Brevet FR2275249A1 — publié le 19760116

La présente invention se rapporte à un support perforé perfectionné à oules destiné à supporter une matière en particules et plus particulièrement à supporter des granulés céramiques enduits de catalyseur dans un convertisseur catalytique. Il est bien connu qu'un élément perforé dans lequel les perforations sont constituées par des ourles ou crevés dont les lèvres sont venues de matière avec le corps d'une feuille plate présente une grande résistance à la flexion dans le sens de la longueur des ouïes. Ces éléments perforés sont largement utilisés en aération. Non seulement les ouïes s'opposent à la pénétration des insectes, de la pluie et des rayons du soleil mais, en outre, elles confèrent une grande résistance mécanique à l'élément perforé, de sorte que l'on peut utiliser pour cet élément une matière très mince. alors que les éléments perforés à ouies à paroi mince sont bien appropriés pour autre utilisés en aération, ces éléments seraient absolument inutilisables en qualité de surfaces supports de ca- talyseur dans un convertisseur catalytique du type utilisé. pour diminuer la quantité de matières polluantes émises avec les gas d'éahap- pement des automobiles ou autres machines utilisant un moteur à combustion interne, En général, un convertisseur catalytique contient des granulés céramiques séparés, enduits de catalyseur et qui sont retenus sur une surface perforée. En général, cette surface perforée présente des fentes allongées formées par poinçonnage dans une surface plate, et qui sont d'une dimension transversale inférieure au diamètre des granulés.Pour donner plus de rigidité à ces éléments perforés plats, même lorsque ces éléments sont de dimensionsrelativement petites, par exemple lorsqu'ils présentent un diamètre de 25 mm, on soudait Jusqu'à présent des nervures de renforcement sur la face de l'élément perforé qui n'est pas en contact avec le catalyseur.Le soudage de ces nervures augmente le prix de revient, ltépaBF seur et le poids de cet élément perforé et réduit également la section de passage libre, les conditions d'environnement régnant à 1' intérieur d'un convertisseur catalytique peuvent etre très dures pour les éléments de ce convertisseur, en particulier pour les supports perforés qui sont en contact avec le catalyseur. lorsque le moteur a un raté, ou bien lorsqu'on l'accélère, il envoie dans le convertisseur une certaine quantité de combustible imbrtlé. En oxydant ce combustible, le convertisseur prend une température extr8me- ment élevée, qui peut s'approcher de 110000. les supports perforés, qui sont habituellement en acier inoxydable, sont moins résistants à ces températures élevées qu'aux températures plus basses et ils risquent de se déformer ou de se rompre par fatigue, en réaction à la moindre concentration de contrainte, par exemple celle qui se manifeste dans le voisinage des soudures des nervures de renforcement. le risque de rupture par fatigue sous l'effet des vibrations est particulièrement grand lorsque le moteur est accéléré rapidement ou maintenu à une vitesse élevée. Le flux de gaz d'échappement est toujours pulsatoire à l'instant où il entre en contact avec l'élément perforé d'entrée, puisqu'il est produit par une série d'explosions distinctes engendrées successivement dans les cylindres du moteur. Toutefois, lorsque la vitesse du moteur s'élève et que ce moteur refoule une plus grande quantité de gaz d'échappement dans le convertisseur catalytique, la contre-pression produite par le lit de catalyseur croit encore et le flux d'échappement imprime au support perforé des mouvements pulsatoires. Pour qu'un support perforé métallique dure longtemps dans un tel environnement, il faut qu'il soit aussi exempt de concentration de contraintes que possible. Il est également souhaitable que ce support puisse être fabriqué facilement et économiquement, qu'il ne soit pas abrasif vis-à-vis des granulés fragiles de catalyseur, qu'il soit aussi ouvert que possible de manière que les gaz puissent traverser librement le convertisseur, et qu'il soit d'une forme appropriée pour réduire le plus possible le colmatage des ouvertures par le catalyseur.Pour répondre à ces conditions, l'invention a pour objet un support perforé à ouïes destiné à retenir une matière en particules