ES2339705T3 - Cuerpo de nido de abeja con zona frontal de soldadura dura. - Google Patents

Cuerpo de nido de abeja con zona frontal de soldadura dura. Download PDF

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Abstract

Cuerpo de nido de abeja (1) con dos lados frontales opuestos (2), que comprende al menos una carcasa (3) y al menos una capa metálica (5) que forma canales (4), en donde el cuerpo de nido de abeja (1) presenta solamente en al menos un lado frontal (2) al menos una zona (6) fijada con soldadura dura dentro de la al menos una capa (5), la cual forma un área (7) de forma de cinta exenta de soldadura que linda con la carcasa (3), y en donde el área (7) de forma de cinta exenta de soldadura comprende una pluralidad de canales (4) formados por la al menos una capa (5); y dicho cuerpo de nido de abeja comprende también solamente en al menos un tramo parcial (12) distanciado de la al menos una zona (6) unas uniones de soldadura dura (13) entre la al menos una capa (5) y la al menos una carcasa (3).

Description

Cuerpo de nido de abeja con zona frontal de soldadura dura.
La presente invención concierne a un cuerpo de nido de abeja con dos lados frontales opuestos, que comprende al menos una carcasa y al menos una capa metálica que forma canales. El cuerpo de nido de abeja está fijado con soldadura dura en al menos un lado frontal dentro de una zona. Un campo de aplicación preferido para tales cuerpos de nido de abeja es el tratamiento posterior de gases de escape de motores de combustión interna móviles.
En tales cuerpos de nido de abeja se realiza usualmente la carcasa con un tubo envolvente de pared gruesa, comprendiendo usualmente la capa metálica al menos una lámina metálica al menos parcialmente estructurada. En vista del campo de aplicación de los cuerpos de nido de abeja, estos componentes están sometidos a altos esfuerzos alternativos térmicos y dinámicos. Por este motivo, es importante garantizar una unión permanente de la capa metálica con la carcasa o entre las capas. Es conocido a este respecto, por ejemplo por el documento DE-A1-33 12 944, el recurso de soldar con la carcasa no el cuerpo de nido de abeja completo, sino únicamente áreas parciales del mismo, de modo que las áreas parciales no soldadas puedan compensar con sus dimensiones un comportamiento de dilatación térmica diferente. Estas áreas parciales soldadas espacialmente distribuidas se denominan conjuntamente también patrón de soldadura.
Sin embargo, particularmente en cuerpos de nido de abeja relativamente grandes que están realizados con diámetros grandes, pero con una pequeña longitud axial, se han presentado ocasionalmente después de la fabricación defectos de unión en el área del borde entre las capas metálicas y la carcasa. En particular, se ha podido constatar en parte un desprendimiento de las capas metálicas respecto de la carcasa, por lo que en este sitio se presentaba una especie de rendija. No obstante, bajo una carga de larga duración del cuerpo de nido de abeja, esta rendija tiene, en ciertas circunstancias, la consecuencia de que se produzca un fallo de esta pieza de montaje.
Partiendo de esto, el cometido de la presente invención consiste en resolver al menos parcialmente los problemas técnicos expuestos. En particular, se pretende indicar un cuerpo de nido de abeja y un procedimiento para su fabricación que, incluso con una desfavorable relación de diámetro/longitud, garanticen un buen amarre de la capa o capas metálicas en la carcasa. Al mismo tiempo, el cuerpo de nido de abeja deberá presentar una buena compensación de comportamientos de dilatación térmica diferentes de los componentes de dicho cuerpo de nido de abeja, así como una alta resistencia o flexibilidad en cuanto al esfuerzo alternativo térmico y dinámico.
Estos problemas se resuelven con un cuerpo de nido de abeja dotado de las características de la reivindicación 1 y con un procedimiento dotado de los pasos según la reivindicación 8. Ejecuciones ventajosas de la invención se describen en las reivindicaciones formuladas en forma subordinada, pudiendo combinarse entre ellas las características individualmente señaladas de cualquier manera tecnológicamente conveniente y ofreciendo estas características otras ejecuciones de la invención.
