ES2604810T3 - Máquina y método para producir mezcladores de urea para dispositivos de escape de vehículos con motores de combustión interna - Google Patents

Máquina y método para producir mezcladores de urea para dispositivos de escape de vehículos con motores de combustión interna Download PDF

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Abstract

Una máquina para la realización de mezcladores de urea para dispositivos de escape de vehículos equipados con motores de combustión interna, que comprende un plano de trabajo en el que existe un conjunto de troqueles móviles (2), caracterizada por que alrededor de dichos troqueles móviles (2), una punta de sonda (3), que puede moverse al menos horizontalmente alrededor de dos ejes y moverse verticalmente desde una posición de apoyo superior a una posición de trabajo inferior, modela progresivamente una tira semiterminada (1) similar a un lazo, para moldearla como un mezclador para dispositivos de escape para motores de vehículos a motor, montándose cada uno de dichos troqueles móviles en un dispositivo que hace que pueda moverse entre una posición de apoyo retraída, en la que el troquel se admite dentro de una base (25), y una posición de trabajo extraída, extrayéndose progresivamente dichos troqueles móviles y ejerciéndose la acción de modelado sobre dicha tira semiterminada (1) similar a un lazo mediante dicha punta de sonda (3) de manera coordinada con dichas extracciones, haciendo de esta manera que dicha tira semiterminada (1) se adhiera a la superficie lateral del troquel que se extrae cada vez.

Description

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DESCRIPCION
Maquina y metodo para producir mezcladores de urea para dispositivos de escape de vehiculos con motores de combustion interna
Campo tecnico
[0001] La presente invencion pertenece al sector de las maquinas usadas para fabricar los componentes necesarios para la industria del automovil y en particular se refiere a una maquina y un metodo de acuerdo con los preambulos de las reivindicaciones 1 y 8 respectivamente usados para la produccion a gran escala de componentes especiales, llamados mezcladores de urea, usados en la realizacion de dispositivos de reduccion de gas de escape de un motor de combustion interna.
Estado de la tecnica
[0002] Las presentes regulaciones anticontaminacion, e incluso mas aquellas que entraran en vigor en el futuro, introducen varios objetivos de reduccion de las emisiones de oxidos de nitrogeno producidos por los motores diesel usados para la motorizacion de vehiculos.
[0003] La reduccion catalitica y selectiva de los oxidos de nitrogeno, que se obtiene pulverizando urea en el catalizador, es ahora una de las tecnicas mas usadas para conseguir tales reducciones; especificamente, una solucion de urea se inyecta en la corriente de gas de escape, que se mezcla con el gas de escape caliente, y por consiguiente, se evapora y descompone en amoniaco antes de pasar a traves del catalizador.
[0004] En este proceso, especialmente a bajas temperaturas, los mezcladores de urea juegan un papel crucial para proporcionar una evaporacion y mezclado eficaz, cuyo fallo hace que se depositen sedimentos indeseados, a pesar de los obstaculos significativos que se originan del hecho de que la urea se inyecta en su fase liquida.
[0005] Muchos esfuerzos se han realizado para desarrollar mezcladores de urea y estos se centran principalmente en hacer que la reduccion de los oxidos de nitrogeno sea eficaz y hacer que la extension de la urea en la corriente de gas de escape sea uniforme. Ademas, el mezclador tambien deberia cumplir otros requisitos, incluyendo una baja resistencia de flujo, una alta resistencia mecanica, un bajo coste de produccion y una construccion facil y rentable.
[0006] Los mezcladores de urea estan a menudo moldeados como diafragmas circulares para insertarse dentro de una seccion cilindrica del conducto de salida del gas de escape, justo delante del catalizador; para implementar un mezclador, el proceso se inicia normalmente moldeando apropiadamente una tira de metal similar a un lazo, presentando sus bordes algunas aletas de proyeccion que despues funcionaran como tabiques deflectores, fabricadas normalmente de acero inoxidable; un ejemplo de estos dispositivos se divulga en el documento WO2009049790A1 o en el documento EP2098697A1.
