ES2293448T3 - Metodo y aparato para fabricar un convertidor catalitico. - Google Patents
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Abstract
Un método para fabricar un convertidor catalítico (2) que consta de un tubo exterior (4), un sustrato monolítico (6) y un material de estera (8) que rodea a dicho sustrato monolítico, de tal forma que dicho método comprende las etapas de: disponer dicho material de estera (8) envuelto en torno a dicho sustrato (6); comprimir dicho material de estera (8) para aplicar una fuerza al sustrato (6), hasta una dimensión comprimida que presente una compresión menor que la que se requiere para fracturar dicho sustrato (6); medir la dimensión comprimida de dichos material de estera (8) y sustrato (6); insertar dichos material de estera (8) y sustrato (6) en dicho tubo exterior (4); y comprimir dicho tubo exterior (4) contra dicho material de estera (8) con el fin de reducir dicho material de estera (8) a dicha dimensión comprimida.
Description
Método y aparato para fabricar un convertidor
catalítico.
Esta Solicitud reivindica el beneficio de la
Solicitud de Patente Provisional de los Estados Unidos de Serie
Número 60/291.894, depositada el 18 de mayo de 2001.
La invención se refiere generalmente a la
fabricación de convertidores catalíticos para uso en automoción.
Es común en aplicaciones de automoción requerir
un convertidor catalítico en el sistema de escape de los
automóviles, que se sitúa típicamente entre el colector de escape
del motor y el sistema silenciador del automóvil. Como se ha
descrito en la Patente norteamericana Nº 5.482.686, el convertidor
catalítico incluye normalmente un sustrato monolítico, un material
de estera que rodea al sustrato monolítico, de tal manera que los
materiales monolítico y de estera son entonces encapsulados en una
envuelta de metal que puede ser un tubo cilíndrico, una envuelta de
metal formada por dos partes, o bien otro alojamiento de metal,
redondo o de tipo no redondo. Es también común formar un cierre
hermético con los extremos opuestos del material de estera,
disponiéndolos contra la superficie interna del alojamiento de
metal.
Uno de los requisitos del diseño es tener el
material de estera comprimido entre el alojamiento metálico exterior
y el sustrato monolítico. Las especificaciones normales del
convertidor catalítico requieren que exista una presión mínima
entre el material de estera y el sustrato monolítico, que retenga el
sustrato monolítico en su lugar, en el tubo exterior. Al mismo
tiempo, las especificaciones establecen un pico de presión sobre el
sustrato monolítico durante la fabricación. El propósito de tener un
pico de presión es que una gran fuerza sobre el sustrato monolítico
tiende a fracturar el sustrato a lo largo de una cara transversal
del mismo. Una de las dificultades de trabajar con tales sustratos
es que existen diversas geometrías diferentes, y geometrías
distintas presentan diferentes características de fractura. Es más,
los sustratos monolíticos tienen una tolerancia en su diámetro de
entre +3 mm y -1 mm. De esta forma, no puede ser medida la
deformación por sí sola. Además, no ha sido posible hasta ahora
supervisar el procedimiento de fabricación a la luz de dichas
características de fractura, a fin de hacer posible una adecuada
fabricación de los convertidores catalíticos con la carga apropiada
entre el
\hbox{material de estera y el monolito, sin provocar la fractura de algunos de los monolitos.}
La Patente norteamericana Nº 5.273.724 describe
la fabricación de un convertidor catalítico que incluye un núcleo
retenido dentro de un recinto o caja formada a partir de dos
semi-envueltas. En el curso de la fabricación del
convertidor, las semi-envueltas son presionadas una
contra otra a la vez que el núcleo queda retenido entre ellas, y, a
continuación, las semi-envueltas se sueldan una con
otra. La referencia enseña que puede controlarse la presión máxima
ejercida al presionar sobre las semi-envueltas, por
medio de una válvula de control electrónica o neumática, lo que
garantiza que la presión ejercida sobre las
semi-envueltas no excede de una presión máxima
predeterminada. La referencia, sin embargo, no alcanza a preconizar
la determinación de las características de fractura del núcleo
antes de la compresión del tubo exterior, al objeto de garantizar
una compresión eficaz de una pluralidad de tubos exteriores durante
un procedimiento de fabricación continuo.
Una Solicitud de Patente Internacional,
publicada como WO 99/32215, describe un método adicional para
fabricar un convertidor catalítico. El convertidor catalítico que
se describe en la referencia incluye un sustrato monolítico y una
estera, que se encuentran comprimidos en el interior de la
semi-envuelta exterior de un recipiente. En lugar
de ello, la invención descrita en la referencia se refiere al
redimensionamiento de la semi-envuelta exterior del
recipiente, una vez que la combinación del sustrato monolítico y el
material de estera ha sido insertada en su interior. El
redimensionamiento de la semi-envuelta exterior se
basa en una ecuación que depende del diámetro del sustrato, del
espesor de objetivo o pretendido para la estera, y del espesor de la
pared. De manera adicional, la semi-envuelta
exterior del recipiente se reduce entonces hasta un diámetro
predeterminado, basándose en las propiedades matemáticas de la
ecuación dada. La referencia no preconiza, sin embargo, la medición
de las características de fractura del núcleo para cada convertidor,
ni la determinación, tras ello,
\hbox{de la curva de encogimiento más eficaz, basándose en las características medidas.}
El documento EP 0982480 A2 describe un
convertidor catalítico que se construye midiendo un sustrato que se
ha de colocar dentro de una semienvuelta exterior o cubierta,
envolviendo el sustrato en una estera seleccionada y cargando el
paquete que comprende la estera y el sustrato dentro de la cubierta.
La cubierta es más grande de lo que será al final de la
fabricación, a fin de hacer dicha carga más fácil. Subsiguientemente
a la carga, la medición del sustrato se utiliza para dirigir o
controlar el grado en que se reduce la cubierta en su dimensión
exterior, de tal manera que se crea una cavidad anular seleccionada
entre el sustrato y la cubierta, de modo que dicha cavidad anular
es ocupada por dicha estera.