El cuerpo de nido de abeja según la invención con dos lados frontales opuestos comprende al menos una carcasa y al menos una capa metálica que forma canales, presentando el cuerpo de nido de abeja solamente en al menos un lado frontal al menos una zona fijada con soldadura dura dentro de la al menos una capa. Esta zona está configurada ahora de modo que define un área exenta de soldadura en forma de cinta adyacente a la carcasa, comprendiendo el área exenta de soldadura en forma de cinta una pluralidad de canales formados por la al menos una capa y estando previstas además, solamente en al menos un tramo parcial distanciado de los lados frontales, unas uniones de soldadura dura entre la al menos una capa y la al menos una carcasa.
Con "lados frontales" se quieren dar a entender especialmente los lados del cuerpo de nido de abeja desde los cuales se extienden canales hacia dentro de áreas interiores del cuerpo de nido de abeja. Según la configuración del cuerpo de nido de abeja, la superficie frontal puede ser de configuración sustancialmente plana o bien puede estar configurada al menos en parte con resaltos y/o depresiones. Además, es posible también que el lado frontal tenga una forma redonda, ovalada, aproximadamente angulosa u otra. Preferiblemente, ambos lados frontales son del mismo tipo de construcción en cuanto a la forma y la previsión de una zona soldada.
Como explicación, cabe consignar en este sitio que con "soldadura dura" o "soldadura" se quiere dar a entender siempre una técnica de unión con material de soldadura dura a temperaturas por encima de 450ºC. En principio, en un lado frontal pueden estar presentes varias zonas soldadas, pero en este caso una de ellas forma el área exterior exenta de soldadura. Por ejemplo, pueden estar previstas varias zonas concéntricas o bien una limitación exterior de la zona determina el área exenta de soldadura, mientras que con su limitación interior se conecta a una o varias zonas adicionales.
La forma explícita de la zona soldada y del área exenta de soldadura se orienta preferiblemente según la configuración del cuerpo de nido de abeja o de la propia carcasa. Cuando el cuerpo de nido de abeja está realizado, por ejemplo, con una sección transversal redonda, se tiene entonces preferiblemente que también la una zona es redonda y, por tanto, el área exenta de soldadura es de forma anular. De manera correspondiente, se efectúa una adaptación de la zona a una configuración no cilíndrica del cuerpo de nido de abeja, estando realizada, a ser posible, el área de forma de cinta exenta de soldadura con una anchura sustancialmente constante. El área de forma de cinta exenta de soldadura discurre aquí directamente en la carcasa alrededor de su perímetro interior. El área comprende aquí al menos un tramo de la capa metálica o una pluralidad de canales formados con ella. En esta ejecución del cuerpo de nido de abeja ya no se presentan los problemas descritos al principio.
Esto rige especialmente para cuerpos de nido de abeja en los que los dos lados frontales opuestos limitan una longitud del cuerpo de nido de abeja y este cuerpo de nido de abeja presenta una extensión máxima en dirección perpendicular a la longitud, teniendo la relación de extensión a longitud un valor de al menos 2. Se quieren dar a entender con esto especialmente cuerpos de nido de abeja en los que la extensión máxima de su sección transversal es netamente mayor en comparación con la longitud del cuerpo de nido de abeja. Así, la extensión máxima, por ejemplo en cuerpos de nido de abeja sustancialmente cilíndricos, es de al menos 100 mm o incluso de 200 mm o de hasta aproximadamente 400 mm. Al mismo tiempo, los cuerpos de nido de abeja presentan entonces solamente, por ejemplo, una longitud máxima de aproximadamente 50 mm a 70 mm. Por tanto, la relación de extensión a longitud puede ascender también a al menos 3,5 o incluso a más de 5. Precisamente en tales ejecuciones del cuerpo de nido de abeja resulta sorprendente el patrón de soldadura aquí propuesto, ya que el volumen interior grande del cuerpo de nido de abeja tiene que mantenerse permanentemente al mismo tiempo bajo las altas cargas térmicas y dinámicas. Esto podría ser demostrado, por ejemplo, a velocidades de flujo algo más pequeñas del gas de escape, pero en ensayos de durabilidad a la fatiga.
