ES2284153T3 - Cuerpo de nido de abeja cmpuesto de capas con protuberancias invertidas y capas con contrastructuras. - Google Patents
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Abstract
Cuerpo de nido de abeja (13) formado por capas alternas sustancialmente lisas (10) y al menos parcialmente estructuradas (1), especialmente cuerpo de soporte de catalizador y/o filtro, preferiblemente para el sistema de gas de escape de un automóvil, en donde las capas (1, 10) forman cavidades (12) que pueden ser recorridas por un fluido sustancialmente en una dirección de flujo axial (19), en donde las capas estructuradas (1) presentan extremos de estructura (4, 5) que están en contacto con capas contiguas sustancialmente lisas (10), y en donde las capas estructuradas (1) presentan en la zona de sus extremos de estructura (4, 5) unas protuberancias invertidas (2) que penetran en las cavidades (12) y que en una sección transversal a través del cuerpo de nido de abeja (13) perpendicular a la dirección de flujo (19) presentan una forma aproximadamente inversa a la de los extremos de estructura (4, 5), de modo que la zona de las protuberancias invertidas (2) se originan interrupciones (22) enlos extremos de estructura (4, 5), caracterizado porque en la zona de las protuberancias invertidas (2) y/o de los extremos de estructura (4, 5) están formadas en las capas sustancialmente lisas (10) unas contraestructuras (11) que están acopladas con los extremos de estructura (4, 5) y/o con las protuberancias invertidas (2).
Description
Cuerpo de nido de abeja compuesto de capas con
protuberancias invertidas y capas con contraestructuras.
La invención se refiere a un cuerpo de nido de
abeja constituido por capas alternas sustancialmente lisas y al
menos parcialmente estructuradas. La estructura de las capas
estructuradas es aquí típicamente una ondulación, presentando ésta
aún unas subestructuras en forma de protuberancias invertidas.
Precisamente en la construcción de automóviles
se ha impuesto en muchos países, debido a valores límite legales
continuamente acrecentados, la utilización de convertidores
catalíticos para convertir porciones nocivas del gas de escape.
Como cuerpos de soporte de catalizador en convertidores catalíticos
o bien como cuerpos filtrantes se utilizan frecuentemente cuerpos
de nido de abeja, ya que éstos proporcionan una superficie grande de
reacción o de filtrado por unidad de volumen.
Tales cuerpos de nido de abeja se construyen
sustancialmente a partir de material cerámico o bien como cuerpos
de nido de abeja metálicos constituidos por varias capas. En los
cuerpos de nido de abeja se diferencian sobre todo dos formas de
construcción típicas. Una forma de construcción antigua, de la cual
muestra ejemplos típicos el documento DE 29 02 779 A1, es la forma
de construcción en espiral, en la que se colocan una sobre otra y
se arrollan en forma de espiral una capa de chapa sustancialmente
lisa y una capa de chapa ondulada. En otra forma de construcción se
construye el cuerpo de nido de abeja a partir de un gran número de
capas de chapa lisas y onduladas, o bien capas de chapa dotadas de
una ondulación diferente, cuyas capas se disponen de manera que
alternen unas con otras, disponiéndose las capas de chapa primero en
una o varias pilas y entrelazándose después una con otra. Los
extremos de todas las capas de chapa vienen a quedar entonces por
fuera y pueden ser unidos con una carcasa o un tubo envolvente, con
lo que se originan numerosas uniones que incrementan la
consistencia del cuerpo de nido de abeja. Ejemplos típicos de estas
formas de construcción se describen en el documento EP 0 245 737 B1
o en el documento WO 90/03220. Se conoce también desde hace bastante
tiempo el recurso de equipar las capas de chapa con estructuras
adicionales para influir sobre el flujo y conseguir un mezclado
transversal entre los distintos canales de flujo. Ejemplos típicos
de tales ejecuciones son los documentos WO 91/01178, WO 91/01807 y
WO 90/08249. Por último, existen igualmente cuerpos de nido de abeja
en forma de construcción cónica, eventualmente también con otras
estructuras adicionales para influir sobre el flujo. Un cuerpo de
nido de abeja de esta clase está descrito, por ejemplo, en el
documento WO 97/49905. Además, es conocido también el recurso de
dejar libre en un cuerpo de nido de abeja una escotadura para un
sensor, especialmente para alojar una sonda lambda. Un ejemplo de
esto se ha descrito en el documento DE 88 16 154 U1. Los cuerpos de
nido de abeja se utilizan también en calidad de estructuras
adsorbedoras en las que se pueden almacenar al menos
transitoriamente porciones contaminantes tales como, por ejemplo,
óxidos de nitrógeno, e igualmente se emplean en calidad de filtros,
especialmente filtros de partículas, que pueden ser de construcción
abierta o cerrada.
Especialmente en cuerpos de nido de abeja
metálicos se ha visto que éstos, cuando se utilizan en el sistema
de gas de escape de un automóvil, se deforman con el transcurso del
tiempo debido a las cargas térmicas alternativas. En particular, es
sabido que el cuerpo de nido de abeja se mueve telescópicamente, es
decir que una parte del cuerpo de nido de abeja se sale
parcialmente de un lado extremo de dicho cuerpo de nido de abeja
debido a las corrientes de gas pulsátiles a las que está sometido,
o bien que el cuerpo de nido de abeja adopta una forma de
barrilete, es decir que el diámetro del cuerpo de nido de abeja se
reduce en la zona del lado de entrada de gas y/o del lado de salida
de gas. Estas y otras deformaciones conducen a, o se basan en, la
capacidad de desplazamiento de paredes contiguas de las cavidades
en la dirección de flujo, la cual puede presentarse, por ejemplo,
en caso de ausencia de amarre o de un amarre defectuoso a paredes
contiguas de las cavidades, cuyo amarre se obtiene preferiblemente
por procedimientos de ensamble térmicos, tales como, por ejemplo,
soldadura de aporte o soldadura autógena.
En este contexto, se conoce por el documento EP
0 298 943 A2 un cuerpo de soporte de catalizador que no está
soldado, sino que está mecánicamente inmovilizado por la cooperación
de puentes de unión y rebajos en capas contiguas correspondientes.
Se conoce por el documento DE 27 33 640 A1 el recurso de conseguir
un enclavamiento correspondiente por medio de lengüetas y rebajos
correspondientes formados en capas contiguas.