El objeto de la presente invención es, por
tanto, aliviar las desventajas presentes en el mercado.
Los objetos de la invención se han alcanzado al
proporcionar un método de fabricación de un convertidor catalítico
compuesto por un tubo exterior, un sustrato monolítico y un material
de estera que rodea al monolito. El método comprende las etapas de
establecer las características de fractura del sustrato monolítico
para la combinación del sustrato monolítico y el material de
estera, para varias compresiones radiales basadas en el tiempo. Se
selecciona entonces una secuencia de compresión adecuada, de tal
manera que el sustrato monolítico no se fracture, y el material de
estera se coloca alrededor del sustrato monolítico. La combinación
del material de estera y el sustrato monolítico se inserta a
continuación dentro del tubo exterior, y la combinación del tubo
exterior, el material de estera y el sustrato monolítico se
comprime de acuerdo con la
\hbox{secuencia de compresión, de tal manera que el sustrato monolítico no resulta fracturado.}
En la realización preferida de la invención, el
tubo exterior se deforma radialmente hacia dentro con el fin de
comprimir la combinación formada por el tubo exterior, el material
de estera y el sustrato monolítico. Un método para deformar
radialmente el tubo es por embutición por compresión del tubo. Un
segundo método para deformar radialmente el tubo consiste en
entallar por torneado la combinación del tubo exterior, el material
de estera y el sustrato monolítico, a fin de reducir el diámetro del
tubo exterior.
En cualquiera de estar alternativas, el material
de estera y el sustrato monolítico pueden ser comprimidos
parcialmente antes de la etapa de deformación, con el fin de cargar
previamente el material de estera. El material de estera y el
sustrato monolítico pueden ser comprimidos conjuntamente y
desplazados, a continuación, longitudinalmente hasta hacerlos
entrar en el tubo exterior. Esto puede conseguirse por medio de
compresión radial en una estación o puesto de compresión. De manera
alternativa, el material de estera y el sustrato monolítico pueden
ser comprimidos radialmente mediante rodillos.
También en la realización preferida de la
invención, el procedimiento incluye la etapa adicional de estrechar
hacia dentro formando un cuello los extremos del tubo exterior,
hasta conseguir un perfil más pequeño. Esto puede llevarse a cabo
estrechando hacia dentro los extremos mediante entallado por
torneado hasta formar un cuello, de tal manera que los extremos
tengan diámetros más pequeños que el perfil del resto del tubo
exterior. También de manera preferida, y antes de la etapa de
entallado por torneado, se insertan pantallas protectoras contra el
calor, con forma de embudo, en los extremos opuestos del tubo
exterior y adyacentes al sustrato monolítico, y el tubo exterior es
entallado por torneado con el fin de que los extremos queden
estrechados hacia dentro de forma redondeada, hasta adaptarse
sustancialmente al perfil de la pantalla protectora contra el calor
y retener la pantalla protectora contra el calor en su lugar.
En otro aspecto de la invención, un método para
fabricar un convertidor catalítico compuesto de un tubo exterior,
un sustrato monolítico y un material de estera que rodea al sustrato
monolítico, consiste en la fabricación por medio de un
procedimiento en el que el material de estera se inserta, en primer
lugar, alrededor del sustrato monolítico. El material de estera es
comprimido entonces parcial y radialmente contra el sustrato
monolítico. La combinación del material de estera y el sustrato
monolítico se inserta, a continuación, en el tubo exterior.
Finalmente, la combinación formada por el tubo exterior, el material
de estera y el sustrato monolítico, se comprime conjuntamente.
En la realización preferida de la invención, el
material de estera y el substrato monolítico se comprimen uno
contra otro, y son desplazados a continuación longitudinalmente
hasta el interior del tubo exterior. Esto puede llevarse a cabo de
una de dos maneras. El material de estera y el sustrato monolítico
pueden ser comprimidos radialmente en una estación de compresión,
en la que sustancialmente la totalidad del material de estera se
deforma radialmente de manera simultánea. Alternativamente, el
material de estera puede ser comprimido radialmente por medio de
rodillos, de tal manera que el material de estera y el sustrato
monolítico son desplazados longitudinalmente a través de una
estación de rodillos, con lo que el material de estera es comprimido
secuencialmente a medida que se desplaza a través de los rodillos,
y la combinación del material de estera y el sustrato monolítico es
desplazada longitudinalmente hasta el interior del tubo
exterior.
El tubo ha de ser también comprimido. El tubo
puede ser deformado radialmente por embutición por compresión. De
manera alternativa, el tubo puede ser deformado radialmente mediante
entallado por torneado de la combinación del tubo exterior, el
material de estera y el sustrato monolítico, a fin de reducir el
diámetro del tubo exterior.
Los extremos del tubo pueden también ser
estrechados hacia dentro formando un cuello, hasta obtener un perfil
más pequeño, con una cierta forma de embudo. Los extremos del tubo
pueden ser estrechados hacia dentro hasta formar un cuello mediante
entallado por torneado, de tal manera que los extremos tengan
diámetros más pequeños que el perfil del resto del tubo exterior.
También en una realización, antes de la etapa de entallado por
torneado, se insertan pantallas protectoras contra el calor, con
forma de embudo, en los extremos opuestos del tubo exterior y
adyacentes al sustrato monolítico, y el tubo exterior es entallado
por torneado con el fin de que los extremos sean entallados por
torneado hacia dentro, hasta adaptarse sustancialmente al perfil de
la pantalla protectora contra el calor, y retener en su lugar la
pantalla protectora contra el calor.