Asimismo, solamente en al menos un tramo parcial distanciado de los lados frontales están previstas uniones de soldadura dura entre la al menos una capa y la al menos una carcasa. Esto quiere decir, por ejemplo, que la al menos una capa está realizada en el área central entre los lados frontales con un tramo parcial periférico. Estas uniones de soldadura dura se forman preferiblemente entre los extremos de la al menos una capa y la carcasa. En esta ejecución es especialmente ventajoso que las capas comprendan una pluralidad de láminas metálicas al menos parcialmente estructuradas que estén fijadas cada una de ellas con ambos extremos a la carcasa a través del tramo parcial. Sin embargo, en principio, se pueden aprovechar también otros materiales para construir las capas, tal como, por ejemplo, telas metálicas, velos, etc.
Asimismo, se propone que el área exenta de soldadura presente una anchura media de menos de un 10% de la extensión. Por tanto, la anchura media asciende preferiblemente a como máximo 10 mm y está preferiblemente en el intervalo de 5 mm a 10 mm. Sin embargo, la mayoría de las veces es ventajoso que, al aumentar la extensión, se elija también una anchura media mayor.
Según otra ejecución del cuerpo de nido de abeja, se forman uniones de soldadura dura partiendo del lado frontal y penetrando parcialmente en los canales. La al menos una zona fijada con soldadura dura comprende al menos un 60% y preferiblemente un 80% del lado frontal.
Es ventajoso también que el cuerpo de nido de abeja presente solamente una respectiva zona soldada en los lados frontales y un respectivo tramo parcial soldado distanciado de ella con unión de soldadura dura entre la al menos una capa y la al menos una carcasa. En esta ejecución del cuerpo de nido de abeja se puede crear en el área interior un "área flexible" muy grande, quedando garantizado al mismo tiempo con una utilización relativamente pequeña de material de soldadura dura una fijación permanente de las capas metálicas a la carcasa. Más informaciones sobre esto pueden encontrarse especialmente también en la descripción de la figura 1.
Es especialmente ventajoso un componente de tratamiento de gas de escape para un motor de combustión interna que comprenda un cuerpo de nido de abeja de esta clase según la invención. Como componente de tratamiento de gas de escape entran en consideración especialmente convertidores catalíticos, filtros, trampas de partículas, absorbedores, partes de un reformador o de una pila de combustible, mezcladores de flujo, intercambiadores de calor y similares. Sobre la base de las ventajas anterior y seguidamente descritas del cuerpo de nido de abeja y del componente de tratamiento de gas de escape se ha propuesto en particular una utilización en un vehículo automóvil.
Según otro aspecto de la invención, se propone un procedimiento para fabricar el cuerpo de nido de abeja según la invención, el cual comprende al menos los paso siguientes:
-
aplicación de material de soldadura dura en al menos un tramo parcial de la carcasa,
-
arrollamiento o retorcimiento de la al menos una capa metálica,
-
inserción al menos parcial de la capa metálica en la carcasa,
-
soldadura de al menos una zona a través de un lado frontal, generándose un área de forma de cinta exenta de soldadura que linda con la carcasa,
-
calentamiento del cuerpo de nido de abeja para formar uniones de soldadura dura en al menos un tramo parcial y en la al menos una zona.
