ES2239241T3 - Metodo de montaje de un anillo de lamina metalica ensamblado y soldado en un aro portador, para conformar el conducto anular refrigerante de un piston de motor de combustion interna, y metodo para fabricar un anillo de lamina metalica ensamblado con un aro portador. - Google Patents

Abstract

MÉTODO DE MONTAJE DE UN ANILLO DE LÁMINA METÁLICA ENSAMBLADO Y SOLDADO EN UN ARO PORTADOR PARA CONFORMAR EL CONDUCTO ANULAR REFRIGERANTE DE UN PISTÓN DE MOTOR DE COMBUSTIÓN INTERNA, del tipo que recurre a un anillo de lámina metálica (5), cuya sección transversal comprende un alma (15) que se extiende entre dos aletas (10) y (11) que se proyectan hacia el aro portador (6), donde los extremos libres de dichas aletas se apoyan y acoplan en sendos asientos anulares (8) y (9) que se definen en la cara interna del aro portador, en correspondencia de sus aristas de borde interno; donde dicho apoyo y acople se sella mediante respectivos cordones anulares de soldadura (14) que se extienden en los citados asientos anulares y se respaldan en el cuerpo del aro portador, conformándose un conducto anular interno de refrigeración (3) cuya superficie interna está constituida por anillo de lámina metálica y la superficie diametral interna (7) del aro portador que se extiende entre dichos dos asientos anulares.

Description

Método de montaje de un anillo de lámina metálica ensamblado y soldado en un aro portador, para conformar el conducto anular refrigerante de un pistón de motor de combustión interna, y un método para fabricar un anillo de lámina metálica ensamblado con un aro portador.

La presente invención se refiere a "Un método de montaje de un anillo de lámina metálica ensamblado y soldado en un aro portador, para conformar el conducto anular refrigerante de un pistón de motor de combustión interna, y un método para fabricar un anillo de lámina metálica ensamblado con un aro portador" el cual, en virtud de las particulares condiciones de montaje que se establecen, se logra mayor seguridad en la estanqueidad del conducto refrigerante.

Más concretamente, la presente invención ampara un montaje de anillo de lámina metálica ensamblado y soldado a un aro portador, apto para integrarse en los pistones de los motores de combustión interna conformando un conducto interno de refrigeración, usualmente denominado galería refrigerante.

La presente invención ampara un método de fabricación especialmente creado para conformar un anillo aleteado de lámina metálica de dicho tipo que, una vez ensamblado y soldado a un aro portador es integrado en el cuerpo de un pistón de motor de combustión interna conformando dicho conducto interno de refrigeración, también denominado galería refrigerante.

Como es en sí conocido, los pistones usados en los motores de combustión interna, particularmente en motores diesel, son sometidos a condiciones térmicas extremas y grandes esfuerzos mecánicos, exigiéndose larga durabilidad bajo condiciones severas, ya que están sujetos a cargas importantes debido a la presión por el impacto de la combustión y el calor que se genera.

Es por esta razón que ya se conocen diversos diseños de pistones que incluyen la presencia de un conducto interno refrigerante que, por lo general se encuentra en adyacencias de la canalización anular que aloja el aro superior del pistón; de esta manera, un líquido refrigerante, generalmente aceite, es el que circula por dicho conducto interno con el objeto de contrarrestar la acción de las temperaturas extremas a que se exponen el pistón y sus aros. Para que dicha acción sea eficaz, es necesario que el trayecto refrigerante esté lo mas cerca de las canalizaciones que alojan a los aros de compresión.

En efecto, dichas condiciones térmicas y solicitaciones mecánicas extremas, someten a esfuerzos especiales a ciertas partes de los pistones que, por las citadas razones, pueden sufrir deterioros o fallas. El recurso de refrigerar dichas zonas o tramos más sometidos, ha dado lugar a la creación de los mencionados conductos internos de refrigeración que configuran galerías internas refrigerantes a través de las cuales circula aceite refrigerante.

Han surgido diversas técnicas para la fabricación de estos conductos refrigerantes, donde se determinan distintos tipos de estructuras y diseños que, por lo general son anulares y se comunican con otros conductos que se extienden hacia el espacio interior del cuerpo del pistón.

El montaje de la presente patente de invención es aplicable a un pistón de aleación de aluminio para motores de combustión interna, del tipo que posee un cabezal circular superior (cabeza del pistón) y una pared cilíndrica que se extiende hacia abajo desde dicho cabezal. En este caso, el citado cabezal, también incluye el inserto de metal que define el conducto anular de refrigeración, dispuesto en el interior del cabezal, constituido por un aro portador que se extiende en forma radial, coaxial al eje del cuerpo del pistón y soporta un anillo de lámina metálica de sección transversal semejante a una "U" o equivalentes ensamblado y soldado a dicho aro portador.

La novedad que incorpora la presente invención, se refiere específicamente al ingenioso recurso de montaje que se utiliza para la vinculación y ensamble del anillo de lámina metálica sobre el aro portador, mediante el cual se asegura que el anillo se mantenga debidamente posicionado y asentado sobre el aro portador antes de proceder con la soldadura, sin recurrir al uso de tensiones por diferencias de dilatación térmica y proveyendo un respaldo al cordón de soldadura sumamente adecuado.

La gran ventaja del montaje inventado radica en el bajo costo para el armado conjuntamente con la gran eficacia y seguridad que se logra, sobre todo, para la aplicación del cordón continuo de soldadura mediante el cual se establece la unión íntima entre ambas partes componentes.

Normalmente, el cuerpo del pistón esta constituido de aluminio y se los fabrica por el método de moldeo, de manera que, el referido conducto refrigerante es un inserto que se ubica en la matriz de conformación, previo al colado, para disponerse dentro del cuerpo del pistón. Este inserto comprende un aro portador que suele ser de fundición gris con níquel y cobre y el anillo de lámina metálica de sección transversal tal como una "U" donde los extremos libres de sus aletas se disponen soldados a dicho aro portador. De esta manera, se mantiene la integridad del pistón y su estructura.

