y metálicos. Los cuerpos de nido de abeja se introducen
generalmente en una carcasa que a su vez se integra directamente en
la tubería de los gases de escape. En esta instalación de gas de
escape móvil el cuerpo de soporte del catalizador está expuesto a
altas cargas térmicas y dinámicas.
Las cargas térmicas resultan, por ejemplo, por
un lado, de la temperatura del propio gas de escape, aumentando
ésta cuando el cuerpo de soporte de catalizador se dispone más cerca
del motor de combustión interna. Por otro lado, las reacciones
catalíticas químicas de los componentes contaminantes contenidos en
el gas de escape conducen también a un aumento de la temperatura
del cuerpo de soporte del catalizador, ya que éstas se desarrollan
generalmente por vía exoterma, de modo que, en ciertas
circunstancias, se alcanzan temperaturas que son netamente más
altas que la propia temperatura de los gases de escape. Las
influencias esenciales en cuanto a las cargas dinámicas resultan
del proceso de combustión y de estimulaciones de vibración externas.
Dado que el proceso de combustión en el motor de combustión interna
se desarrolla de forma intermitente, los golpes de presión
resultantes de ello se producen periódicamente y se propagan a
través de todo el sistema de gas de escape. Se produce una
estimulación de vibración externa, por ejemplo, a consecuencia de
irregularidades de la calzada sobre la cual se mueve el automóvil.
Debido a esta alta carga térmica y dinámica es de interés especial
una unión permanente del cuerpo de nido de abeja con la carcasa.
Esta unión tiene que ser adecuada, por un lado, para compensar un
comportamiento de dilatación térmica diferente del cuerpo de nido de
abeja frente a la carcasa y, por otro lado, tiene que evitarse a
largo plazo que el cuerpo de nido de abeja se desprenda de la
carcasa.
Precisamente en lo que respecta al empleo de
cuerpos de nido de abeja metálicos y a un amarre permanente a una
carcasa metálica es conocido el recurso de realizar la unión del
cuerpo de nido de abeja con la carcasa por encima de una capa
intermedia. Esta está unida con el cuerpo de nido de abeja en su
lado interior y con la carcasa en su lado exterior. Ésta capa
intermedia se desprende, por ejemplo, de la publicación japonesa JP
04-222636 A. La capa intermedia está construida allí
como un chapa ondulada y está unida, por un lado, con el cuerpo de
nido de abeja y, por otro lado, con la carcasa. El cuerpo de nido de
abeja allí descrito está constituido por una chapa lisa y una chapa
ondulada que se arrollan conjuntamente en espiral para formar un
cuerpo de nido de abeja cilíndrico. La limitación exterior del
cuerpo de nido de abeja está representada allí por una chapa lisa.
En este supuesto, un amarre por medio de la chapa ondulada carece
relativamente de problemas, ya que se proporciona una superficie
casi lisa del cuerpo de nido de abeja.
Sin embargo, se conocen también otras formas de
disposición de las láminas de chapa. Éstas comprenden especialmente
cuerpos de nido de abeja que están formados por un gran número de
láminas de chapa lisas y onduladas que se disponen alternando unas
con otras y que a continuación se curvan en forma de S y/o en forma
de U. Para una descripción más detallada de tales cuerpos de nido
de abeja metálicos cabe remitirse especialmente a los documentos EP
0 245 737, WO 90/03220 y DE 37 43 723, cuyo contenido divulgativo
queda completamente integrado aquí con esta mención.
Un amarre duradero a largo plazo de un cuerpo de
nido de abeja a una carcasa no es fácil de conseguir y es objeto de
numerosas propuestas de construcción. La consecución de este
objetivo viene dificultada por el hecho de que en el futuro se
utilizarán láminas cada vez más delgadas en las que el amarre
duradero es aún más difícil. Se aplica aquí, por un lado, la
premisa de cumplir las disposiciones legales vigentes o las normas
futuras que estén con ello en primer plano y, por otro lado,
garantizar una fabricación barata y apta para la producción en
serie de tales cuerpos de soporte de catalizador. Un criterio
central a este respecto está representado por la definición
espacial exacta de uniones de ensamble entre los distintos
componentes del cuerpo de soporte del catalizador. Puesto que, por
ejemplo, con ayuda de programas de simulación asistidos por
ordenador se puede obtener una determinación de la disposición
local o espacial de sitios de unión, se tiene que asegurar también
que en el marco de la fabricación real se formen las uniones de
ensamble con precisión y tan sólo en los sitios deseados.
Usualmente, tales uniones de ensamble se
obtienen por medio de un procedimiento de soldadura autógena o de
soldadura de aporte de material. El procedimiento de soldadura
autógena ofrece aquí la ventaja de que se puede dosificar muy bien
local o espacialmente un aumento de temperatura de la carcasa o del
cuerpo de nido de abeja; no obstante, es desventajoso el hecho de
que ya en la fabricación del cuerpo de soporte del catalizador se
pueden producir variaciones de estructura de diferente magnitud de
los componentes individuales, de modo que éstos presentan ya
eventualmente en este mismo momento unas grandes tensiones internas.
En el procedimiento de soldadura de aporte un problema principal
reside en la propiedad de fluencia del material de soldadura
durante el tratamiento térmico. Como ya se ha explicado más arriba,
tales cuerpos de nido de abeja constan frecuentemente de pequeños
canales, formándose precisamente en las pechinas de tales canales o
en los sitios de contacto de componentes contiguos (por ejemplo,
láminas metálicas, etc.) unos capilares en los que se propaga el
material de soldadura licuado por efecto capilar. Esta fluencia
tiene lugar aquí también generalmente en contra de la fuerza de
peso exterior y eventualmente también por toda la longitud de un
cuerpo de soporte de catalizador. Esto tiene la consecuencia de
que, precisamente en virtud del empleo de una capa intermedia
ondulada de esta clase, se producen zonas de unión no deseadas.
