ES2280614T3

ES2280614T3 - Estructura de nido de abeja y procedimiento para su encolado y soldadura.

Info

Publication number: ES2280614T3
Application number: ES02796698T
Authority: ES
Inventors: Rolf Bruck; Kait Althofer; Jan Hodgson; Arndt-Udo Rolle
Original assignee: Emitec Gesellschaft fuer Emissionstechnologie mbH
Current assignee: Vitesco Technologies Lohmar Verwaltungs GmbH
Priority date: 2002-01-03
Filing date: 2002-12-20
Publication date: 2007-09-16
Anticipated expiration: 2022-12-20
Also published as: CN1612791A; KR100944289B1; BRPI0215435B1; US20070012747A1; BRPI0215435A2; BRPI0215435B8; WO2003055631A1; JP4557547B2; EP1463599B1; US7562805B2; JP2005512807A; BR0215435A; RU2291767C2; DE10200069A1; CN1296163C; US20040217149A1; AU2002361184A1; EP1463599A1; RU2004123784A; US7108168B2

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.

Lista de símbolos de referencia

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

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).