Consecuentemente, se incorpora un conducto anular interno cuyas paredes están constituidas por el referido anillo de lámina metálica de conformación "U" o equivalentes y la superficie radial interna del aro portador, los que están previamente unidos entre sí por soldadura. Se trata de establecer una unión eficiente que asegure la no entrada de material al interior del conducto refrigerante durante la colada de aluminio que se realiza en el proceso de conformación por moldeo del pistón.

Para asegurar dicha unión eficiente entre el anillo de lámina metálica y el aro portador, resulta muy importante que la soldadura de sello sea hermética y segura para que impida la mencionada entrada de aluminio al interior del conducto, así como también la salida de gases calientes desde su interior hacia el aluminio líquido que se vierte durante la colada.

Para asegurar que dicha soldadura sea hermética es muy importante que el anillo de lámina metálica se acople a su respectivo aro portador sin transmitir tensiones que puedan afectar a dicha soldadura. Es por ello que resulta muy importante conformar anillos de lámina metálica cuyas dimensiones sean sumamente precisas y que presenten una conformación definitiva que no transmita tensiones durante las acciones de soldadura al aro portador.

Se destaca también que existen diversas opciones de formato y diseño para estos conductos anulares refrigerantes las que están en función del destino de uso que tendrá el pistón que lo posee. Muchos de estos diversos diseños se concretan mediante variaciones en el formato del anillo aleteado de lámina metálica.

Precisamente, la presente invención también ampara un nuevo método para la fabricación de estos anillos aleteados de lámina metálica, en el que se incluyen también las referidas opciones de variación del diseño de formato final.

Arte previo

Como se indicó precedentemente, ya se conocen diversos insertos aplicados en los pistones para proveer el mencionado conducto anular refrigerante. Incluso se han divulgado sus especiales métodos de fabricación que justifican los requerimientos de seguridad y capacidad resistente.

En este sentido pueden citarse, como ejemplo las patentes de USA Nº 4.776.075, Nº 4.586.553; o Nº 3.991.811 que divulgan respectivos diseños de pistones con galerías refrigerantes anulares internas.

El Solicitante también menciona la patente de USA Nº 5.903.974 referida a un método y aparato para producir aros insertos huecos acanalados para pistones de motores, el cual también se dispone cerca de la parte de arriba o cabezal del pistón con el objeto de constituir una canalización interna para un pasaje refrigerante adyacente a la ranura del aro. Para ello se conforma una estructura que incluye un anillo de lámina metálica cuya sección transversal es en forma de "U" y un aro portador moldeado. El aro portador moldeado es fabricado de un material de alta resistencia y, preferentemente del mismo coeficiente de dilatación térmica que el cuerpo del pistón. Ambos elementos se encuentran ligados mediante un cordón de soldadura que fija la parte externa del anillo de sección "U" y la superficie radial interna de dicho aro portador. Consecuentemente, el conducto que se conforma para la circulación del líquido refrigerante es definido por dicha superficie radial interna del aro portador y la del anillo de lámina metálica de sección "U".

El inconveniente que se presenta en este caso radica especialmente en la precisión que se necesita para el ensamble mutuo de dichas dos piezas que determinan la conformación correcta del conducto refrigerante de manera que, con el uso no se produzcan fisuras indeseadas por movimientos relativos de estos elementos unidos por el cordón de soldadura.

En efecto, en esta patente Nº 5.903.974, se requiere que el diámetro interno del aro portador sea levemente menor que el diámetro de los extremos libres de las ramas de la "U" del anillo de lámina de metal que se ensambla. Para establecer la unión, el anillo portador debe ser previamente calentado provocando que su diámetro interno se expanda para que, en ese estado, dicha lámina de sección "U" presione y se mantenga debidamente posicionada durante la acción de la soldadura.

Esta soldadura, que no tiene base de apoyo o respaldo, es de muy difícil ejecución. Sólo es posible mediante algunos métodos sofisticados que suelen ser de muy alto costo operativo.

Asimismo, los tramos que se ensamblan, deben estar mecanizados con tolerancias muy reducidas para que, en cualquier caso, las interferencias que se deben producir, siempre se mantengan.

Es decir, se recurre a la dilatación térmica para el posicionamiento adecuado y estable de las piezas a unir, lo cual, además de ser costoso, si no está muy bien producido se corre el riesgo que las propias tensiones que se producen durante el uso del pistón
generen fisuras indebidas.

Además de lo expuesto, se destaca que, con esta estructuración sólo es posible conformar conductos de refrigeración limitados a una configuración de sección transversal "U" de caras paralelas, lo cual es sumamente limitativo ya que, existen muchos diseños de pistones que han elegido otros formatos de sección acordes a diversos requerimientos.

El problema principal para todas estas realizaciones radica en lograr un muy buen ensamble y posicionado de la lámina metálica de sección "U" sobre la superficie interna del aro portador, lo cual resulta muy dificultoso y por lo general sumamente costoso, sobre todo para las tareas previas de armado, posicionado y también de soldado.

Se destaca especialmente que el ensamble de este antecedente no utiliza ningún respaldo para el cordón de soldadura que establece la unión entre ambos componentes, lo que hace muy difícil su ejecución e insegura en la hermeticidad que se requiere.

Enfocando el problema indicado existen diferentes documentos de patentes, entre los que se destacan, la patente DE 26 24 412 (US 4.120.081) donde se divulga que una lámina metálica con forma de corona circular plana, se coloca sobre cavidades anulares que, al efecto presenta el aro portador. La lámina metálica se dobla sobre el aro y se la ajusta al mismo por medio de una herramienta adecuada. Luego se procede a sellar la unión mediante soldadura aplicada en los bordes en contacto.

La desventaja o inconveniente de este montaje reside en que el ajuste del doblado, está limitado por el propio cuerpo del aro portador que impide que la lámina de metal quede firmemente ajustada antes de ser soldada.

No es posible asegurar que la lámina de metal quede bien ensamblada en la posición deseada, presionando adecuadamente contra el cuerpo de dicho aro portador, antes del proceso de soldadura.

