Способ изготовления сотового элемента с фланцевой деталью для крепления датчика и соответствующий сотовый элемент

Способ изготовления сотового элемента с фланцевой деталью для крепления датчика и соответствующий сотовый элемент

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Настоящее изобретение относится к способу изготовления сотового элемента, имеющего сотовую структуру, трубчатый кожух и фланцевую деталь для крепления датчика к трубчатому кожуху, а также относится к сотовому элементу с фланцевой деталью для крепления датчика.

В автомобилестроении сотовые элементы широко используются в качестве носителей каталитических нейтрализаторов, применяемых в системах каталитической нейтрализации отработавших газов (ОГ), образующихся при работе двигателя внутреннего сгорания (ДВС). С учетом постоянного ужесточения законодательно устанавливаемых норм на предельно допустимые концентрации вредных веществ в выбрасываемых в атмосферу ОГ ДВС необходимо применять системы нейтрализации ОГ, изменяющие свои рабочие характеристики в зависимости, например, от состава ОГ. Такое изменение рабочих характеристик обычно обеспечивается путем применения регулируемой системы нейтрализации ОГ, которая имеет расположенный, например, около носителей каталитического нейтрализатора датчик, сигналы которого используются для регулирования рабочих характеристик системы нейтрализации ОГ.

До настоящего времени при изготовлении такого сотового элемента, который обеспечивает возможность крепления на нем датчика, необходимо было выполнять различные дополнительные технологические стадии. После выполнения отверстия в трубчатом кожухе сотового элемента устанавливали, например, фланцевую деталь, которую необходимо было соединять, в частности сваривать с трубчатым кожухом, выполняя дополнительную технологическую стадию. Такое решение сопряжено с дополнительными производственными расходами при изготовлении таких сотовых элементов.

Исходя из вышеизложенного, в основу настоящего изобретения была положена задача разработать такой способ изготовления сотового элемента с обеспечением возможности присоединения к нему датчика, осуществление которого требовало бы выполнения по возможности минимального числа технологических стадий и отличалось бы повышенной экономичностью, а также выполненный с помощью этого способа сотовый элемент.

Указанная задача решается согласно изобретению с помощью способа, отличительные признаки которого представлены в п.1 формулы изобретения, и сотового элемента, отличительные признаки которого представлены в п.11 формулы. Другие предпочтительные варианты осуществления способа и выполнения сотового элемента представлены в соответствующих зависимых пунктах формулы и могут применяться по отдельности или в различных комбинациях.

Предлагаемый в изобретении способ изготовления сотового элемента, имеющего сотовую структуру, трубчатый кожух и фланцевую деталь для прикрепления датчика к трубчатому кожуху, включает следующие стадии:

а) изготовление трубчатого кожуха из металлического листа,

б) выполнение отверстия, имеющего ограничивающий его край, в заданном месте металлического листа,

в) прикрепление фланцевой детали к краю отверстия в трубчатом кожухе,

г) помещение или введение сотовой структуры в трубчатый кожух и

д) осуществление общей термической или тепловой обработки для соединения трубчатого кожуха с сотовой конструкцией и фланцевой деталью.

При этом стадии а), б) и в) можно выполнять в любой последовательности.

Таким образом, способ позволяет изготавливать сотовый элемент с фланцевой деталью для датчика путем осуществления одного единственного процесса термической обработки. В общем процессе термической обработки обеспечивается соединение металлических листов сотовой структуры с трубчатым кожухом, фланцевой детали с трубчатым кожухом и при необходимости металлических листов сотовой структуры между собой. Такое решение исключает из технологического процесса последующую стадию обработки, при выполнении которой фланцевая деталь соединяется с трубчатым кожухом.

При этом в соответствии с изобретением не имеет значения, соблюдается ли указанный порядок выполнения стадий а)-в), или стадии осуществления способа выполняются в ином порядке. Так, например, равным образом является предпочтительным и соответствует изобретению выполнение отверстия с ограничивающим его краем в металлическом листе до того, как из него деформацией будет изготовлен трубчатый кожух.