El enclavamiento de capas contiguas se
manifiesta como problemático cuando existen dentro del cuerpo de
nido de abeja, por ejemplo en capas estructuras, unas
protuberancias invertidas que sirven para influir sobre el flujo y
especialmente también para unir cavidades contiguas en dirección
periférica y que son como las conocidas por el estado de la técnica
antes citado.
Partiendo de esto, la invención se basa en el
problema de indicar un cuerpo de nido de abeja metálico que
contenga medidas para influir sobre el flujo y cuyas capas estén
eficazmente protegidas contra un desplazamiento relativo de capas
contiguas en la dirección de flujo.
Este problema se resuelve por medio de un cuerpo
de nido de abeja con las características de la reivindicación 1.
Perfeccionamientos ventajosos son objeto de las reivindicaciones
subordinadas.
Un cuerpo de nido de abeja según la invención
está formado por capas alternas sustancialmente lisas y al menos
parcialmente estructuradas y sirve especialmente como cuerpo de
soporte de catalizador y/o como filtro, preferiblemente para el
sistema de gas de escape de un automóvil. Las capas forman aquí
cavidades que pueden ser atravesadas por un fluido sustancialmente
en una dirección de flujo axial, presentando las capas estructuradas
unos extremos de estructura que están en contacto con capas
contiguas sustancialmente lisas, y presentando las capas
estructuradas en la zona de sus extremos de estructura unas
protuberancias invertidas que penetran en las cavidades y que en
una sección transversal a través del cuerpo de nido de abeja,
perpendicular a la dirección de flujo, presentan una forma
aproximadamente inversa a la de los extremos de las estructuras, de
modo que en la zona de las protuberancias invertidas se producen
interrupciones en los extremos de las estructuras. Según la
invención, en la zona de las protuberancias invertidas y/o de los
extremos de las estructuras están formadas en las capas
sustancialmente lisas unas contraestructuras que se acoplan con los
extremos de las estructuras y/o con las protuberancias
invertidas.
Es especialmente favorable que los extremos de
las estructuras y/o las protuberancias invertidas cooperen con las
contraestructuras mediante un acoplamiento de ajuste de forma, con
lo que se impide especialmente un desplazamiento de las capas una
respecto de otra en la dirección de flujo.
Por una protuberancia invertida se entiende en
este contexto una estructura que se obtiene por conformación de una
capa estructurada. Esta protuberancia invertida crea una abertura
atravesable por un fluido, la cual forma una unión con una cavidad
contigua. Por tanto, un fluido tal como, por ejemplo, un gas de
escape que circule por el cuerpo de nido de abeja, puede pasar a
través de esta abertura desde una cavidad hasta una cavidad
contigua. Esta abertura está formada preferiblemente en la dirección
de flujo. Debido a los cantos de afluencia adicionales de la
protuberancia invertida, las protuberancias invertidas conducen de
manera ventajosa a una turbulización del flujo que contrarresta la
formación de flujos marginales laminares. Por tanto, es conveniente
que la unión de ajuste de forma con contraestructuras no cierre
nuevamente toda la abertura así creada, sino que requiera solamente
una parte muy pequeña de la sección transversal de la abertura. En
el caso más favorable, la unión de ajuste de forma puede tener
dimensiones solamente del orden de magnitud del espesor de las
capas.
En particular, es ventajoso formar las
protuberancias invertidas simétricamente con respecto a la
estructuración, es decir, simétricamente con respecto al mínimo o
al máximo de las estructuras. Por estructuración ha de entenderse
especialmente una ondulación usual, por ejemplo, en cuerpos de nido
de abeja metálicos, por ejemplo una ondulación sinusoidal o una
ondulación de forma triangular. Por estructuras sustancialmente
continuas han de entenderse estructuras que - exceptuando las
protuberancias invertidas - se extienden por toda la longitud del
nido de abeja en la dirección del flujo. Preferiblemente, la
cobertura de la sección transversal atravesable por un fluido que
producen las contraestructuras al encajar en la protuberancia
invertida es lo más pequeña posible. Una formación de las
protuberancias invertidas en la zona de los extremos de las
estructuras puede significar también, por ejemplo, que sólo una
parte de la estructuración contribuye a la protuberancia invertida y
que, en particular, solamente se invierte una parte más pequeña del
material de las paredes que forma la estructuración, con lo que se
conserva la forma básica de la estructuración en la zona de la
protuberancia invertida.
Cuando se prevén capas sustancialmente lisas,
especialmente capas de chapa o capas formadas de fibras con una
contraestructura que deberá discurrir en el cuerpo de nido de abeja
en dirección aproximadamente transversal a la dirección de flujo
posterior, estas capas tienen que arrollarse entonces durante la
formación del cuerpo de nido de abeja, siendo precisamente tal la
dirección de arrollamiento que las contraestructuras dificulten
considerablemente este arrollamiento o incluso lo impidan, ya que
rigidizan la capa. Por tanto, las contraestructuras deberán estar
configuradas de modo que la flexibilidad de las capas sea suficiente
para el arrollamiento incluso con radios pequeños. Esto puede
conseguirse de diferentes maneras y en particular, naturalmente,
haciendo que las contraestructuras no sean resaltos ni depresiones,
sino simplemente agujeros en los que penetren extremos de las capas
estructuradas. Ahora bien, son posibles contraestructuras en forma
de resaltos y/o depresiones, siempre que éstos sean suficientemente
flexibles debido a un dimensionamiento y/o unas interrupciones
adecuados. Los resaltos y/o depresiones continuos pueden ser
modificados por interrupciones, por ejemplo agujeros o hendiduras
de alivio de carga, de modo que una capa, a pesar de las
contraestructuras existentes, sea aún suficientemente flexible.
Debido a la configuración descrita de
protuberancia invertida y contraestructura no se puede producir en
la dirección de flujo en un cuerpo de nido de abeja según la
invención un desplazamiento relativo de dos paredes de cavidad que
sean contiguas en una dirección que es sustancialmente perpendicular
a la dirección de flujo, ya que solamente se puede desplazar el
cuerpo de nido de abeja como un todo. Esto es lo que ocurre incluso
cuando las capas del cuerpo de nido de abeja según la invención
están unidas térmicamente una con otra, por ejemplo soldadas por
aporte o soldadas por vía autógena, y estas uniones térmicamente
formadas se han soltado al menos en parte. Esto se basa en que las
contraestructuras que encajan en la protuberancia invertida impiden
un desplazamiento relativo de dos paredes de cavidad contiguas en
una dirección que es sustancialmente perpendicular a la dirección
de
flujo.
flujo.
