ES2310290T3 - Fabricacion de una chapa estructurada para dispositivos de tratamiento de gas de escape. - Google Patents

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Abstract

Procedimiento para producir una estructura (1) en una banda de chapa lisa (2), que comprende al menos los pasos siguientes: a) alimentación de un primer tramo (3) de una banda de chapa lisa (2) a una primera herramienta (4) y de un segundo tramo (5) de la banda de chapa (2) a una segunda herramienta (6) en una dirección de avance (7); b) detención de la banda de chapa (2); c) realización de una mecanización de la chapa del primer tramo (3) de la banda de chapa (2) con la primera herramienta (4), produciéndose al menos un agujero (8) en el primer tramo (3); d) realización de una mecanización de la chapa del segundo tramo (5) de la banda de chapa (2) con la segunda herramienta (6), ejecutándose al mismo tiempo el paso a) y generándose, además, una estructura (1) en el segundo tramo (5) de la banda de chapa (2), estando el segundo tramo (5) provisto ya de al menos un agujero (8) y encajando, además, la segunda herramienta (6) en el al menos un agujero (8), y tensándose la banda de chapa (2) por medio de la segunda herramienta (6) y de un dispositivo de retención (11) antepuesto a la primera herramienta (4).

Description

Fabricación de una chapa estructurada para dispositivos de tratamiento de gas de escape.
La presente invención concierne a un procedimiento y un dispositivo para producir una estructura en una banda de chapa lisa que se utiliza especialmente para fabricar dispositivos de tratamiento de gas de escape de motores de combustión interna móviles.
En el tratamiento de gas de escape de motores de combustión interna móviles, como, por ejemplo, motores Otto y Diésel, es conocido el recurso de disponer componentes o estructuras en el conducto de gas de escape que proporcionan una superficie relativamente grande. Estos componentes se proveen usualmente de un revestimiento adsorbente, catalíticamente activo o de otro tipo, con lo que, debido a la gran superficie de los componentes, se materializa un contacto íntimo con el gas de escape circulante a lo largo de ellos. Tales componentes, son, por ejemplo, elementos de filtro para el filtrado y separación de partículas contenidas en el gas de escape, adsorbedores para la acumulación al menos temporalmente limitada de contaminantes (por ejemplo, NO_{x}) contenidos en el gas de escape, convertidores catalíticos (por ejemplo, catalizador de tres vías, catalizador de oxidación, catalizador de reducción, etc.), difusores para influir sobre el flujo o turbulizar el gas de escape circulante a su través, o bien elementos de calentamiento que calientan el gas de escape hasta una temperatura determinada inmediatamente después del arranque en frío del motor de combustión interna. En vista de las condiciones de utilización en el sistema de gas de escape de un automóvil, se han acreditado fundamentalmente los sustratos de soporte siguientes: cuerpos de nido de abeja cerámicos, cuerpos de nido de abeja extruidos y cuerpos de nido de abeja de láminas metálicas. Debido al hecho de que estos sustratos de soporte han de adaptarse siempre a sus funciones, las chapas resistentes a altas temperaturas y estables frente a la corrosión son materiales de partida especialmente adecuadas para la fabricación de los mismos.
Es conocido el recurso de fabricar cuerpos de nido de abeja con una pluralidad de chapas al menos parcialmente estructuradas que se introducen seguidamente en una carcasa y, por tanto, forman un cuerpo de soporte que puede ser provisto de uno o varios de los revestimientos antes citados. Las chapas al menos parcialmente estructuradas se disponen aquí de modo que se formen canales dispuestos sustancialmente paralelos uno a otro. Para garantizar esto se tiene que, por ejemplo, una parte de las chapas está provista de una estructura primaria que se caracteriza, entre otras cosas, por una estructura regular repetitiva, especialmente una especie de estructura de ondas sinusoidales, una estructura de dientes de sierra, una estructura rectangular, una estructura triangular, una estructura en omega o similares. Estas chapas provistas de la estructura se apilan después una sobre otra (eventualmente alternando con capas intermedias lisas), se retuercen una con otra y se introducen en una carcasa. Se forma así un cuerpo de nido de abeja que presenta canales sustancialmente paralelos uno a otro.
Asimismo, es conocido el recurso de producir en tales láminas de chapas una segunda estructura que deberá impedir especialmente que se forme un flujo laminar inmediatamente después de la entrada del gas de escape en el cuerpo de nido de abeja, no teniendo lugar un intercambio de gas de zonas de la corriente parcial de gas de escape situadas en el centro de uno de estos canales con las zonas, por ejemplo, catalíticamente activas de las paredes del canal. Esta estructura secundaria o microestructura proporciona superficies de ataque de flujo que tienen como consecuencia una turbulización de las corrientes parciales de gas de escape en el interior de tal canal. Esto conduce a un intenso mezclado de las propias corrientes parciales de gas de escape, de modo que queda garantizado un contacto íntimo de los contaminantes contenidos en el gas de escape con la pared del canal. Asimismo, es posible formar con tales estructuras secundarias unos pasos de flujo transversales al canal que hagan posible un intercambio de gas de corrientes parciales de gas de escape en canales contiguos. Por este motivo, se conocen estructuras secundarias que comprenden, por ejemplo, superficies de guía, microestructuras, botones, salientes, aletas, orejetas, agujeros o similares. Por tanto, resulta una diversidad de variación netamente incrementada para la fabricación de tales cuerpos de nido de abeja metálicos frente a los de material cerámico, puesto que estas paredes de canal tan complejas no pueden materializarse o sólo pueden materializarse con un coste técnico especialmente alto.