Согласно одному из предпочтительных вариантов осуществления способа край отверстия и фланцевая деталь выполнены таким образом, что они остаются в контакте между собой до начала термической обработки или в процессе ее выполнения. Выполнение этого условия можно обеспечить, например, путем придания краю отверстия такой формы, благодаря которой край образует с фланцевой деталью упругое или фиксирующее соединение. Такое соединение обеспечивает удержание фланцевой детали на трубчатом кожухе за счет силы упругости или фиксации. Особое преимущество такого соединения проявляется в том случае, когда сотовый элемент подвергается термической обработке в вертикальном положении.

С целью обеспечить надежное сцепление или соединение трубчатого кожуха с фланцевой деталью при обращении с ними в процессе выполнения последующих технологических стадий и при термической обработке предпочтительно также реализовать по отдельности или в комбинации и различные другие меры перед выполнением окончательного соединения. Так, простым и эффективным методом предварительной фиксации фланцевой детали, насаженной на трубчатый кожух, является их прихватывание точечной сваркой по меньшей мере в одном месте. С этой целью предпочтительно также использовать прежде всего монтажные зажимы многократного применения.

В соответствии еще с одним (и) наиболее предпочтительным вариантом осуществления способа процесс термической обработки представляет собой процесс пайки. Соединение пайкой представляет собой один из процессов термической обработки, наиболее широко применяемых при изготовлении сотового элемента, благодаря чему экономически наиболее выгодно и с точки зрения получения надежного неразъемного соединения целесообразно также интегрировать процесс соединения фланцевой детали с трубчатым кожухом в имеющийся процесс пайки. Согласно изобретению вполне достаточно выполнить один единственный процесс пайки для соединения фланцевой детали с трубчатым кожухом и для соединения сотовой структуры с трубчатым кожухом, а также при необходимости для соединения между собой металлических листов сотовой структуры.

Согласно следующему наиболее предпочтительному варианту осуществления способа край отверстия и/или фланцевую деталь покрывают припоем до или после сопряжения или стыковки фланцевой детали с краем отверстия. Такое решение обеспечивает высокую гибкость осуществления способа, прежде всего позволяет предусмотреть нанесение припоя на фланцевую деталь и/или край отверстия при выполнении уже предусмотренных или имеющихся стадий осуществления способа.

В соответствии со следующим наиболее предпочтительным вариантом осуществления способа припой наносят в виде паяльного порошка или паяльного флюса, паяльной пасты или паяльной фольги, предпочтительно в виде паяльного порошка или паяльной фольги, наиболее предпочтительно в виде паяльного порошка или флюса. Таким образом, в зависимости от конфигурации фланцевой детали, соответственно края отверстия можно подбирать индивидуально соответственно вид или тип припоя, который в данном конкретном случае наиболее пригоден для нанесения на край отверстия и/или фланцевую деталь. Тем самым за счет выбора типа или вида припоя и момента времени его нанесения обеспечиваются также многообразные возможности создания соединения. При использовании, например, паяльного порошка при необходимости может потребоваться выполнить еще одну технологическую стадию, такую как нанесение клея и/или пассивирующего слоя на одну из двух деталей. В зависимости от метода выполнения отверстия сначала может также потребоваться обработка края отверстия с целью его подготовки к последующим технологическим стадиям. Обработка края отверстия может представлять собой прежде всего зачистку, выравнивание или обработку поверхности для улучшения условий для выполнения процесса пайки.

В соответствии еще с одним наиболее предпочтительным вариантом осуществления способа сотовая структура имеет свободное пространство для размещения в нем датчика. Наличие такого пространства допускает непосредственное изготовление сотового элемента, в который встроен датчик. При этом фланцевая деталь и свободное пространство внутри сотового элемента согласуются таким образом, что датчик вставляется сквозь фланцевую деталь в сотовый элемент. Датчик соединяется с фланцевой деталью, например, с помощью резьбового или клеммового соединения и входит внутрь сотовой структуры.

Согласно следующему наиболее предпочтительному варианту осуществления способа отверстие выполняется в трубчатом кожухе с отбортовкой. Такое решение обеспечивает упругое соединение между фланцевой деталью и трубчатым кожухом без выполнения дополнительной технологической стадии, поскольку отогнутые кверху концы отбортовки выполняют функцию упругих элементов. Тем самым обеспечивается еще одно преимущество, состоящее в возможности предотвратить отделение фланцевой детали от трубчатого кожуха перед выполнением соединения, например, пайкой или сваркой. Таким образом, путем выполнения отбортовки исключается отделение фланцевой детали от трубчатого кожуха. Сохранение соединения обеспечено и в том случае, когда сотовый элемент транспортируется и/или подвергается пайке в вертикальном положении.