Al aplicar material de soldadura dura se deposita preferiblemente un material de soldadura en forma de tira sobre el lado interior de la carcasa. Como alternativa a esto, este material de soldadura dura puede ser entregado también al perímetro exterior de la capa metálica previamente arrollada o retorcida. Preferiblemente, la pluralidad de capas metálicas (eventualmente con varias pilas) se arrollan o retuercen de modo que éstas adopten una forma, por ejemplo, en S, en V o similar y, al ser insertadas en la carcasa, establezcan contacto con la carcasa mediante sus respectivos extremos. Al soldar la al menos una zona se puede entregar un adhesivo con un pistón y a continuación se puede añadir material de soldadura en forma de polvo, de modo que éste permanezca adherido a las zonas encoladas. Preferiblemente, se prevé solamente una zona individual en cada lado frontal que se solicite con material de soldadura. El calentamiento subsiguiente del cuerpo de nido de abeja se efectúa de manera ventajosa en un horno de vacío a alta temperatura, formándose las uniones de soldadura dura en los sitios en los que está previsto material de soldadura dura. Además de estas uniones de soldadura dura se pueden generar, por ejemplo en las áreas no soldadas, otras uniones, tal como, por ejemplo, amarres por difusión. Tales amarres por difusión fomentan la durabilidad a la fatiga del cuerpo de nido de abeja incluso bajo altas cargas térmicas y dinámicas.
A continuación, se explican con más detalle la invención y el entorno técnico ayudándose de las figuras. Estas figuras muestran variantes de realización especialmente preferidas, a las que, sin embargo, no queda limitada la invención. Muestran esquemáticamente:
La figura 1, una variante de realización de un cuerpo de nido de abeja y
La figura 2, una aplicación preferida de un cuerpo de nido de abeja de esta clase como componente de tratamiento de gas de escape de un vehículo automóvil.
La figura 1 muestra en perspectiva y en una representación en sección un cuerpo de nido de abeja 1 arrollado en espiral que comprende láminas metálicas onduladas y lisas 17 que forman capas 5 con una pluralidad de canales 4. Estas capas 5 están unidas con la carcasa 3 mediante técnicas de ensamble, concretamente, en particular, mediante soldadura dura.
El cuerpo de nido de abeja 1 presenta un patrón de soldadura característico que está formado por las zonas 6 situadas en los lados frontales 2 y un tramo parcial 12 situado entre ellas corriendo a lo largo del perímetro, y con el cual se generan las uniones de soldadura dura deseadas 13. Lo especial en este patrón de soldadura es que las zonas 6 fijadas con soldadura dura forman cada una de ellas un área 7 de forma de cinta exenta de soldadura que linda con la carcasa 3. Esto quiere decir en otras palabras que se obtiene una tira realizada aquí en forma de papel de arroz en la que no están ejecutadas uniones de soldadura dura. Por tanto, ningún tramo de la zona 6 fijada con soldadura dura linda directamente con un borde exterior del cuerpo de nido de abeja 1 o con la carcasa 3. La zona 6 fijada con soldadura dura se forma partiendo del lado frontal 2 y llegando hasta una profundidad 11 dentro del cuerpo de nido de abeja 1. La profundidad 11 de la zona 6 es aquí de preferencia cuantitativamente igual en ambos lados frontales 2. El área de forma de cinta exenta de soldadura está realizada también de manera que se extiende periféricamente con una anchura uniforme 10 que en el área central es preferiblemente más pequeña que un 10% de la extensión 9.
El cuerpo de nido de abeja 1 según la invención consiste especialmente en uno en el que la longitud 8 se ha diseñado con un valor netamente más pequeño que el de la extensión máxima 9. Así, por ejemplo, la relación de extensión a longitud asciende a al menos 2 y preferiblemente a al menos 3,5. La longitud 8 es definida sustancialmente por los dos lados frontales 2. La extensión máxima 9 se refiere preferiblemente también a un lado frontal 2, queriéndose dar a entender siempre la extensión máxima posible 9 en el caso de lados frontales desiguales 2 y/o de formas poligonales de dichos lados frontales 2.