[0007] Dicha tira de metal se prepara normalmente de acuerdo con procesos conocidos en la tecnica, comenzando desde una seccion enrollada de metal, por medio de un numero de moldeados progresivos, tal como se divulga en el documento US2010218490A1.
[0008] De esta manera, la lamina plana se moldea a traves de un numero de operaciones de cizalla, perforacion y flexion u otras, realizadas progresivamente en estaciones posteriores.
[0009] El troquel se ubica en una prensa completa con un alimentador, cuya tarea es la de hacer que la tira avance en cada carrera de la prensa, desde una estacion a la siguiente.
[0010] Fabricar un troquel progresivo es bastante dificil de realizar y solo se justifica economicamente en asociacion con producciones cuantitativamente altas, mientras que una tecnica de moldeo simple se adopta normalmente en el caso de producciones mas pequenas.
[0011] Sin embargo, una variedad de operaciones posteriores son necesarias incluso en el caso de un moldeo progresivo para completar el moldeo de cada mezclador, lo que tiene como resultado una produccion bastante baja y, por tanto, cara.
[0012] Comenzando desde un producto semiterminado conseguido con la forma de una tira, un procedimiento conocido para realizar mezcladores consiste en flexionar repetidamente dicha tira de metal, a traves de un numero de operaciones adicionales progresivas de moldeo, para transformarlo en una serpentina introducida en una circunferencia, teniendo esta ultima tal diametro que se hace posible insertar dicho diafragma dentro del conducto cilindrico que transporta la urea y los gases de escape hacia el catalizador. Como ya se ha dicho antes, los bordes de dicha tira similar a un lazo presentan finas palas ligeramente dobladas; despues de moldear la tira como un diafragma dichas finas palas funcionan como tabiques deflectores y orientan apropiadamente el flujo de gas y la urea.
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Fines y sumario de la invencion
[0013] Los objetos de la presente invencion son un metodo y una maquina capaces de reducir sustancialmente los costes de produccion y tiempos de dichos mezcladores.
[0014] Estos objetos se logran mediante una maquina de acuerdo con la reivindicacion 1 y mediante un metodo de acuerdo con la reivindicacion 8. Las reivindicaciones dependientes definen realizaciones preferentes de la presente invencion.
[0015] Dicho resultado se logra usando una maquina de autoaccionamiento de dos ejes y medio especificamente desarrollada para este fin, comenzando desde una maquina de molienda de control numerico de tres ejes o dos ejes y medio, especificamente modificada sustituyendo su huso por una punta de sonda.
[0016] Se conoce en este sector que las maquinas de dos ejes y medio, aunque son capaces de mover la herramienta en tres direcciones, gestionan la interpolacion en dos ejes unicamente; el tercer eje se dedica al movimiento vertical de la herramienta, en este caso la punta de sonda, que no se mueve continuamente a lo largo de este eje, pero que ocupa preliminarmente una posicion intermedia entre una posicion superior y una posicion inferior, o viceversa. Tal como se hace referencia a las maquinas mas avanzadas de tres o mas ejes, su control se simplifica particularmente, lo que tiene como resultado un ahorro de costes, aunque no es posible operar en tres ejes simultaneamente.
[0017] Por ello, el concepto de dos ejes y medio significa que el movimiento de modelado ocurre en un eje, pero que la maquina debe ser capaz de realizar una colocacion de herramienta preliminar a lo largo del eje vertical en todos los casos; al tener una colocacion mutua, esta tambien ocurre posiblemente elevando o descendiendo el plano de trabajo con respecto a la altura de la herramienta.
[0018] Como una modificacion adicional, en el lecho de dicha maquina de molienda, las guias originalmente usadas para asegurar las piezas de trabajo se retiran y un conjunto de troqueles moviles se sujeta a las mismas, por ejemplo uno operado de manera neumatica o hidraulica, capaz de hacer que cada uno de dichos troqueles moviles se desplace verticalmente, independientemente entre si, desde una posicion de apoyo inferior a una posicion de trabajo superior.
