BR102012029706A2 - Método para unir elementos estruturais em um eixo - Google Patents

Abstract

MÉTODO PARA UNIR ELEMENTOS ESTRUTURAIS EM UM EIXO. A presente invenção refere-se a um método para unir elementos estruturais (1) em um eixo (2), em que antes da união real, pelo menos uma projeção (6) do tipo de uma acumulação material é gerada na respectiva posição de união (5) no eixo (2), e em que subsequentemente o elemento estrutural (1) é deslizado sobre pelo menos uma projeção (6) e é mantido por esta última até que o processo de união esteja completado. Em consequência disto, o tempo de residência pode ser reduzido de maneira significativa e o método de união pode ser significativamente eficiente.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "MÉTODO PARA UNIR ELEMENTOS ESTRUTURAIS EM UM EIXO". A presente invenção refere-se a um método para unir elementos estruturais em um eixo. A invenção também se refere a um eixo de carnes que tem pelo menos um carne e/ou uma roda dentada/polia de correi-a/elemento de controle unidos no mesmo de acordo com tal método.

Na produção moderna do eixo de carnes, os carnes são normalmente unidos termicamente no eixo de cames associado, razão pela qual eles são primeiramente aquecidos e acoplados por encaixe subsequentemente no eixo de cames fresado. O mesmo também se aplica às rodas de sensores, às rodas de correntes, etc. Para poder unir um componente, por exemplo, um carne, de maneira confiável no eixo associado sem danificar o dito eixo, esse componente tem que ser aquecido até uma extensão tal que o seu furo seja maior do que o eixo. A desvantagem da união térmica é o tempo de residência requerido para contrair o componente, tempo durante o qual nem o componente nem o eixo podem ser movidos. A fim de manter o tempo de residência, e desse modo o tempo de ciclo, tão curto quanto possível, o respectivo componente é, portanto, expandido, isto é, aquecido termicamente, apenas largo o bastante para que o componente possa ser unido de maneira confiável. No entanto, uma vez que na produção em série em alguns casos dimensões de componentes muito diferentes e, portanto, tolerâncias muito diferentes, devem ser esperada, a redução do tempo de residência fica sujeita a um limite natural devido às tolerâncias de componentes existentes. Sob condições de teste, os tempos de residência podem ser a-justados próximos de zero; no entanto, devido às tolerâncias, isto não deve permitir um processo estável sob condições de produção e, portanto, não é possível. Uma vez que as tolerâncias de componentes podem ser reduzidas somente até uma extensão limitada e, dependendo do componente, por e-xemplo, no caso de cames endurecidos, podem até mesmo ficar mais apertadas, uma redução significativa do tempo de residência e desse modo um encurtamento do tempo de ciclo não é atualmente possível ou então não é possível sem problemas. Uma vez que o tempo de residência responde por cerca de 30% do tempo do processo durante a união, uma redução significativa do tempo de residência resultaria em vantagens consideráveis na produção. A presente invenção, portanto, está relacionada com o problema de provisão de um método aperfeiçoado para unir elementos estruturais em um eixo, em que o método é em particular caracterizado por tempos de ciclo significativamente reduzidos.

Esse problema é resolvido de acordo com a invenção pelos objetos das reivindicações independentes. As modalidades vantajosas são o objeto das reivindicações dependentes.