В соответствии со следующим наиболее предпочтительным вариантом осуществления способа фланцевая деталь насаживается на отбортовку и после этого соединяется с последней. Благодаря упругим напряжениям, созданным в отогнутых кверху концах отбортовки и действующим изнутри наружу, обеспечивается фиксация фланцевой детали.

В соответствии еще с одним наиболее предпочтительным вариантом осуществления способа фланцевая деталь вставляется в отверстие с отбортовкой и далее соединяется с последней. В этом случае упругие напряжения, созданные в отогнутых концах отбортовки, действуют снаружи внутрь. Кроме того, благодаря такому взаимному расположению отбортовки и фланцевой детали при соответствующей конфигурации последней обеспечена фиксация фланцевой детали на трубчатом кожухе.

Еще одним объектом настоящего изобретения является сотовый элемент, имеющий сотовую структуру, трубчатый кожух, в котором выполнено ограниченное краем отверстие для крепления фланцевой детали для установки датчика, при этом фланцевая деталь соединена пайкой с краем отверстия. Изготовление такого сотового элемента отличается повышенной экономичностью и обеспечивает преимущество, проявляющееся в возможности простым путем соединять датчик с трубчатым кожухом, для чего датчик соединяется с фланцевой деталью, соединенной с трубчатым кожухом.

Согласно одному из предпочтительных вариантов выполнения сотового элемента отверстие ограничено отбортованной частью. При этом предпочтительно, чтобы фланцевая деталь по меньшей мере частично охватывала отбортованную часть или входила в нее и образовывала соединение по типу штекера, поскольку такое соединение облегчает изготовление и позиционирование фланцевой детали. Преимущество такого сотового элемента состоит в легко реализуемой возможности снабжать его датчиком и использовать в системе выпуска ОГ ДВС, например, автомобиля.

Другие преимущества изобретения более подробно рассмотрены ниже на примере наиболее предпочтительных, но не ограничивающих объем изобретения вариантов его осуществления со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показано:

на фиг.1 - первый вариант выполнения предлагаемого в изобретении сотового элемента,

на фиг.2 - увеличенное изображение предлагаемой в изобретении фланцевой детали, соединенной с трубчатым кожухом,

на фиг.3 - увеличенное изображение соединения между фланцевой деталью и краем отверстия,

на фиг.4 - второй вариант выполнения предлагаемого в изобретении сотового элемента и

на фиг.5 - пример, иллюстрирующий технологию образования свободного пространства для размещения датчика.

На фиг.1 показан сотовый элемент 1, который имеет трубчатый кожух 2 и сотовую структуру 3. Сотовая структура 3 сотового элемента образована слоями металлических листов 4, которые за счет по меньшей мере частичного их структурирования или профилирования образуют проточный для текучей среды объем. Для упрощения профильные структуры металлических листов 4 на чертеже не показаны. В сотовый элемент 1 вставлен датчик 5, зафиксированный во фланцевой детали 6. Эта фланцевая деталь 6 соединена с краем 7 выполненного в трубчатом кожухе 2 отверстия 12. В сотовой структуре 3 имеется свободное пространство 11, в котором отсутствуют металлические листы 4 и которое служит для размещения в нем датчика 5.

Свободное пространство 11 в сотовой структуре сотового элемента можно получить различными путями, например в металлических листах до или же после их набора в пакет, соответственно свертывания в рулон можно выполнить отверстия, для чего могут использоваться все известные методы обработки удалением части материала, например электроэрозионная прошивка, лазерная резка, водоструйная резка или иной метод. Помимо этого при формировании сотовой структуры 3 из различных пакетов металлических листов по меньшей мере один из таких пакетов металлических листов можно разрезать или разделить на две части в осевом направлении. Пример подобного разделения пакета металлических листов на две части показан на фиг.5. Сотовая структура 3 сотового элемента образована совместным свертыванием в рулон трех пакетов, каждый из которых набран из множества попеременно чередующихся гладких металлических листов 14 и гофрированных металлических листов. Для упрощения на чертеже показаны только гладкие металлические листы 14. В рассматриваемом примере сотовая структура 3 образована тремя пакетами металлических листов, совместно и единообразно свернутых в рулон. Пакет 15 металлических листов разделен в осевом направлении на первый полупакет 16 и второй полупакет 17, которые в осевом направлении отстоят друг от друга с образованием между ними свободного пространства 11, служащего для размещения в нем не показанного на чертеже датчика. Подобный подход позволяет простым путем создать в сотовой структуре свободное пространство 11 без необходимости выполнения, например, дополнительной технологической стадии обработки уже свернутых в рулон пакетов металлических листов.