[0019] Dicho conjunto de troqueles moviles comprende un numero de troqueles a los que se adhiere el producto semiterminado con forma de tira gracias a la punta de sonda. En sus posiciones inferiores los troqueles se retraen dentro de la base del conjunto de troqueles, mientras que los troqueles se extraen de dicha base en su posicion superior.
[0020] La superficie lateral de cada troquel se moldea como una superficie rayada que puede desarrollarse, cuyas generatrices son verticales. El conjunto de las superficies encerradas dentro de las curvas de directriz de las superficies rayadas de todos los troqueles puede inscribirse sustancialmente en una circunferencia coincidente con la seccion de canalizacion del sistema de escape que recibira el mezclador terminado.
[0021] En mas detalle, la secuencia de las operaciones es como sigue.
[0022] Primero, el producto semiterminado, que tiene la forma de la tira similar a un lazo, se fija a un primer troquel; para este fin, dicho primer troquel puede presentar ventajosamente una ranura o escotadura adecuada para recibir dicha tira que, en la practica, se coloca como una cuchilla, por lo que el eje longitudinal descansa en un plano horizontal mientras que la superficie de la tira descansa en un plano vertical.
[0023] Despues, la punta de la sonda se acerca a la tira y ejerce un avance horizontal sobre la misma para modelarla de manera que hace que se adhiera a la superficie lateral del troquel; finalmente, la punta de sonda se establece en una posicion de apoyo. Ventajosamente, el cabezal de la punta de sonda puede equiparse con un rodillo de eje vertical, para reducir la friccion entre la tira y la propia punta de sonda transformandola desde una friccion deslizante a friccion de rodillos.
[0024] Habiendo hecho que la tira se adhiera a la superficie lateral del primer troquel, la unidad de control oleodinamica controla la elevacion de un segundo troquel, despues de lo cual la punta de sonda se coloca, ejerce de nuevo un avance horizontal para flexionar la tira y para hacer que se adhiera a la superficie lateral del segundo troquel, en el lado opuesto al del primer troquel.
[0025] Este proceso se repite hasta que se eleva el ultimo troquel; en ese momento, la punta de sonda modela la tira de nuevo, haciendo que se adhiera a la superficie lateral cilindrica de todo el conjunto de troqueles, para conseguir un anillo que rodea y encierra todas las flexiones anteriores.
[0026] Despues de la etapa operativa antes descrita, todos los troqueles se retraen dentro de la base, para desacoplarse del mezclador ahora formado; este ultimo se retira y puede pasar a una maquina de calibracion de
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diametro exterior.
Breve descripcion de los dibujos
[0027]
La Figura 1 muestra una posible version de una tira semiterminada (1) similar a un lazo, en este caso presentando perfiles cilmdricos (15, 17) similares a medias cubiertas en los dos extremos (14, 16) y bordes (10, 11) que presentan algunas aletas de proyeccion (12, 13). Los ejes (X) e (Y) se muestran.
La Figura 2 muestra una vista superior de la tira semiterminada (1) representada en la Figura 1.
La Figura 3 muestra una vista superior de un conjunto de troqueles moviles (2) con un primer troquel movil (21) y una escotadura o ranura (211) obtenida en dicho primer troquel movil (21).
La Figura 4 muestra la etapa inicial del proceso operativo, en el que la tira semiterminada (1), como se ve en la parte superior, se fija al primer troquel movil (21); por simplicidad, los troqueles moviles no se muestran en sus posiciones de apoyo.
La Figura 5 muestra una etapa del proceso operativo despues de la que se muestra en la Figura 4; las lfneas discontinuas indican las diversas posiciones asumidas por el cabezal (31) de la punta de sonda (3) durante la etapa operativa.
La Figura 6 muestra una etapa del proceso operativo despues de la que se muestra en la Figura 5; un troquel movil adicional se muestra en este caso en su posicion de trabajo.
La Figura 7 muestra una etapa del proceso operativo despues de la que se muestra en la Figura 6.
La Figura 8 muestra una etapa del proceso operativo despues de la que se muestra en la Figura 7, con un troquel movil adicional en su posicion de trabajo.
La Figura 9 muestra una etapa del proceso operativo despues de la que se muestra en la Figura 8.