La figura 2 muestra ahora un campo de aplicación preferido de estos grandes cuerpos de nido de abeja 1 como componente de tratamiento de gas de escape 14 para un motor de combustión interna 15 en un vehículo automóvil 16, especialmente un camión o un autocar. El gas de escape generado en el motor de combustión interna 15 es alimentado, a través de una instalación de gas de escape correspondiente 18, hacia una pluralidad de componentes de tratamiento de gas de escape 14, tales como, por ejemplo, convertidores catalíticos, filtros o similares. Debido al contacto con el componente de tratamiento de gas de escape 14 se depura el gas de escape o bien se le trata de modo que, finalmente, pueda ser entregado al medio ambiente.
Lista de símbolos de referencia
1
Cuerpo de nido de abeja
2
Lados frontales
3
Carcasa
4
Canal
5
Posición
6
Zona
7
Área
8
Longitud
9
Extensión
10
Anchura
11
Profundidad
12
Tramo parcial
13
Uniones de soldadura dura
14
Componente de tratamiento de gas de escape
15
Motor de combustión interna
16
Vehículo automóvil
17
Lámina metálica
18
Instalación de gas de escape

Claims (8)

1. Cuerpo de nido de abeja (1) con dos lados frontales opuestos (2), que comprende al menos una carcasa (3) y al menos una capa metálica (5) que forma canales (4), en donde el cuerpo de nido de abeja (1) presenta solamente en al menos un lado frontal (2) al menos una zona (6) fijada con soldadura dura dentro de la al menos una capa (5), la cual forma un área (7) de forma de cinta exenta de soldadura que linda con la carcasa (3), y en donde el área (7) de forma de cinta exenta de soldadura comprende una pluralidad de canales (4) formados por la al menos una capa (5); y dicho cuerpo de nido de abeja comprende también solamente en al menos un tramo parcial (12) distanciado de la al menos una zona (6) unas uniones de soldadura dura (13) entre la al menos una capa (5) y la al menos una carcasa (3).
2. Cuerpo de nido de abeja (1) según la reivindicación 1, en el que los dos lados frontales opuestos (2) limitan una longitud (8) del cuerpo de nido de abeja (1) y este cuerpo de nido de abeja (1) presenta una extensión máxima (9) en dirección perpendicular a la longitud (8), teniendo una relación de la extensión (9) a la longitud (8) un valor de al menos 2.
3. Cuerpo de nido de abeja (1) según la reivindicación 1 ó 2, en el que el área (7) exenta de soldadura presenta una anchura media (10) inferior a un 10% de la extensión (9).
4. Cuerpo de nido de abeja (1) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la al menos una zona (6) fijada con soldadura dura está realizada con una profundidad (11) de a lo sumo 10 milímetros.
5. Cuerpo de nido de abeja (1) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que éste presenta solamente una respectiva zona soldada (6) en los lados frontales (2) y un respectivo tramo parcial soldado (12) distanciado de ésta con uniones de soldadura dura (13) entre la al menos una capa (5) y la al menos una carcasa (3).
6. Componente de tratamiento de gas de escape (14) para un motor de combustión interna (15), que comprende un cuerpo de nido de abeja (1) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores.
7. Vehículo automóvil (16) que comprende un cuerpo de nido de abeja (1) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5 o un componente de tratamiento de gas de escape (14) según la reivindicación 6.
8. Procedimiento para fabricar un cuerpo de nido de abeja (1) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, que comprende al menos los pasos siguientes:
-
aplicación de material de soldadura dura en al menos un tramo parcial (12) de la carcasa (3),
-
arrollamiento o retorcimiento de la al menos una capa metálica (5),
-
inserción al menos parcial de la capa metálica (5) en la carcasa (3),
-
soldadura de al menos una zona (6) a través de un lado frontal (2), generándose una zona (7) de forma de cinta exenta de soldadura que linda con la carcasa (3),
-
calentamiento del cuerpo de nido de abeja (1) para formar uniones de soldadura dura (13) en el al menos un tramo parcial (12) y en la al menos una zona (6).
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