et qui présente une série d'ou vertures adjacentes 12, de forme allongée, du type des ouïes de persiennes, délimitées par les bords allongés de lames tordues qui, à leurs extrémités, sont venues de matière avec le support et qui sont tordues par rotation autour d'un axe situé dans le plan de ce support, de manière à présenter leurs deux bords longitudinaux respectivement de part et d'autre du plan général du support, les bords des lames situés sur un côté du plan du support présentant une courbure convexe continue qui s'éloigne du plan de la feuille et en saillie vers l'extérieur par rapport à ce plan tandis que les bords des lames qui sont situés de l'autre côté du plan du support sont pratiquement rectilignes sur toute leur longueur et font saillie vers 1' extérieur sur le plan de la feuille. le support perforé suivant l'invention est composé d'une feuille de tôle, de préférence d'acier inoxydable, relativement é- paisse, qui présente, une série d'ouvertures allongées formées par torsion de certaines parties de sa surface. Pour former ces ouvertures on découpe le métal en segments le long d'une série de lignes parallèles et, en même temps, on tord chaque segment défini entre deux lignes de coupe successives de manière à produire une série de lames parallèles qui, en leur centre, sont inclinées d'un angle d' environ 300 sur le plan de lafeuille de tôle.Si on utilise des outils de découpage et de cambrage appropriés, les bords des lames situés sur le côté du support perforé qui porte les granulés catalytiques présentent un profil allongé incurvé en ellipse tandis que les bords des lames situés de l'autre côté du plan de l'élément perforé présentent un profil allongé rectiligne dans le plan de ces bords. La formation de lames présentant un profil incurvé sur le côté de l'élément perforé qui porte le catalyseur et un profil rectiligne de l'autre côté est important pour permettre d'obtenir un support perforé capable de travailler efficacement pendant une période prolongée. les bords incurvés en ellipse donnent aux ouvertures une lar- geur continuellement variable, de sorte que les granulés catalytiques ne s'appuient pas uniformément contre les ouvertures des ouïes, ce qui assure la formation d'un écoulement optimum des gaz autour des granulés et à travers les ouïes. Â égalité d'inclinaison des lames, la présence d'un bord droit d'un côté et d'un bord incurvé de l'autre donne naissance à des ouvertures plus larges que si les deux bords étaient incurvés. Au cours de la formation du support perforé, les outils utilisés pour découper les ouvertures et mettre les lames en forme commencent leur action de coupe au centre de l'ouverture et llentailla- ge se propage progressivement vers les extrémités. Ce découpage progressif des ouvertures a pour effet de réduire considérablement les contraintes localisées aux deux extrémités des entailles, comparativement au cas où les outils de coupe agissent sur toute la longueur de l'ouverture à la fois. En outre, les outils de coupe coopèrent pour produire des aretes lisses, légèrement arrondies et exemptes de bavures sur le côté catalyseur du support perforé. L'obtention d' arêtes exemptes de bavures est souhaitable pour éviter la détérioration du catalyseur qui vibre sur l'élément perforé sous l'effet des chocs de la route et des pulsations des gaz d'échappement. L'absence de bavures élimine la nécessité de l'ébavurage, qui constitue une opération coûteuse et qui risque de donner naissance à des concentrations de contraintes localisées, ces concentrations risquant à leur tour entraîner une rupture prématurée du support perforé par fatigue. les outils présentent de préférence une partie circulaire à chaque extrémité. Ces parties circulaires éliminent les concentrations de contraintes qui existent aux extrémités des ouvertures en dépit de la progressivité de l'opération de mise en forme et de la faible torsion appliquée aux extrémités des lames. Ces supports perforés peuvent Qtre réalisés en divers métaux déformables tels que l'acier, l'aluminium, le laiton, le cuivre, la t81e d'acier galvanisé, etc.. Lorsqu'on peut s'attendreà à ce que cet élément perforé travaille dans un environnement oxydant et à haute température, comme c'est le cas dans un convertisseur catalytique, la matière de l'élément perforé