En otra versión de la invención, se propone un
método para fabricar un convertidor catalítico compuesto de un tubo
exterior, un sustrato monolítico y un material de estera que rodea a
dicho monolito, de tal manera que dicho método comprende las etapas
de insertar el material de estera en torno al sustrato monolítico;
comprimir parcial y radialmente el material de estera contra el
sustrato monolítico; medir la fuerza aplicada por el material de
estera, y determinar el incremento de deformación que se requiere
para conseguir una fuerza dada.
Un miembro de plantilla novedoso, de acuerdo con
la invención, para determinar la deformación adecuada que se
requiere para conseguir la aplicación de una fuerza predeterminada a
un material monolítico por medio de la compresión de un material de
estera circundante, comprende medios para rodear dichos material de
estera y monolítico y comprimir, al menos parcialmente, dichos
material de estera y monolítico, medios para medir la fuerza de
presión ejercida por la compresión del material de estera, y medios
para medir el diámetro de compresión, o bien la desviación hasta la
que ha sido desviado el material de estera.
Una máquina de ensamblaje, destinada a ensamblar
el material de estera en torno al material monolítico, así como
medios de compresión, destinados a comprimir un tubo exterior
alrededor de dicho material de estera, incluyen una plantilla tal
como se ha mencionado anteriormente. De manera preferida, la máquina
de ensamblaje comprende adicionalmente unos medios de control
destinados a tomar dichos datos de fuerza y de presión, así como
dichos datos de diámetro o de desviación, y suministrar esa
información a dichos medios de compresión.
A continuación se describirá la realización
preferida de la invención con referencia a los dibujos, en los
cuales:
la Figura 1 ilustra una realización de un
convertidor catalítico, según se fabrica por el presente método;
la Figura 2 muestra una curva de fuerza
hipotética en función de varios instantes de tiempo, para la
compresión del material de estera;
la Figura 3 muestra una primera realización de
un aparato de plantilla para cargar el sustrato monolítico dentro
de los tubos del convertidor catalítico;
la Figura 4 es una segunda realización de un
aparato de plantilla, similar a la de la Figura 3;
la Figura 5 es una versión ampliada del aparato
de plantilla de la Figura 3;
la Figura 6 es una vista aumentada del aparato
de plantilla que se muestra en la Figura 4;
la Figura 7 muestra un aparato para la reducción
adicional del diámetro del tubo exterior y la primera etapa de
proceso del mismo;
la Figura 8 es similar a la Figura 7 y muestra
la etapa de reducción dimensionada sucesiva;
las Figuras 9 a 14 muestran una secuencia de
realización alternativa de las etapas del método, en la que es
posible también situar una pantalla protectora contra el calor en el
convertidor catalítico y sujetarla en su lugar por ambos extremos,
por medio de las etapas del método;
las Figuras 15 a 17 muestran otra versión
alternativa del ensamblaje del convertidor catalítico.
las Figuras 18-22 muestran aún
otra realización alternativa del aparato para reducir el diámetro
del tubo exterior, en la que el tubo exterior está compuesto de
dados o tacos de encogimiento;
la Figura 23 es un diagrama que muestra la
deformación para tres materiales de estera diferentes, a fin de
conseguir diversas magnitudes de fuerza;
la Figura 24 muestra la curva de los tres
materiales de estera de la Figura 23;
la Figura 25 muestra los datos empíricos de
presión en función del tiempo para un encogimiento a velocidad
constante;
la Figura 26 muestra la presión sobre el
monolito con un encogimiento a velocidad variable; y
la Figura 27 muestra la velocidad de
encogimiento en función del tiempo.
Haciendo referencia, en primer lugar, a la
Figura 1, se muestra en ella generalmente con la referencia 2 un
ejemplo de un convertidor catalítico fabricado de acuerdo con el
procedimiento de la presente invención, el cual incluye un miembro
de tubo exterior 4, un sustrato monolítico 6 y un material de estera
8, provisto de miembros de obturación de extremo 10. El convertidor
catalítico 2 puede incluir también, opcionalmente, un primer
miembro 12 de pantalla de protección contra el calor, que tiene una
sección o tramo 14 estrechado hacia dentro formando un cuello, por
lo que forma un espacio de separación interno de aire, indicado por
la referencia 16. El convertidor catalítico 2 puede incluir también
un segundo miembro 20 de pantalla protectora contra el calor, que
tiene un tramo 22 estrechado hacia dentro formando un cuello, por lo
que forma un espacio de separación de aire indicado por la
referencia 24. Ha de apreciarse por parte de los expertos de la
técnica que el material de estera 8, bien puede ser un material del
tipo de malla de acero inoxidable, o bien, alternativamente, puede
ser un material de tipo fibroso, no inflamable. En cada uno de los
casos el material de estera 8 es compresible, si bien, cuando se
comprime en la combinación formada por el monolito 6, el material de
estera 8 y el tubo exterior 4, provoca la transferencia o
transmisión de una fuerza del material de estera al sustrato
monolítico 6, así como una fuerza de reacción igual contra la pared
interna del tubo exterior 4.
Haciendo referencia a continuación a la Figura
2, se ilustra en ella una curva de fuerza en función del tiempo, en
la que el eje Y representa la fuerza transmitida de la estera al
monolito, en tanto que el eje X muestra varios instantes de tiempo,
que son el tiempo que dura la compresión del material de estera
(suponiendo la misma profundidad de compresión). De esta forma, la
primera curva C_{1} muestra que, si el material de estera es
comprimido rápidamente, esto es, dentro de T_{1} segundos, el pico
de fuerza se alcanza rápidamente, es decir, llega a F_{1}, donde
F_{1} puede ser mayor que la fuerza requerida para cizallar el
sustrato monolítico, o bien puede causar una presión mayor que la
permitida por el fabricante. Sin embargo, si el material de estera
es comprimido a lo largo de un periodo de tiempo más prolongado, y
hasta la misma deformación, pero dentro de un periodo de tiempo más
largo, esto es, hasta T_{2} segundos, se alcanza un pico de fuerza
F_{2} más bajo. Finalmente, si el material es comprimido hasta la
misma deformación a lo largo de un periodo de tiempo aún más
prolongado, esto es, a lo largo de T_{3} segundos, se alcanza un
pico de fuerza de valor F_{3}. Ha de apreciarse que es posible
aplicar y hacer acomodo a cualquier número de tiempos y
deformaciones, todo ello dependiendo del resultado final que se
desee.
