MXPA99002034A - Metodo y aparato para fabricar una lamina metalica corrugada provista con una microestructura transversal a la corrugacion - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere a un dispositivo para fabricar una lámina metálica corrugada que tiene una primera altura de la ondulación prescrita, siendo que transversalmente a la ondulación o en unángulo con respecto a la ondulación, la lámina tiene una microestructura con una segunda altura de la ondulación sustancialmente menor, caracterizado por a. un dispositivo para la producción de la microestructura;b. Un par de cilindros corrugadores que engranan uno con otro, los cuales se encuentran dispuestos detrás del dispositivo para la producción de la microestructura;c. siendo que en sus superficies externas los cilindros corrugadores tienen recesos que están dispuestos de manera adaptada y que son suficientemente grandes para alojar las microestructuras, de manera que las microestructuras no son deformadas por los cilindros corrugadores al corrugar la lámina de metal.

Description

MÉTODO Y APARATO PARA FABRICAR UNA LAMINA METÁLICA CORRUGADA PROVISTA CON UNA MICRQESTRUCTURA TRANSVERSAL A LA CORRUGACIÓN Descripción de la Invención La invención se relaciona con un método y dispositivos para fabricar una lámina metálica corrugada que tiene una primera altura de la ondulación prescrita, siendo que transversalmente a la ondulación o en un ángulo con respecto a la ondulación, la lámina tiene una microestructura con una segunda altura de ondulación sustancialmente menor. Tales laminas metálicas principalmente se elaboran en cuerpos de panal para convertidores catalíticos, como los que en particular se usan en las instalaciones de gases de escape de vehículos automóviles. Sin embargo la invención no se limita a éste uso, en virtud de que, por ejemplo, también son posibles aplicaciones en intercambiadores de calor. Los detalles con respecto a la forma y las ventajas de tales microestructuras se describen por ejemplo en los escritos de patente WO 90/08249 o WO 96/09892. Tal y como ya es el caso en el estado de la técnica, por microestructura en una lámina corrugada se entiende una estructura la cual tiene una altura sustancialmente menor que la ondulación de la lámina. En particular, una microestructura puede sobresalir por un lado o por ambos lados de una lámina, y ésto, por ejemplo, por cuando menos 15 µ o por 0.01 hasta aproximadamente 0.3 veces la altura de la ondulación de la lámina. En el estado de la técnica, las láminas de metal corrugadas se fabrican por lo general mediante cilindros corrugadores que engranan unos con otros, los cuales de preferencia tienen un engranaje de evolventes o un engranaje de conformación similar. Sin embargo, también se conocen otras formas de ondulación, por ejemplo en forma de trapecio, en forma de zig-zag, etc. En un cuerpo de panal atravesado por una corriente de gas de escape, en particular en un convertidor catalítico, las microestructuras que se desarrollan transversales o inclinadas con respecto a la dirección de la corriente, conocidas como estructuras transversales (diseño TS), producen una mejor transición térmica entre el gas de escape y el cuerpo de panal, y un mejoramiento de los procesos de difusión, los cuales son importantes para la efectividad catalítica del cuerpo de panal. Por consiguiente, en el estado de la técnica se prevé disponer las microestructuras espaciadas a distancias específicas una detras de otra en la dirección del flujo, en particular a distancias menores de 20 mm, en especial menores de 10 mm. En virtud de que las microestructuras eran relativamente pequeñas en relación con el grosor típico de las láminas para cuerpos de panal, hasta ahora se había considerado que no molestaban en gran medida el proceso de producción posterior, de manera que para la conformación del cuerpo de panal se efectuaba una elaboración en los cilindros corrugadores convencionales con posteriores etapas de fabricación conocidas. Sin embargo, se ha demostrado que al corrugar una lámina que ya tiene microestructuras, éstas microestructuras se vuelven a aplastar parcialmente, siendo que además ésto ocurre de manera irregular en función de la holgura entre uno y otro de los cilindros corrugadores. Para compensar éste efecto, en el caso de ésta manera de fabricación las microestructuras debían primero fabricarse con una mayor altura de la ondulación que la que se deseaba como resultado final. Las deformaciones en frío que se presentaban con ello eran ya muy difíciles de lograr sin daños en el caso de algunos materiales de partida. Con las láminas que cada vez son más delgadas y una altura de la ondulación siempre menor, este problema se agudiza. En virtud de que entretanto ya se tienen que producir cuerpos de panal con, por ejemplo, 77.5 celdas por cm2 {cpsi = (500) celdas por pulgada cuadrada) o más, siendo que también se recurre a láminas cuyo grosor es incluso menor que 30 µm, surgían dificultades técnicas de producción cada vez mayores. Por