doit etre capable de résister aux hautes températures e Entant donné que les lames tordues font saillie sur les deux faces de la feuille de tôle, chaque lame force une nervure de renforcement inclinée dont les bords extérieurs sont à une certaine distance de la fibre neutre, ce qui augmente le moment d'inertie ou le rayon de giration, Ces effets accroissent la résistance de la feuille à la flexion dans la direction de la longueur des ouies et augmentent considérablement l'aptitude de cette feuille à supporter une charge donnée lorsque la feuille présente la forme d'un rectangle dont le grand côté est parallèle à la direction des ouvertures. Le degré de torsion des lames per rapport au plan de la feuille le est de préférence limité à un angle d'environ 30 à 35 . la liaitation de l'angle à une valeur relativement petite réduit les concentrations de contraintes et donne aux particules un support en berceau qui les empêchent de traverser les oules et de s'user sur les arêtes vives des bords des lames. Pour donner au support perforé le maximum de résistance mécanique et protéger au maximum les particules portées par ce support, il convient de limiter ltépaisseur hors tout du support à environ trois fois l'épaisseur de la tôle. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention appa rafleront au cours de la description qui va suivre. Aux dessins anne sués, donnés uniquement à titre d'exemples La Fig. 1 est une vue en plan du côté non porteur de particules d'un support perforé à ouies qui comporte des lames tordues délimitant les ouïes les Fig. 2, 3 et 4 sont des vues en coupe du support de la Fig. 1, prises respectivement suivant les lignes 2-2, 3-3 de la Fig. 1 et la ligne 4-4 de la Fig. 3 les Fig. 5 et 6 sont des schémas qui montrent la configuration des bords des lames tordues et des oules délimitées par ces lames, les vues étant prises dans des directions inclinées représentées respectivement par les lignes 5-5 et 6-6 de la Fig. 3 ;; les Fig. 7 à 10 montrent schématiquement les phases sucessives d1 un procédé de formation des lames tordues suivant l'inven- tion et la feuille perforée à ouies obtenue par ce procédé la Figo 11 est une vue en perspective d'une variante de support perforé à ouïes, représenté en contact avec des rangées représentatives de granulés catalytiques la Fig. 12 est une coupe à échelle agrandie, suivant la ligne 12-12 de la Fig. Il La Figo 13 est une coupe également à échelle agrandie,sui- vant la ligne 13-13 de la Fig. 11. les Fig. 1 à 4 montrent une feuille perforée à ouïes qui présente une série d'ourles 2 délimitées par des lames espacées et tordues 3. Chaque lame formant une ouïe est tordue de manière que les bords de cette lame fassent respectivement saillie sur les plans des deux faces de la feuille. les Fig. 2 et 4 montrent que sur la majeure partie de leur longueur, les lèvres ou bords inférieurs 3' des ouïes sont relativement plats et parallèles à la feuille 1 tandis que les bords 3" sont incurvés et présentent leur écartement maxi- mum au centre de chaque ouïe 2. la Fig. 5 est une vue d'une face d'une feuille perforée 1 à ouïes; et cette vue montre le bord avant 3', à peu près droit, qui limite l'ouïe 2. la Fig. 6 est une vue de l'autre face de la feuille perforée, sur laquelle on voit le bord incurvé 3" qui délimite l'entrée curviligne de chaque ouïe 2. Pour la formation de cette feuille perforée à ouïes, on peut utiliser divers procédé. Si la feuille est en une matière plastique ou d'autre composition moulable, la formation des lames 3 tordues sur leur axe peut etre obtenue par moulage ou, en variante, par découpage et thermo-formageO Si la matière est malléable, par exemple si la feuille perforée est faite d'une tale, le procédé de mise en forme peut etre celui qui est représenté par le schéma des Fig. 7 à 10. Les Fig. 7 et 8 montrent les positions relatives initiales de la feuille 1, de l'outil de découpage ou couteau supérieur 4 et de l'outil inférieur 5 de torsion et de formage.Comme on le voit sur la Fig. 8, on peut prévoir de part et d'autre du couteau 4 des éléments de retenue 4' qui se déplacent avec ce couteau tandis que des éléments de retenue supplémentaires 5 à ressort encadrent chaque outil de formage 5. Chaque élément de retenue 5' peut se déplacer par rapport à l'outil 5. Ces