Asimismo, es de interés especial para el tratamiento de gas de escape que se efectúe una conversión de los contaminantes contenidos en el gas de escape casi sin demora después del arranque del motor. Esto deberá tener lugar con una efectividad especialmente alta de conformidad con las disposiciones o directrices legales. Por este motivo, en el pasado se han utilizado láminas metálicas o chapas cada vez más delgadas. Las láminas de chapa muy delgadas representan una pequeñísima capacidad calorífica específica de la superficie, es decir que se extrae relativamente poco calor del gas de escape circulante o bien las propias chapas experimentan un aumento de la temperatura con relativa rapidez. Esto es importante debido a que los revestimientos catalíticamente activos actualmente utilizados en el sistema de gas de escape comienzan con la conversión de los contaminantes únicamente a partir de una temperatura de arranque determinada que está situada aproximadamente en el intervalo de 230ºC a 270ºC. Con el objetivo de convertir ya al cabo de unos pocos segundos estos contaminantes con una efectiva de al menos el 98% se utilizan chapas que tienen un espesor de lámina, por ejemplo, inferior a 50 \mum (0,05 mm) y especialmente incluso inferior a 30 \mum
(0,03 mm).
Sin embargo, el resultado de los objetivos anteriormente citados es una serie de problemas técnicos de fabricación y de aplicación. La fabricación de tales estructuras afiligranadas, especialmente de las estructuras secundarias o microestructuras, requiere herramientas de trabajo especialmente preciso que usualmente son muy caras y, por consiguiente, deberán materializar largos tiempos de duración. Hay que tener en cuenta a este respecto que deben ejecutarse, por un lado, pasos de fabricación por conformación y, por otro, eventualmente también pasos de fabricación por corte. Para ahorrar costes de utillaje se ha integrado el mayor número posible de pasos de mecanización en una herramienta, pudiéndose constatar, debido a la configuración de la estructura secundaria, un desgaste creciente de la herramienta. Además, existe el problema de que se tienen que alimentar las láminas de chapa relativamente delgadas con una velocidad adecuada sin que, al ser posible, se expongan a una deformación en frío no deseada. La consolidación en frío puede influir negativamente sobre el comportamiento de conformación de las chapas.
Además, debido a la utilización de chapas relativamente delgadas existe el riesgo de que las láminas de chapa tengan tendencia a arrugarse, enrollarse y/o rasgarse durante la fabricación. Estas deformaciones no deseadas pueden presentarse o incluso reforzarse ya durante la fabricación, así como durante el transporte o durante la utilización en una instalación de gas de escape de un automóvil. Las arrugas tienen, por ejemplo, la consecuencia de que, en ciertas circunstancias, se obstruyen canales o se forman fisuras que se propagan a causa de las altas cargas térmicas y dinámicas en el sistema de gas de escape de un automóvil y amenazan la integridad estructural del cuerpo de nido de abeja. Asimismo, hay que tener en cuenta que las estructuras primarias y/o secundarias arrugadas o deformadas de esta manera se contraponen de una forma no deseada al gas de escape, por lo que es de temer una presión dinámica incrementada delante del cuerpo de nido de abeja, la cual puede eventualmente conducir a una reducción de la potencia del motor.
Se conoce por el documento US 5,599,509 un cuerpo de nido de abeja o un catalizador en el que se mecaniza una banda de chapa lisa por medio de una herramienta troqueladora y una herramienta onduladora y a continuación se arrolla dicha banda. Los agujeros y la estructura ondulada están dispuestos aquí independientemente entre ellos, de modo que no es necesaria una sintonización de las herramientas una con otra.
Asimismo, en el documento DE 41 30 673 A1 se revela un dispositivo que estructura una banda de chapa por medio de una herramienta troqueladora y una herramienta onduladora, estando dispuesto entre las dos herramientas un órgano de avance adicional que encaja en los agujeros producidos y alimenta la banda de chapa a la herramienta onduladora.
El documento US 1,495,637 describe una máquina conformadora de fleje metálico que produce primero estructuras y seguidamente agujeros en un fleje de chapa, generando el avance unos rodillos de accionamiento situados delante y detrás de las herramientas.
Partiendo de esto, el problema de la presente invención consiste en indicar un procedimiento y un dispositivo para fabricar chapas estructuradas que, en último término, puedan aguantar de forma duradera las altas cargas térmicas y dinámicas en el sistema de gas de escape de un automóvil. En particular, se pretende superar los problemas técnicos citados al principio produciendo una configuración muy uniforme de la estructura primaria o de la estructura secundaria, de modo que puedan reducirse errores durante la fabricación. Al mismo tiempo, se pretende crear aquí la posibilidad de reducir la influencia de faltas de homogeneidad de la banda de chapa utilizada como semiherramienta durante la fabricación de tales chapas en el proceso de producción en serie. Además, se pretende indicar un dispositivo que, especialmente, economice espacio.
Estos problemas se resuelven por medio de un procedimiento para producir una estructura en una banda de chapa lisa según las características de la reivindicación 1 y por medio de un dispositivo para producir una estructura en una banda de chapa lisa con las características de la reivindicación 7. Otras ejecuciones ventajosas del procedimiento y del dispositivo se describen en las respectivas reivindicaciones subordinadas. Como complemento, cabe consignar que las características citadas en las reivindicaciones pueden combinarse unas con otras de cualquier manera conveniente y eventualmente pueden complementarse con circunstancias tomadas de la descripción.