На фиг.2 в увеличенном масштабе и более детально показан фрагмент изображенного на фиг.1 сотового элемента в зоне соединения фланцевой детали 6 с краем 7 отверстия. Отверстие 12 образовано отбортованной частью 8 путем отбортовки трубчатого кожуха 2. На эту отбортованную часть 8 насажена фланцевая деталь 6. Перед насаживанием фланцевой детали 6 на отбортованную часть край 7 отверстия при необходимости можно подвергнуть дополнительной обработке, в частности зачистке или выравниванию.

Концы отбортованной части 8 выполняют функцию упругих элементов, которые фиксируют имеющую соответствующую форму фланцевую деталь 6 до процесса и в процессе термообработки, преимущественно пайки. Сотовый элемент 1, снабженный зафиксированной таким путем на отбортованной части 8 фланцевой деталью 6, можно в таком виде, например, транспортировать и хранить в промежутках между стадией насаживания фланцевой детали 6 на отбортованную часть и стадией пайки без опасности самопроизвольного отсоединения фланцевой детали 6 от трубчатого кожуха 2 или же изменения ею своего положения относительно трубчатого кожуха 2. Помимо этого и в процессе пайки сотовый элемент можно располагать в вертикальном положении, т.е. в положении с выступающей вбок фланцевой деталью 6, без опасности изменения ею своего положения относительно трубчатого кожуха 2. Надежная фиксация фланцевой детали 6 в трубчатом кожухе сотового элемента обеспечивает получение качественного паяного соединения между ней и краем 7 отверстия в трубчатом кожухе 2 даже при его вертикальном положении в процессе пайки. При обусловленной технологическими причинами необходимости фланцевую деталь 6 можно также предварительно закрепить на трубчатом кожухе 2, например точечной сваркой 13 или с помощью монтажного зажима.

Перед насаживанием или после насаживания фланцевой детали на отбортованную часть на край 7 отверстия и/или на сопряженную опорную поверхность 10 фланцевой детали 6 наносят припой 9. По завершении совместного процесса лайки фланцевая деталь 6 оказывается плотно соединена с краем 7 отверстия. В ходе этого же процесса пайки сотовую структуру 3 соединяют с трубчатым кожухом 2. При необходимости в ходе этого процесса пайкой можно соединять между собой и металлические листы 4 с образованием сотовой структуры 3. Тем самым из технологического процесса исключается отдельная рабочая операция, которую при его проведении отличным от предлагаемого в изобретении способом потребовалось бы выполнять для крепления фланцевой детали 6 к краю 7 отверстия. Предлагаемое в изобретении решение позволяет, таким образом, ускорить производственный процесс и сэкономить на издержках при массовом производстве сотовых элементов 1 с фланцевой деталью 6, используемой для крепления датчика 5.

По завершении процесса пайки во фланцевую деталь 6 можно вставить датчик 5. Для соединения датчика 5 с фланцевой деталью 6 используются пригодные для этой цели типы соединений, например резьбовое или клеммовое соединение. Датчик 5 может представлять собой, например, лямбда-зонд или углеводородный датчик.

На фиг.3 в еще большем масштабе показан фрагмент изображенного на фиг.2 сотового элемента. Между краем 7 отверстия, образованного отбортованной частью 8, и опорной поверхностью 10 фланцевой детали 6 расположен слой припоя 9, соединяющий по завершении процесса пайки фланцевую деталь 6 с краем 7 отверстия. Припой 9, предпочтительно в виде порошкового, фольгового или пастообразного припоя, можно наносить на край 7 отверстия и/или опорную поверхность 10 фланцевой детали 6 до или после ее насаживания на отбортованную часть 8. Перед нанесением припоя при необходимости можно нанести слой клея или создать пассивирующую пленку во избежание образования нежелательных паяных соединений в определенных местах.