Una capa puede estar construida con clases
diferentes de materiales. Por ejemplo, es posible y está dentro de
la invención la formación de al menos una parte de las capas a base
de chapa, preferiblemente chapas de acero resistentes a la
corrosión y a altas temperaturas o bien chapas de aluminio.
Asimismo, al menos una parte de las capas puede estar construida
según la invención con material atravesable al menos en parte por
un fluido, por ejemplo un material de fibra metálica. También es
posible y está dentro de la invención la formación de al menos una
parte de las capas a base de un material compuesto, por ejemplo un
material de fibras cerámicas y metálicas que pueda ser atravesado
al menos en parte por un fluido. Una capa de fibras cerámicas puede
estar reforzada aquí por una unión con tiras de chapa obtenida por
técnicas de ensamble.
Un cuerpo de nido de abeja según la invención
puede utilizarse ventajosamente como cuerpo de soporte de
catalizador y/o como filtro en el sistema de gas de escape de un
automóvil. De manera especialmente preferida, puede tener lugar una
utilización en forma de un filtro de partículas. Este filtro de
partículas puede estar tanto cerrado como abierto. En filtros de
partículas abiertos las partículas cuyas dimensiones sean netamente
mayores que los poros de los medios filtrantes empleados pueden
atravesar dicho filtro de partículas, con lo que no es posible una
obstrucción del filtro, mientras que no pueden pasar partículas a
través de un filtro de partículas cerrado. Además, es posible de
manera ventajosa la instalación de un cuerpo de nido de abeja según
la invención en un lugar próximo al motor, especialmente delante de
un turboalimentador. También es posible y está dentro de la
invención la utilización como adsorbedor para uno o varios
componentes del gas de escape, como, por ejemplo, óxidos de
nitrógeno (NO_{x}). Asimismo, es posible y está dentro de la
invención especialmente el principio de construcción de un cuerpo
de nido de abeja según la invención como el descrito anteriormente
en el estado de la técnica, es decir, por ejemplo, como una forma en
espiral, una forma en S o una forma de evolvente, y lo mismo ocurre
con todas las formas de realización, complementaciones y/o
posibilidades de utilización descritas anteriormente en el estado
de la técnica citado.
Según una ejecución ventajosa del cuerpo de nido
de abeja conforme a la invención, este cuerpo de nido de abeja está
formado por
a) al menos una capa sustancialmente lisa y al
menos una capa al menos parcialmente estructurada o
b) al menos una capa al menos parcialmente
estructurada, estando formadas unas protuberancias invertidas y/o
unas contraestructuras en una capa sustancialmente lisa y/o en una
capa al menos parcialmente estructurada. Se prefiere especialmente
en este contexto que el cuerpo de nido de abeja se haya formado
por
- a)
- arrollamiento de al menos una capa o
- b)
- apilamiento de una pluralidad de capas para formar al menos una pila y retorcimiento de al menos una pila.
La construcción del cuerpo de nido de abeja a
base de capas de chapa sustancialmente lisas y/o al menos
parcialmente estructuradas hace posible de manera ventajosa la
formación de un cuerpo de nido de abeja según la invención. Sin
embargo, es igualmente ventajoso y posible según la invención
construir el cuerpo de nido de abeja no completamente a base de
capas de chapa, sino utilizar al menos en parte otras capas,
especialmente capas metálicas. Puede tratarse aquí, por ejemplo, de
capas de material atravesable al menos en parte por un fluido, por
ejemplo esterillas de fibras metálicas que pueden emplearse en la
construcción de un filtro de partículas, pero también materiales
compuestos que pueden consistir, por ejemplo, en fibras cerámicas y
metálicas y eventualmente en tramos de chapa. La utilización de
capas de chapa agujeradas es ventajosa también para algunas
aplicaciones.
En la construcción del cuerpo de nido de abeja
al menos en parte a base de chapas metálicas se puede arrollar o
retorcer dicho cuerpo de nido de abeja, por ejemplo, en forma de
espiral, en forma de S o en forma de evolvente, haciéndose
referencia, para más detalles, al estado de la técnica anteriormente
citado. Sin embargo, también son posibles y están dentro de la
invención otras formas de un cuerpo de nido de abeja.
Según una ejecución ventajosa del cuerpo de nido
de abeja conforme a la invención, en el que están formadas
protuberancias invertidas en capas al menos parcialmente
estructuradas con una altura de estructura H, la altura h de las
protuberancias invertidas es menor o igual que la altura H de la
estructura.
Según otra ejecución ventajosa del cuerpo de
nido de abeja conforme a la invención, en el que están formadas
protuberancias invertidas en capas al menos parcialmente
estructuradas con una altura de estructura H, la altura h de las
protuberancias invertidas es mayor que la altura H de la
estructura.
Según la altura h de las protuberancias
invertidas, las contraestructuras pueden construirse en forma
adaptada en su naturaleza. Por ejemplo, cuando la altura h de las
protuberancias invertidas es mayor que la altura H de las
estructuras de las capas estructuradas, la contraestructura puede
consistir de manera sencilla en una hendidura practicada en la capa
contigua, por ejemplo sustancialmente lisa. Ventajosamente, la
extensión de la hendidura en la dirección de flujo está adaptada a
la extensión correspondiente de la protuberancia invertida, con lo
que se obtiene un acoplamiento de ajuste de forma. Otra posibilidad
consiste en que también la contraestructura esté formada por una
protuberancia invertida correspondiente o por el rebajo que deja
tras de sí la protuberancia invertida en las estructuras. Con una
extensión correspondiente de las protuberancias invertidas en la
dirección de flujo, es posible también aquí establecer un
acoplamiento de ajuste de forma de protuberancia invertida y
contraestructura entre dos paredes contiguas de las cavidades.