El procedimiento según la invención para producir una estructura en una banda de chapa lisa comprende al menos los pasos siguientes:
a) alimentación de un primer tramo de una banda de chapa lisa a una primera herramienta y de un segundo tramo de la banda de chapa a una segunda herramienta en una dirección de avance;
b) detención de la banda de chapa;
c) realización de una mecanización de la chapa del primer tramo de la banda de chapa con la primera herramienta;
d) realización de una mecanización de la chapa del segundo tramo de la banda de chapa con la segunda herramienta, ejecutándose al mismo tiempo el paso a).
El paso c) comprende aquí la producción de al menos un agujero en el primer tramo y el paso d) genera una estructura en el segundo tramo de la banda de chapa, estando el segundo tramo provisto ya de al menos un agujero.
Además, la segunda herramienta encaja en el al menos un agujero durante el paso d).
Por otra parte, se tensa la banda de chapa por medio de la segunda herramienta y de un dispositivo de retención antepuesto a la primera herramienta.
Usualmente, a partir de una banda de chapa se fabrican las chapas que se utilizan en último término en instalaciones de tratamiento de gas de escape de automóviles, cortándose las chapas finalmente de la banda de chapa de conformidad con la longitud deseada de las mismas. La banda de chapa está constituida por un material resistente a altas temperaturas y estable frente a la corrosión. El material se basa en hierro y presenta al menos uno de los constituyentes aluminio, cromo y níquel. Mientras que la banda de chapa tiene una longitud de muchos metros, la anchura de la banda de chapa corresponde sustancialmente ya a la anchura deseada que se necesita para la instalación de gas de escape. Usualmente, la anchura está en el rango de menos de 15 cm. La banda de chapa se enrolla usualmente sobre sí misma formando una bobina y se alimenta por medio de dispositivos de transporte.
Debido al hecho de que aquí se desarrollan dos pasos de mecanización uno tras otro, se mecanizan cada vez tramos diferentes de la banda de chapa. El primer tramo de la banda de chapa lisa es mecanizado al principio por la primera herramienta y, finalmente, es alimentado también a la segunda herramienta. Se describe con esto un paso de trabajo en el que, debido a la separación espacial de la primera herramienta y la segunda herramienta, el primer tramo (mecanizado por la primera herramienta) no se alimenta directamente a la segunda herramienta, sino que esta segunda herramienta mecaniza otro (segundo) tramo de la banda de chapa. El segundo tramo puede haber sido mecanizado ya por la primera herramienta, pero es también posible que el segundo tramo siga comprendiendo una zona lisa de la banda de chapa. Los tramos se extienden preferiblemente por toda la anchura de la banda de chapa y tienen una longitud que se orienta sustancialmente de conformidad con la estructura que se quiere producir. Preferiblemente, la longitud del primer tramo y del segundo tramo es idéntica. El tramo de la banda de chapa lisa corresponde aquí sustancialmente a la zona de trabajo de al menos una herramienta. Con herramienta se indica un concepto de dispositivos, aparatos, etc. de diferente clase para la conformación de chapa.
Debido al hecho de que la banda de chapa está configurada continuamente en una sola pieza, se tiene que al mismo tiempo, según el paso a), se transportan o alimentan en la dirección de avance deseada el primer tramo a la primera herramienta y un segundo tramo a la segunda herramienta. Por tanto, después del paso a) está situado siempre cerca de la respectiva herramienta un tramo de la banda de chapa que no ha sido mecanizado todavía por la primera herramienta ni por la segunda. Preferiblemente, este primer tramo o segundo tramo linda directamente con el tramo de la banda de chapa que se ha mecanizado en ese preciso momento en la dirección de avance.
Cuando se ha realizado esta alimentación de la banda de chapa en la dirección deseada, se tiene que detener la banda de chapa según el paso b). Se asegura así que no tenga lugar ningún movimiento relativo de la banda de chapa con respecto a las herramientas mientras se realiza el paso c) siguiente.
Se realiza ahora una mecanización de la chapa del primer tramo de la banda de chapa con la primera herramienta (paso c)). La "mecanización de la chapa" comprende especialmente la conformación de la chapa y el procedimiento de producción por corte. Las conformaciones de la chapa se caracteriza especialmente porque la banda de chapa se conforma en piezas huecas o estructuras planas, presentándose después del paso de mecanización un espesor sustancialmente uniforme del material, tal como éste se ha presentado también antes del paso de mecanización. Esto es aplicable, por ejemplo, a los procedimientos de fabricación por embutición, compresión, curvado, etc. Otros procedimientos de producción por conformación pueden ser la conformación a alta presión interna, la conformación superplástica, la conformación magnética, etc. Bajo una mecanización de la chapa se incluyen aquí también procedimientos de seccionamiento de la chapa, por ejemplo el corte o el corte fino, el corte con rayo láser, el corte con chorro de agua-abrasivo, etc.
Después de que ha concluido sustancialmente la mecanización de la chapa del primer tramo, se realiza el paso d) en el que se efectúa una mecanización de la chapa del segundo tramo con la segunda herramienta. Simultáneamente con la mecanización de la chapa del segundo tramo se ejecuta nuevamente el paso a), es decir, se alimentan un (nuevo) primer tramo a la primera herramienta y un (nuevo) segundo tramo a la segunda herramienta. Esto quiere decir en otras palabras que en esta mecanización de dos etapas el primer paso de mecanización se realiza mientras está en reposo la banda de chapa, mientras que el segundo paso de mecanización tiene lugar al mismo tiempo que un movimiento relativo de la banda de chapa con respecto a las herramientas. Esto quiere decir también que el paso d) y el paso a) están temporalmente superpuestos. Esto tiene la consecuencia de que se hace posible una alimentación de la banda de chapa especialmente exacta y precisa para la mecanización de la chapa con la segunda herramienta. En particular, la mecanización de la chapa con la segunda herramienta es aquí tal que ésta genera automáticamente un movimiento relativo de la banda de chapa con respecto a la segunda herramienta.