consiguiente, la tarea de la presente invención consiste en crear un método de fabricación y un dispositivo correspondiente con los cuales se pueden fabricar láminas de metal corrugadas con microestructuras que se desarrollan transversales o inclinadas con respecto a la ondulación, de manera económica y sin una deformación en frío inadmisible. Para la solución de ésta tarea sirve un dispositivo de conformidad con la reivindicación 1 así como un método de conformidad con la reivindicación 9. Los perfeccionamientos ventajosos están indicados en las respectivas reivindicaciones subordinadas. El dispositivo de conformidad con la invención para la fabricación de una lámina de metal corrugada que tiene una primera altura de ondulación prescrita, siendo que transversalmente a la ondulación o en un ángulo con respecto a la ondulación la lámina tiene una microestructura con una segunda altura de ondulación sustancialmente menor, comprende un dispositivo para producir la microestructura, un par de cilindros corrugadores que engranan uno con otro los cuales están dispuestos detrás del dispositivo para producir la microestructura, siendo que los cilindros en sus superficies exteriores presentan recesos que están dispuestos de manera adaptada a y/o que son suficientemente grandes para alojar las microestructuras, de manera que las microestructuras no son deformadas por los cilindros corrugadores al corrugarse la lámina metálica. A pesar de que la manufactura de un par de cilindros corrugadores de ésta índole es relativamente costosa, en particular para estructuras de desarrollo inclinado, lo cierto es que no obstante se obtiene la ventaja definitiva de que, sin la necesidad de recurrir primero a una muy fuerte deformación en frío que posteriormente se vuelve a aplastar parcialmente debido al proceso de corrugación, se pueden fabricar microestructuras con una altura exactamente definida y que en todos lados se mantiene igual. Por consiguiente, un dispositivo de ésta índole se puede emplear sin problemas en particular también para la fabricación de microestructuras en capas de lámina corrugada con un grosor de, por ejemplo, 25 a 50 µm. Típicamente se emplean cilindros corrugadores con una especie de engranaje evolvente, siendo que sin embargo la invención no se limita a éste tipo de cilindros. Por lo general todos los tipos de cilindros corrugadores tienen una cierta holgura entre uno y otro, debido a la cual en los flancos y/o sobre las cabezas de los dientes, o bien en los espacios intermedios entre los dientes pueden aparecer espacios que solo se pueden reproducir con mucha dificultad durante el proceso de producción. En los cilindros corrugadores provistos con recesos de conformidad con la invención, esta holgura no ejerce influencia alguna sobre la altura de las microestructuras. Es particularmente sencillo conformar los recesos en forma de ranuras que en su anchura y profundidad deben corresponder cuando menos a la anchura y altura de las microestructuras. Sin embargo, también es posible reconformar nuevamente las microestructuras mediante ranuras adecuadamente deformadas. En el caso del dispositivo de conformidad con la invención también es importante que el dispositivo para la producción de la microestructura y los cilindros corrugadores se pueden ajustar de tal manera uno respecto a los otros, que las microestructuras producidas siempre entran en recesos de los cilindros corrugadores. La forma más sencilla de lograr ésto es mediante una disposición espacial muy próxima, pero sin embargo también se puede lograr mediante dispositivos de ajuste adecuados en el caso de espacios mayores. Típicamente los cuerpos de panal son formados por capas alternas de láminas planas y corrugadas, o por capas alternas de láminas con ondulaciones distintas, siendo que se conocen diversas formas de construcción, por ejemplo capas de láminas enrolladas en forma de espiral, entrelazadas en forma de s o entrelazadas a manera de una evolvente. Si se tienen que soldar unas con otras tales capas de lámina sobrepuestas, entonces, según sea su altura, las microestructuras pueden eventualmente provocar espacios estorbosos entre las capas de lámina. Sin embargo, los intersticios que debido a las microestructuras se crean entre las capas de lámina adyacentes son muy difíciles de superar mediante soldadura a partir de un determinado tamaño, por lo que ocasionalmente pueden ser indeseables las microestructuras sobre las crestas de las corrugaciones en ambos lados de las capas de lámina corrugada. Para éste caso una forma particular de realización del dispositivo de conformidad con la invención prevé que a continuación de los cilindros corrugadores siga cuando menos un dispositivo alisador que pueda alisar nuevamente las microestructuras sobre las crestas de las ondulaciones de la lámina corrugada, mediante aplastamiento unilateral o bilateral. Tal dispositivo puede ser, por ejemplo, un cilindro corrugador con recesos que gira contra un cilindro plano. De ésta manera únicamente se aplastan