En cuerpos de nido de abeja sometidos a altas
cargas térmicas, esto es, particularmente cuerpos de soporte de
catalizador montados cerca del motor que están constituidos por
chapas delgadas, especialmente chapas de un espesor menor de 30
\mum o incluso menor de 25 \mum, se constata al cabo de un
tiempo de funcionamiento prolongado que estos se deforman adoptando
la configuración de un tonel. Los diámetros de los lados extremos se
hacen más pequeños que el diámetro original, mientras que en la
zona central se conserva el diámetro original. Según las
condiciones de funcionamiento, esta deformación a modo de tonel no
presenta ineludiblemente una simetría exacta en ambos lados
extremos. Una envolvente ondulada puede contrarrestar algo esta
deformación cuando sea fabricada a base de material más grueso y
esté unida en los lados extremos con el cuerpo de nido de abeja.
Sin embargo, cuando dicha envolvente es demasiado rígida, el cuerpo
de nido de abeja se desprende con el transcurso del tiempo, pero si
esta envolvente es demasiado blanda, dicho cuerpo se curva también
con facilidad. Por tanto, se tiene que encontrar un compromiso para
la rigidez de la envolvente ondulada. Aun cuando se resuelva esto
de manera óptima, la envolvente ondulada se curva hacia dentro
juntamente con los lados extremos del cuerpo de nido de abeja en el
transcurso de la vida útil, con lo que se carga su unión exterior
con la carcasa y dicha envolvente puede romperse.
En este contexto, es cometido de la presente
invención indicar un cuerpo de soporte de catalizador que presente
una unión lo más duradera posible entre el cuerpo de nido de abeja y
la carcasa, especialmente para cuerpos de nido de abeja de chapas
delgadas. El cuerpo de soporte de catalizador deberá ser de
estructura sencilla y garantizar un amarre estable del cuerpo de
nido de abeja incluso bajo altas cargas térmicas y dinámicas.
Asimismo, se pretende indicar un procedimiento para fabricar un
cuerpo de soporte de catalizador de esta clase. A este respecto,
está en primer plano especialmente una posibilidad de realización
sencilla del procedimiento en el marco de un proceso de producción
en serie.
Estos problemas se resuelven por medio de un
cuerpo de soporte de catalizador con las características de la
reivindicación 1 y por medio de un procedimiento para fabricar un
cuerpo de soporte de catalizador con las características de la
reivindicación 14. Otras ejecuciones ventajosas del procedimiento y
del cuerpo de soporte de catalizador están descritas en las
respectivas reivindicaciones subordinadas. Las características de
las distintas reivindicaciones subordinadas se pueden combinar aquí
también respectivamente unas con otras.
Un cuerpo de soporte de catalizador según la
invención con un eje longitudinal geométrico, que comprende un
cuerpo de nido de abeja y una carcasa, estando dispuesta entre el
cuerpo de nido de abeja y la carcasa una envolvente ondulada con un
lado exterior y un lado interior, y estando unida la envolvente
ondulada por técnicas de ensamble en su lado exterior, en tramos de
amarre, con la carcasa y en su lado interior con el cuerpo de nido
de abeja, se caracteriza porque los tramos de amarre están situados
sustancialmente sobre una línea periférica común y tienen una
anchura lo más corta posible en la dirección del eje longitudinal,
pero están dimensionados de modo que, en condiciones de
funcionamiento, pueden sujetar el cuerpo de nido de abeja con
seguridad debido a la superficie total de los mismos.
Hasta ahora, el amarre de un cuerpo de nido de
abeja a una carcasa se realiza con o sin capa ondulada intercalada,
casi siempre con franjas de material de soldadura generosamente
dimensionadas que, en cualquier caso, generan superficies de amarre
mucho más grandes que las que son necesarias para la sujeción
mecánicamente segura del cuerpo de nido de abeja. Estas superficies
de amarre tienen sobre todo una gran extensión en la dirección del
eje longitudinal, con lo que se acorta la longitud disponible para
el curvado de la envolvente ondulada, lo que conduce a una más
rápida destrucción de la envolvente ondulada en condiciones de
funcionamiento. La invención pone remedio a esta situación con
ayuda de una estrecha limitación de la extensión axial de los
tramos de amarre. Naturalmente, los tramos de amarre no deberán
hacerse tan pequeños en su superficie total que no puedan sujetar
ya con seguridad el cuerpo de nido de abeja bajo cargas dinámicas,
pero, no obstante, es posible frente al estado de la técnica una
significativa reducción del tamaño que incrementa decisivamente la
longitud axial disponible de curvado de la envolvente ondulada.