De esta forma, para cada geometría de monolito
diferente, puede medirse el pico de fuerza necesario para fracturar
el sustrato monolítico, de tal manera que la presión ejercida contra
el sustrato monolítico, medida en Pa (psi), nunca exceda de un
límite máximo durante la fabricación. Para cualquier sustrato
monolítico y cualesquiera especificaciones de fabricación dados, el
tiempo del ciclo puede ser minimizado para obtener el procedimiento
más eficiente. Asimismo, de acuerdo con el procedimiento descrito,
pueden medirse la fuerza y/o la presión, y el procedimiento es
iterable o repetible.
Por ejemplo, una especificación común o típica
de fabricación para un convertidor catalítico requeriría la
existencia de una presión mínima de 206.682 Pa (30 psi) entre el
material de estera y el sustrato monolítico tras completar el
procedimiento de fabricación, y que, con todo, durante el
procedimiento de fabricación, el pico de presión entre el material
de estera y el sustrato monolítico nunca excediera de 688.940 Pa
(100 psi). Así pues, para esta especificación de fabricación dada,
y si se conoce la presión de fractura de acuerdo con el ensayo
explicado en relación con la Figura 2, el procedimiento de
fabricación puede ser formulado de tal manera que el tiempo de
fabricación empleado para la compresión del material de estera se
mantenga en un mínimo, con lo que se reduce el tiempo del ciclo y
se garantiza, con todo, que, durante el procedimiento de
fabricación, el monolito no se fracture nunca ni se vea sometido a
una presión superior a las especificaciones de ingeniería
establecidas. Ha de comprenderse también que, para cualquiera de las
curvas de fuerza C_{1}-C_{3}, es posible un
procedimiento de múltiples etapas. En otras palabras, la compresión
que tiene lugar entre el material de estera y el sustrato
monolítico, bien puede ser un procedimiento de una única etapa, o
bien puede consistir en varias etapas, en las que la combinación de
los sub-componentes puede ser desplazada de estación
en estación.
Haciendo referencia, en primer lugar, a las
Figuras 3, 6, 7 y 8, se describirá un procedimiento de acuerdo con
una versión de la invención. Haciendo referencia, primeramente, a la
Figura 3, se va a describir un dispositivo de carga 50, destinado a
cargar el sustrato monolítico 6, envuelto con el material de estera.
El dispositivo 50 comprende una sección o tramo 52 de carga central
con forma de U, destinado a la colocación del tubo exterior, e
incluye dispositivos de plantilla 54, montados en los extremos
opuestos del tramo de carga con forma de U. Se describirán a
continuación los dispositivos de plantilla que se muestran
generalmente con la referencia 54, y debe comprenderse que los
dispositivos 54 son idénticos uno al otro como imagen especular, de
tal manera que tan solo se describirá uno de dichos dispositivos.
Ha de comprenderse que los dos miembros de plantilla no sólo
contribuirán, en la invención, a la colocación del material de
estera y del monolito dentro de los tubos exteriores, sino que
también medirán la fuerza y/o la presión que el material de estera
está ejerciendo sobre el sustrato monolítico 6.
Como se muestra en la Figura 3, el dispositivo
de plantilla 54 incluye, generalmente, una porción de platina
vertical 56, una porción de ménsula 58, que está fijada a la platina
56 e incluye, como extensión o prolongación adicional de la misma,
el fiador 60 de cilindro, tal y como se describirá aquí
adicionalmente. El dispositivo 54 incluye, adicionalmente, una
pluralidad de conjuntos 64 de rodillos de presión, los cuales, en la
realización preferida, están dispuestos según una disposición
geométrica ordenada radial, en torno a un miembro 66 de guía para
introducción, convergente o que se estrecha gradualmente. Con
respecto, ahora, a la Figura 5, se describirá con mayor detalle el
dispositivo de inserción 54. El miembro de ménsula 58 incluye una
porción de pared vertical 68 y una porción de pared 70 con forma de
U, que tiene porciones de pared laterales, designadas con la
referencia 72. La porción de pared vertical 68 incluye una abertura,
designada con la referencia 74, la cual se abre al interior de una
abertura convergente o estrechada gradualmente, designada con la
referencia 76, y, tras ésta, hacia los conjuntos 64 de rodillos de
presión, tal y como se describirá aquí.
Todavía haciendo referencia a la Figura 5, el
mecanismo de cilindro 62 puede ser, bien un cilindro neumático o
bien un cilindro hidráulico, e incluye una porción de cilindro 80
que tiene una porción de barra 82 y una sección o tramo empujador,
designado con la referencia 84. Como se muestra, el tramo empujador
84 está colocado dentro de la pared 70 con forma de U, y está
alineado de forma sustancialmente axial con la abertura estrechada
gradualmente 76. Por último, los conjuntos 64 de rodillos de presión
incluyen también porciones de cilindro 90 que tienen una porción de
barra 92 que está unida operativamente a unos rodillos 94. Ha de
apreciarse que los rodillos 94 están contorneados con una forma
arqueada (como se observa mejor en la Figura 3), de tal manera que,
con su alineación radial y con la conformación con las formas
arqueadas de los rodillos 94, se les confiere un perfil de una
manera sustancialmente circular.