Puede afirmarse que esta patente no enseña cuatro aspectos especialmente tenidos en cuenta en la presente solicitud, a saber:

Que el anillo de lámina metálica (5) disponga sus extremos (6) y (7) debidamente asentados en las escotaduras o rebajes poco profundos (4) sin transmitir tensiones que afecten al sello por soldadura. Es decir, no enseña como se eliminan las tensiones propias del material que se generan con la acción de doblez sobre la aleta (7) hasta posicionarla sobre su asiento (4).

Tampoco divulga ni sugiere como se pueden obtener otros diseños de sección transversal "U" para el anillo de lámina metálica que no sean con sus alas rectas y perpendiculares al aro de soporte.

Se destaca entonces que este antecedente sólo enseña parcialmente como conformar conductos de refrigeración limitados a una configuración de sección transversal "U" de caras paralelas lo cual es sumamente limitativo ya que, existen muchos diseños de pistones que han elegido otros formatos de sección semejante acordes a diversos requerimientos.

En la divulgación que materializa el citado documento tampoco se enseña como asegurar que los extremos (6) y (7) del anillo de lámina metálica queden firmemente ajustados y debidamente posicionados antes de proceder con la soldadura. Se destaca que para el montaje final, previo a la acción de soldadura, es imprescindible conferir una gran precisión dimensional en los referidos extremos (6) y (7) para asegurar que el ensamble sea preciso y admita todo tipo de soldadura. De lo contrario, pequeños errores son trasladados a la soldadura impidiéndole hacer un sello perfecto. Al utilizarse el cuerpo portador (1) como soporte para la conformación del anillo, no es posible ajustar dicha medida final en los extremos libres del anillo de lámina metálica.

Es muy importante destacar que para dar conformación de sección transversal "U" al anillo de lámina metálica, tal como lo muestra la figura 4, debe llevarse a cabo un trabajo de estampado que exige el uso de lubricantes porque esta operación produce una gran deformación del material. Se requiere lubricación para que el gran rozamiento que se produce no afecte, en gran medida, al espesor de la aleta que se conforma y también para asegurar la vida útil de la matriz de conformado.

El problema radica en que el lubricante utilizado, por mínimo que sea, afecta negativamente a la acción de soldadura final que debe establecer el sello sobre el aro de soporte.

El lubricante contamina las paredes del aro de soporte y también las del anillo de lámina metálica. El lubricante debe eliminarse mediante un lavado y secado previo a la soldadura para asegurar que la acción de soldadura y posterior baño de aluminio (alfinizado o aluminizado), que se realiza antes de ser colados en el pistón, se lleve a cabo sin ningún tipo de contaminantes.

Sin embargo, respecto al "lavado", se destacan dos problemas a saber: a) afecta a las superficies sometidas, es decir, la superficie interna del aro y la de el anillo de lámina metálica, generando serias fallas en el posterior "alfinizado o aluminizado"; y b) el "lavado" no es admitido en la actualidad dado que se trata de un proceso contaminante del medio ambiente.

Es por ello que este recurso de montaje ha sido desechado en la actualidad y la industria a buscado otras soluciones, tales como las que divulgan las patentes US 6.105.540, 5.903.974, 4.776.075, 4.586.553 y también la patente japonesa JP 5-231539, 6-210383.

También se menciona, como parte del arte previo, la patente de USA Nº 6.105.540 que ampara un montaje anular refrigerante aplicable a un motor de combustión interna, que comprende un conducto refrigerante conformado por una lámina metálica soldada a un aro portador de soporte.

La novedad que incorpora esta patente de USA consiste en que, en este caso la lámina metálica que tiene una sección en forma de "U" se mantiene presionando sobre la superficie anular interna del aro portador y no contraída por las diferencias de temperatura entre el aro y el conducto refrigerante. Es decir, supera a las realizaciones anteriores debido a que no tiene en cuenta las diferencias de dilataciones para el montaje del aro metálico en el anillo portador.

El objetivo de dicha patente USA Nº 6.105.540 es proveer un inserto para la conformación del conducto refrigerante que asegure un adecuado posicionamiento del aro metálico sobre el anillo portador antes del proceso de soldadura, de manera que se establezca una junta de soldadura firme y segura entre el aro portador y el anillo de lámina metálica.

Dicha invención contempla que el ensamble preciso y estable pueda realizarse con la utilización de herramientas que apliquen temperatura sobre el anillo de lámina metálica, aunque contempla que la aplicación de diferencias de temperatura, puede omitirse.

La idea básica que divulga y ampara esta patente de invención de USA Nº 6.105.540 es utilizar las propiedades de "cierta elasticidad" de las láminas metálicas para producir su posicionamiento en el aro portador, manteniéndose con cierta presión contra la superficie radial interna del aro para que se pueda soldar en forma segura.

Es por ello que establece como condición que el ángulo entre la superficie o superficies internas del aro portador y las ramas de la "U" del anillo de hoja de metal sea menor a 45º, ya que, si se supera esta medida la referida "elasticidad" deja de favorecer al ensamble.

Si bien, a partir de este principio constructivo de montaje surgen ventajas respecto de lo conocido con anterioridad, analizando el mismo pueden destacarse algunos inconvenientes que son claramente superados con el montaje de la presente invención.

En efecto, se destaca que para el montaje que divulga la patente de USA Nº 6.105.540, es necesario que el perfil "U" que se constituye con el anillo de lámina metálica sea simétrico ya que, de lo contrario, la presión sobre la superficie interna del aro portador deja de favorecer al correcto posicionado.

Se destaca también como limitación de este antecedente la condición que, las paredes del canal que define el anillo de lámina metálica se mantienen siempre con tensión de compresión. Si esta condición no se cumple antes y durante el proceso de soldadura, puede afectar a la misma.

Se destaca nuevamente la limitación que establece la condición de que ambas alas del perfil en "U" del anillo de lámina metálica deben formar un ángulo, respecto al plano de la superficie interna del aro portador en que se apoyan, menor a 45º.

Se destaca la limitación de que las superficie o superficies internas del aro portador no pueden generar un asiento tronco cónico para los extremos de las alas del perfil "U" que conforma el anillo de lámina metálica.