Mientras que la envolvente ondulada está unida hacia dentro,
preferiblemente en toda su longitud, con el cuerpo de nido de abeja,
reduciendo así la deformación de éste a manera de tonel, pero
participando también en ella, dicha envolvente está unida hacia
fuera con la carcasa solamente en una zona axial muy pequeña que
especialmente es de menos de 10 mm, preferiblemente menos de 6 mm y
de manera muy especialmente preferida menos de 4 mm. La longitud
axial necesaria de los tramos de amarre se puede calcular para un
caso de aplicación concreto con las consideraciones siguientes: La
superficie completa de todos los tramos de amarre ha de poder
soportar el peso del cuerpo de nido de abeja revestido bajo las
aceleraciones que cabe esperar en la práctica. A causa de
vibraciones, se supone, por ejemplo, una carga de 150 g (150 veces
la aceleración producida por la atracción terrestre). La superficie
completa de los tramos de amarre depende primeramente del número de
tramos de unión, es decir, del número de crestas de onda que hacen
contacto con la carcasa. Se puede suponer una capacidad de carga
máxima de una buena unión de soldadura de aporte de 2,5 N/mm^{2},
de lo que resulta, para un peso dado y una aceleración esperable,
la superficie total mínima para los tramos de amarre. Con pequeños
experimentos empíricos sobre la anchura de un tramo de amarre
típico en dirección periférica, la cual depende también algo de la
forma ondulada de la envolvente ondulada, y con el número de
crestas de onda se puede calcular entonces la anchura axial
necesaria de los tramos de amarre. Sorprendentemente, incluso con
un suplemento de seguridad resulta casi siempre tan sólo una
anchura necesaria muy pequeña del orden de magnitud anteriormente
citado. Cuanto más delgadas sean las chapas de un cuerpo de nido de
abeja, tanto más pequeño será su peso y tanto más estrechos podrán
ser también los tramos de amarre.
La carcasa presenta normalmente un espesor de
0,6 mm a 2 mm. La envolvente ondulada está caracterizada por sus
crestas y valles de onda que discurren en la dirección del eje
longitudinal y que forman la estructura ondulada deseada. La
configuración explícita de la estructura ondulada puede
seleccionarse de una manera específica según la aplicación,
habiendo dado ya resultados muy buenos preferiblemente una
estructura ondulada aproximadamente de forma sinusoidal o una
estructura ondulada similar. La ondulación compensa, por ejemplo,
una expansión o contracción del cuerpo de nido de abeja en
dirección periférica, ya que las crestas y valles de onda contiguos
se alejan uno de otro o se aproximan más uno a otro.
El cuerpo de soporte de catalizador que aquí se
describe está provisto de al menos una franja de material de
soldadura. Esta franja de material de soldadura comprende
generalmente (al menos antes de un tratamiento térmico del cuerpo
de soporte de catalizador) un material de soldadura configurado en
forma de banda que se fija eventualmente con ayuda de adhesivos o
aglutinantes a la envolvente ondulada. La propia franja de material
de soldadura puede comprender eventualmente también otros
componentes químicos. La envolvente ondulada y/o la carcasa
presentan ahora al menos un medio de limitación del material de
soldadura. Éste se configura como un revestimiento, como una
mecanización de la superficie o especialmente como una configuración
geométrica. Cada rendija a partir de un tamaño determinado, por
ejemplo, impide la propagación adicional de material de soldadura
por efectos capilares. También superficies que repelan el material
de soldadura o que al menos impidan la iniciación de la soldadura
de aporte, especialmente superficies oxidadas, limitan eficazmente
las zonas de amarre.
Un medio preferido de limitación del material de
soldadura es al menos un canto, ya que por medio de un canto se
forma una rendija entre la envolvente ondulada montada y la carcasa.
Esta rendija funciona como una especie de tope para material de
soldadura durante la producción de las uniones de ensamble, ya que,
a consecuencia de esta rendija, se interrumpen los capilares
existentes y, por tanto, se impide un flujo de material de soldadura
no deseado. Tales cantos están dispuestos aquí de preferencia
directamente en las proximidades del borde de la franja de material
de soldadura, especialmente a una distancia de menos de 2 mm,
preferiblemente menos de 1 mm y ventajosamente menos de 0,5 mm. De
esta manera, es posible una limitación espacial exacta de uniones
de ensamble. La formación de cantos en la envolvente ondulada o en
la carcasa se puede materializar aquí de manera relativamente
sencilla, pudiendo prescindirse también, por ejemplo, del empleo de
materiales adicionales tales como revestimientos cerámicos,
etc.
Según otra ejecución del cuerpo de soporte de
catalizador, la al menos una franja de material de soldadura está
formada extendiéndose periféricamente por el lado exterior de la
envolvente ondulada y está dispuesta centrada con respecto a una
extensión de la envolvente ondulada en la dirección del eje. La
disposición sustancialmente centrada de la franja de material de
soldadura o la formación de una unión de ensamble correspondiente en
esta zona es ventajosa debido a que, al calentar o enfriar el
cuerpo de nido de abeja, especialmente cerca de sus lados extremos,
se puede constatar la existencia de un comportamiento dinámico de
expansión o de contracción. Esto significa, por otro lado, que
precisamente en la zona central o centradamente ubicada tiene lugar
movimientos relativos relativamente pequeños de los dos
componentes. Por tanto, esta posición es adecuada especialmente
para amarrar la envolvente ondulada a la carcasa. En el caso de una
disposición centrada no es preciso tener en cuenta también más
tarde la posición de montaje del cuerpo de nido de abeja. No
obstante, puede ocurrir en la práctica que los dos lados extremos
estén cargados en grado diferente y, por tanto, se contraigan en
proporción diferente. La franja de material de soldadura se dispone
entonces preferiblemente algo descentrada en la dirección del lado
extremo que se contrae menos fuertemente.
Según otra ejecución del cuerpo de soporte de
catalizador, la carcasa tiene al menos una entalladura que forma al
menos un canto paralelo, estando enrasado el al menos un canto
formado con una franja de material de soldadura. Esto quiere decir
que el canto se aplica ventajosamente de forma directa a la franja
de material de soldadura. Es muy especialmente ventajoso que la
carcasa sea provista de varias entalladuras cuyos cantos limiten,
por ejemplo, una franja periférica de material de soldadura en
ambos lados, es decir, desde ambos bordes periféricos. De esta
manera, se forma una zona de contacto definida, en donde el material
de soldadura incluido en la franja de dicho material discurre
también realmente tan sólo estos dos cantos. Se asegura así que una
cantidad suficiente de material de soldadura permanezca en la zona
de amarre prevista para el mismo incluso durante o después de un
tratamiento térmico del cuerpo de soporte del catalizador.