\newpage
Haciendo referencia, a continuación, a la Figura
7, se muestra en ella un aparato de entallado por torneado
generalmente con la referencia 100, el cual incluye unas mordazas de
mandril 102 que son comunes en la técnica del entallado por
torneado. Estas mordazas de mandril se desplazan según una línea
radial con el fin de retener un miembro circular para el entallado
por torneado. La cabeza de mandril 104 gira generalmente en una
posición horaria, o según el sentido de las agujas del reloj,
conforme se observa desde la parte frontal de la cabeza y se
ilustra mediante la flecha de rotación mostrada en la Figura 7.
Entretanto, un rodillo de presión 106 (soportado por un brazo de
presión, que no se muestra) puede ser presionado contra la parte
exterior del contorno del tubo 4 para propósitos de entallado por
torneado, y, en sí mismo, se mantiene sobre un eje de rotación y es
un rodillo accionado, no un rodillo de accionamiento. El rodillo de
presión 106 es susceptible de desplazarse en los dos sentidos a lo
largo del eje longitudinal, tal y como se ilustra con las flechas de
la Figura 7, y es susceptible de desplazarse radialmente hacia
dentro, con lo que se modifica el diámetro del elemento que se está
entallando por torneado.
A continuación se describirá, haciendo
referencia a las Figuras 3, 5, 7 y 8, un primer método para producir
un convertidor catalítico de acuerdo con la presente invención.
Haciendo referencia, en primer lugar, a la Figura 3, puede
colocarse dentro de la porción 52 con forma de U un tubo exterior,
tal como el elemento 4, que, en esta etapa, es simplemente un tubo
cilíndrico recto, de tal manera que los extremos del tubo queden
alineados con unos miembros de guía para introducción 66. Los
miembros monolíticos 6, con el material de estera 8 arrollado, se
colocan entonces dentro de los miembros de pared 70 con forma de U,
de manera que se alinean con los cilindros 62. En este instante se
hace de nuevo referencia a la Figura 2 para recordar que la
velocidad de la deformación del material de estera determinará las
características de fuerza y presión que se están confiriendo al
sustrato monolítico.
De esta forma, como ha de apreciarse, se
incluirá un mecanismo de control 110, destinado a controlar la
velocidad, tanto del cilindro 62 como de los conjuntos 64 de
rodillos de presión, así como a registrar la fuerza/presión
ejercida sobre el monolito. Los conjuntos 64 de rodillos de presión
se ponen en marcha para provocar el movimiento radial hacia dentro
de los diversos rodillos 94. Se utilizarán los datos de entrada, por
ejemplo, a través de un cable 112, para controlar el movimiento
radial y, por tanto, la compresión. Al mismo tiempo, se reunirán
datos de salida en la forma de datos de fuerza, a fin de garantizar
que no se excede el pico de presión, y conocer la fuerza que ha
sido ejercida. Estos datos de salida se transmiten para su
suministro al mecanismo de control y, a continuación, al aparato de
entallado por torneado, al objeto de garantizar que todo el
procedimiento se desarrolla de acuerdo con las especificaciones.
Los datos de entrada/salida se utilizarán tanto para controlar como
para medir el cilindro 62 y la velocidad resultante de la barra de
cilindro 82 y del miembro empujador 84. De esta forma, la velocidad
del miembro empujador 84 determinará la rapidez con que el material
de estera 8 es comprimido frente a la abertura estrechada
gradualmente 76 y la pluralidad de rodillos 94. Se produce una
compresión adicional en los miembros estrechados gradualmente 66 y
durante la entrada del material de estera en el miembro de tubo
exterior 4. Los datos de entrada/salida, por ejemplo, a través del
cable 114, se encargan tanto de captar como de controlar la presión
ejercida por los rodillos 94. Sin embargo, es posible predeterminar
la totalidad de las características de compresión y de fuerza del
sustrato monolítico, de tal manera que la única variable del
proceso que se ha de controlar sea la velocidad de la barra de
cilindro 82, de modo que se reproduzcan de forma continua
resultados idénticos en un ajuste de fabricación, con tiempos de
ciclo aceptables comercialmente. Estos datos se transmiten también
para su suministro al mecanismo de control y, a continuación, al
aparato de entallado por torneado.
Como puede observarse en la Figura 3, se
insertan simultáneamente dos sustratos monolíticos desde los
extremos opuestos del tubo exterior 4, a fin de situar los dos
monolitos en posiciones adyacentes uno con otro. Sin embargo, ha de
comprenderse que el número de miembros monolíticos es insustancial
respecto a la invención, de tal forma que puede insertarse una
pluralidad de miembros monolíticos, o bien
\hbox{puede instalarse un único sustrato monolítico alargado.}
Ha de apreciarse, en este instante del ciclo del
procedimiento, que los dos miembros monolíticos han sido
preinstalados y solicitados previamente, o pretensados, dentro del
tubo exterior 4, y que pueden ser retirados del miembro 52 con
forma de U y desplazados hasta el aparato de entallado por torneado
que es ilustra en las Figuras 7 y 8. Ha de apreciarse también que,
dada la solicitación previa o pretensado existente entre el material
de estera y el sustrato monolítico dentro de la pared exterior 4,
el material de estera no presenta la presión adecuada sobre el
monolito y, en consecuencia, la fuerza del material de estera y la
presión resultante tan solo se corresponden parcialmente con las
curvas de fuerza C_{1}, C_{2} o C_{3}. Al mismo tiempo, si
bien no se ha ejercido aún la fuerza/presión completa, los datos de
entrada/salida procedentes tanto del cilindro 62 como de los
conjuntos 64 de rodillos de presión, han sido ya transmitidos para
su suministro al mecanismo de control a través de los cables
respectivos 112, 114 y, en consecuencia, controlarán el resto del
procedimiento de entallado por torneado de acuerdo con la curva que
se haya seleccionado de la Figura 2.