Especialmente se destaca que el aro portador no puede presentar pares de superficies radiales internas que definan escalones de asiento para los extremos libres de las alas del perfil "U" de lámina metálica debido a que la diferencia de los diámetros entre los extremos libres de dichas alas y las superficies internas del aro de soporte tienen que ser mínimas. Al no presentar dichos escalones, la soldadura de las alas se lleva adelante sin respaldo, lo cual es inseguro.

Sobre todo se destaca que cuando se establece un ensamble como el que se logra con el montaje que divulga este antecedente Nº 6.105.540, el cordón de soldadura que fija el ensamble establecido, no tiene respaldo estable ya que los apoyos de los extremos libres de las alas del perfil "U" del anillo de lámina metálica son de reducida superficie, sólo puede practicarse soldadura con un gran aporte de material.

Consecuentemente, cualquier alteración a la tensión establecida, que pueda producirse por la variación de la temperatura, afecta directamente al cordón de soldadura.

Dentro del arte previo, también existen algunos antecedentes que divulgan procesos para la fabricación de estos anillos de lámina metálica.

Entre dichos antecedentes conocidos, se cita la patente japonesa que ha sido publicada bajo JP-A-5-231539 que divulga una estructura que incluye un anillo de lámina metálica de sección transversal en forma de "U" y un aro de soporte moldeado, que se encuentran integrados por la soldadura entre los extremos del anillo de lámina metálica y la parte interna del aro de soporte.

En este documento se divulga que el anillo de lámina metálica se produce rotando una lámina de metal que tenga el mismo coeficiente de dilatación térmica del material del cuerpo del pistón.

En efecto, como también lo divulga la patente de USA Nº 5.903.974 del Sr. Kenji Nakajima, estos anillos de lámina metálica de sección transversal "U" hasta ahora han sido fabricados a partir de láminas de acero inoxidable de 18 mm de ancho, 290 mm de largo y 0,6 mm de espesor por ejemplo, la que es curvada utilizando máquinas formadoras de rollos. Una vez curvada, se las coloca en una plantilla de sección transversal circular y se la suelda en sus extremos libres conformando un anillo circular. Mediante dichas máquinas formadoras giratorias, este anillo adquiere una sección transversal con forma de "U".

Como complemento a lo anteriormente expuesto, la solicitud de patente Japonesa JP-A-6-210383 reza: una lámina cilíndrica, obtenida por la soldadura de los extremos libres de una lámina curvada, se enrolla en una máquina formadora de rollos hasta adoptar el formato de un collar circular de sección "U". Luego, el mismo es dispuesto en una máquina rotadora que la lleva a la dimensión predeterminada de acuerdo con el diámetro interno del aro. En un paso posterior, la lámina en forma de anillo pasa por una máquina que le quita las asperezas de los bordes de extremo de los collares circulares que se forman durante este proceso.

En dicha patente de USA Nº5.903.974 también se divulga que, como técnica convencional para la construcción de estos anillos de lámina metálica se requiere la utilización de tres aparatos distintos: un rodillo, un aparato para girar y un aparato alisador (un aparato para alisar arrugas o irregularidades). Estas máquinas no están ensambladas sino que deben colocarse una después de la otra ocupando un gran espacio. Esto representa un gran costo de instalación. Nakajima afirma que con la técnica convencional no se pueden producir anillos de lámina metálica en forma eficiente.

La novedad que divulga la patente de USA Nº 5.903.974, es una máquina para producir estos anillos de lámina metálica que incluye los pasos de colocar un aro cilíndrico en una ranura receptora, de manera que mientras gira la matriz con el aro cilíndrico en posición movible, un rodillo presiona sobre el mismo formando los collares que le confieren el formato de sección "U". Luego cada anillo así preconformado, es dispuesto de manera que una máquina cortadora actúa sobre sus bordes libres, mientras gira la matriz que lo soporta, alisando el borde es decir eliminando las arrugas y rebarbas que puedan existir.

La referida patente de USA Nº 5.903.974 presenta la novedad de lograr una única máquina que sea capaz de conformar el anillo de lámina metálica de manera total. Es decir, lo que antes requería el uso de tres máquinas, ahora se logra en una, el método y los pasos para su fabricación siguen siendo esencialmente los mismos que los divulgados en las referidas patentes japonesas. De manera que son costosos y requieren un gran herramental.

Además se destaca que se trata de una máquina o proceso especialmente diseñado para hacer anillos de perfil "U" de alas rectas. En caso que se requiera otro diseño de perfil o sección transversal, deberán incorporarse otras matrices de conformación especialmente diseñadas para cada caso, lo cual aumenta los gastos de fabricación de manera importante.

Se destaca también que en todos los casos se trata de procesos que combinan matrices giratorias con rodillos presionadores que deforman un anillo cilíndrico para dar formato a un anillo de perfil "U".

Se destaca también que en estas divulgaciones siempre se parte de anillos cilíndricos constituidos a partir de chapas curvadas que luego son soldadas en sus extremos libres.

También se cita la Patente US 1.428.777 donde se divulgan etapas finales que dan formato a un anillo de lámina metálica, con la aclaración que este anillo no es apto para la aplicación o destino a que se refiere la presente solicitud.

Por otra parte, con el método que esta patente divulga no es posible conformar un anillo de lámina metálica como el que requiere el montaje de esta solicitud.

En efecto, analizando el antecedente, vemos que en las columnas 1 y 2 (líneas 35 a 57) refiriéndose a la figuras Nos. 3 y 4, se describe claramente el método de conformación divulgado. Especialmente en la etapa final (líneas 53 a 57) donde dice: "Una vez formado el miembro o elemento mostrado en la figura 3, se coloca la arandela (6) sobre el cilindro (9) y contra la saliente (10), luego de lo cual se dobla hacia fuera el cilindro para completar la empaquetadura tal como se muestra en la figura 4."

Resulta evidente que, de la manera expuesta, la citada arandela (6) queda alojada en el interior del anillo como parte integrante de la empaquetadura. No es posible retirar la arandela (6).

Puede decirse que la referida arandela (6) actúa como matriz interna para la conformación del anillo.

Precisamente, la presencia de dicha arandela (6) ocupando el espacio interno del anillo, impide que este pueda ser aplicado en la finalidad a que se refiere la presente solicitud (conformar las paredes laterales de un conducto o galería cerrada por donde pueda circular libremente un fluido refrigerante).