La Figura 10 muestra una etapa del proceso operativo despues de la que se muestra en la Figura 9.
La Figura 11 muestra una vista superior del producto terminado.
La Figura 12 muestra una vista de la base (25) de la maquina de acuerdo con la presente solicitud de patente junto con el conjunto de troqueles moviles (2), la punta de sonda (3) completa con un cabezal (31) equipado con un rodillo de eje vertical y una tira semiterminada (1) incrustada en dicho conjunto de troqueles moviles; un soporte lateral (18) tambien es visible, en el que se apoya parte de dicha tira (1).
Descripcion detallada de una realizacion de la invencion
[0028] La invencion de acuerdo con la presente solicitud de patente se organiza alrededor de una maquina especial usada para fabricar mezcladores para conjuntos de escape de gas de vehfculos y un metodo para usar tal maquina.
[0029] De acuerdo con una realizacion practica, la maquina objeto puede implementarse economicamente y rapidamente modificando una maquina de autoaccionamiento de al menos dos ejes y medio de un tipo generalmente usado para mecanizaciones de retirada de virutas. La modificacion principal consiste en instalar, en el plano de trabajo de dicha maquina, un conjunto (2) de troqueles moviles, y montar, en lugar de la herramienta, una punta de sonda (3) que modela progresivamente una tira semiterminada (1), para moldearla, gracias a un numero de mecanizaciones sucesivas, como un mezclador de dispositivos de escape para motores de vehfculos a motor. Dichos troqueles pueden moverse entre una posicion de apoyo retrafda y una posicion de trabajo extrafda; ademas, de acuerdo con una realizacion particularmente apropiada, cada troquel movil se acciona oleodinamicamente, aunque cualquier otro tipo de accionamiento puede adoptarse, por ejemplo neumatico o mecanico.
[0030] Dichos troqueles se extraen progresivamente y la accion de modelado se realiza mediante dicha punta de sonda de una manera coordinada con dichas extracciones.
[0031] Muy ventajosamente, el cabezal (31) de dicha punta de sonda (3) puede estar equipado con un rodillo de eje vertical para reducir las fricciones entre dicha tira (1) y dicha punta de sonda (3) transformando las fricciones deslizantes en fricciones de rodillos. Puede ocurrir el caso en el que el mezclador terminado presente relieves a lo largo de la circunferencia exterior; en este caso, la superficie lateral de dicho rodillo (31) de dicha punta de sonda puede moldearse para no deformar dichos relieves si estos ya se han impreso en la tira semiterminada (1).
[0032] Si esta disponible una maquina innovadora como la descrita antes en terminos generales, la preparacion del mezclador se organiza en las siguientes etapas operativas principales.
[0033] Comenzando desde una seccion enrollada de metal, un producto semiterminado (1) se prepara, usando un troquel multiple o cualquier otro metodo conocido en la tecnica, despues este se corta en tiras rectangulares que presentan una forma alargada, teniendo a lo largo de un borde (10) una pluralidad de aletas de proyeccion (12), con una forma rectangular o trapezoidal, conectadas a dicho borde (10) a lo largo de uno de sus bordes cortos o a lo largo de su base principal.
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[0034] Dicha tira semiterminada posiblemente presenta, a lo largo del borde (11) opuesto a dicho borde (10), otras aletas de proyeccion (13) rectangulares y/o trapezoidales.
[0035] Posteriormente, dicha tira semiterminada (1) se fija a un primer troquel movil (21), siendo este ultimo parte de un conjunto de troqueles moviles (2) fijados por encima del lecho de una maquina de autoaccionamiento de control numerico de al menos dos ejes y medio, especificamente modificada a traves de la sustitucion del huso por un conjunto de punta de sonda (3) de eje vertical. De acuerdo con esta solucion practica, esta fijacion tiene lugar forzando a la tira semiterminada (1) a entrar dentro de una escotadura (211) obtenida en dicho primer troquel movil (21), posiblemente incrustando en dicha escotadura (211) una de las aletas de proyeccion rectangulares (13). De acuerdo con una implementacion practica, dicho primer troquel movil (21) se compone posiblemente de dos o varios troqueles unicos montados sobre el mismo dispositivo movil, interponiendose un espacio adecuado para recibir dicha tira semiterminada (1) entre ellos. Despues de colocarse tal como se ha descrito antes, la tira (1) se coloca “como una cuchilla”, es decir, de manera que las dos caras mas grandes son verticales mientras que su eje longitudinal descansa en un plano horizontal.