Haciendo referencia, a continuación, a la Figura
7, la combinación del tubo exterior 4, el sustrato monolítico 6 y
el material de estera 8, se inserta dentro del aparato de entallado
por torneado 100, de manera que queda capturada en las mordazas
102. A continuación, de acuerdo con el procedimiento de entallado
por torneado, la cabeza de entallado por torneado 104 comienza a
entallar por torneado a toda velocidad, por lo que el rodillo de
presión 106 comienza a ejercer presión sobre el tubo exterior 4 en
el extremo frontal del tubo, esto es, con el extremo del tubo
extendiéndose fuera de la cabeza 104. Como se muestra en la Figura
7, el procedimiento de entallado por torneado es capaz de reducir
el diámetro del tubo exterior desde el diámetro D_{1}, es decir,
su diámetro inicial, hasta el diámetro D_{2}, así como
proporcionar el extremo estrechado 30. Este procedimiento completo,
tanto respecto a la profundidad radial como a la velocidad axial, se
lleva a cabo de conformidad con los datos de entrada, transmitidos
desde el mecanismo de control a través de un cable 116.
Ha de apreciarse que, en la etapa del
procedimiento que se muestra en la Figura 7, debido al hecho de que
el tubo exterior 4 está encastrado dentro de la cabeza 104 de
entallado por torneado, no es posible entallar por torneado la
totalidad de la longitud del tubo exterior en esta etapa. En lugar
de ello, una vez que el tubo ha sido entallado por torneado hasta
aproximadamente la configuración que se muestra en la Figura 7, la
cabeza de entallado por torneado 104 se detiene, se retira de la
cabeza el tubo exterior, parcialmente entallado por torneado, y se
le da la vuelta para insertar la porción completada del tubo
exterior en la cabeza, con lo que se entalla por torneado el resto
del tubo exterior, hasta la misma dimensión alcanzada en el
entallado por torneado anterior. Ha de apreciarse también que el
procedimiento de entallado por torneado, esto es, el hecho de
llevar el diámetro del diámetro D_{1} al diámetro D_{2},
comprime también el material de estera situado entre el tubo
exterior y el sustrato monolítico. Debe apreciarse, asimismo, que el
tiempo de compresión, es decir, de acuerdo con la Figura 2, la
fuerza en función del tiempo de la curva, se calibra por cuanto que
está relacionado con la velocidad del rodillo 106, que está en
función del procedimiento de entallado por torneado. Dicho de
diferente manera, la menor o mayor rapidez de la velocidad axial del
movimiento del rodillo 106 en el procedimiento de entallado por
torneado, determinará si las características de la fuerza del
material de estera sobre el sustrato monolítico siguen las curvas
C_{1}, C_{2} o C_{3}.
Se describirá a continuación, haciendo
referencia a las Figuras 4 y 6, un método alternativo para la
fabricación del convertidor catalítico. Como se muestra en la
Figura 4, el mecanismo de inserción 150 incluye generalmente un
soporte 152 de tubo con forma de U, y un mecanismo de inserción 154,
montado en los extremos opuestos del soporte 152 con forma de U. El
soporte con forma de U incluye, generalmente, una platina vertical
156, un miembro de ménsula 158, un fiador de cilindro 160 y un
cilindro hidráulico 162. La platina vertical 156 soporta unos
medios de compresión 164. Haciendo referencia, a continuación, a la
Figura 5, el miembro 164 incluye un cilindro neumático 190 que
tiene unas barras 192 fijadas a unas mordazas de presión
semicilíndricas 194. Estas mordazas de presión se encuentran
alineadas con unos miembros de guía para introducción 166,
convergentes o que se estrechan gradualmente, y con el soporte 152
de tubo con forma de U.
El mecanismo 150 de la realización de la Figura
4 puede utilizarse también con el mecanismo de entallado por
torneado idéntico 100, que se muestra en las Figuras 7 y 8, de
acuerdo con el siguiente procedimiento. Se coloca, en primer lugar,
un tubo exterior 4 en el soporte 152 con forma de U, y los cilindros
162 desplazan, primeramente, los sustratos monolíticos y el
material de estera al interior de sus respectivas mordazas de
compresión 194. Cuando los sustratos monolíticos quedan alineados
lateralmente en el interior de las mordazas de compresión 194, se
pone en marcha el cilindro 190, lo que provoca una compresión del
material de estera que rodea al sustrato monolítico. Una vez más,
esta compresión y el instante de la misma se efectúan de acuerdo
con la secuencia de compresión seleccionada, es decir, de acuerdo
con una de las curvas ilustrativas C_{1}, C_{2} o C_{3}. Una
vez que el material de estera está comprimido en su posición
apropiada, se ponen en funcionamiento de nuevo los cilindros 162,
de manera que desplazan el sustrato monolítico a través de los
miembros gradualmente estrechados 166 y al interior del tubo
exterior. En este instante, el tubo exterior 4 y los miembros
monolíticos cargados son desplazados hasta el dispositivo de
entallado por torneado que se muestra en las Figuras 7 y 8, y
tratado de la misma manera que se ha mencionado anteriormente. Ha de
apreciarse que se utilizan de nuevo datos de entrada/salida de la
manera que se ha descrito anteriormente en relación con el método
anterior.
Se describirá a continuación, haciendo
referencia a las Figuras 9 a 14, una realización alternativa del
procedimiento de entallado por torneado, en la cual son deseables
unas pantallas internas de protección contra el calor, tales como
los elementos 12 y 20, internamente al tubo exterior. Como se
muestra, en primer lugar, en la Figura 9, la pantalla 14 de
protección contra el calor puede ser insertada dentro del extremo
abierto del tubo exterior 4, adyacente a un primer miembro
monolítico, en una posición que se muestra en la Figura 10. Como se
muestra en la Figura 11, puede darse inicio al procedimiento de
entallado por torneado, y entallar por torneado la parte extendida
o prolongada del tubo exterior, de tal manera que una porción
gradualmente estrechada 30 se estrecha o rebaja de forma
convergente hasta un perfil que se corresponde con el de la pantalla
12 de protección contra el calor, a fin de adaptarse a la misma.