На фиг.4 показан фрагмент предлагаемого в изобретении сотового элемента 1, выполненного по другому варианту. В этом случае отверстие 12 вместе с его краем 7 образовано не за счет отбортовки, а иным путем. Край 7 отверстия или соответствующая (не показанная на чертеже) опорная поверхность 10 фланцевой детали 6 снабжена припоем 9. При проведении процесса пайки между фланцевой деталью 6 и краем 7 отверстия образуется паяное соединение. В сотовой структуре 3 имеется свободное пространство 11 для размещения в нем датчика 5. Для соединения датчика 5 с фланцевой деталью 6 используются пригодные для этой цели типы соединений, например резьбовое или клеммовое соединение.

Предлагаемый в изобретении способ позволяет простым путем изготавливать сотовые элементы 1, трубчатый кожух 2 которых снабжен фланцевой деталью 6 для крепления датчика 5. Фланцевая деталь 6 перед термообработкой и в процессе нее фиксируется на трубчатом кожухе 2, что исключает возможность изменения положения фланцевой детали 6 относительно трубчатого кожуха 2, благодаря чему обеспечивается надежное формирование соединения между ними.

1. Способ изготовления сотового элемента (1), имеющего сотовую структуру (3), трубчатый кожух (2) и фланцевую деталь (6) для крепления датчика (5) к трубчатому кожуху (2), заключающийся в том, что

а) из металлического листа изготавливают трубчатый кожух (2),

б) в металлическом листе в заданном месте выполняют отверстие (12) с ограничивающим его краем (7),

в) на край (7) отверстия в трубчатом кожухе (2) устанавливают фланцевую деталь (6),

г) сотовую структуру (3) помещают в трубчатый кожух (2) и

д) трубчатый кожух (2) пайкой или сваркой соединяют с сотовой структурой (3) и фланцевой деталью в ходе одного единственного совместного процесса их термообработки, при этом стадии а), б) и в) можно выполнять в любой последовательности.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что край (7) отверстия и фланцевую деталь (6) выполняют с таким расчетом, что перед термообработкой и в процессе нее фланцевая деталь остается в контакте с краем отверстия и не изменяет своего положения относительно него.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что удержанию фланцевой детали (6) в контакте с краем (7) отверстия и сохранению ее положения относительно него при оперировании с сотовым элементом перед проведением процесса окончательного соединения трубчатого кожуха с сотовой структурой и фланцевой деталью способствуют за счет принятия дополнительных мер, прежде всего за счет закрепления фланцевой детали точечной сваркой (13).

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что процесс термообработки представляет собой процесс пайки.

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что край (7) отверстия и/или фланцевую деталь (6) до или после ее установки на край (7) отверстия покрывают припоем.

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что припой (9) наносят в виде порошкового, фольгового или пастообразного припоя, предпочтительно в виде порошкового или фольгового припоя, наиболее предпочтительно в виде порошкового припоя.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что в сотовой структуре (3) предусматривают свободное пространство (11) для размещения в нем датчика (5).

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что отверстие выполняют отбортовкой.

9. Способ по п.8, отличающийся тем, что фланцевую деталь (6) насаживают на отбортованную часть и затем соединяют с ней.

10. Способ по п.8, отличающийся тем, что фланцевую деталь (6) вставляют в отверстие, образованное отбортованной частью, и затем соединяют с ней.

11. Сотовый элемент, имеющий сотовую структуру (3), трубчатый кожух (2), в котором выполнено ограниченное его краем (7) отверстие (12) для фланцевой детали (6), используемой для крепления датчика (5), отличающийся тем, что фланцевая деталь (6) пайкой соединена с краем (7) выполненного в трубчатом кожухе отверстия, которое окружено отбортованной частью (8).

12. Сотовый элемент по п.11, отличающийся тем, что фланцевая деталь (6) охватывает отбортованную часть (8).

13. Сотовый элемент по п.11, отличающийся тем, что фланцевая деталь (6) вставлена в образованное отбортованной частью (8) отверстие.