Cuando la altura h de las protuberancias
invertidas es menor que la altura H de las estructuras de las capas
al menos parcialmente estructuradas, una contraestructura puede
estar configurada entonces como una microestructura, por ejemplo en
forma de un dique, construida en sentido sustancialmente
perpendicular a la dirección de flujo. Es posible así que una al
menos una microestructura esté configurada de manera correspondiente
a una primera y/o una segunda limitación de la protuberancia
invertida en la dirección de flujo. Así, por ejemplo, pueden estar
formadas dos contraestructuras que encajen conjuntamente en una
protuberancia invertida, pudiendo elegirse la distancia de las
contraestructuras en la dirección de flujo de modo que ésta
corresponda sustancialmente a la extensión de la protuberancia
invertida en la dirección de flujo.
Según la invención, no toda protuberancia
invertida tiene que estar acoplada con una contraestructura, y,
según el caso de aplicación, puede ser ventajoso acoplar solamente
una parte de las protuberancias invertidas con contraestructuras,
por ejemplo solamente cada décima, vigésima o bien cada segunda,
cuarta, etc. La designación "cada décima, vigésima", etc. se
refiere aquí a que la décima, vigésima, etc. parte de las
protuberancias invertidas está acoplada con contraestructuras.
Según otra ejecución ventajosa del cuerpo de
nido de abeja, la altura a de una contraestructura es menor y de
preferencia sensiblemente menor que la altura h de las
protuberancias invertidas.
Así, es posible de manera ventajosa acoplar una
contraestructura y una protuberancia invertida o incluso generar un
acoplamiento de ajuste de forma, sin que se incremente
significativamente la pérdida de presión del flujo a través del
canal.
Según una ejecución ventajosa del cuerpo de nido
de abeja, cada protuberancia invertida está acoplada con una
contraestructuras.
Según la invención, es posible también la
formación de una contraestructura para cada protuberancia invertida
y esto, según el caso de aplicación, puede ser ventajoso.
Según una ejecución ventajosa del cuerpo de nido
de abeja, al menos una parte de las contraestructuras está
constituida por protuberancias invertidas.
La formación de las contraestructuras a base de
protuberancias invertidas permite de manera sencilla la construcción
del cuerpo de nido de abeja, por ejemplo, a partir de solamente una
clase de capas que presentan protuberancias invertidas. Cuando
estas protuberancias invertidas están configuradas de manera
correspondiente, se puede prescindir entonces, por ejemplo, de la
formación de capas sustancialmente lisas. Asimismo, es igualmente
posible y está dentro de la invención que las capas sustancialmente
lisas sean provistas también de protuberancias invertidas que
puedan acoplarse con protuberancias invertidas de las capas de chapa
al menos parcialmente estructuradas. También es posible y está
dentro de la invención la construcción de un cuerpo de nido de abeja
en el que solamente una parte de las contraestructuras sean
protuberancias invertidas y otra parte consista en otra clase de
contraestructuras. En caso de que haya diferentes clases de
contraestructuras, se puede influir de manera ventajosa, por
ejemplo, sobre las condiciones de presión en el interior del cuerpo
de nido de abeja. También es posible y está dentro de la invención
la distribución del flujo a través del cuerpo de nido de abeja
hacia zonas diferentes.
Según opera ejecución ventajosa del cuerpo de
nido de abeja conforme a la invención, al menos una parte de las
contraestructuras está constituida por estampaciones.
La formación de las contraestructuras como
estampaciones es una forma especialmente sencilla de la
contraestructura. Tales estampaciones pueden estar formadas aquí,
por ejemplo, en la capa sustancialmente lisa y/o en la capa menos
parcialmente estructurada.
Se prefiere especialmente en este contexto que
las estampaciones estén configuradas como microestructuras que
discurren en sentido sustancialmente transversal a la dirección
axial del cuerpo de nido de abeja.
Por microestructuras se entiende en este
contexto una estructura que, al construir el cuerpo de nido de abeja
al menos en parte a base de capas al menos parcialmente
estructuradas, presenta una altura de estructura más pequeña que la
de la estructura de las capas al menos parcialmente estructuradas.
Una microestructura puede estar formada tanto en capas
sustancialmente lisas como también, en calidad de estructura
secundaria, en capas al menos parcialmente estructuradas.
Según una ejecución ventajosa del cuerpo de nido
de abeja conforme a la invención, al menos una parte de la
contraestructura está constituida por al menos dos estampaciones
distanciadas en la dirección de flujo.
Dos o más estampaciones axialmente distanciadas
hacen posible de manera ventajosa el acoplamiento de ajuste de
forma entre protuberancia invertida y contraestructura, sin que se
presente una pérdida de presión significativamente elevada debido a
la cooperación de la protuberancia invertida y la contraestructura.
En particular, dos estampaciones cuya distancia en la dirección de
flujo corresponda preferiblemente a las dimensiones de una
protuberancia invertida en la dirección de flujo, impiden de manera
ventajosa un desplazamiento relativo del cuerpo de nido de abeja en
la dirección de flujo, es decir, impiden especialmente el efecto de
movimiento telescópico, y elevan así la vida útil del cuerpo de
nido de abeja.
Según otra ejecución ventajosa del cuerpo de
nido de abeja conforme a la invención, las estampaciones presentan
perforaciones, especialmente microperforaciones. Las
microperforaciones se caracterizan porque sus dimensiones son
netamente más pequeñas que las dimensiones de las estructuras de las
capas al menos parcialmente estructuradas. En el caso de capas
metálicas, especialmente capas de chapa, la formación de
perforaciones en las estampaciones facilita la deformabilidad de la
capa, especialmente la capacidad de arrollamiento de ésta. Mediante
las perforaciones se interrumpen o limitan las estampaciones.
Según otra ejecución ventajosa del cuerpo de
nido de abeja conforme a la invención, al menos una parte de las
contraestructuras está configurada en forma de agujeros.
Con una configuración correspondiente de las
protuberancias invertidas, las contraestructuras pueden ser
acopladas con éstas, especialmente incluso con un acoplamiento de
ajuste de forma. Los agujeros actuantes como contraestructuras son
fáciles de practicar. Ventajosamente, las dimensiones de los
agujeros en la dirección de flujo corresponden a las dimensiones de
las protuberancias invertidas en la dirección de flujo.
La forma y la construcción de las
contraestructuras no están limitadas a los ejemplos aquí expuestos.
En particular, en un único cuerpo de nido de abeja o bien dentro de
una única capa pueden estar materializadas formas y construcciones
diferentes de contraestructuras.