Según otra ejecución, la envolvente ondulada
presenta, además de su estructura ondulada que discurre
sustancialmente paralela al eje, al menos una estructura
transversal que forma al menos un canto. La estructura transversal
está realizada generalmente con una altura de menos de 1 mm, estando
configurada ésta también ventajosamente de manera que se extienda
en sentido periférico. En general, la al menos una estructura
transversal se superpone a la estructura ondulada de la envolvente
ondulada que discurre paralela al eje. La estructura transversal
funciona aquí como un distanciador de la envolvente ondulada con
respecto a la carcasa, pudiendo interrumpirse también efectos
capilares.
Sin embargo, esto podría tener la consecuencia
de que se forme aquí una rendija anular innecesariamente grande
entre la envolvente ondulada y la carcasa en la que se pueda
acumular eventualmente gas de escape caliente no tratado. Para
impedir esto, es ventajoso que la al menos una estructura
transversal esté dirigida radialmente hacia fuera, teniendo
preferiblemente la carcasa al menos un rebajo compatible, es decir,
correspondientemente adaptado, de modo que se forme una rendija
entre la al menos una estructura transversal y el al menos un
rebajo. Se genera de esta manera una especie de junta laberíntica,
impidiéndose por medio del encaje mutuo "sin contacto" de la
estructura transversal y el rebajo una derivación no deseada de gas
de escape caliente no tratado durante la utilización del cuerpo de
soporte del catalizador o un flujo no deseado del medio de soldadura
en el marco de la generación de uniones de ensamble.
Según un perfeccionamiento ventajoso del cuerpo
de soporte de catalizador, la envolvente ondulada presenta, además
de su estructura ondulada que discurre sustancialmente paralela al
eje, al menos una microestructura que está dispuesta
preferiblemente cerca de al menos una limitación de la envolvente
ondulada, estando configuradas aquí preferiblemente varias
respectivas microestructuras que se extienden en sentido periférico
perpendicularmente al eje. Las microestructuras tienen la función
de configurar la envolvente ondulada de modo que pueda ser curvada
axialmente con más facilidad en tramos determinados. La propia
envolvente ondulada es de construcción relativamente rígida a causa
de su estructura ondulada que discurre sustancialmente paralela al
eje, lo que puede variarse al menos localmente por medio de la
microestructura que aquí se propone. Esto de especial interés, ya
que el cuerpo de nido de abeja adopta preferiblemente una
configuración de forma de tonel durante su enfriamiento; esto
significa que las zonas del cuerpo de nido de abeja situadas cerca
de los lados extremos presentan una sección transversal de
superficie más pequeña que las zonas centrales o centradamente
dispuestas. La causa de ello puede verse, por un lado, en la
cantidad relativamente grande de calor almacenado en el interior del
cuerpo de nido de abeja y en el rápido enfriamiento desde fuera o
desde cerca de los lados extremos. Este comportamiento de
enfriamiento hace necesario que la envolvente ondulada siga a una
deformación de esta clase sin dejar que se originen aquí tensiones
térmicas tan altas que conduzcan eventualmente a la separación de
las uniones de ensamble. Esto puede ser producido exactamente con
microestructuras de esta clase, superponiéndose aquí
preferiblemente 3 a 10 microestructuras a la estructura ondulada
cerca de un respectivo lado extremo del cuerpo de nido de abeja.
Respecto de la configuración o la fabricación de tales
microestructuras, cabe remitirse en este punto al documento EP 0
784 507, a cuyo contenido completo se hace aquí referencia.
Asimismo, se propone que la envolvente ondulada
presente al menos una zona de unión para uniones de ensamble con el
cuerpo de nido de abeja, estando dispuesta esta al menos una zona de
unión en el lado interior de la envolvente ondulada cerca de un
lado extremo del cuerpo de nido de abeja y quedando particularmente
enrasada con este lado. A este respecto, se ha comprobado en
ensayos de larga duración que es especialmente ventajoso prever tan
sólo una zona de unión que esté realizada, en cambio, en toda la
longitud del cuerpo de nido de abeja o en toda la extensión de la
envolvente ondulada y abrazando a estos completamente. La envolvente
ondulada tiene aquí propiedades del material que precisamente en lo
que respecta a la capacidad calorífica específica de la superficie
están situadas aproximadamente entre las de la carcasa, por un lado,
y las del cuerpo de nido de abeja o de las láminas metálicas que
forman el cuerpo de nido de abeja. Se consigue una libertad
suficiente de expansión o contracción del cuerpo de nido de abeja
debido a que la envolvente ondulada está unida con dicho cuerpo de
nido de abeja solamente por medio de sus crestas y valles de onda,
es decir que aquí se forman un gran número de pequeñas uniones a
modo de franjas a lo largo de estos extremos de la estructura
ondulada.
Sin embargo, es posible también prever al menos
dos zonas de unión precisamente en cuerpos de soporte de catalizador
que no deberán exponerse a cargas térmicas y dinámicas
extremadamente altas, estando dispuesta al menos una de estas zonas
de unión en el lado extremo de la envolvente ondulada cerca de un
lado extremo del cuerpo de nido de abeja y quedando especialmente
enrasada con este lado. En este contexto, puede ser especialmente
ventajoso construir cada una de tales zonas de unión partiendo del
lado extremo del cuerpo de nido de abeja en una longitud de 5 a 20
mm entre dicho cuerpo de nido de abeja y la envolvente ondulada,
mientras que en la zona central tiene lugar una inmovilización de
la envolvente ondulada hacia la carcasa.