El referido objeto de la invención puede ser obtenido a través de un método de acuerdo con la reivindicación 1 ó 6.

Como ya se indicó, el montaje a que se refiere la presente patente de invención es aplicable a un pistón de aleación de aluminio para motores de combustión interna, del tipo que posee un cabezal circular superior (cabeza del pistón) y una pared cilíndrica que se extiende hacia abajo desde dicho cabezal. En este caso, el citado cabezal, también incluye el inserto de metal que define el conducto anular de refrigeración, dispuesto en el interior del cabezal, constituido por un aro portador que se extiende en forma radial, coaxial al eje del cuerpo del pistón y soporta un anillo de lámina metálica de sección transversal semejante a una "U" ensamblado y soldado a dicho aro portador.

La novedad que incorpora la presente invención, se refiere específicamente al ingenioso recurso de montaje que se utiliza para la vinculación y ensamble del anillo de lámina metálica sobre el aro portador, mediante el cual se asegura que el anillo se mantenga debidamente posicionado, sobre el aro portador, antes de proceder con la soldadura, sin recurrir al uso de tensiones por diferencias de dilatación térmica y proveyendo un respaldo al cordón de soldadura sumamente adecuado y seguro.

Se trata de un montaje que sólo necesita una mínima deformación final para que las aletas del anillo de lámina metálica queden posicionadas con gran precisión, cualquiera sea el ángulo en que estén diseñadas.

Se trata de un montaje que se realiza íntegramente en seco, en condiciones totalmente asépticas, sin ningún tipo de lubricante, asegurando que la posterior acción de soldadura se realice sobre superficies libres de contaminantes, tanto en el anillo de lámina metálica como en el aro de soporte, de manera que el aluminizado y posterior fundido en el pistón de aleación de aluminio se eficaz.

Se trata de un montaje que se lleva a la práctica con la pieza final ensamblada y soldada totalmente limpia y aséptica sin que necesite acción de lavado alguno.

La primer novedad que destaca a esta realización de todas las que se conocen en la actualidad consiste en que el aro portador provee, para el asiento de cada uno de los tramos de borde anular del anillo de lámina metálica, un apoyo superficial que se define en un plano diametral y también un apoyo superficial que se define en un plano axial. Ambas superficies de apoyo, son superficies internas del aro portador que forman ángulo entre sí, cuyos diámetros son mayores que el diámetro de la superficie interna del mismo aro que se define entre ambas.

A partir de este principio constructivo, la invención contempla que los referidos asientos puedan presentar una orientación oblicua para aquellos casos donde el anillo de lámina metálica requerido tiene sus alas formando un tronco de cono (sin restricción de ángulo).

Consecuentemente, estas superficies, que definen dichos asientos del anillo de lámina metálica, se disponen separadas entre sí, mediante un tramo que se proyecta hacia el espacio interior del aro, el cual constituye una de las superficies internas del conducto refrigerante que se conforma.

De lo expuesto, surge claro que se constituye un doble apoyo de asiento que favorece al respaldo que se ofrece al cordón de soladura, formando parte del mismo.

Esta ventaja es posible debido a la novedosa solución constructiva que se establece para el montaje del anillo de lámina metálica en el aro portador. En efecto, para producir el montaje adecuado y estable, el anillo es presentado y posicionado en el cuerpo del aro portador sin que posea su formato definitivo.

Se establece un anillo preformado donde una de las aletas de su sección transversal "U" se encuentra abierta en un ángulo mayor que la otra. En estas condiciones, el diámetro del extremo libre de una de las aletas es, al menos, similar al diámetro de la superficie interna del aro portador en el que dicha aleta hace tope; en tanto que, el diámetro del extremo libre de la otra aleta es sustancialmente menor que el diámetro de la superficie interna del aro portador en el que dicha ala hace tope.

En estas condiciones, cuando se posiciona la preforma del anillo, una de sus aletas quedará dispuesta en su lugar de asiento, en tanto que la otra se mantiene levemente separada de su asiento con un diámetro menor. Utilizando una herramienta adecuada bastará con realizar una acción de compresión sobre el anillo, que tome a dicha ala abierta, hasta que la misma se ubique en el correspondiente asiento del aro portador y haga tope.

Experimentaciones realizadas demuestran que, de la manera expuesta, el montaje que se establece es muy eficaz ya que el anillo de lámina metálica se mantiene posicionado, sin tensiones y estable para que se lleve adelante la acción de soldadura. Se logra un posicionamiento ideal sin necesidad de generar dilataciones térmicas, y sin que se generen tensiones indeseadas en el acople. Es un ensamble claramente mecánico.

Se destaca que el montaje inventado admite que el perfil o sección transversal del anillo de lámina metálica, pueda responder a diferentes diseños y dimensiones, ya que guardando la condición constructiva de generar la preforma del anillo, de la manera expuesta, para permitir su acople al aro portador, siempre será posible el montaje en condiciones adecuadas para la posterior acción de soldadura definitiva.

En este sentido, se destaca que admite el montaje de anillos de lámina metálica de sección "U" o equivalentes, donde las aletas de la "U" forman ángulo agudo con el alma transversal que las vincula; son alas convergentes.

En este sentido, también se destaca que admite el montaje de anillos de lámina metálica donde una de las aletas es de mayor longitud que la otra, de manera que el ancho del conducto refrigerante que se conforma, es mayor que la altura o espesor del aro portador.

También se destaca que, como consecuencia del montaje inventado, los asientos que define el aro portador para el apoyo de los extremos libres de las aletas podrán ser paralelos u oblicuos al plano horizontal del conjunto, es decir, asientos troncocónicos.

También se destaca que, como consecuencia del montaje inventado, es posible diseñar láminas metálicas de sección "U" o equivalentes, cuyas alas presenten distintos grados de curvatura con distintos radios y ángulos.

También se destaca que, como consecuencia del montaje inventado, es posible diseñar láminas metálicas de sección "U" o equivalente, cuyo diseño determina que el conducto refrigerante se disponga desalineado respecto del eje de simetría del aro portador.