Según otra ejecución ventajosa del cuerpo de
nido de abeja conforme a la invención, al menos una parte de las
contraestructuras está formada en una capa sustancialmente lisa.
Esto permite, por ejemplo, que se impida un
desplazamiento relativo del cuerpo de nido de abeja en la dirección
de flujo en un cuerpo de esta clase constituido por al menos una
capa al menos parcialmente estructurada y por al menos una capa
sustancialmente lisa.
Según otra ejecución ventajosa del cuerpo de
nido de abeja conforme a la invención, al menos una parte de las
contraestructuras está formada en una capa al menos parcialmente
estructurada.
Esto hace posible la materialización de la
invención, por ejemplo, en cuerpos de nido de abeja que estén
formados solamente por capas al menos parcialmente estructuradas,
especialmente capas metálicas, tales como capas de chapa.
Sin embargo, según la invención, puede estar
formadas de la misma manera contraestructuras tanto en capas
sustancialmente lisas como en capas al menos parcialmente
estructuradas.
Otra ejecución ventajosa de un cuerpo de nido de
abeja según la invención se caracteriza porque el cociente de
a) la suma de la altura (h) de la protuberancia
invertida y la altura (a) de la contraestructura y
b) la distancia radial (KH) de dos paredes de
las cavidades es menor que 1.
Esto quiere decir que resulta la correlación
siguiente:
(h +
a)/KH <
1.
Esta ejecución de las protuberancias invertidas
y de las contraestructuras garantiza de manera ventajosa una buena
durabilidad a la fatiga incluso en las condiciones de utilización de
un cuerpo de nido de abeja que fomentan mucho el desgaste, por
ejemplo como cuerpo de soporte de catalizador en el sistema de gas
de escape de un automóvil, cuyas condiciones se caracterizan, por
ejemplo, por la carga originada por corrientes de gas fuertemente
pulsátiles y por grandes gradientes y transitorios térmicos. Se
suprimen eficazmente desplazamientos relativos en la dirección de
flujo en el cuerpo de nido de abeja.
Según otra ejecución ventajosa del cuerpo de
nido de abeja conforme a la invención, al menos una parte de las
capas son capas metálicas. Se prefiere especialmente en este
contexto que al menos una parte de las capas metálicas sean capas
de chapa. Preferiblemente, éstas presentan un espesor de menos de 60
\mum, preferiblemente menos de 40 \mum y de manera
especialmente preferida menos de 25 \mum.
Según otra ejecución ventajosa del cuerpo de
nido de abeja conforme a la invención, al menos una parte de las
capas metálicas puede ser atravesada al menos en parte por un
fluido. Se prefiere especialmente en este contexto que al menos una
parte de las capas metálicas atravesables al menos en parte por un
fluido esté formada por un material de fibras metálicas,
especialmente un material de fibras metálicas sinterizadas.
Según otra ejecución ventajosa del cuerpo de
nido de abeja conforme a la invención, al menos una parte de las
capas está constituida por un material compuesto, preferiblemente un
material compuesto a base de fibras cerámicas y metálicas.
En lo que sigue, se describirá la invención
haciendo referencia a los ejemplos de realización mostrados en el
dibujo, sin que ésta quede limitada a tales ejemplos. Muestran:
La figura 1, una capa al menos parcialmente
estructurada con protuberancias invertidas;
La figura 2, una vista esquemática en
perspectiva de una parte de un cuerpo de nido de abeja;
\newpage
La figura 3, una sección transversal esquemática
a través de la parte del cuerpo de nido de abeja de la figura 2 a
lo largo de la línea III;
La figura 4, un ejemplo de un acoplamiento de
ajuste de forma por medio de agujeros en contraestructuras formadas
en una capa sustancialmente lisa;
La figura 5, otro ejemplo de una unión de ajuste
de forma entre capas lisas y onduladas con protuberancias
invertidas;
La figura 6, otro ejemplo de una capa al menos
parcialmente estructurada con protuberancias invertidas y capas
correspondientes sustancialmente lisas con contraestructuras;
La figura 7, un cuerpo de nido de abeja según la
invención en sección transversal;
La figura 8, otro ejemplo de una capa al menos
parcialmente estructurada y una capa sustancialmente lisa con
protuberancias invertidas y contraestructuras, en sección
transversal esquemática; y
La figura 9, otro ejemplo de una capa
sustancialmente lisa y una capa al menos parcialmente estructurada
con protuberancias invertidas y contraestructuras, en sección
transversal esquemática.
La figura 1 muestra una capa 1 al menos
parcialmente estructurada, por ejemplo constituida por una delgada
lámina metálica, en particular una delgada lámina de acero
resistente a la corrosión, con protuberancias invertidas 2. La capa
1 al menos parcialmente estructurada tiene en el presente ejemplo de
realización unas estructuras 3 de forma triangular (no obstante,
todas las explicaciones se aplican de la misma manera para otras
formas de ondulación que, sin embargo, no pueden representarse tan
claramente en el dibujo) que, con excepción de las zonas con
protuberancias invertidas 2, se extienden por toda la longitud de la
capa 1. Estas estructuras 3 presentan respectivos máximos 4 y
mínimos 5 de las mismas (denominados conjuntamente extremos de
estructura) y forman con otras capas unas cavidades atravesables
por un fluido, por ejemplo un gas de escape. En las respectivas
zonas de los mínimos de estructura 4 y/o los máximos de estructura 5
están formadas unas protuberancias invertidas 2 de una altura h. En
la zona de los extremos de estructura 4, 5 la capa 1 está plegada en
una dirección. Una protuberancia invertida 2 es una conformación
del material de la capa 1 en la que ésta está curvada o plegada en
una segunda dirección opuesta, es decir que proporciona una forma
aproximadamente inversa a la de la estructura básica. Cuando se
construye un cuerpo de nido de abeja al menos en parte a base de
tales capas 1, dicho cuerpo de nido de abeja puede ser atravesado
por un fluido, especialmente un gas de escape, sustancialmente en
el sentido de la dirección de flujo 19.