Como en las etapas de entallado por torneado anteriores, el tubo
exterior con un entallado por torneado parcialmente completo, se
vuelve o gira 180º, hasta la posición que se muestra en la Figura
12, para recibir el otro miembro de pantalla 20 de protección contra
el calor, y se inserta dentro del tubo exterior 4, hasta la
posición que se muestra en la Figura 13. El procedimiento de
entallado por torneado prosigue tanto entallando por torneado el
diámetro externo del tubo exterior, como entallando por torneado el
tramo 32 estrechado gradualmente, que se extiende adyacente a la
pantalla 20 de protección contra el calor.
Se describe a continuación, en relación con las
Figuras 15 a 17, otro posible método de acuerdo con la invención,
el cual incluye un aparato de carga 250, que incluye conjuntos de
cilindros 262, dispuestos en los extremos opuestos de unos miembros
de ménsula 258, en los que no se produce, sin embargo, compresión
previa alguna por medio de rodillos de compresión ni de mordazas de
compresión. En lugar de ello, los miembros monolíticos 6 son
desplazados al interior de la porción intermedia del miembro de tubo
exterior 4', en la que el diámetro D_{3} del tubo exterior 4' es
ligeramente más grande que D_{1}. El ensamblaje previo del tubo
exterior 4' conjuntamente con los miembros monolíticos 6 puede ser
desplazado ahora hasta el aparato de entallado por torneado 100,
tal como se muestra en las Figuras 16 y 17, y entallado por torneado
de acuerdo con una de las secuencias de fuerza de compresión que se
ilustran en la Figura 2. Ha de apreciarse que, debido al hecho de
que se aplica una solicitación previa muy pequeña entre el material
de estera y el monolito, toda la fuerza de compresión, es decir la
totalidad de la curva de entre las curvas de fuerza C_{1}, C_{2}
o C_{3}, será aplicada por el procedimiento de entallado por
torneado de las Figuras 16 y
17.
17.
Si bien el método se ha mostrado tan solo en
relación con tubos redondos o cilíndricos, son posibles también
tubos no redondos. En este caso, el aparato de inserción incluirá
una mordaza de compresión modificada, similar a la que se muestra
con respecto a las Figuras 4 y 5, con mordazas de compresión
dimensionadas para adaptarse a los elementos no redondos. Se hará
uso también de una compresión adicional de todo el tubo exterior, de
tal manera que el incremento de la compresión complete el ciclo de
compresión de la estera. Se hace referencia de manera más concreta
a este dispositivo en las Figuras 18-22.
En relación, en primer lugar, con la Figura 18,
se muestra en ella esquemáticamente un miembro de encogimiento 254,
el cual recibe una combinación formada por el material de estera y
el monolito, 6, 8, y, como se muestra en la Figura 19, comprime la
combinación de la estera y el monolito hasta una cierta compresión.
Esta información, es decir, la fuerza ejercida por el monolito como
reacción sobre los dados o tacos de encogimiento, así como el
diámetro hasta el que se comprime la combinación del material de
estera y el monolito, es suministrada al mecanismo de control 110.
Esta información se transmite para su suministro a los tacos de
encogimiento 300, gracias a lo que la combinación del material de
estera y el monolito, 6, 8, puede ser situada en el interior de un
tubo exterior 4 y colocada dentro de los tacos de encogimiento 300.
Dada la información transmitida para su suministro desde la
plantilla 254, es decir, la presión ejercida sobre la plantilla (que
coincidirá con la fuerza ejercida sobre el material monolítico),
conjuntamente con un diámetro hasta el que ha sido comprimido el
material de estera, y conjuntamente con la característica de fuerza
específica para el material de estera concreto que se ha utilizado,
el taco de encogimiento 300 puede determinar exactamente hasta qué
compresión adicional es necesario comprimir la combinación del tubo
exterior 4.
Por ejemplo, según se muestra en la Figura 23,
se ensayaron tres materiales de estera diferentes con el fin de
determinar hasta qué dimensión es necesario comprimirlos al objeto
de conseguir una fuerza dada. La Figura 24 muestra las dimensiones
hasta la que fue comprimido el material de estera de 12 mm para
conseguir diversas fuerzas.
Las Figuras 25-27 muestran
también datos estimados para un material de estera particular, de
tal manera que la Figura 25 muestra la presión en función del
tiempo, sobre el material de estera, dada una velocidad de
deformación constante. Sin embargo, si la aceleración de la
deformación o, por ejemplo, el encogimiento de acuerdo con las
Figuras 20-22, es como se muestra en la Figura 26,
entonces el pico de presión puede ser eliminado ralentizando o
desacelerando los tacos de encogimiento, de tal manera que se
suprima totalmente la cresta de la curva de presión de la Figura
25. Esta desaceleración se muestra más concretamente en la Figura
27.
Así pues, para cualquiera de las realizaciones
de los miembros de plantilla anteriormente descritas, 54, 154 ó
254, la ventaja es que la estación de plantilla puede medir la
contracción o deformación a la que se lleva al material de estera,
conjuntamente con la fuerza que se aplica como reacción en la
plantilla. Como se ha mencionado anteriormente, esta fuerza será la
misma que se está ejerciendo sobre el propio monolito. De esta
forma, se vislumbra que el mecanismo de control 110 dispondrá de
datos previamente cargados para cada material de estera que se vaya
a utilizar, con lo que, reuniendo los datos según se ha mencionado
anteriormente, y por comparación con la curva de fuerza, con el fin
de conseguir una cierta fuerza sobre el monolito, se conocerá el
cambio añadido en la deformación. Como también se ha mencionado en
lo anterior, los sustratos monolíticos tienen una tolerancia de
entre +3 mm y -1 mm. Ha de ponerse de manifiesto de forma evidente
por qué no es aceptable comprimir o deformar el material de estera
y el monolito hasta un diámetro dado, ya que la variación de 4 mm
en el diámetro (es decir, el intervalo de tolerancia entre los
diámetros de los sustratos monolíticos) conduciría a un resultado
drástico en la fuerza aplicada al material de estera y al sustrato
monolítico.