También se destaca que el doble apoyo de las alas de la lámina, constituyen un respaldo muy seguro a cualquier tipo de soldadura con o sin aporte de un tercer material.

Consecuentemente, puede definirse como un objeto de la presente invención: "Un montaje de anillo de lámina metálica ensamblado y soldado en un aro portador para conformar el conducto anular refrigerante de un pistón de motor de combustión interna", donde el montaje recurre a un anillo de lámina metálica, cuya sección transversal comprende un alma que se extiende entre dos aletas que se proyectan hacia el aro portador de manera que, sus extremos libres se apoyan y acoplan en sendos asientos anulares que se definen en la cara interna del aro portador, en correspondencia de sus aristas de borde interno; donde dicho apoyo y acople se sella mediante respectivos cordones anulares de soldadura que se extienden en los citados asientos anulares y se respaldan en el cuerpo del aro portador, conformándose un conducto anular interno de refrigeración cuya superficie interna está constituida por anillo de lámina metálica y la superficie diametral interna del aro portador que se extiende entre dichos dos asientos anulares.

La invención contempla que las aletas del anillo de lámina metálica están orientadas en dirección convergente hacia el aro portador.

Se contempla también que las aletas del anillo de lámina metálica se orienten en dirección perpendicular hacia el aro portador.

Asimismo se contempla que el cuerpo del aro portador sea de sección transversal tronco cónica y las aletas del anillo de lámina metálica se orienten en direcciones convergentes hacia los respectivos asientos anulares del aro portador.

También se contempla que una de las aletas de la lámina metálica se oriente en dirección perpendicular al cuerpo del aro portador y la otra sigue una línea curva y luego remata en un tramo recto final que se extiende hasta el asiento, el cual es en dirección transversal al aro portador.

Asimismo se contempla que las dos aletas de la lámina metálica sean curvadas con sus tramos de extremo orientados en dirección transversal al aro portador.

Por otra parte se contempla que la altura del anillo de lámina metálica pueda ser mayor que la altura del aro portador.

También se contempla que los cordones anulares de soldadura que se respaldan sobre el aro portador se definan sobre los asientos anulares de dicho aro, confinados en un doble apoyo de respaldo.

Asimismo, para el acople del anillo de lámina metálica en el aro portador, dicho anillo previamente presenta una de sus aletas abatida con un ángulo mayor que la otra, de manera que el diámetro de su extremo libre es menor que el diámetro del extremo libre de la otra aleta, en tanto que, luego del acople esta ala abatida es presionada contra el cuerpo del aro portador adoptando su posición y formato definitivo.

Se destaca también que para el acople del anillo de lámina metálica en el aro portador, el diámetro del extremo libre de una de las aletas, es menor que el diámetro interno del aro portador.

Asimismo, el método para fabricar un anillo aleteado de lámina metálica a que también se refiere la presente patente de invención se destaca claramente de todos los que se conocen en la actualidad debido a que no requiere el uso de máquinas costosas ya que, se conforma por estampado mediante el uso de matrices y herramientas conocidas y convencionales.

Se elimina la necesidad de utilizar medios que producen el giro de la pieza que se conforma, combinado con rodillos conformadores, lo que requiere grandes gastos en maquinarias, accesorios y mano de obra.

Se elimina la necesidad de partir de anillos cilíndricos constituidos por chapas curvadas cuyos extremos se unen por soldadura. Evitar la soldadura, significa evitar fuentes de fallas o desperfectos por soldaduras mal realizadas.

Para conformar el anillo de esta invención se parte de una chapa plana de uso comercial estándar.

Esto trae la ventaja que puede seleccionarse, sin ningún tipo de inconvenientes, distintos espesores de la lámina en función del espesor que se desea para cuando se conforma la pared del canal "C".

En igual sentido se podrán elegir láminas de distintos tipos de materiales, como por ejemplo distintas calidades de acero inoxidable y/o aceros al carbono.

El proceso inventado permite ajustar el diseño del perfil del anillo en función de la necesidad que establece el diseño final del canal refrigerante que se conforma.

Para su fabricación no se requiere ningún tipo de soldadura previa para la conformación del anillo, lo que elimina de origen la posibilidad de fallas de soldadura.

Sobre todo se destaca que responde a un principio de funcionamiento totalmente novedoso ya que se recurre al método de estampado a partir de una lámina metálica plana, preferentemente circular.

Consecuentemente, se define como otro objeto de la presente invención un "Método para fabricar un anillo aleteado de lámina metálica apto para acoplarse a un aro portador y conformar el conducto anular refrigerante de un pistón de motor de combustión interna", que comprende las etapas de: tomar una lámina metálica plana de espesor adecuado, y cortar la misma conformando un disco circular; producir, por estampado sobre dicho disco, una pared circunferencial con un borde apestañado de aleta divergente; cortar y expulsar su fondo circular, mediante una acción de estampado sobre la pieza conformada en la etapa anterior; tomar el anillo constituido en la etapa anterior y conformar un segundo borde apestañado de aleta divergente mediante una acción de estampado sobre el borde circular opuesto al que ya posee la primer aleta divergente; en caso que sea necesario, colocar el anillo aleteado producido en la etapa anterior en un soporte giratorio y someterlo a un calibrado de terminación mediante herramientas de corte que actúan sobre los bordes circunferenciales de ambas aletas.

Se destaca que, las matrices de estampado comprenden una pieza de apoyo y una herramienta estampadora cuyas superficies activas de acción cooperante, que encierran a la pieza metálica sobre la que actúan, presentan tramos periféricos cuya conformación responde al diseño previsto para el anillo de lámina metálico que se constituye.

Se aclara que, la acción de corte que se produce sobre la lámina metálica en la primera etapa, se realiza mediante una matriz de corte circular por estampado.

La invención también contempla como objeto secundario, "Un anillo aleteado de lámina metálica", obtenido por el método descrito y consiste en un cuerpo único de lámina metálica cuya sección transversal es un perfil "C" cuyas aletas divergentes responden a diferentes diseños preestablecidos.

Se aclara que los diferentes diseños preestablecidos para las aletas divergentes del anillo de lámina metálica prevén distintas orientaciones, curvaturas y dimensiones de las mismas.