Para unir elementos estruturais em um eixo, por exemplo, para unir carnes em um eixo de carnes, a presente invenção é baseada na ideia geral de gerar inicialmente, na respectiva posição de união no eixo, antes do processo de união real, pelo menos uma projeção do tipo de uma acumulação de material ou de uma acumulação de material relacionada com a estampagem e deslizamento subsequentemente do elemento estrutural sobre ou a dita projeção ou acumulação de material, em que o elemento estrutural é então mantido e fixado pela dita projeção, isto é, pela dita acumulação de material até ser completado o processo de união, por exemplo, o resfriamento do elemento estrutural. Com o método de acordo com a invenção, é teoricamente possível obter tempos de residência iguais a zero uma vez que durante o processo de união acumulações de materiais mínimas sejam geradas, por exemplo, com uma ferramenta de estampagem, no eixo na área do respectivo acoplamento por encaixe, isto é, na área da respectiva posição de união. A preparação das acumulações ou projeções de materiais é sempre levada a efeito sem afetar o momento de ciclo, para o respectivo elemento estrutural seguinte a ser unido no fluxo do processo. Devido ao seu tamanho pequeno, a projeção, isto é, a acumulação de material, não tem nenhum impacto imediato no encaixe de compressão real, uma vez que durante o acoplamento por encaixe do elemento estrutural que é assentado na dita projeção, por exemplo, o carne aquecido que é assentado na dita projeção, em que esta última é outra vez achatada deví- do à pressão da superfície. A vantagem principal do dito método aqui é que o elemento estrutural a ser unido já é fixado imediatamente depois do posicionamento no eixo, e em consequência disto os tempos de residência relacionados com o processo anterior podem ser eliminados. No entanto, deve ser considerado aqui que no fluxo do processo as projeções ou acumulações de material podem ser sempre efetuadas somente para que o respectivo elemento estrutural seguinte seja unido porque, de outra maneira, o elemento estrutural deve achatar todas as acumulações de materiais a montante durante a união. Esse problema é resolvido tal como segue: As projeções para o primeiro encaixe de compressão, isto é, na primeira posição de união, não são feitas em uma máquina de união, mas em uma estação a montante que torna possível que o primeiro elemento estrutural possa ser unido sem retardamento. Enquanto a máquina de união une o primeiro elemento estrutural, a(s) projeção(ões) ou acumulação de material para o elemento estrutural seguinte é(são) gerada(s) ao mesmo tempo com uma ferramenta de estampagem que é arranjada deslocada. A geração da projeção ou acumulação de material é de preferência levada a efeito com um martelo de estampagem operado pneumática ou eletricamente, mas também pode ser levada a efeito por meio de um laser. Além disso, o método mencionado por último pode ser usado especificamente mais tarde para aumentar o torque transmissível da conexão de união. Uma ferramenta de estampagem mecânica é feita de diamante policristalino (PCD) ou de nitreto de boro cúbico (CBN) (ambos são materiais cortantes ultraduros) e tem um raio definido de, por exemplo, 0,5 mm de modo a assegurar uma boa reproducibilidade e estabilidade a longo prazo do processo de estampagem. A altura da projeção gerada ou da acumulação de material gerada é verificada a intervalos regulares, por exemplo, por meio de um método de medição tátil ou ótico. Em geral, a geração da acumulação material pode ser controlada através de ajustes de uma pressão de controle, de uma carga ou um pré-carga de mola da ferramenta de estampagem.

Em um refinamento vantajoso do método de acordo com a invenção, os elementos estruturais são colados ao eixo. O método de acordo com a invenção que compreende a geração de projeções ou acumulações de material pode ser usado não somente para unir termicamente os elementos estruturais com o eixo, mas também para colar os elementos estruturais ao eixo. Quando os elementos estruturais são colados ao eixo, também neste caso as projeções ou acumulações do material efetuam uma fixação segura até que o adesivo esteja curado e o elemento estrutural colocado nas ditas projeções esteja firmemente fixado no eixo. Com o método de acordo com a invenção, portanto, é possível obter reduções significativas do tempo de residência não somente quando elementos estruturais são puramente unidos termicamente, por exemplo, carnes em eixos de carnes, mas também quando elementos estruturais são colados em eixos, de modo que os tempos de ciclo são encurtados e o processo de produção como um todo pode ser executado de uma maneira mais eficiente.

Em um refinamento vantajoso do método de acordo com a invenção, para que cada elemento estrutural seja unido, em cada caso três projeções ou acumulações de material são geradas na posição de união posterior do eixo, em que as ditas acumulações de material são arranjadas deslocadas em umas em relação às outras em cada caso por 120°. Três de tais projeções ou acumulações de material asseguram uma fixação uniforme e estaticamente determinada do elemento estrutural fixado nas mesmas, em que teoricamente apenas uma projeção também é suficiente, é claro. Quando da união térmica, as projeções são achatadas quando o elemento estrutural se contrai ou quando o eixo não se expande, se este último tiver sido resfriado, e, portanto, não tem nenhuma influência nas propriedades do último eixo.

Outras características e vantagens importantes da invenção se originam nas reivindicações secundárias, nos desenhos e na descrição associada das figuras baseadas nos desenhos.