[0036] Una realizacion particularmente completa de la invencion tambien comprende un dispositivo para mantener la tira semiterminada (1) dentro de la escotadura (211), por ejemplo gracias a la presion ejercida sobre dicha tira semiterminada (1) mediante un pequeno piston neumatico de eje horizontal.
[0037] La maquina tambien puede estar provista ventajosamente de soportes (18) especialmente disenados que sirven para mantener la tira semiterminada (1) en posicion durante las siguientes mecanizaciones. Habiendose realizado la colocacion, la etapa de modelado comienza y ocurre como una deformacion plastica en frio de dicha tira semiterminada (1), gracias al avance horizontal ejercido mediante dicha punta de sonda (3), que hace que se adhiera a la superficie lateral de dicho primer troquel movil (21).
[0038] Los otros troqueles moviles se extraen progresivamente y la accion de modelado de dicha tira semiterminada (1) ejercida mediante dicha punta de sonda (3) continua de manera coordinada con dichas extracciones, haciendo que dicha tira semiterminada (1) se adhiera a la superficie lateral del troquel individual que se extrae a su vez.
[0039] Despues de completar la mecanizacion mediante deformacion plastica de la tira (1), todos los troqueles moviles se retraen dentro de la base (25), para desacoplarse del mezclador que acaba de formarse; de esta manera, este ultimo se retira de la maquina especial y se envia a su calibracion final de acuerdo con los metodos conocidos en la tecnica.
[0040] De acuerdo con algunas realizaciones, en la mecanizacion preliminar de multiples troqueles, el primer extremo (14) de dicho producto semiterminado (1) puede modelarse de manera que se describe una primera media cubierta cilindrica (15), cuyo eje (Y) es perpendicular al eje (X) de dicha tira rectangular, mientras que el segundo extremo (16) de dicho producto semiterminado (1) puede modelarse para constituir una porcion de una segunda media cubierta cilindrica (17), cuyo radio es mas corto que el de dicha primera media cubierta (15); al contrario, de acuerdo con otras realizaciones, todas las mecanizaciones mediante deformacion plastica que implican la formacion de articulaciones plasticas con su eje paralelo al eje (Y) ocurren bajo la accion directa ejercida por la punta de sonda.
[0041] Vale la pena mencionar lo importante que es la forma de los troqueles moviles y con cuanto cuidado deberia estudiarse esto para minimizar los efectos de retornos elasticos.

Claims (8)

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    REIVINDICACIONES
    1. Una maquina para la realizacion de mezcladores de urea para dispositivos de escape de vehiculos equipados con motores de combustion interna, que comprende un plano de trabajo en el que existe un conjunto de troqueles moviles (2), caracterizada por que alrededor de dichos troqueles moviles (2), una punta de sonda (3), que puede moverse al menos horizontalmente alrededor de dos ejes y moverse verticalmente desde una posicion de apoyo superior a una posicion de trabajo inferior, modela progresivamente una tira semiterminada (1) similar a un lazo, para moldearla como un mezclador para dispositivos de escape para motores de vehiculos a motor, montandose cada uno de dichos troqueles moviles en un dispositivo que hace que pueda moverse entre una posicion de apoyo retraida, en la que el troquel se admite dentro de una base (25), y una posicion de trabajo extraida, extrayendose progresivamente dichos troqueles moviles y ejerciendose la accion de modelado sobre dicha tira semiterminada (1) similar a un lazo mediante dicha punta de sonda (3) de manera coordinada con dichas extracciones, haciendo de esta manera que dicha tira semiterminada (1) se adhiera a la superficie lateral del troquel que se extrae cada vez.