Descripción sintética de las figuras

Para concretar las ventajas así someramente comentadas, a las que los usuarios y los entendidos en la especialidad podrán agregar muchas otras más y para facilitar la comprensión de las características constructivas, constitutivas y funcionales del montaje inventado, se describe a continuación un ejemplo preferido de realización, el que se ilustra, esquemáticamente y sin una escala determinada, en las láminas adjuntas, con la expresa aclaración de que, precisamente, por tratarse de un ejemplo, no corresponde asignar al mismo un carácter limitativo o exclusivo del alcance de protección de la presente patente de invención, sino simplemente le asiste una intención meramente explicativa e ilustrativa de la concepción básica en que se funda la misma.

La Figura Nº 1 es una vista lateral parcial complementada con un corte vertical del cuerpo que constituye un pistón de motor de combustión interna.

La Figura Nº 2 es una vista en corte transversal que representa el montaje inventado, mostrando el caso donde las aletas del anillo de lámina metálica de sección "U" son rectas y paralelas entre sí.

La Figura Nº 3 es una vista en corte transversal que representa el montaje inventado, mostrando el caso donde las aletas del anillo de lámina metálica de sección "U" son convergentes.

La Figura Nº 4 es una vista en corte transversal que representa el montaje inventado, mostrando el caso donde el cuerpo del aro portador presenta asientos oblicuamente orientados (conformación troncocónica) debido a que las aletas del anillo de lámina metálica son convergentes hacia dichos asientos.

La Figura Nº 5 es una vista en corte transversal que representa el montaje inventado, mostrando el caso donde el conducto de refrigeración que conforma el anillo de lámina metálica es de mayor altura que la altura del cuerpo del aro portador. Dicho conducto se dispone desalineado del eje de simetría del aro portador.

La Figura Nº 6 es una vista en corte transversal que representa el montaje inventado, mostrando el caso donde las aletas del anillo de lámina metálica son curvadas.

La Figura Nº 7 es un esquema en corte vertical, que muestra el anillo de lámina metálica de perfil "U" y alas paralelas tal como el que se representa en la figura Nº 2, en este caso preformado para su posicionamiento en el aro portador, antes del ensamble definitivo, pudiéndose apreciar que los diámetros de los extremos libres de las aletas son distintos entre sí.

La Figura Nº 8 es un esquema en corte vertical, similar al de la figura anterior, que representa un perfil del anillo de lámina metálica tal como el que se representa en la figura Nº 3, en este caso preformado para su posicionamiento en el aro portador, antes del ensamble definitivo, pudiéndose apreciar que los diámetros de los extremos libres de las aletas son distintos entre sí.

La Figura Nº 9 es un esquema en corte vertical, similar al de las figuras anteriores, que muestra el caso donde los asientos del cuerpo portador son oblicuos y orientados en dirección divergente y un anillo de lámina metálica tal como el que se representa en la Figura nº 4, que se dispone preformado para su posicionamiento en el aro portador, pudiéndose apreciar que los diámetros de los extremos libres de las aletas son distintos entre sí.

La Figura Nº 10 es un esquema en corte vertical, similar al de las figuras anteriores que muestra un anillo de lámina metálica tal como el representado en la figura Nº 5, en este caso preformado para su posicionamiento en el aro portador, pudiéndose apreciar que los diámetros de los extremos libres de sus aletas son distintos entre sí.

La Figura Nº 11 es un esquema en corte vertical, similar al de las figuras anteriores, que muestra un anillo de lámina metálica de perfil "alveolar" (curva continua), tal como el representado en la Figura Nº 6, en este caso preformado para su posicionamiento en el aro portador, pudiéndose apreciar que los diámetros de los extremos libres de sus aletas son distintos entre sí.

La Figura nº 12 es un esquema en corte vertical que muestra como se produce el posicionamiento definitivo entre las piezas que constituyen al conducto refrigerante, montadas según la presente invención.

La Figura Nº 13 es un esquema en corte vertical que muestra como se produce la acción de soldado sobre las piezas ya posicionadas.

La Figura Nº 14 es un detalle ampliado, en corte vertical que muestra como se produce el empalme del borde de extremo libre de un aleta del anillo de lámina metálica sobre el correspondiente asiento de ensamble que define el aro portador, para que se proceda a la acción de soldadura.

La Figura nº 15 es un detalle ampliado, en corte vertical, similar al de la figura anterior, en este caso mostrando como se establece y conforma el cordón anular de soldadura que une ambas piezas de manera segura y estable.

La Figura Nº 16 es una vista en perspectiva que muestra un anillo aleteado de lámina metálica que puede ser conformado mediante el método de la presente invención.

La Figura Nº 17 es una vista lateral, complementada con un corte vertical del cuerpo que constituye el pistón de un motor de combustión interna.

La Figura Nº 18 es un detalle, en corte transversal que muestra el inserto que se incorpora al cuerpo del pistón para constituir el conducto anular refrigerante.

La Figura Nº 19 es una perspectiva esquemática que muestra la primer etapa de conformación del anillo aleteado de lámina metálica, según el método de la presente invención para el caso donde la sección transversal del anillo aleteado que se conforma, es según una "U" de ramas rectas.

La Figura Nº 20 es un esquema en corte vertical que representa una etapa de conformación del anillo aleteado, posterior a la representada en la figura anterior.

La Figura Nº 21 es un esquema en corte vertical que representa otra etapa de conformación del anillo aleteado, posterior a la que se representa en la figura anterior.

La Figura Nº 22 es un esquema en corte vertical que representa otra etapa de conformación del anillo aleteado, posterior a la que se representa en la figura anterior.

La Figura Nº 23 es una perspectiva esquemática que muestra la primer etapa de conformación del anillo aleteado de lámina metálica, según el método de la presente invención, para el caso donde la sección transversal del anillo aleteado que se conforma, es según una "U" de ramas curvas.

La Figura Nº 24 es un esquema en corte vertical que representa una etapa de conformación del anillo aleteado, posterior a la que se representa en la figura anterior.