las microestructuras sobre las crestas de las ondulaciones, en donde de cualquier manera no tendrían influencia sobre la corriente que más adelante fluirá por el cuerpo de panal, mediante lo cual se facilita sustancialmente la unión mediante soldadura. Las microestructuras restantes permanecen inalteradas y pueden desempeñar su función prevista sin un mayor entorpecimiento del transcurso de la producción. En lugar de los cilindros corrugadores con el dispositivo alisador dispuesto a continuación, alternativamente también es posible utilizar cilindros corrugadores especiales que no tienen recesos en los valles de sus ondulaciones, de manera que las microestructuras se pueden aplastar allí. Esto se puede lograr de manera particularmente efectiva si los cilindros corrugadores únicamente tienen una holgura reducida entre las crestas de las ondulaciones y los valles de las ondulaciones que se encuentran frente a frente. El método de conformidad con la invención para fabricar una lámina metálica corrugada que comprende una microestructura se compone de las siguientes etapas: a) Producir una microestructura en una lámina que todavía no esta corrugada; b) Conducir la lámina de metal hacía un par de cilindros corrugadores que engranan uno con otro, los cuales tienen recesos dispuestos en sentido longitudinal con respecto a las microestructuras, para el alojamiento de las microestructuras; c) Corrugación de la tira de lámina sin aplastar las microestructuras.

Tal y como se explicó precedentemente, mediante esta forma de proceder se forman microestructuras definidas, las cuales después de su formación ya no se deforman y por consiguiente se pueden producir de manera muy definida y reproducible. Para evitar los intersticios entre capas de lámina adyacentes que deben unirse soldándolas una con otra es posible aplastar las microestructuras en las crestas de las ondulaciones de cuando menos uno de ambos lados en los cilindros corrugadores o en el dispositivo alisador que se encuentra a continuación. Los ejemplos de formas de realización preferidas de la invención y sus ventajas se explican a continuación con mayor detalle en base al dibujo. Muestran: la figura 1 esquemáticamente un dispositivo corrugador de conformidad con la invención, y la figura 2 esquemáticamente el desarrollo de la producción de conformidad con la invención. En la figura 1 se representa la pieza nodal de la presente invención, a saber un dispositivo corrugador para láminas de metal . Una lámina 1 de metal a la cual ya anteriormente se le proporcionaron microestructuras 6 que apuntan hacía abajo y microestructuras 7 que apuntan hacía arriba en un dispositivo para producir microestructuras, se alimenta a un par de cilindros corrugadores 3a, 3b. En su superficie estos cilindros corrugadores tienen recesos 8 que en particular están conformados en forma de ranuras. Estos recesos 8, de los cuales en el dibujo únicamente se muestra uno, alojan las microestructuras 6, 7 previamente producidas, de manera que no ven afectadas por el proceso de corrugación al ser corrugada la lámina. Mediante ello resulta una lámina corrugada con una primera altura A de la ondulación, la cual tiene crestas de onda 9, 10 por el lado superior y el lado inferior. Las microestructuras 6, 7 tienen una altura B sustancialmente menor que la primera altura A de la ondulación de la primera lámina 1 corrugada. En la figura 2 se representa en forma esquemática el desarrollo de la producción para la fabricación de una lámina corrugada con microestructuras. La lámina 1 de metal pasa primero a través de un dispositivo 2a, 2b para la producción de la microestructura, como aquellos que se conocen a través del estado de la técnica. En particular se puede tratar de cilindros cilindricos con estructuras superficiales correspondientes o de discos individuales angostos colocados en hilera uno junto a otro, los cuales mediante deformación en frío imponen la microestructura sobre la lámina 1 de metal. Esta se alimenta entonces a un par de cilindros corrugadores 3a, 3b, como los que se representan con más detalle en la figura 1. Para el caso en que sean indeseables las microestructuras sobre las crestas 9, 10 de onda de la lámina 1 corrugada, estas se pueden alisar mediante dispositivos alisadores 4a, 4b o bien 5a, 5b. Tales dispositivos alisadores están constituidos, por ejemplo, por un cilindro cilindrico 4a o bien 5b de superficie lisa el cual gira contra un cilindro corrugador 4b o bien 5a, siendo que estos cilindros corrugadores de preferencia tienen igualmente tales recesos como los utilizados para la producción del corrugado. Las láminas corrugadas fabricadas de ésta manera, provistas con microestructuras pueden encontrar su aplicación en particular para cuerpos de panal en instalaciones de gases de escape. Incrementan la transición de calor entre el cuerpo de panal y un fluido cuya corriente lo atraviesa, y aceleran los procesos de difusión, lo cual en particular es favorable para la efectividad del convertidor catalítico.