La figura 2 muestra una vista en perspectiva
esquemática de la cooperación por ajuste de forma de una capa
estructurada 1 y una capa sustancialmente lisa 10 con una
contraestructura 11. La figura 3 muestra una sección transversal a
través de la figura 2 a lo largo de la línea III. La estructura 3 de
la capa estructurada 1 presenta máximos de estructura 4 y mínimos
de estructura 5. Asimismo, está formada una protuberancia invertida
2. La protuberancia invertida 2 está formada por una conformación
del material de la capa 1. La estructura 3 como tal (es decir,
considerada sin la protuberancia invertida) presenta un plegado o
una curvatura en una primera dirección. En el caso de una
ondulación triangular como en el presente ejemplo, esto quiere decir
que la estructura 3 está constituida por un primer flanco 6 y un
segundo flanco 7 que forman en sección transversal dos rectas. El
primer flanco 6 presenta una primera pendiente del mismo y el
segundo flanco 7 presenta una segunda pendiente del mismo, cuyos
signos son contrarios. La protuberancia invertida 2 está formada
también en el presente ejemplo por dos flancos, a saber, un primer
flanco 8 de la misma y un segundo flanco 9 de la misma. Al formar
la protuberancia invertida 2, el primer flanco 8 de la misma
sobresale del primer flanco 6 y el segundo flanco 9 de la misma
sobresale del segundo flanco 7. En sección transversal, el primer
flanco 8 de la protuberancia invertida y el segundo flanco 9 de la
misma forman dos rectas cuyas pendientes presentan signos
diferentes. Por tanto, el plegado de la protuberancia invertida 2 se
presenta sustancialmente en una dirección opuesta a la dirección
del plegado de los extremos de estructura 4, 5 y las formas de la
estructura 3 y de las protuberancias invertidas 2 son
aproximadamente opuestas.
Asimismo, las figuras 2 y 3 muestran dos capas
metálicas contiguas 10 sustancialmente lisas que en este ejemplo
presentan unas contraestructuras 11 configuradas como una
microestructura. Estas contraestructuras 11 están constituidas por
una estampación de forma de dique que está formada en la zona que es
contigua a la protuberancia invertida 2. Esta contraestructura 11
encaja en la protuberancia invertida 2. Preferiblemente, la
contraestructura 11 está configurada de modo que se presenta un
acoplamiento de ajuste de forma entre dicha contraestructura 11 y
la protuberancia invertida 2. Para aumentar la flexibilidad de la
capa 10, que, por lo demás, es muy rígida debido a la
contraestructura 11, están presentes unas hendiduras de alivio de
carga 22, preferiblemente con extremos redondeados, para evitar una
acción de entalladura y un rasgado adicional. El acoplamiento por
encaje o la unión de ajuste de forma entre la protuberancia
invertida 2 y la contraestructura 11 impide de manera ventajosa un
movimiento relativo entre la capa metálica 1 al menos parcialmente
estructurada y las capas metálicas contiguas 10 sustancialmente
lisas. Si se construye a partir de tales capas 1, 10 un cuerpo de
nido de abeja, por ejemplo un cuerpo de soporte de catalizador o un
filtro para su utilización especialmente en la construcción de
automóviles, se impide entonces de manera ventajosa en este cuerpo
un movimiento relativo de las capas 1, 10 y en particular se evita
un movimiento telescópico del cuerpo de nido de abeja. La capa 1 al
menos parcialmente estructurada presenta estructuras 3 de forma
triangular con una altura de estructura H. Las protuberancias
invertidas 2 están formadas en la zona de los mínimos de estructura
4 y los máximos de estructura 5, concretamente en posiciones
simétricas con respecto a los extremos de estructura 4, 5. La
altura h de una protuberancia invertida 2 es en el presente ejemplo
menor que la altura H de las estructuras 3. Asimismo, en las capas
metálicas 10 sustancialmente lisas están formadas unas
contraestructuras 11 cuya altura a es sensiblemente menor que la
altura h de las protuberancias invertidas 2. Se ha dibujado a título
de ejemplo una contraestructura 11 por cada protuberancia invertida
2, pero es igualmente posible que solamente una parte de las
protuberancias invertidas 2 esté provista de contraestructuras 11.
Al fijar el número relativo de protuberancias invertidas 2 por
contraestructura 11, al diseñar la forma de la contraestructura 11 y
al decidir si se ha de establecer un encaje puro o un acoplamiento
de ajuste de forma de la contraestructura 11 con la protuberancia
invertida 2, puede tenerse en cuenta de manera ventajosa la clase de
utilización posterior. Así, por ejemplo, los cuerpos de soporte de
catalizador que se utilicen en el sistema de gas de escape de un
motor Otto son expuestos a cargas distintas con respecto a
frecuencia y amplitud de pulsación, así como a temperatura del gas
de escape, que las que se presentan, por ejemplo, en motores diesel
o Wankel. También la posición de un cuerpo de soporte de
catalizador con respecto a un motor de combustión (por ejemplo,
cerca del motor, en el codo o en el colector, etc.) tiene fuertes
repercusiones sobre las cargas que tiene que aguantar el cuerpo de
soporte de catalizador.
Cuando se construye un cuerpo de nido de abeja
como se ha descrito anteriormente, es decir, mediante arrollamiento
o bobinado de una o varias capas, se forman cavidades 12 que pueden
ser bañadas o atravesadas por un fluido y que están limitadas por
las capas 1, 10. La distancia radial KH de dos paredes contiguas 1,
10 de las cavidades corresponde sustancialmente a la altura H de
las estructuras.
Aparte de la clase de las contraestructuras 11
mostrada en las figuras 2 y 3, existe aún un gran número de
posibles formas de contraestructuras, algunas de las cuales se
muestran a título de ejemplo en otras figuras. Las diferentes
clases de contraestructuras 11 pueden combinarse de cualquier manera
en un cuerpo de nido de abeja según la invención. Asimismo, las
protuberancias invertidas 2 y las contraestructuras 11 no tienen que
estar formadas tampoco en todo el cuerpo de nido de abeja; también
es posible y está dentro de la invención una formación por zonas,
por ejemplo solamente en una zona parcial axial o radial. En otra
zona parcial pueden estar formados, por ejemplo, agujeros en las
capas cuyas dimensiones sean mayores y de preferencia netamente
mayores que la longitud de repetición de las estructuras 3.
Las figuras 4 y 5 muestran en vista esquemática
en perspectiva el modo en que los agujeros 23 pueden actuar como
contraestructuras 11, para lo cual éstos cooperan con extremos 4, 5
de la estructura 3 o con protuberancias invertidas 2. Estas formas
de realización son especialmente ventajosas debido a que los
agujeros 23 no aminoran la flexibilidad de las capas
sustancialmente lisas, sino que incluso la incrementan.