Aparte de la alimentación especialmente precisa del primer tramo o del segundo tramo a la respectiva herramienta, la combinación de los pasos d) y a) inaugura al mismo tiempo una mecanización especialmente rápida, de modo que se pueden materializar velocidades de avance muy altas de la banda de chapa. Para una fabricación en serie de tales bandas de chapa estructuradas se pueden materializar, por ejemplo, velocidades de avance por encima de 10 m/min (metro por minuto) y especialmente también más de 12 m/min o incluso 15 m/min. Particularmente en el caso de estructuras menos complejas se pueden lograr aun velocidades de avance por encima de 25 m/min o incluso de más de 50 m/min.
En el procedimiento según la invención el paso c) comprende la producción de al menos un agujero en el primer tramo y el paso d) genera una estructura en el segundo tramo de la banda de chapa, estando el segundo tramo provisto ya de al menos un agujero. Esto significa en otras palabras que tiene lugar aquí una superposición de los dos pasos de conformación de la chapa. Por tanto, el segundo tramo, que es provisto aquí de una estructura, ha sido mecanizado anteriormente con un procedimiento de seccionamiento de chapa. En este contexto, cabe consignar como aclaración que el término de "agujero" se utiliza aquí nuevamente como concepto para un canto de seccionamiento de cualquier forma producido en la banda de chapa, especialmente también en forma de una hendidura, una abertura, un agujero alargado, un rectángulo, etc. Como quiera que, por ejemplo, una pluralidad o un gran número de tales agujeros se encuentra ya en el segundo tramo, se influye localmente en grado considerable sobre el comportamiento de conformación de la banda de chapa. Por este motivo, hay que adaptar el paso d) de manera correspondiente. Esto puede asegurarse, por ejemplo, por medio de la clase de producción de la estructura o por medio de una configuración especial de la segunda herramienta. Debido al hecho de que el al menos un agujero es muy pequeño en comparación con la totalidad del segundo tramo, es necesaria una alineación muy precisa del agujero con la segunda herramienta, lo que se hace posible aquí en medida especial mediante la combinación de los pasos a) y d).
Además, la segunda herramienta encaja en el al menos un agujero durante el paso d). El encaje de la segunda herramienta ha de entenderse especialmente en el sentido de que tiene lugar una conformación de la chapa en las proximidades inmediatas del agujero, es decir que se deforma la zona de la banda de chapa que linda con el agujero. Por tanto, la segunda herramienta puede aplicarse al agujero después de la conformación y/o puede atravesarlo al menos parcialmente. Esto significa también, entre otras cosas, que la segunda herramienta y el tramo mecanizado antes por el paso c) forman un acoplamiento de conjunción de forma para la realización del paso d). Por consiguiente, precisamente en este procedimiento o en las clases aquí inicialmente descritas de estructuras primarias y/o secundarias de dimensión muy pequeña se garantiza la alimentación precisa de los tramos a las herramientas incluso en el marco de una producción en serie.
Según otra ejecución del procedimiento, se genera en el paso d), en el segundo tramo de la banda de chapa, una estructura que presenta una estructura primaria y una estructura secundaria. La estructura primaria se forma aquí preferiblemente en toda la longitud de la banda de chapa de una manera repetitiva y preferiblemente también de manera contigua y consecutiva. La estructura secundaria se superpone a la estructura primaria o se extiende solamente sobre una zona parcial espacialmente limitada de la estructura primaria. Como ya se ha explicado al principio, la estructura secundaria puede comprender botones, aletas, aristas o estructuras similares. La estructura secundaria sirve, entre otras cosas, para influir sobre un flujo de fluido conducido a lo largo de la superficie de la banda de chapa, de modo que se originen zonas de turbulencia o de estabilización en las que, por un lado, se pueda generar una especie de flujo turbulento o una velocidad de flujo reducida con respecto al fluido. Por lo que se refiere a la materialización o configuración de tales estructuras secundarias, cabe remitirse a título de ejemplo al documento WO 01/80978 A1, cuyo contenido se hace aquí plenamente objeto de la presente descripción.
Según el procedimiento de la invención, se tensa la banda de chapa por medio de la segunda herramienta y de un dispositivo de retención antepuesto a la primera herramienta. El dispositivo de retención tiene la función de descargar inicialmente la bobina antepuesta. Además, el dispositivo de retención asegura que la banda de chapa sea tensada entre él y la segunda herramienta como última estación de mecanización por conformación, es decir que se eviten combaduras, recalcados o similares. Esto favorece una alimentación especialmente precisa de tramos de la banda de chapa a las herramientas. Como dispositivos de retención pueden utilizarse, por ejemplo, frenos, guarniciones de fricción o similares.
Según una ejecución preferida del procedimiento, el paso c) comprende el troquelado de una pluralidad de agujeros. El procedimiento de fabricación por troquelado puede asociarse a los procedimientos de fabricación por seccionamiento de la chapa, en donde con un filo o una cuchilla se corta una parte del material de la banda de chapa para separarla de otras zonas parciales. Se puede retirar aquí material de la banda de chapa (formación de una escotadura, una abertura, etc.) o bien se puede impulsar también material solamente hacia un lado (como, por ejemplo, en el caso de una hendidura). Es posible también que en el primer tramo se produzcan aberturas y hendiduras dispuestas una al lado de otra. Preferiblemente, la formación de la pluralidad de agujeros se realiza en fila y especialmente en toda la anchura de la banda de chapa. A este fin, se pueden producir también varias filas de agujeros al mismo tiempo o en forma temporalmente desplazada entre ellas.