  2. 2. Una maquina de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizada por que dicho conjunto de troqueles moviles (2) comprende un primer troquel (21) que presenta una ranura (211) adecuada para recibir y sujetar dicha tira semiterminada (1) similar a un lazo.
  3. 3. Una maquina de acuerdo con la reivindicacion 2, caracterizada por que dicho conjunto de troqueles moviles (2) comprende un dispositivo auxiliar para bloquear la tira semiterminada (1) similar a un lazo internamente en dicha ranura (211).
  4. 4. Una maquina de acuerdo con la reivindicacion 2 o 3, caracterizada por que dicho primer troquel (21) se conforma estructuralmente de dos o varios troqueles unicos montados en un dispositivo movil, interponiendose un espacio para recibir dicha tira semiterminada (1) similar a un lazo.
  5. 5. Una maquina de acuerdo con cualquier reivindicacion anterior, caracterizada por que el cabezal de dicha punta de sonda (3) esta provisto de un rodillo de eje vertical (31) para reducir las fricciones entre dicha tira semiterminada (1) similar a un lazo y dicha punta de sonda (3).
  6. 6. Una maquina de acuerdo con cualquier reivindicacion anterior, caracterizada por que la superficie lateral de dicho rodillo (31) incluye ranuras adecuadas para recibir pequenos relieves posiblemente presentes en la superficie de dicha tira semiterminada (1) similar a un lazo.
  7. 7. Una maquina de acuerdo con cualquier reivindicacion anterior, caracterizado por que dicha base (25) comprende al menos un soporte lateral (18) en el que parte de dicha tira (1) se apoya para encontrar facilmente la colocacion correcta y para reducir el riesgo de posibles desplazamientos durante las operaciones de mecanizacion.
  8. 8. Un metodo para producir mezcladores de urea para el dispositivo de escape de vehiculos equipados con motores de combustion interna, que comprende las siguientes etapas operativas:
    - preparacion, mediante un grupo de troqueles u otra tecnologia conocida y comenzando desde una seccion enrollada de metal, de un producto semiterminado (1) similar a un lazo, cortado de manera que se forme una tira rectangular extendida, presentando, a lo largo de un borde (10), una pluralidad de aletas de proyeccion (12) extendidas, con una forma rectangular o trapezoidal, conectadas a dicho borde (10) a lo largo de uno de sus bordes cortos o a lo largo de su base principal respectivamente, posiblemente presentando, tambien a lo largo del borde (11) opuesto a dicho borde (10), una o varias aletas de proyeccion (13), ya sean rectangulares o de cualquier otra forma, caracterizado por que comprende ademas las siguientes etapas operativas:
    - colocacion de dicha tira semiterminada (1) similar a un lazo en una ranura (211) presente en un primer troquel movil (21) que es parte de un conjunto de troqueles moviles (2), estando estos ultimos fijados por encima del lecho de una maquina automatica de control numerico, cuyo huso puede moverse al menos horizontalmente alrededor de dos ejes y moverse verticalmente desde una posicion de apoyo superior a una posicion de trabajo inferior, expresamente modificada a traves de la sustitucion del huso por un conjunto de punta de sonda (3) de eje vertical; tras la colocacion, dicha tira (1) se coloca de tal manera que su eje longitudinal descansa en un plano horizontal y, al contrario, su superficie descansa en un plano vertical, posiblemente con la ayuda de elementos de soporte (18) y medios de bloqueo;
    - modelado de dicha tira semiterminada (1) similar a un lazo mediante deformacion plastica, gracias al avance horizontal ejercido mediante dicha punta de sonda (3), que hace que se adhiera a la superficie lateral de dicho primer troquel movil (21);
    - extraccion progresiva de dichos troqueles moviles restantes y consiguientes acciones de modelado ejercidas mediante dicha punta de sonda (3) de manera coordinada con dichas extracciones, haciendo de esta manera que dicha tira semiterminada (1) se adhiera a la superficie lateral del troquel que se extrae cada vez;
    - retraccion de dichos troqueles moviles dentro de dicha base (25) para desacoplarlos del mezclador que acaba de formarse;
    - retirada del mezclador y su calibracion final.
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