Tales capas metálicas 1, 10 pueden ser capas de
chapa al menos parcialmente delgadas, preferiblemente de un espesor
de menos de 60 \mum, de manera especialmente preferida menos de 40
\mum y especialmente menos de 25 \mum. Las capas 1, 10 pueden
consistir también al menos en parte en un material atravesable al
menos en parte por un fluido, por ejemplo, un material de fibras
metálicas que, por ejemplo se sinterice a partir de polvo, virutas
o fibras o bien se aplique sobre una estructura de soporte, tal
como, por ejemplo, una rejilla de metal desplegado.
La figura 6 muestra otro ejemplo de realización
de capas 1, 10 para construir un cuerpo de nido de abeja según la
invención. La capa 1 al menos parcialmente estructurada está
ondulada aquí en forma sinusoidal y presenta estructuras 3.
Asimismo, están formadas unas protuberancias invertidas 2 que están
curvadas en una dirección que es opuesta a la curvatura de las
estructuras correspondientes 3 en esta zona. Las protuberancias
invertidas 2 están formadas simétricamente a las estructuras 3 en
la zona de los máximos de estructura 4 y los mínimos de estructura
5. Únicamente una parte del material que forma las estructuras 3
contribuye a la formación de las protuberancias invertidas 2. La
contraestructura 11 está configurada como una estampación.
Ventajosamente, en la dirección de flujo 19 pueden estar formadas
también por cada protuberancia invertida 2 varias, por ejemplo dos,
contraestructuras 11 que pueden presentar ventajosamente en la
dirección de flujo 19 una distancia que corresponde a la extensión
de la protuberancia invertida 2 en dicha dirección de flujo 19.
La figura 7 muestra en sección transversal un
cuerpo de nido de abeja 13 según la invención que presenta una
estructura de nido de abeja 15 formada en un tubo envolvente 14. La
estructura de nido de abeja 15 está constituida por capas metálicas
10 sustancialmente lisas y capas metálicas 1 al menos parcialmente
estructuradas, las cuales presentan protuberancias invertidas 2
según la invención, mostradas sólo a título de ejemplo, en las
capas metálicas 1 al menos parcialmente estructuradas y
contraestructuras 11, no mostradas en aras de una mayor claridad,
en las capas metálicas 10 sustancialmente lisas. Las capas metálicas
1, 10 forman paredes de cavidad que se extienden en la dirección de
flujo 19 y que limitan unas cavidades 12. La distancia KH de dos
paredes de cavidad 1, 10 en una dirección sustancialmente
perpendicular a la dirección de flujo 19 está definida en el
presente ejemplo sustancialmente por la altura de estructura H. Este
cuerpo de nido de abeja 13 según la invención puede ser atravesado
en la dirección de flujo 19 por un fluido, tal como, por ejemplo,
un gas de escape.
La figura 8 muestra esquemáticamente en sección
transversal otro ejemplo de una contraestructura 11. La capa 1 al
menos parcialmente estructurada presenta una protuberancia invertida
2 que penetra en una cavidad radialmente contigua a través de la
contraestructura 11 formada como un agujero 23 en la capa
sustancialmente lisa 10. La adaptación de las dimensiones del
agujero 23 a las dimensiones de la protuberancia invertida 2 permite
de manera ventajosa la obtención de un acoplamiento de ajuste de
forma entre la protuberancia invertida 2 y la contra-
estructura 11.
estructura 11.
La figura 9 muestra esquemáticamente en sección
transversal otro ejemplo de una contraestructura 11. Esta
contraestructura 11 está formada como una estampación en la capa
sustancialmente lisa 10 en las zonas en la dirección de flujo 19 en
las que se presentan protuberancias invertidas 2. La estampación
discurre en dirección transversal, es decir, en sentido
sustancialmente perpendicular a la dirección de flujo 19 en la que
se extienden las capas 1, 10. Debido a la estampación, la capa
sustancialmente lisa presenta un nivel liso 17 y un nivel estampado
16. La distancia del nivel liso 17 al plano de referencia 18
dibujado como una línea de trazos y abarcado por los mínimos de
estructura 5 corresponde aquí a la altura de estructura H, mientras
que la distancia del nivel estampado 16 al plano de referencia 18
corresponde a la diferencia de la altura de estructura H y la
altura a de la contraestructura 11. Por tanto, el nivel estampado 16
se diferencia del nivel liso 17 en la medida de la altura a de una
contraestructura 11. Para aumentar la deformabilidad de la capa
sustancialmente lisa 10 se han formado en la zona de la estampación
unas perforaciones 20 con bordes 21 de éstas.
En un cuerpo de nido de abeja 13 según la
invención se suprimen movimientos relativos entre las capas 1, 10
en la dirección de flujo 19 por medio de la cooperación de
protuberancias invertidas 2 y contraestructuras 11 asociadas a
éstas. Esto tiene lugar debido a que la contraestructura 11 y la
protuberancia invertida 2 están acopladas una con otra. Se puede
impedir así especialmente también el movimiento telescópico de
cuerpos de nido de abeja 13.
- 1
- Capa al menos parcialmente estructurada
- 2
- Protuberancia invertida
- 3
- Estructura
- 4
- Máximo de estructura
- 5
- Mínimo de estructura
- 6
- Primer flanco
- 7
- Segundo flanco
- 8
- Primer flanco de protuberancia invertida
- 9
- Segundo flanco de protuberancia invertida
- 10
- Capa sustancialmente lisa
- 11
- Contraestructura
- 12
- Cavidad
- 13
- Cuerpo de nido de abeja
- 14
- Tubo envolvente
- 15
- Estructura de nido de abeja
- 16
- Nivel estampado
- 17
- Nivel liso
- 18
- Plano de referencia
- 19
- Dirección de flujo
- 20
- Perforación
- 21
- Borde de perforación
- 22
- Hendidura de alivio de carga
- 23
- Agujero
- a
- Altura de una contraestructura
- h
- Altura de una protuberancia invertida
- H
- Altura de estructura
- KH
- Distancia radial de dos paredes de cavidad
Claims (23)
1. Cuerpo de nido de abeja (13) formado por
capas alternas sustancialmente lisas (10) y al menos parcialmente
estructuradas (1), especialmente cuerpo de soporte de catalizador
y/o filtro, preferiblemente para el sistema de gas de escape de un
automóvil, en donde las capas (1, 10) forman cavidades (12) que
pueden ser recorridas por un fluido sustancialmente en una
dirección de flujo axial (19), en donde las capas estructuradas (1)
presentan extremos de estructura (4, 5) que están en contacto con
capas contiguas sustancialmente lisas (10), y en donde las capas
estructuradas (1) presentan en la zona de sus extremos de estructura
(4, 5) unas protuberancias invertidas (2) que penetran en las
cavidades (12) y que en una sección transversal a través del cuerpo
de nido de abeja (13) perpendicular a la dirección de flujo (19)
presentan una forma aproximadamente inversa a la de los extremos de
estructura (4, 5), de modo que la zona de las protuberancias
invertidas (2) se originan interrupciones (22) en los extremos de
estructura (4, 5), caracterizado porque en la zona de las
protuberancias invertidas (2) y/o de los extremos de estructura (4,
5) están formadas en las capas sustancialmente lisas (10) unas
contraestructuras (11) que están acopladas con los extremos de
estructura (4, 5) y/o con las protuberancias invertidas (2).