Deve ser compreendido que as características acima mencionadas e as características a serem ainda explicadas em seguida são não somente utilizáveis na respectiva combinação mencionada, mas também em outras combinações ou sozinhas sem que se desvie do contexto da presente invenção.

As modalidades exemplificadoras preferidas da invenção são i-lustradas nos desenhos e explicadas na descrição a seguir em mais detalhes.

Nas figuras, esquematicamente: a figura 1a mostra um eixo de carnes em que as projeções são geradas de acordo com o método da invenção, a figura 1b mostra um eixo de carnes em que os carnes são unidos de acordo com o método da invenção, a figura 2 mostra uma vista secional através de uma modalidade possível do eixo/eixo de carnes, a figura 3 mostra uma vista detalhada de uma projeção.

De acordo com as figuras 1a e 1b, é ilustrado um método de a-cordo com a invenção para unir os elementos estruturais 1 em um eixo 2, por exemplo, para unir os carnes 3 em um eixo de carnes 4, no qual, em uma respectiva posição de união 5, antes da união real, pelo menos uma projeção 6 do tipo de uma acumulação de material é preparada, por exemplo, por meio de uma punção centradora 7 ou um laser (de acordo com a figura 1a e a figura 3), e em que subsequentemente, o elemento estrutural 1/came 3 é deslizado sobre pelo menos uma acumulação de material ou pelo menos uma projeção 6, e mantido por esta última até que o processo de união esteja completado (de acordo com a figura 1b). É claro que o elemento estruturai 1 também pode ser projetado como uma roda de corrente/polia de correia, roda de engrenagem, carne de bomba, roda de sensor, rotor ou outro elemento de controle que deve ser unido em um eixo associado 2. A união dos elementos estruturais 1 com o eixo 2 é geralmente executada termi-camente, em que os elementos estruturais 1 são aquecidos e/ou o eixo 2 associado é resfriado. Alternativamente, a colagem dos elementos estruturais 1 ao eixo 2 também é concebível. Com a preparação das projeções 6 antes da união real, o tempo de residência que, por exemplo, é requerido para resfriar os elementos estruturais 1 ou os carnes 3 de modo a estabelecer o encaixe de compressão, pode ser reduzido a quase zero de modo que o tempo de ciclo possa ser reduzido, e a produção possa ser dessa maneira eficiente. A punção centradora 7, por exemplo, pode ser operada pneumática ou eletricamente, em que, naturalmente, um laser ou um eletrodo de soldagem também podem ser usados para criar a projeção 6. De acordo com a figura 3, uma punção centradora 7 é ilustrada, a qual cria apenas uma projeção 6 em um lado exterior do eixo 2. A altura H da projeção 6 é de apenas alguns pm e depende das tolerâncias dos respectivos parceiros a serem unidos e da abertura de união selecionada. A altura H das projeções geradas 6 é verificada permanentemente, por exemplo, por meio de dispositivos de medição óticos não ilustrados de modo que uma união reproduzível possa ser obtida. Alternativa ou adicionalmente, há a possibilidade de monitorar o processo de estampagem por meio da medição do som difundido na estrutura (não ilustrado). O som difundido na estrutura gerado quando a punção centradora 7 atinge de encontro ao eixo 2 é medido e permite uma conclusão com respeito à geração correta da projeção 6. É claro que a própria geração das projeções 6 pode ser verificada da mesma maneira, por exemplo, através do monitoramento de uma pressão de controle ou de uma pré-carga de mola de um martelo de estampagem em que a punção centradora 7 é fixada. O benefício da invenção descrita é que o elemento estrutural 1 a ser unido já é fixado imediatamente depois do posicionamento no eixo 2, e os tempos de residência relacionados ao processo anterior para o resfriamento podem ser eliminados, o que resulta em um aumento significativo da eficiência do processo de união. O efeito desejado é obtido de acordo com a invenção uma vez que, antes de unir o elemento estrutural 1 ao eixo 2, uma acumulação ou uma pluralidade de acumulações de material (projeções 6) são geradas na área do respectivo encaixe de compressão 5. Devido ao seu tamanho pequeno, essas projeções 6 não têm nenhum impacto imediato no encaixe de compressão real porque durante o acoplamento por encaixe o elemento estrutural 1 assenta nas ditas projeções, em que estas últimas são outra vez achatadas devido à pressão da superfície.