Según otra ejecución, la carcasa tiene al menos
una muesca que se superpone al menos parcialmente, visto en
dirección radial, a al menos una zona de unión. Esta muesca sirve
también para asegurar que precisamente en la zona de los lados
extremos tenga lugar el comportamiento de dilatación térmica
fuertemente diferente del cuerpo de nido de abeja y la carcasa. La
muesca tiene nuevamente como consecuencia la formación de una
rendija entre la envolvente ondulada y la carcasa, de modo que se
evita un flujo no deseado de material de soldadura. En este
contexto, cabe consignar aún que la carcasa puede ser en principio
de construcción más larga o más corta que el cuerpo de nido de
abeja o la envolvente ondulada. Sin embargo, se prefiere una
configuración enrasada del cuerpo de nido de abeja, la envolvente
ondulada y la carcasa.
En cuanto a la envolvente ondulada, es ventajoso
que ésta tenga un espesor de 0,08 mm a 0,25 mm, estando construida
la estructura ondulada preferiblemente con una longitud de onda de
1,5 mm a 4 mm y una altura de onda de 0,5 mm a 2 mm. Esta
envolvente ondulada está constituida, por ejemplo, por una aleación
de níquel-cromo-hierro de alto
contenido de carbono con aditivos de los elementos de microaleación
titanio, zirconio y aluminio e itrio. La composición química de la
envolvente ondulada está caracterizada entonces por los componentes
siguientes: Cr (24-26%), Fe
(8-11%), C (0,15-0,25%), Mn (0,1%),
Si (0,5%), Cu (0,1%), Al (1,8-2,4%), Ti
(0,1-0,2%), Y (0,05-0,12%), Zr
(0,01-0,1%) y la base de níquel restante. La
envolvente ondulada presenta aquí una extraordinaria resistencia a
la oxidación a altas temperaturas, una muy buena resistencia a la
corrosión y excelentes valores de durabilidad a alta temperatura,
especialmente también en condiciones cíclicas. Una ejecución de esta
clase de la envolvente ondulada ha resultado ser especialmente
ventajosa para cuerpos de nido de abeja metálicos que tengan una
constitución cilíndrica con un diámetro de menos de 100 mm y una
longitud de aproximadamente 75 mm.
Según otro aspecto de la invención, se propone
un procedimiento para fabricar un cuerpo de soporte de catalizador
que comprende un cuerpo de nido de abeja y una carcasa, en el que
está dispuesta entre el cuerpo de nido de abeja y la carcasa una
envolvente ondulada con un lado exterior y un lado interior, y la
envolvente metálica está unida por técnicas de ensamble con la
carcasa mediante su lado exterior y con el cuerpo de nido de abeja
mediante su lado interior. El procedimiento según la invención
comprende aquí al menos los pasos siguientes:
- fabricación de un cuerpo de nido de abeja, una
envolvente ondulada y una carcasa, presentando la envolvente
ondulada y/o la carcasa al menos un medio de limitación para
material de soldadura;
- aplicación de al menos una franja de material
de soldadura sobre la envolvente ondulada, disponiéndose esta
franja en posición sustancialmente paralela al al menos un medio de
limitación del material de soldadura;
- introducción del cuerpo de nido de abeja
rodeado con el tubo envolvente en la carcasa de modo que el al
menos un medio de limitación del material de soldadura limite un
tramo de amarre con la al menos una franja de material de
soldadura;
- formación de uniones por técnicas de ensamble
al menos entre la envolvente ondulada y el cuerpo de nido de abeja,
así como entre la envolvente ondulada y la carcasa, impidiendo el
medio de limitación del material de soldadura que se corra la
franja de material de soldadura.
Un procedimiento de esta clase es especialmente
adecuado para fabricar un cuerpo de soporte de catalizador como el
que ya se ha descrito anteriormente. Vuelve a ser aquí especialmente
ventajoso que se forme una franja de material de soldadura
extendida en sentido periférico por el lado exterior de la
envolvente ondulada y que se disponga esta franja en posición
centrada con respecto a una extensión de la envolvente ondulada en
la dirección de un eje.
Asimismo, se propone fabricar el cuerpo de nido
de abeja por apilamiento y/o arrollamiento de láminas de chapa al
menos parcialmente estructuras que se dispongan alternándose entre
ellas de modo que se formen canales que puedan ser recorridos por
un fluido y que discurran preferiblemente en dirección
sustancialmente paralela al eje. Respecto de la fabricación del
cuerpo de nido de abeja, cabe remitirse en este punto también al
contenido divulgativo de los documentos EP 0 245 737, WO 90/03220 o
DE 37 43 723. Cabe hacer notar aquí aún que tales láminas de chapa
presentan preferiblemente un espesor de menos de 50 \mum,
especialmente menos de 22 \mum y preferiblemente menos de 15
\mum. Se forman aquí cuerpos de nido de abeja con una densidad de
canales por unidad de superficie de sección transversal que está
situada ventajosamente en el intervalo de 500 cpsi (celdas por
pulgada cuadrada) a 1800 cpsi.