2. Cuerpo de nido de abeja (13) según la
reivindicación 1, caracterizado porque las contraestructuras
(11) están en contacto de ajuste de forma con al menos una parte de
los extremos de estructura (4, 5) y/o las protuberancias invertidas
(2).
3. Cuerpo de nido de abeja (13) según la
reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque las
contraestructuras en las capas sustancialmente lisas (10) están
configuradas de modo que la flexibilidad de estas capas (10) siga
siendo suficientemente grande para su arrollamiento, especialmente
debido a agujeros y/o interrupciones presentes en las
contraestructuras (11).
4. Cuerpo de nido de abeja (13) según la
reivindicación 3, caracterizado porque el cuerpo de nido de
abeja (13) se ha formado por
a) arrollamiento de al menos una capa (1) o
b) apilamiento de una pluralidad de capas (1,
10) para formar al menos una pila y retorcimiento de al menos una
pila.
5. Cuerpo de nido de abeja (13) según una de las
reivindicaciones anteriores, en el que las protuberancias
invertidas (2) están formadas en capas (1) al menos parcialmente
estructuradas con una altura de estructura (H),
caracterizado porque la altura (h) de las protuberancias
invertidas (2) es menor o igual que la altura de estructura
(H).
(H).
6. Cuerpo de nido de abeja (13) según una de las
reivindicaciones 1 a 4 en el que están formadas protuberancias
invertidas (2) en capas (1) al menos parcialmente estructuradas con
una altura de estructura (H), caracterizado porque la altura
(h) de las protuberancias invertidas (2) es mayor que la altura de
estructura (H).
7. Cuerpo de nido de abeja (13) según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la
contraestructura (11) es un resalto o una depresión cuya altura (a)
es menor y de preferencia sensiblemente menor que la altura (h) de
las protuberancias invertidas (2).
8. Cuerpo de nido de abeja (13) según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque cada
protuberancia invertida (2) está acoplada con una contraestructura
(11).
9. Cuerpo de nido de abeja (13) según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque al menos
una parte de las contraestructuras (11) consiste en protuberancias
invertidas (2).
10. Cuerpo de nido de abeja (13) según una de
las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque al
menos una parte de las contraestructuras (11) consiste en
estampaciones.
11. Cuerpo de nido de abeja (13) según la
reivindicación 10, caracterizado porque las estampaciones
están configuradas como microestructuras que discurren en sentido
sustancialmente transversal a la dirección de flujo axial (19) del
cuerpo de nido de abeja (13).
12. Cuerpo de nido de abeja (13) según la
reivindicación 10 u 11, caracterizado porque al menos una
parte de las contraestructuras (11) está constituida por al menos
dos estampaciones distanciadas en la dirección de flujo.
13. Cuerpo de nido de abeja (13) según una de
las reivindicaciones 10 a 12, caracterizado porque las
estampaciones presentan perforaciones, preferiblemente
microperforaciones.
14. Cuerpo de nido de abeja (13) según una de
las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque al
menos una parte de las contraestructuras (11) está configurada en
forma de agujeros (23).
15. Cuerpo de nido de abeja (13) según una de
las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque al
menos una parte de las contraestructuras (11) está configurada en
forma de agujeros de las capas sustancialmente lisas (10) en los
que penetran, en particular penetran con sustancialmente un
acoplamiento por ajuste de forma, los extremos de estructura (4, 5)
y/o las protuberancias invertidas (2).
16. Cuerpo de nido de abeja (13) según una de
las reivindicaciones 3 a 15, caracterizado porque al menos
una parte de las contraestructuras (11) están formadas en las capas
(1) al menos parcialmente estructuradas.
17. Cuerpo de nido de abeja (13) según una de
las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el
cociente de
a) la suma de la altura (h) de la protuberancia
invertida (2) y la altura (a) de la contraestructura (11) y
b) la distancia radial (KH) de dos paredes (1,
10) de las cavidades es menor que 1.
18. Cuerpo de nido de abeja (13) según una de
las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque al
menos una parte de las capas (1, 10) son capas metálicas.
19. Cuerpo de nido de abeja (13) según la
reivindicación 18, caracterizado porque al menos una parte de
las capas metálicas (1, 10) son capas de chapa.
20. Cuerpo de nido de abeja (13) según la
reivindicación 19, caracterizado porque las capas de chapa
(1, 10) presentan un espesor de menos de 60 \mum, preferiblemente
menos de 40 \mum y de manera especialmente preferida menos de 25
\mum.
21. Cuerpo de nido de abeja (13) según una de
las reivindicaciones 18 a 20, caracterizado porque al menos
una parte de las capas metálicas (1, 10) puede ser atravesada al
menos en parte por un fluido.
22. Cuerpo de nido de abeja (13) según la
reivindicación 21, caracterizado porque al menos una parte de
las capas metálicas (1, 10) atravesables al menos en parte por un
fluido está formada por un material de fibras metálicas, en
particular un material de fibras metálicas sinterizadas.
23. Cuerpo de nido de abeja (13) según una de
las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque al
menos una parte de las capas (1, 10) está constituida por un
material compuesto, preferiblemente un material compuesto a base de
fibras cerámicas y metálicas.
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