Lista de símbolos de referencia Lámina metálica 2a, 2b Dispositivo para producir la microestructura 3a, 3b Par de cilindros corrugadores 4a, 4b Dispositivo alisador, abajo 5a, 5b Dispositivo alisador, arriba 6 Microestructura que resalta hacía abajo 7 Microestructura que resalta hacía arriba 8 8 Receso, ranura en el cilindro corrugador 9 Engrane del cilindro, abajo 10 Engrane del cilindro, arriba A Amplitud de la ondulación

Claims (1)

1. REIVINDICACIONES Dispositivo para fabricar una lámina metálica corrugada que tiene una primera altura de la ondulación prescrita, siendo que transversalmente a la ondulación o en un ángulo con respecto a la ondulación, la lámina tiene una microestructura con una segunda altura de la ondulación sustancialmente menor, caracterizado por a. un dispositivo para la producción de la microestructura; b. un par de cilindros corrugadores que engranan uno con otro, los cuales se encuentran dispuestos detrás del dispositivo para la producción de la microestructura; c. siendo que en sus superficies externas los cilindros corrugadores tienen recesos que están dispuestos de manera adaptada y que son suficientemente grandes para alojar las microestructuras, de manera que las microstructuras no son deformadas por los cilindros corrugadores al corrugar la lámina de metal. Dispositivo de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado en que los cilindros corrugadores tienen un engranaje similar a un engranaje evolvente. Dispositivo de conformidad con la reivindicación 1 o 2, caracterizado en que los cilindros corrugadores tienen ranuras como recesos que se desarrollan en la dirección de la circunferencia o inclinadas con respecto a ésta, las cuales en su anchura y profundidad corresponden cuando menos a la anchura y altura de las microestructuras. Dispositivo de conformidad con la reivindicación 1, 2 o 3, caracterizado en que el dispositivo para la producción de la microestructura y los cilindros corrugadores se pueden ajustar de tal manera uno con respecto a los otros, que las microestructuras producidas siempre entran en los recesos de los cilindros corrugadores. Dispositivo de conformidad con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado en que a continuación de los cilindros corrugadores se encuentra dispuesto cuando menos un dispositivo alisador que puede aplastar de nuevo unilateralmente o bilateralmente las microestructuras sobre las crestas de onda de la lámina corrugada. Dispositivo de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado en que el dispositivo alisador tiene un cilindro corrugador con recesos y un cilindro plano que gira en contra de éste. Dispositivo de conformidad con una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado en que los cilindros corrugadores no tienen recesos en los valles de sus ondas, de manera que es posible aplastar las microestructuras allí. Dispositivo de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado en que los cilindros corrugadores tienen una ligera holgura entre los valles de ondas y las crestas de ondas que se enfrentan. Método para la fabricación de una lámina de metal corrugada que tiene una primera altura de la ondulación prescrita, siendo que transversalmente a la ondulación o en un ángulo con respecto a la ondulación, la lámina de metal tiene una microestructura con una segunda altura de la ondulación sustancialmente menor, caracterizado por las siguientes etapas: a) Producir una microestructura en una lámina que todavía no esta corrugada; b) Conducir la lámina de metal hacía un par de cilindros corrugadores que engranan uno con otro, los cuales tienen recesos dispuestos en sentido longitudinal con respecto a las microestructuras, para el alojamiento de las microestructuras; c) Corrugación de la tira de lámina sin aplastar las microestructuras . Método de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado en que a continuación se lleva a cabo un aplastamiento de las microestructuras sobre las crestas de onda en cuando menos uno de los dos lados de la lámina metálica.