Según otra ejecución del procedimiento, primero
se introduce el cuerpo de nido de abeja con la envolvente ondulada
tan sólo parcialmente en la carcasa, luego se le provee de un
adhesivo en sus lados extremos, se le inserta completamente y se le
provee también en sus lados extremos de un material de soldadura en
forma de polvo antes de que se efectúe la formación de uniones de
ensamble. La introducción sólo parcial del cuerpo de nido de abeja
junto con la envolvente ondulada en la carcasa tiene la consecuencia
de que las distintas láminas de chapa quedan suficientemente
inmovilizadas en cuanto a su posición relativa de una respecto de
otra. Mediante el contacto frontal con un adhesivo y utilizando los
efectos capilares en los tramos que sirven más tarde como zona de
unión se introduce entonces el adhesivo. Los cantos antes citados
sirven aquí también para limitar el flujo del adhesivo. Después de
introducir el cuerpo de nido de abeja con la envolvente ondulada en
la carcasa se insufla material de soldadura en forma de polvo en
zonas interiores del cuerpo de nido de abeja, por ejemplo con ayuda
de aire comprimido, permaneciendo el polvo de material de soldadura
pegado al adhesivo anteriormente introducido. La formación de
uniones de ensamble de las láminas de chapa unas con otras, de las
láminas de chapa con la envolvente ondulada y de la envolvente
ondulada con la carcasa se efectúa preferiblemente en el marco de
un proceso de vacío a alta temperatura.
Se explican con más detalle otras ejecuciones
ventajosas del cuerpo de soporte de catalizador y del procedimiento
haciendo referencia a los dibujos. Se consigna aquí expresamente que
la invención no está limitada a los ejemplos de realización
representados, sino que éstos se han elegido sustancialmente para
ilustrar con más detalle las ventajas de las invenciones.
Muestran:
La figura 1, una representación esquemática en
perspectiva de una ejecución del cuerpo de soporte de
catalizador;
La figura 2, un alzado frontal de una ejecución
de un cuerpo de soporte de catalizador;
La figura 3, una vista de detalle de otra
ejecución del cuerpo de soporte de catalizador en sección
parcial;
La figura 4, una sección longitudinal de otra
ejecución de un cuerpo de soporte de catalizador; y
La figura 5, una vista de detalle de una
envolvente ondulada.
La figura 1 muestra esquemáticamente y en
perspectiva una ejecución de un cuerpo de soporte de catalizador 1
que comprende un cuerpo de nido de abeja 2 y una carcasa 3. Entre el
cuerpo de nido de abeja 2 y la carcasa 3 está dispuesta una
envolvente ondulada 4 con un lado exterior 5 y un lado interior 6,
estando unida la envolvente ondulada 4 por técnicas de ensamble con
la carcasa 3 mediante su lado exterior 5 y con el cuerpo de nido de
abeja 2 mediante su lado interior 6. La unión de ensamble central o
centradamente dispuesta de la envolvente ondulada 4 con la carcasa
3 está realizada aquí por medio de una franja de material de
soldadura 7. Para impedir que esta franja de material de soldadura
7 o el medio de soldadura contenido en ella penetre en zonas no
deseadas durante un tratamiento térmico del cuerpo de soporte de
catalizador 1, la envolvente ondulada 4 está provista de dos
estructuras transversales 14 que forman respectivos cantos 8 para
interrumpir el efecto capilar anteriormente descrito.
Aparte de su estructura ondulada 13 que discurre
sustancialmente paralela a un eje 10, la envolvente ondulada 4 está
provista aquí adicionalmente, cerca de los lados extremos 21, de
varias microestructuras periféricas 18 que producen la flexibilidad
de la envolvente ondulada 4 en dirección radial, precisamente cerca
de la limitación 19 de dicha envolvente ondulada 4.
La figura 2 muestra esquemáticamente un alzado
frontal de un cuerpo de soporte de catalizador 1 según la invención.
El cuerpo de nido de abeja 2 está realizado aquí con cuatro pilas
enroscadas de láminas de chapa lisas y onduladas 27. Las láminas de
chapa lisas y onduladas 27 dispuestas alternándose unas con otras
forman canales 28 que sirven más tarde para la inmovilización de la
capa de soporte catalíticamente activa necesaria para la conversión
de contaminantes. Estos canales 28 se extienden aquí desde un lado
extremo 21 en dirección sustancialmente paralela al eje 10 hasta el
lado extremo opuesto 21. El cuerpo de nido de abeja 2 está alojado
en una robusta carcasa 3, estando dispuesta una envolvente ondulada
4 entre el cuerpo de nido de abeja 2 y la carcasa 3 y sirviendo
dicha envolvente para compensar un comportamiento de dilatación
térmica diferente de la carcasa 3 y el cuerpo de nido de abeja
2.
La figura 3 muestra esquemáticamente una vista
de detalle en sección parcial de una ejecución del cuerpo de
soporte de catalizador 1. Nuevamente se representa aquí una
envolvente ondulada 4 con una estructura ondulada correspondiente
13. La estructura ondulada 13 lleva superpuestas dos estructuras
transversales 14 que definen eventualmente un tramo de amarre de la
envolvente ondulada 4 con la carcasa 3, para lo cual impiden un
flujo del medio de soldadura de la franja de material de soldadura
7 representada en posición centrada con una anchura 11, durante un
tratamiento térmico del cuerpo de soporte de catalizador 1, hasta
más allá de las estructuras transversales 14. Las estructuras
transversales 14 se extienden hacia fuera en la dirección del radio
15, presentando la carcasa 3 unos rebajos correspondientes 16 de
modo que, a pesar de ello, se asegure una rendija 17 entre las
estructuras transversales 14 y la carcasa 3. Como alternativa o
adicionalmente a las estructuras transversales 14 de la envolvente
ondulada 4, la carcasa 3 puede estar provista de unas entalladuras
12 que interrumpan también un flujo del medio de soldadura a
consecuencia de una acción capilar entre la estructura ondulada 13
de la envolvente ondulada 4 y la carcasa 3. Las entalladuras 12
forman aquí unos cantos 8 que presentan, por ejemplo, una distancia
de uno a otro que corresponde sustancialmente a la anchura 11 de la
franja de material de soldadura 7. Se asegura así que se impida un
flujo del medio de soldadura hasta más allá de la anchura original
11 de la franja de material de soldadura 7.