Asimismo, se propone también que el paso d) comprenda la laminación de ondulación. Se hace pasar la banda de chapa a través de dos rodillos perfilados en rotación que engranan uno con otro y que encajan uno en otro. En la ejecución aquí explícitamente propuesta del procedimiento los rodillos de ondulación sirven no solo para la generación de una estructura en la banda de chapa, sino que al mismo tiempo representan el órgano de transporte con el cual se hace avanzar o se alimenta la banda de chapa de una manera definida. Esto hace especialmente necesario que los rodillos produzcan un avance de la banda de chapa, especialmente generando sobre la banda de chapa una fuerza en la dirección de avance.
Según un perfeccionamiento del procedimiento, se realizan repetidamente los pasos a) a d), siendo la velocidad de repetición de al menos 5 Hz [1/segundo]. Para la fabricación en serie se prefieren especialmente velocidades de repetición superiores a 10 Hz o incluso superiores a 20 Hz. La velocidad de repetición es una medida de a qué distancias en tiempo se comienza nuevamente cada vez con el paso a). Una velocidad de repetición de 5 Hz significa aquí que los pasos a) a d) del procedimiento se repiten cinco (5) veces en un segundo. El procedimiento aquí descrito hace posible por primera vez una fabricación muy rápida y precisa de bandas de chapa estructuradas, aun cuando éstas presenten estructuras muy complejas que requieran una alineación de una pluralidad de estaciones de mecanización una con otra, pudiendo prescindirse al mismo tiempo de unidades de vigilancia y alimentación adicionales o de accionamientos de alimentación adicionales.
Además, es ventajoso también poner la banda de chapa en contacto con un material funcional al menos antes del paso c). Bajo el término de materiales funcionales en este sentido caen especialmente aceites, lubricantes, refrigerantes, etc. Los materiales funcionales deberán favorecer la mecanización o conformación de la banda de chapa o bien deberán impedir un ladeo o atascamiento de las herramientas.
Según otro aspecto de la invención, se propone un dispositivo para producir una estructura en una banda de chapa lisa. El dispositivo comprende al menos una primera herramienta de mecanización de la chapa y una segunda herramienta de mecanización de la chapa y se caracteriza porque la primera herramienta y la segunda herramienta están dispuestas directamente una tras otra y la segunda herramienta presenta medios para realizar simultáneamente una conformación de la chapa y un avance de la banda de chapa. El dispositivo es especialmente adecuado para la puesta en práctica del procedimiento según la invención anteriormente descrito.
Los dispositivos conocidos para producir una estructura en una banda de chapa lisa y que comprenden al menos dos pasos de mecanización presentan un accionamiento separado o un mecanismo de alimentación separado para la respectiva estación de mecanización. Los respectivos accionamientos estaban acoplados uno con otro, en ciertas circunstancias a través de un complicado sistema de control electrónico, para hacer posible una alimentación precisa a la respectiva estación de trabajo.
Se propone ahora aquí que la primera herramienta y la segunda herramienta estén dispuestas directamente una tras otra, es decir que se prescinde de una alimentación separada a las herramientas. La segunda herramienta representa, debido al proceso de mecanización, un órgano de propulsión de la banda de chapa tanto para ella misma como para la primera herramienta antepuesta. Por consiguiente, la segunda herramienta tira de la banda de chapa hacia adentro de la primera herramienta. La segunda herramienta presenta para ello un accionamiento intermitente que hace posible cada vez un avance de tal manera que se alimente siempre el primer tramo deseado a la primera herramienta. Por tanto, se crea una alimentación especialmente precisa de la banda de chapa, puesto que el arrastre de la banda de chapa a través de la segunda herramienta (con independencia de otros dispositivos de alimentación) hace que se mantenga siempre constante la separación relativa del primer tramo y del segundo tramo. La conformación de la chapa tiene lugar al mismo tiempo de preferencia en toda la anchura de dicha banda de chapa.
Se ha previsto a este respecto que la primera herramienta y la segunda herramienta formen en una dirección de avance de la banda de chapa una distancia que sea inferior a 1000 mm [milímetros]. Preferiblemente, esta distancia es incluso inferior a 500 mm o aun inferior a 200 mm. La supresión de accionamientos separados para la alimentación de la banda de chapa hace posible unas estaciones de mecanización (o herramientas) primera y segunda posicionadas muy cerca una de otra en el espacio. Esto quiere decir también que la primera mecanización de la chapa y la segunda mecanización de la chapa se realizan sustancialmente en una zona de la banda de chapa que presenta propiedades del material que se diferencian una de otra tan sólo en un grado muy insignificante. Esto garantiza que la mecanización de la chapa que se realiza con la primera herramienta esté formada finalmente con mucha precisión y en posición exacta con respecto a la posición definitiva de la segunda herramienta. Por tanto, se indica un dispositivo que economiza mucho espacio y que trabaja con precisión.
En el dispositivo según la invención la primera herramienta sirve también al menos para la producción de al menos un agujero en el que encaja la segunda herramienta, siendo tensada la banda de chapa por medio de la segunda herramienta y un dispositivo de retención antepuesto a la primera herramienta.
Asimismo, se propone que la primera herramienta sea una herramienta troqueladora. Ésta sirve especialmente para producir agujeros, etc. en la banda de chapa, los cuales hacen posible seguidamente la formación de estructuras complejas con la segunda herramienta.