éléments de retenue maintiennent la feuille 1' en place au moment de la formation des ouïes. La Fig. 9 montre la feuille 1' après l'entaillage initial de la feuille. Les faces inclinées du couteau 4 et de l'outil de formage 5 forment la lame 6 en découpant des entailles adjacentes dans la feuille 1'. Dans la suite du mouvement, l'outil de formage 5 est poussé vers le couteau 4 opposé pour compléter le formage de la lame 6. La Fig. 10 montre l'outil de formage 5 à la fin de sa course de traversée de la feuille~1', après l'entaillage initial ef secoué par lesoeuteaux 4, cette course ayant pour effet de tordre les lames 3a pour leur donner la position angulaire voulue.Normalement, chaque plaque perforée présente une série d'ouïes, de sorte que l'on peut utiliser une série de couteau 4 et une série d'outils de formage 5 opposés à ces couteaux, ainsi qu'on l'a représenté en partie sur la Fig. 10 En outre, normalement et comme on l'a représenté sur la Fig. 10, si l'outillage comprend x outils de formage 5, on prévoit de préférence x + 1 couteaux 4e Par exemple lorsqu'il y a lieu de former quatre ouïes, l'outillage comprend cinq couteaux 4 et quatre ou tils de formage 5. La Fig. 8 montre le bord avant courbe 4' du couteau 4 et le bord rectiligne 5' de l'outil de formage Sole cextaz 4sztre nLt- ment en contact avec la feuille 1 en un point et non pas le long d' une ligne, de sorte que le métal est progressivement découpé et mis en forme du centre de l'ouverture vers les extrémités. la Fig. 11 montre une forme préférée de feuille perforée. Sur cette Fig., le côté présentant les bords incurvés, c'est-i-dire le côté qui porte le catalyseur, est dirigé vers le haut. La feuille perforée 10 à ouïes présente une série d'ouvertures ou ouïes 12 délimitées par des lames 13 présentant des bords supérieurs incurvés 13" et des bords inférieurs rectilignes 13'. Les extrémités 12' de chaque ouïe 12 présentent une forme vemi-circulaire, qui est de préfé- rence obtenue par poinçonnage de trous dans la feuille 10 antérieurement à la torsion du métal qui donne naissance aux ouïes 12. La forme semi-circulaire des extrémités 12' évite les concentrations de contraintes qui, en leur absence, se manifesteraient aux extrémités des ouïes 12 sous l'effet de l'entaillage et du cambrage des ouïes 12 par rapport à la feuille. les Fig. Il à 13 montrent comment les bords incurvés 13A des lames, qui font saillie vers le haut sur la feuille 10, coopèrent avec les faces 13'" des lames adjacentes et avec les granulés catalytiques 15 qui sont appuyés sur la feuille 10 pour retenir et supporter une rangée a de granulés appuyés sur l'orifice de l'ouïe 12 ainsi qu'une rangée de granulés b qui sont maintenus espacés de l' orifice de l'ouïe 12 par la rangée de granulés a, de sorte que les granulés b forment une rangée curviligne.L'irrégularité de la position de repos prise par les granulés de la rangée b permet aux gaz d'échappement de s'écouler plus librement à travers les ouïes 12 que si les rangées de granulés étaient parallèles entre elles comme elles le seraient si elles étaient portées par la face opposée de la feuille 10. Les granulés 15 représentés sur la Fig. 12 ont un diamètre à peu près égal à 50% du pas ou écartement entre les lames 13 adjacentes. Ce rapport de dimensions donne de très bons résultats, bien que la dimension des granulés puisse varier d'environ 35% à environ 75% du pas des lames de la feuille à ouïes tout en restant tangents aux surfaces qui les portent. On a représenté en traits interrompus en 1 5' et 1 5n les positions de contact des granulés dont les dimen sions sont situées aux extrémités de l'intervalle admissible. Bien que les granulés soient représentéss sur les dessins sous la forme de sphères parfaites, les granulés réels ont une forme légèrement allongée et leurs dimensions sont fréquemment variables. REVENDi CÂ Ti ONS 1. Support perforé à ouïes destiné à retenir des matières en particules, caractérisé en ce qu'il présenteunesérie d'ouvertures adjacentes 12, de forme allongée du type des ouïes de persiennes, délimitées par les bords allongés de lames tordues qui à leurs ex trématés, sont venues de matière avec le support et qui sont tordues par rotation autour d'un axe situé dans le plan de ce support, de manière à présenter leurs deux bords longitudinaux respectivement de part et d'autre du plan général du support les bords des lames situés sur un côté du plan du support présentant une courbure convexe continue qui s'éloigne du plan de la feuille et en saillie vers l'extérieur par rapport à ce plan tandis que les bords des lames qui sont situés de l'autre côté du plan du support sont pratiquement rectilignes sur toute leur longueur et font saillie vers l'extérieur sur le plan de la feuille. 