La figura 4 muestra en una sección longitudinal
otra ejecución de un cuerpo de soporte de catalizador 1. El cuerpo
de nido de abeja 2 está realizado aquí nuevamente con láminas de
chapa 27 que forman canales 28 que se extienden desde un lado
extremo 21 hasta el lado extremo opuesto 21. En la forma de
realización representada se corresponden la longitud 29 del cuerpo
de nido de abeja 2 y la extensión 9 de la envolvente ondulada 4. La
zona de unión 20 entre la envolvente ondulada 4 y el cuerpo de nido
de abeja 2 está realizada aquí también en toda la longitud 29 o
toda la extensión 9. En contraste con esto, la carcasa 3 es de
construcción más larga, de modo que se forma una respectiva parte
sobresaliente 30. El tramo de amarre 26 entre la envolvente ondulada
4 y la carcasa 3 está limitado aquí por dos respectivas estructuras
transversales 14 de la envolvente ondulada 4 y dos respectivas
entalladuras 12 de la carcasa 14. En la zona de las limitaciones 19
de la envolvente ondulada 4 la carcasa presenta, además, unas
muescas 22 que impiden un amarre de la carcasa 3 a la envolvente
ondulada 4, precisamente cerca de los lados extremos 21.
La figura 5 muestra esquemáticamente y en
perspectiva una ejecución de una envolvente ondulada 4. La
envolvente ondulada 4 tiene un espesor de material 23, así como una
altura de onda 25 y una longitud de onda 24. El espesor 23 de la
envolvente está preferiblemente en el intervalo de 100 \mum a 200
\mum. La configuración explícita de la estructura ondulada puede
realizarse siempre atendiendo a las cargas térmicas y dinámicas que
cabe esperar para el cuerpo de soporte de catalizador montado en el
sistema de gas de escape de un motor de combustión interna móvil.
Se han manifestado aquí como ventajosas, por ejemplo, unas
longitudes de onda 24 de 1,5 mm a 4 mm y unas alturas de onda 25 de
0,5 mm a 2 mm.
- 1
- Cuerpo de soporte de catalizador
- 2
- Cuerpo de nido de abeja
- 3
- Carcasa
- 4
- Envolvente ondulada
- 5
- Lado exterior
- 6
- Lado interior
- 7
- Franja de material de soldadura
- 8
- Medio de limitación del material de soldadura, canto
- 9
- Extensión
- 10
- Eje longitudinal geométrico
- 11
- Anchura
- 12
- Entalladura
- 13
- Estructura ondulada
- 14
- Estructura transversal
- 15
- Radio
- 16
- Rebajo
- 17
- Rendija
- 18
- Microestructura
- 19
- Limitación
- 20
- Zona de unión
- 21
- Lado extremo
- 22
- Muesca
- 23
- Espesor de la envolvente
- 24
- Longitud de onda
- 25
- Altura de onda
- 26
- Tramo de amarre
- 27
- Lámina de chapa
- 28
- Canal
- 29
- Longitud
- 30
- Parte sobresaliente.
Claims (16)
1. Cuerpo de soporte de catalizador (1) con un
eje geométrico longitudinal (10), que comprende un cuerpo de nido
de abeja (2) y una carcasa (3), en donde está dispuesta entre el
cuerpo de nido de abeja (2) y la carcasa (3) una envolvente
ondulada (4) con un lado exterior (5) y un lado interior (6), y en
donde la envolvente ondulada (4) está unida por técnicas de
ensamble en su lado exterior (5), en tramos de amarre (26), con la
carcasa (3) y en su lado interior (6) con el cuerpo de nido de abeja
(2), caracterizado porque los tramos de amarre (26) están
situados sustancialmente sobre una línea periférica común y tienen
una anchura (11) lo más corta posible en la dirección del eje
longitudinal (10), pero están dimensionados de modo que, en
condiciones de funcionamiento, puedan sujetar con seguridad el
cuerpo de nido de abeja (2) debido a la superficie total de los
mismos.
2. Cuerpo de soporte de catalizador según la
reivindicación 1, caracterizado porque los tramos de amarre
(26) están dispuestos alrededor del cuerpo de nido de abeja (2) en
posiciones aproximadamente centradas con respecto a la extensión
(9) de dicho cuerpo de nido de abeja (2) en la dirección del eje
longitudinal (10).
3. Cuerpo de soporte de catalizador según la
reivindicación 1, caracterizado porque los tramos de amarre
(26) están dispuestos alrededor del cuerpo de nido de abeja (2) en
posiciones descentradas con respecto a la extensión (9) de dicho
cuerpo de nido de abeja (2) en la dirección del eje longitudinal
(10).
4. Cuerpo de soporte de catalizador (1) según
una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque
los tramos de amarre (26) tienen en la dirección del eje
longitudinal (10) una anchura (11) que es menor de 10 mm,
especialmente menor de 6 mm y preferiblemente menor de 4 mm.
5. Cuerpo de soporte de catalizador según una de
las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los
tramos de amarre (26) están formados por una franja de material de
soldadura (7), presentando la envolvente ondulada (4) y/o la
carcasa (3) al menos un medio de limitación (8) para material de
soldadura que discurre sustancialmente paralelo a la franja de
material de soldadura (7) y limita ésta en la dirección del eje
longitudinal.