Claims (20)
1. Un método para fabricar un convertidor
catalítico (2) que consta de un tubo exterior (4), un sustrato
monolítico (6) y un material de estera (8) que rodea a dicho
sustrato monolítico, de tal forma que dicho método comprende las
etapas de:
disponer dicho material de estera (8) envuelto
en torno a dicho sustrato (6);
comprimir dicho material de estera (8) para
aplicar una fuerza al sustrato (6), hasta una dimensión comprimida
que presente una compresión menor que la que se requiere para
fracturar dicho sustrato (6);
medir la dimensión comprimida de dichos material
de estera (8) y sustrato (6);
insertar dichos material de estera (8) y
sustrato (6) en dicho tubo exterior (4); y
comprimir dicho tubo exterior (4) contra dicho
material de estera (8) con el fin de reducir dicho material de
estera (8) a dicha dimensión comprimida.
2. El método para fabricar un convertidor
catalítico, de acuerdo con la reivindicación 1, en el cual la etapa
de compresión se lleva a cabo en una estación de conformación en
plantilla (54, 154, 254), y la información de dimensión comprimida
se remite a una estación de compresión (100, 300).
3. El método para fabricar un convertidor
catalítico, de acuerdo con la reivindicación 1 ó la reivindicación
2, en el cual la estación de conformación en plantilla (54) está
compuesta de una pluralidad de rodillos (94).
4. El método para fabricar un convertidor
catalítico, de acuerdo con la reivindicación 1 ó la reivindicación
2, en el cual la estación de conformación en plantilla (154) está
compuesta de mordazas de presión semicilíndricas (194).
5. El método para fabricar un convertidor
catalítico, de acuerdo con la reivindicación 1 ó la reivindicación
2, en el cual la estación de conformación en plantilla (254) está
compuesta de una pluralidad de tacos de conformación en
plantilla.
6. El método para fabricar un convertidor
catalítico, de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones
1-5, en el cual dicha dimensión comprimida es un
diámetro de dicho material de estera, al ser comprimido.
7. El método para fabricar un convertidor
catalítico, de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones
1-6, en el cual dicha etapa de compresión se lleva
a cabo por medio de un rodillo de torneado (100).
8. El método para fabricar un convertidor
catalítico, de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones
1-6, en el cual dicha etapa de compresión se lleva
a cabo por medio de una pluralidad de tacos de encogimiento
(300).
9. El método para fabricar un convertidor
catalítico, de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones
1-8, en el cual dicha dimensión de compresión se
remite desde dicha estación de conformación en plantilla (54, 154,
254) a dicha estación de compresión (100, 300) por unos medios de
control (110).
10. El método para fabricar un convertidor
catalítico, de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones
1-9, en el cual dichos medios de compresión (100,
300) comprimen dicho tubo exterior (4) a una velocidad
preseleccionada de manera que se corresponda con una secuencia de
compresión deseada.
11. El método para fabricar un convertidor
catalítico, de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones
1-10, que comprende adicionalmente la etapa de
estrechar hacia dentro formando un cuello los extremos (30, 32) del
tubo exterior (4), tras la compresión de dicho tubo exterior
(4).
12. Un conjunto de plantilla (54, 154, 254) para
determinar la deformación adecuada requerida para conseguir una
fuerza predeterminada aplicada a un sustrato monolítico (6) por la
compresión de un material de estera circundante (8),
caracterizado por medios (64, 164) para rodear dichos
material de estera (8) y sustrato monolítico (6), y comprimir, al
menos parcialmente, dichos estera (8) y material monolítico (6),
medios (110, 112, 114) para medir la fuerza o presión ejercida por
la compresión del material monolítico, y medios (116) para medir el
diámetro de compresión, o bien la deflexión con la que el material
de estera ha sido desviado.
13. Un máquina de ensamblaje que incluye una
plantilla de acuerdo con la reivindicación 12, para ensamblar dicho
material de estera en torno a dicho material monolítico, de tal modo
que la máquina de ensamblaje comprende adicionalmente medios de
compresión (100, 300) para comprimir un tubo exterior (4) en torno a
dicho material de estera (8), y medios de control (110, 112) para
medir dichos datos de fuerza o de presión, así como dichos datos de
diámetro o de deflexión, y suministrar esta información a dichos
medios de compresión (100,
300).
300).
14. El conjunto de acuerdo con una de las
reivindicaciones 12 ó 13, en el cual los medios que rodean la
estación de conformación en plantilla están compuestos de una
pluralidad de rodillos (94).
15. El conjunto de acuerdo con una de las
reivindicaciones 12 ó 13, en el cual los medios que rodean la
estación de conformación en plantilla están compuestos de mordazas
de presión semicilíndricas (194).
16. El conjunto de acuerdo con una de las
reivindicaciones 12 ó 13, en el cual los medios que rodean la
estación de conformación en plantilla están compuestos de una
pluralidad de tacos de conformación en plantilla (254).
17. El conjunto de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones 12-16, en el cual dichos medios de
compresión consisten en un rodillo de torneado (100).
18. El conjunto de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones 12-16, en el cual dichos medios de
compresión consisten en una pluralidad de tacos de encogimiento
(300).
19. El conjunto de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones 12-18, en el cual dichos medios de
compresión (100, 300) comprimen dicho tubo exterior a una velocidad
preseleccionada de manera que se corresponda con una secuencia de
compresión deseada.
20. El conjunto de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones 12-19, en el cual dichos medios de
compresión (100, 300) estrechan hacia dentro formando un cuello los
extremos del tubo exterior tras la compresión de dicho tubo
exterior.
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