Es especialmente ventajoso a este respecto que la herramienta troqueladora tenga un accionamiento de elevación que genere un ciclo de trabajo y un ciclo de vacío. Se quiere dar a entender con esto especialmente que se aplica en la práctica un accionamiento continuo de la herramienta troqueladora, pero que el movimiento de esta herramienta troqueladora se ejecuta solamente en una parte de este ciclo de accionamiento. A este fin, se pueden utilizar, por ejemplo, excéntricas, árboles de levas o dispositivos similares, los cuales provocan temporalmente un movimiento de la cuchilla troqueladora, pero, por otro lado, tienen como consecuencia una parada de la herramienta troqueladora. Los accionamientos pueden ser de naturaleza mecánica, hidráulica y/o electromagnética. Se realiza así de una manera técnicamente sencilla el seccionamiento de los pasos c) y d) según el procedimiento descrito al principio.
Según otra ejecución del dispositivo, la segunda herramienta comprende rodillos perfilados que engranan uno con otro. Se realiza aquí especialmente el procedimiento de fabricación por laminación de ondulación. Los rodillos perfilados que engranan uno con otro presentan unos contornos superficiales que ruedan sustancialmente uno sobre otro durante la rotación. Preferiblemente, estos rodillos no se tocan uno a otro, sino que presentan entre ellos una rendija que corresponde sustancialmente al espesor de la chapa de la banda de chapa. Se proporciona así una conformación especialmente cuidadosa de la banda de chapa.
En un dispositivo de esta clase es especialmente ventajoso que la segunda herramienta tenga un accionamiento de rotación que proporcione una frecuencia de cadencia de rotación de al menos 5 Hz [1/segundo]. Debido al hecho de que la segunda herramienta determina al mismo tiempo el avance de la banda de chapa, es decir que actúa como una especie de órgano de transporte, la frecuencia de cadencia de rotación del accionamiento de rotación corresponde sustancialmente a la velocidad de repetición del procedimiento de mecanización. El accionamiento de rotación hace posibles ventajosamente incluso frecuencias de cadencia de rotación superiores a 10 Hz y especialmente aun superiores a 20 Hz. Se pueden aplicar así, por ejemplo, revoluciones por encima de 3000 1/min y más.
Ventajosamente, se puede configurar el dispositivo de modo que al menos la primera herramienta o la segunda herramienta tenga una zona de trabajo que corresponda a un múltiplo de una anchura de la estructura. Se prefiere aquí la ejecución en la que tanto la primera herramienta como la segunda herramienta presentan la misma zona de trabajo que corresponde al múltiplo de la anchura de la estructura. Se prefiere aquí muy especialmente la configuración de una zona de trabajo que corresponda de manera sustancialmente exacta a una sola vez una anchura de la estructura. Esto significa que, por ejemplo en caso de que se prevean como segunda herramienta unos rodillos perfilados que engranen uno con otro, se crea cada vez la zona de trabajo de un diente del rodillo perfilado que determina en último término la anchura de la estructura.
Por último, se propone también el uso de una chapa estructurada que se ha fabricado con un procedimiento como el anteriormente descrito, sirviendo esta chapa estructurada para fabricar un dispositivo de tratamiento de gas de escape para motores de combustión interna móviles. En principio, es de hacer notar que con chapa se quiere dar a entender aquí una zona de la banda de chapa que se ha cortado a una longitud determinada. Como dispositivo de tratamiento de gas de escape entran en consideración especialmente cuerpos de soporte de catalizador, adsorbedores, filtros de partículas, influenciadores de flujo, etc. En cuanto los motores de combustión interna, se quieren dar a entender especialmente motores Diésel y motores Otto de automóviles.
A continuación, ayudándose de las figuras, se explican con más detalle la invención y el entorno técnico de la misma. Las figuras muestran ejemplos de realización especialmente preferidos de la invención, pero ésta no queda limitada a ellos. Muestran:
La figura 1, esquemáticamente, la constitución de un dispositivo para fabricar una chapa estructurada según la invención;
La figura 2, una representación para ilustrar una forma de realización del procedimiento según la invención;
La figura 3, esquemáticamente y en perspectiva, una vista de detalle de una banda de chapa con una estructura;
Las figuras 4.1, 4.2 y 4.3, sendas vistas de detalle de una ejecución del fragmento de figura identificado en la figura 3;
La figura 5, un ejemplo de realización de la banda de chapa después de una primera mecanización de la chapa con la primera herramienta; y
La figura 6, un ejemplo de realización de una chapa después de la fabricación con el dispositivo y el procedimiento según la invención.
La figura 1 muestra de manera esquemática y simplificada la constitución de un dispositivo para producir una estructura 1 en una banda de chapa lisa 2. La banda de chapa lisa 2 se alimenta al dispositivo desde una reserva 20, que está representada aquí en forma de una bobina. El dispositivo, que está montado aquí en una carcasa común 22, comprende una primera herramienta 4 de mecanización de la chapa y una segunda herramienta 6 de mecanización de la chapa. La primera herramienta 4 y la segunda herramienta 6 están dispuestas directamente una tras otra. La segunda herramienta 6 tiene al mismo tiempo medios para realizar un avance de la banda de chapa en la dirección de avance 7. Por tanto, se alimentan al mismo tiempo (que la conformación de un segundo tramo 5 de la banda de chapa 2 con la segunda herramienta 6) un primer tramo 3 a la primera herramienta 4 y un nuevo segundo tramo 5 a la segunda herramienta 6. La segunda herramienta 6, que está formada aquí con rodillos perfilados de engrane 14, presenta un accionamiento de rotación 16 que realiza así el avance único de la banda de chapa 2 en el dispositivo. La primera herramienta 4 está construida como un dispositivo troquelador y presenta un accionamiento de elevación 14. La primera herramienta 4 y la segunda herramienta 6 presentan una distancia muy pequeña 13 de una a otra.