6. Cuerpo de soporte de catalizador según la
reivindicación 5, caracterizado porque el medio (8) de
limitación del material de soldadura es una zona revestida y/o
mecanizada de la superficie de la envolvente ondulada (4) y/o de la
carcasa (3).
7. Cuerpo de soporte de catalizador (1) según la
reivindicación 5, caracterizado porque el medio (8) de
limitación del material de soldadura es al menos una entalladura
(12).
8. Cuerpo de soporte de catalizador (1) según la
reivindicación 5, caracterizado porque la envolvente ondulada
(4) presenta, además de su estructura ondulada (13) que discurre
sustancialmente paralela al eje longitudinal (10), al menos una
estructura transversal (14) que forma el medio (8) de limitación del
material de soldadura.
9. Cuerpo de soporte de catalizador (1) según la
reivindicación 8, caracterizado porque la al menos una
estructura transversal (14) está dirigida radialmente (15) hacia
fuera, teniendo la carcasa (3) preferiblemente al menos un rebajo
compatible (16), de modo que se forma una rendija (17) entre la al
menos una estructura transversal (14) y el al menos un rebajo
(16).
10. Cuerpo de soporte de catalizador (1) según
una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque
la envolvente ondulada (4) presenta, además de su estructura
ondulada (13) que discurre sustancialmente paralela al eje
longitudinal (10), al menos una microestructura (18) que está
dispuesta preferiblemente cerca de al menos una limitación (19) de
la envolvente ondulada (4), estando formadas aquí preferiblemente
varias respectivas microestructuras (18) que se extienden en
dirección periférica perpendicularmente al eje longitudinal
(10).
11. Cuerpo de soporte de catalizador (1) según
una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque
la envolvente ondulada (4) presenta al menos dos zonas de unión (20)
para establecer uniones de ensamble con el cuerpo de nido de abeja
(2), estando dispuestas estas zonas de unión en el lado interior (6)
de la envolvente ondulada (4) cerca de los lados extremos (21) del
cuerpo de nido de abeja (2) y quedando especialmente enrasadas con
dicho lado
interior.
interior.
12. Cuerpo de soporte de catalizador (1) según
la reivindicación 11, caracterizado porque la carcasa (3)
tiene al menos una muesca (22) que, visto en la dirección radial
(15), se superpone al menos parcialmente a la al menos una zona de
unión (20).
13. Cuerpo de soporte de catalizador (1) según
una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque
la envolvente ondulada (4) tiene un espesor (23) de 0,08 mm a 0,25
mm, estando realizada la estructura ondulada (13) preferiblemente
con una longitud de onda (24) de 1,5 mm a 4 mm, así como con una
altura de onda (25) de 0,5 mm a 2 mm.
14. Procedimiento para fabricar un cuerpo de
soporte de catalizador (1) con un eje longitudinal geométrico (10),
que comprende un cuerpo de nido de abeja (2) y una carcasa (3), en
donde está dispuesta entre el cuerpo de nido de abeja (2) y la
carcasa (3) una envolvente ondulada (4) con un lado exterior (5) y
un lado interior (6), y en donde la envolvente ondulada (4) está
unida por técnicas de ensamble con la carcasa (3) mediante su lado
exterior (5) y con el cuerpo de nido de abeja (2) mediante su lado
interior (6), cuyo procedimiento comprende al menos los pasos
siguientes:
- fabricación de un cuerpo de nido de abeja (2),
una envolvente ondulada (4) y una carcasa (3), presentando la
envolvente ondulada (4) y/o la carcasa (3) al menos un medio de
limitación (8) para material de soldadura;
- aplicación de al menos una franja de material
de soldadura (7) sobre la envolvente ondulada (4), disponiéndose
esta franja en dirección sustancialmente paralela al al menos un
medio (8) de limitación del material de soldadura;
- introducción del cuerpo de nido de abeja (2)
rodeado con la envolvente ondulada (4) en la carcasa (3) de modo
que el al menos un medio (8) de limitación del material de soldadura
limite un tramo de amarre (26) con la al menos una franja de
material de soldadura (7);
- formación de uniones por técnicas de ensamble
al menos entre la envolvente ondulada (4) y el cuerpo de nido de
abeja (2), así como entre la envolvente ondulada (4) y la carcasa
(3), impidiendo el medio (8) de limitación del material de
soldadura que se corra la franja de material de soldadura (7).
15. Procedimiento según la reivindicación 14, en
el que se forma una franja de material de soldadura (7) con una
anchura (11) de menos de 10 mm, preferiblemente menos de 6 mm,
especialmente menos de 4 mm, de manera que se extienda
periféricamente sobre el lado exterior (5) de la envolvente ondulada
(4), y se dispone dicha franja alrededor del cuerpo de nido de
abeja (2) en posición centrada con respecto a la extensión (9) de
dicho cuerpo de nido de abeja (2) en la dirección del eje
longitudinal (10).
16. Procedimiento según la reivindicación 11, en
el que se forma una franja de material de soldadura (7) con una
anchura (11) de menos de 10 mm, preferiblemente menos de 6 mm,
especialmente menos de 4 mm, de manera que se extienda
periféricamente sobre el lado exterior (5) de la envolvente ondulada
(4), y se dispone dicha franja alrededor del cuerpo de nido de
abeja (2) en posición descentrada con respecto a la extensión (9) de
dicho cuerpo de nido de abeja (2) en la dirección del eje
longitudinal (10).
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