2. Support perforé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les lames sont tordues de manière à former avec le plan général du support perforé un angle non supérieur à celui qui car- terait une partie quelconque de chaque lame du plan général du support d'une distance égale à l'épaisseur de ce support. 3. Support perforé suivant la revendication 2, caractérisé en ce que les lames sont tordues de manière à former avec le plan général du support perforé un angle non supérieur à 34Oo 4. Support perforé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les lames sont espacées d'un pas prédéterminé, l'épaisseur de ces lames et leur angle d'inclinaison sur le plan général du support sont appropriés pour que chaque lame soit capable de retenir, le long de son côté incurvé, des particules de matière dont le diamètre est compris entre environ 35% et environ 75% du pas de ces lames de telle manière que les particules portées par deux lames adjacentes soient en contact avec une face plane de l'une des lames et avec le chant plat de l'autre lame. 5. Support perforé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il présente une ouverture semicirculaire à chacune des extrémités de chacune des ouïes. 6. Support perforé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la largeur maximum des ouïes est inférieure au double de l'épaisseur des lames. 7. Support perforé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la largeur maximum des ouïes est inférieure à l'épaisseur des lames. 8. Procédé pour former un support perforé à ouïes pour matière en particules, à partir d'une feuille de métal déformable, ce procédé étant caractérisé en ce qu'on dispose une première série d' outils de coupe et de formage sur une première face de la feuille, on dispose une deuxième série d'outils de coupe et de formage sur la deuxième face de la feuille, dans des positions appropriées pour coopérer avec la première série d'outils de manière à découper et déformer la feuille en produisant une série de lames espacées délimitant des ouïes également espacées, la première série d'outils présentant des bords coupants allongés et rectilignes, qui sont parallèles au plan de la feuille de tôle et chaurreinés à leurs extrémités, tandis que les outils de la deuxième série présentent des ar8- tes coupantes allongées et curvilignes, on amène les arêtes coupantes rectilignes des outils de la première série en contact avec la feuille de manière à amener la feuille en contact avec les arêtes coupantes curvilignes, on déplace les arêtes rectilignes et curvilignes en les rapprochant les unes des autres, puis en les faisant passer l'une devant l'autre de manière à découper progressivement la tôle en plusieurs points à partir du centre de chaque ouïe vers les extrémités de cette ouïe, et on tord en même temps la tôle pour former des lames parallèles déterminant des ouïes en faisant porter sur cette tôle des faces de formage inclinées prévues sur les outils de la première et de la deuxième séries, le long des arêtes coupantes de ces lames. 9. Procédé suivant la revendication 8, caractérisé en ce qu' on a poinçonné en outre des trous circulaires dans la feuille de tô- le aux extrémités de chacune des ouïes, afin d'éviter le développe- ment de concentrations de contraintes. 10. Procédé suivant la revendication 9, caractérisé en ce que les trous circulaires sont poinçonnés avant le découpage et le formage des lames délimitant les ouïes. Il Procédé suivant l'une quelconque des revendications 8 à 10, caractérisé en ce qu'on tord la matière de la feuille d'un angle de moins de 340, les outils de découpage et de formage étant espacés les uns des autres de telle manière qu'aucune partie des lames formées par ces outils ne tasse saillie sur le plan général de la feuille le de tôle d'une distance supérieure à l'épaisseur de cette tôle.