Se, no mesmo eixo 2, os elementos de uma pluralidade de elementos estruturais 1 forem unidos sucessivamente, deve ser considerado que no fluxo do processo essa projeção 6 pode ser sempre gerada somente para o respectivo elemento estrutural seguinte 1 a ser unido porque, de outra maneira, o elemento estrutural 1 deve achatar todas as projeções 6 a montante durante a união.

Um olhar mais próximo na figura 1 mostra que a preparação das projeções 6 ocorre imediatamente antes da união real, em que uma ferramenta de união compreende geralmente uma pluralidade de punções cen-tradoras 7 ou ferramentas de estampagem ou lasers apropriados. No caso dos métodos ilustrados de acordo com a figura 1, o eixo 2 é deslizado da direita para a esquerda e as respectivas projeções 6 são preparadas imediatamente antes da união com os elementos estruturais 1 ou os carnes 3. A punção centradora 7, por exemplo, pode ter um diâmetro da ponta de cerca de 0,5 mm. A projeção 6 descrita (acumulação de material) é gerada com um método apropriado, por exemplo, um martelo de estampagem operado pneumática ou eletricamente, uma ferramenta de riscar, um laser, um eletrodo de soldagem ou algo do gênero. Um método apropriado é caracterizado em que a projeção 6 desejada pode ser gerada de modo a ser influenciável em termos da posição e da altura da forma, e de uma maneira estável a longo prazo e reproduzível.

Quando é vista a figura 2, é aparente que no eixo 2, em particular no eixo de carnes 4, é provido um total de três projeções 6 que são arranjadas em uma parte externa do eixo 2/eixo de carnes 4 e que em cada caso são deslocadas umas em relação às outras por um ângulo circunferencial de 120°. A vantagem principal do método de acordo com a invenção é que o elemento estrutural 1 a ser unido, isto é, em particular o came 3 a ser unido, já é fixado pelas projeções 6 imediatamente depois de ser deslizado na posição de união 5, e em consequência disto podem ser eliminados os tempos de residência relacionados ao processo anterior, por exemplo, para resfriar os elementos estruturais 1 ou os carnes 3.

Com o método de acordo com a invenção, o momento de residência pode ser reduzido de maneira significativa, de preferência até próximo de zero, o que torna possível encurtar de maneira significativa o processo de união desde até agora, em que o tempo da residência responde por até 30% do tempo do procèsso.

Claims (10)

1. Método para unir elementos estruturais (1) em um eixo (2), em que antes da união real, pelo menos uma projeção (6) do tipo de uma acumulação de material é gerada na respectiva posição de união (5) no eixo (2), e em que subsequentemente, o elemento estrutural (1) é deslizado sobre pelo menos uma projeção (6) e preso por esta última até que o processo de união esteja completado.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que como um eixo (2), é usado um eixo de cames (4), e como elementos estruturais (1), são usados cames (3) e/ou uma roda de corren-te/polia de correia/ elemento de controle.

3. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que os elementos estruturais (1) são unidos termi-camente com o eixo (2) ao aquecer os ditos elementos estruturais e/ou ao resfriar o eixo (2).

4. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que os elementos estruturais (1) são colados ao eixo (2).

5. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma projeção (6) é gerada por meio de uma punção centradora (7) ou por meio de um laser ou um eletrodo de soldagem.

6. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma projeção (6) é gerada i-mediatamente antes da união do elemento estrutural (1).

7. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que para cada elemento estrutural (1) a ser u-nido, em cada caso três projeções (6) são geradas deslocadas umas das outras por 120° na posição de união (5) do eixo (2).

8. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma projeção (6) é gerada pneumática ou eletricamente.

9. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 5 a 8, caracterizado pelo fato de que é usada uma punção centradora (7) que tem um diâmetro da ponta de cerca de 0,5 mm.

10. Eixo de cames (4) que tem pelo menos um carne (3) e/ou uma roda de corrente/polia de correia/elemento de controle, em que pelo menos um carne (3) e/ou pelo menos uma roda de corrente/polia de correia/elemento de controle foi unido de acordo com o método como definido nas reivindicações 1 a 9, no eixo de cames (4).