La banda de chapa es tensada por medio de la segunda herramienta 6 y un dispositivo de retención 11 que está antepuesto a la primera herramienta 4 y que está configurado aquí como un freno o una resistencia de fricción. Además, entre el dispositivo de retención 11 y la primera herramienta 4 está previsto un rodillo 21 con el cual se aplica un material funcional 12 sobre la superficie de la banda de chapa 2.
La figura 2 representa los movimientos de las herramientas durante un ciclo de trabajo. En la serie representada más arriba se muestra el movimiento de la primera herramienta 4, que comprende una cuchilla (troqueladora) 23 y un árbol de levas 24. Debajo se representan de manera fuertemente simplificada el movimiento de la segunda herramienta 6, caracterizándose el movimiento de los rodillos perfilados 15 que engranan uno con otro. Por debajo de estos croquis se encuentran en un diagrama una representación del recorrido (s) efectuado con la respectiva herramienta en función del tiempo (t). Las dos gráficas representadas están identificadas con "A" para el movimiento de la primera herramienta 4 y con "B" para los movimientos de la segunda herramienta 6.
En el instante (I) comienza precisamente el paso c) del procedimiento según la invención, en el cual se realiza una mecanización de la chapa del primer plano de la banda de chapa con la primera herramienta 4. El árbol de levas 24 hace que la cuchilla 23 de la figura se ponga en movimiento hacia abajo, con lo que la cuchilla 23 penetra en la banda de chapa. En el instante (II) la cuchilla 23 ha alcanzado su punto más bajo, es decir que ha atravesado completamente la banda de chapa 2. Sigue luego un movimiento ascendente de la cuchilla 23 hasta que ésta haya ocupado nuevamente en el instante (III) su posición original, tal como ocurrió ya también en el instante (I). Durante todo el proceso de troquelado del instante (I) al instante (III) no se ha alterado la posición de las ruedas perfiladas 15 una respecto de otra. Únicamente ahora en el instante (III) se mueven las ruedas perfiladas 15 una respecto de otra y forman con ello una nueva estructura y mueven la banda de chapa en la dirección de avance. En este instante sigue girando ciertamente el árbol de levas, pero la cuchilla 23 no realiza ningún golpe de trabajo. Cuando el árbol de levas 24 está nuevamente en la posición en la que la cuchilla 23 comienza enseguida con el movimiento de elevación (véase el instante (IV)), se han detenido nuevamente los rodillos perfilados 15, lo que viene a equivaler al paso b) del procedimiento según la invención. Se repite ahora nuevamente este procedimiento para producir una estructura en una banda de chapa. Se materializa entonces una velocidad de repetición de al menos 5 Hz y, por tanto, ha transcurrido aquí entre (I) y (I') un quinto de segundo.
La figura 3 muestra esquemáticamente y en perspectiva una parte de una banda de chapa 2 con una estructura primaria 9 y una estructura secundaria 10. La banda de chapa 2 comprende en el fragmento representado una estructura secundaria 10 que está limitada parcialmente por dos agujeros 8 que están realizadas aquí en forma de hendiduras, extendiéndose estas hendiduras tan sólo en una zona interior de la banda de chapa 2. La estructura secundaria 10 sobresale de la estructura primaria 9 de la banda de chapa 2. La estructura primaria 9 está realizada con crestas de onda 25 y valles de onda 26. Como se ha insinuado, las zonas de borde 27 de las hendiduras están representadas ampliadas en las figuras 4.1, 4.2 y 4.3 siguientes. La banda de chapa 2 está representada aquí en un tramo que corresponde sustancialmente a la zona de trabajo 17 de la primera herramienta y de la segunda herramienta.
Las figuras 4.1, 4.2 y 4.3 representan vistas de detalle de una estructura secundaria 10 que está limitada por un agujero 8. El agujero 8 hace posible que la estructura secundaria 10 esté conformada en la banda de chapa 2 de modo que dicha estructura secundaria sobresalga de la estructura primaria 9. En la figura 4.1 se representa la zona de borde 27 en forma de una sencilla hendidura. En las figuras 4.2 y 4.3 están previstos unos rebajos 31 en la zona de borde 27 del agujero 8. Los rebajos 31 de la figura 4.2 forman un arco de círculo 30 con un radio de curvatura 32 que está preferiblemente en el intervalo de 0,2 mm a 0,4 mm. En la figura 4.3 el rebajo 31 está representado en forma de un punzonado libre. Se pueden utilizar también otras formas de los rebajos 31 que, por ejemplo, reduzcan la acción de entalladura.
La figura 5 muestra esquemáticamente una banda de chapa 2 como la que puede estar configurada después de la mecanización por la primera herramienta. La banda de chapa 2 presenta un gran número de agujeros 8 que están dispuestos formando entre ellos filas 35 y líneas 34. Las aberturas 8 están equipadas con rebajos 31 en las zonas de borde 27, estando los dos rebajos 31 unidos uno con otro por medio de una hendidura 28. Todos los agujeros 8 están dispuestos en una zona interior 33 de la banda de chapa 2. Los agujeros 8 tienen que alinearse ahora exactamente con la segunda herramienta, ya que éstos limitan al menos parcialmente una estructura secundaria 10.
La figura 6 muestra una chapa terminada 19 con una estructura 1 que se ha fabricado con el procedimiento según la invención y con el dispositivo según la invención. Por tanto, la chapa 19 presenta una estructura 1 (o estructura primaria) a la que se superpone una estructura secundaria 10. La estructura secundaria 10 está formada aquí con superficies de guía 29 que limitan parcialmente el respectivo agujero 8. Las superficies de guía 29 están dispuestas tanto en los valles de onda 26 como en las crestas de onda 25 y están orientadas siempre en sentidos contrarios. La estructura 1 puede ser descrita por una altura 36 y una anchura 18, queriéndose dar a entender con altura 36 la distancia de una cresta de onda 25 a un valle de onda 26 y con anchura 18 la distancia entre dos crestas de onda 25 o dos valles de onda 26 contiguos. La relación de anchura 18 a altura 36 está aquí preferiblemente en un intervalo de 2,0 a 1,3. De esta manera, se pueden formar densidades de canales de dispositivos de tratamiento de gas de escape que están en el intervalo de 100 a 1000 cpsi ("cells per square inch" = celdas por pulgada cuadrada; 6,45 canales/pulgada cuadrada corresponde a un canal/cm^{2}).
El procedimiento aquí descrito y el dispositivo aquí propuesto permiten una conducción especialmente precisa de la banda de chapa durante la producción de estructuras muy complejas. Al mismo tiempo, se puede proporcionar una disposición de las herramientas que ahorre especialmente espacio y se puede materializar una alta velocidad de mecanización.
Lista de símbolos de referencia
1
Estructura
2
Banda de chapa
3
Primer tramo
4
Primera herramienta
5
Segundo tramo
6
Segunda herramienta
7
Dirección de avance
8
Agujero
9
Estructura primaria
10
Estructura secundaria
11
Dispositivo de retención
12
Material funcional
13
Distancia
14
Accionamiento de elevación
15
Rodillo perfilado
16
Accionamiento de rotación
17
Zona de trabajo
18
Anchura
19
Chapa
20
Reserva
21
Rollo
22
Carcasa
23
Cuchilla
24
Arbol de levas
25
Cresta de onda
26
Valle de onda
27
Zona de borde
28
Hendidura
29
Superficie de guía
30
Arco de círculo
31
Extensión
32
Radio de curvatura
33
Zona interior
34
Línea
35
Fila
36
Altura

Claims (12)

1. Procedimiento para producir una estructura (1) en una banda de chapa lisa (2), que comprende al menos los pasos siguientes:
a) alimentación de un primer tramo (3) de una banda de chapa lisa (2) a una primera herramienta (4) y de un segundo tramo (5) de la banda de chapa (2) a una segunda herramienta (6) en una dirección de avance (7);
b) detención de la banda de chapa (2);
c) realización de una mecanización de la chapa del primer tramo (3) de la banda de chapa (2) con la primera herramienta (4), produciéndose al menos un agujero (8) en el primer tramo (3);
d) realización de una mecanización de la chapa del segundo tramo (5) de la banda de chapa (2) con la segunda herramienta (6), ejecutándose al mismo tiempo el paso a) y generándose, además, una estructura (1) en el segundo tramo (5) de la banda de chapa (2), estando el segundo tramo (5) provisto ya de al menos un agujero (8) y encajando, además, la segunda herramienta (6) en el al menos un agujero (8),
y tensándose la banda de chapa (2) por medio de la segunda herramienta (6) y de un dispositivo de retención (11) antepuesto a la primera herramienta (4).
2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que el paso d) genera en el segundo tramo (5) de la banda de chapa (2) una estructura (1) que presenta una estructura primaria (9) y una estructura secundaria (10).
3. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, en el que el paso c) comprende el troquelado de una pluralidad de agujeros (8).
4. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, en el que el paso d) comprende la laminación de ondulación de la banda de chapa (2).
5. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, en el que los pasos a) a d) se realizan repetidamente, ascendiendo la velocidad de repetición a al menos 5 Hz [1/segundo].
6. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, en el que se pone la banda de chapa (2) en contacto con un material funcional (12) al menos antes del paso c).
7. Dispositivo para producir una estructura (1) en una banda de chapa lisa (2), que comprende al menos una primera herramienta (4) de mecanización de la chapa y una segunda herramienta (6) de mecanización de la chapa, caracterizado porque la primera herramienta (4) y la segunda herramienta (6) están dispuestas directamente una tras otra a una distancia (13) de una a otra inferior a 1000 milímetros [mm] y la segunda herramienta (6) presenta medios para realizar simultáneamente una conformación de la chapa y un avance de la banda de chapa, y, además, la primera herramienta (4) sirve al menos para producir al menos un agujero (8) en el que encaja la segunda herramienta (6), siendo tensada la banda de chapa (2) por medio de la segunda herramienta (6) y un dispositivo de retención (11) antepuesto a la primera herramienta (4).
8. Dispositivo según la reivindicación 7, caracterizado porque la primera herramienta (4) es una herramienta troqueladora.
9. Dispositivo según la reivindicación 8, caracterizado porque la herramienta troqueladora tiene un accionamiento de elevación (14) que genera un ciclo de trabajo y un ciclo de vacío.
10. Dispositivo según una de las reivindicaciones 7 a 9, caracterizado porque la segunda herramienta (6) comprende rodillos perfilados (15) que engranan uno con otro.
11. Dispositivo según la reivindicación 10, caracterizado porque la segunda herramienta (6) tiene un accionamiento de rotación (16) que proporciona una frecuencia de cadencia de rotación de al menos 5 Hz [1/segundo].
12. Dispositivo según una de las reivindicaciones 7 a 11, caracterizada porque al menos la primera herramienta (4) o la segunda herramienta (6) tiene una zona de trabajo (17) que corresponde a un múltiplo de la anchura (18) de la estructura (1).
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