La Figura Nº 25 es un esquema en corte vertical que representa una etapa de conformación del anillo aleteado de lámina metálica, posterior a la que se representa en la figura anterior.

La Figura Nº 26 es un esquema en corte vertical que representa una etapa de conformación del anillo aleteado, posterior a la que se representa en la figura anterior.

La Figura Nº 27 es un esquema en corte vertical que representa una etapa de conformación del anillo aleteado, posterior a la que se representa en la figura anterior.

La Figura Nº 28 es también una vista en corte vertical que, en este caso representa la etapa de ajuste o calibrado de los diámetros de las alas del canal "U" del anillo aleteado que se conforma según el método de esta invención, en caso que sea necesario.

La Figura Nº 29 es una vista en corte vertical que, en este caso, muestra que con el método inventado es posible conformar un anillo aleteado capaz de acoplarse en un aro de soporte tal como el que se representa en las figuras 31 y 32.

La Figura Nº 30 es una vista en corte vertical que representa una etapa de conformación del anillo aleteado, posterior a la que se muestra en la figura anterior.

La Figura Nº 31 es una vista en corte vertical que muestra el anillo aleteado conformado según las figuras 14 y 15, cuando se lo presenta para su montaje en el aro portador.

La Figura Nº 32 es también una vista en corte vertical que muestra el montaje definitivo del anillo aleteado de lámina metálica en un aro portador preferido, factible según el método inventado.

Se aclara que, en todas las figuras, a iguales números de referencia, corresponden las mismas o equivalentes partes o elementos constitutivos del conjunto, según el ejemplo elegido para la presente explicación del montaje inventado.

Descripción detallada de un ejemplo elegido

Tal como se puede apreciar en la Figura Nº 1, el montaje a que se refiere la presente patente de invención, es previsto para ser aplicado en los pistones (1) que utilizan los motores de combustión interna.

Como es en sí conocido el pistón, junto con los aros (no ilustrados), deben sellar en forma efectiva la cámara de combustión evitando el ingreso de los gases calientes y aceite lubricante en cualquier condición de trabajo. Por otra parte, se sabe que la porción (2) usualmente denominada cabeza del pistón es la que se ve mas expuesta a los requerimientos térmicos y mecánicos. Es por ello que, en la actualidad existen numerosos pistones que incluyen galerías refrigerantes (3) dispuestas en el cuerpo de dicha cabeza (2).

La finalidad de estas galerías refrigerantes (3) es contrarrestar el calentamiento en dicha zona cuando la temperatura es excesiva. Para ello, un líquido refrigerante, tal como el aceite de motor circula por dicho conducto interno (3) que, a través de los conductos (4) mantiene comunicación con el interior del pistón. Es decir, una cierta cantidad del propio aceite lubricante que se agita con el movimiento del pistón también ingresa al conducto interno refrigerante (3) absorbiendo el calor del interior del cuerpo de la cabeza (2).

Normalmente, el cuerpo de un pistón esta constituido de aluminio y se los fabrica por moldeo, en tanto que los citados conductos refrigerantes (3) son conformados por un anillo de lámina metálica (5) soldado a un aro portador (6) que suele ser de fundición gris con níquel y cobre, que son colocados en el interior de la matriz de conformación, previo al colado, de manera que se mantienen en el interior del cuerpo del pistón. En estas condiciones se mantiene la integridad del pistón y su estructura.

Como se aprecia en dicha Figura Nº 1, el conducto refrigerante (3) es un conducto anular cuyas paredes están constituidas por el referido anillo de lámina metálica y la superficie radial interna (7) del aro portador (6).

Lo que se ampara con la presente invención es, precisamente, el montaje que se a creado para que la conformación del conducto refrigerante (3) mediante la unión por soldadura del anillo de lámina metálica (5) con su aro portador (6) sea eficiente, de bajo costo y sobre todo, que asegure la no entrada de aluminio durante todo el proceso de la colada del pistón.

De preferencia, el conjunto de piezas que constituye el montaje de esta invención, tiene el mismo coeficiente de dilatación que el aluminio.

En efecto, como lo muestran los detalles que se representan en las figuras nos. 2 a 6, el montaje logrado se destaca porque el aro portador (6) presenta dos asientos anulares (8) y (9) en correspondencia de su cara interna. Estos asientos anulares son iguales, opuestos y simétricos entre sí y se mantienen separados por un tramo del cuerpo del mismo portador que define la superficie radial interna (7) del conducto anular refrigerante (3) que se conforma.

La presencia de estos asientos (8) y (9) resulta destacable debido a que en cada uno de ellos se establece un doble apoyo para los extremos libres de las aletas (10) y (11) del anillo de lámina metálica doblada (5). Un apoyo lo constituye la superficie anular en sentido diametral y el otro apoyo, lo constituye la superficie anular en sentido axial que conforman los mencionados asientos anulares (8) y (9).

De esta manera lo que se logra es asegurar que la soldadura que establece la unión entre ambas piezas (5) y (6) provea un cierre hermético que impide la entrada de aluminio al conducto anular refrigerante (3) o la salida de gases calientes desde el interior de dicho conducto (3) hacia el aluminio líquido recién vertido en el molde ya que, estos efectos son causal de rechazo del pistón que se conforma.

Como lo muestran dichas figuras 2 a 6, el mencionado doble apoyo para cada asiento anular (8) y (9) se destaca debido a que aseguran que la soldadura se respalde sobre el cuerpo del aro portador lo cual resulta sumamente ventajoso para la capacidad de resistir todo tipo de solicitaciones mecánicas así como también las tensiones que se presentan con los cambios de temperatura. Es decir: el cordón de soldadura (12) siempre actúa como medio de sello y la resistencia mecánica la provee el cuerpo del aro portador.

Se destaca lo indicado en el párrafo anterior debido a que se conocen muchos casos en donde los extremos libres de las alas del anillo (5) se apoyan sobre superficies axiales del aro portador (6), constituyendo apoyos lineales, de manera que el cordón de soldadura es también respaldo del cierre y, por lo tanto el sello que se constituye debe estar muy bien logrado, de lo contrario algún movimiento relativo producido por el comportamiento de los materiales en función de las altas temperaturas puede generar fisuras.

En estas seis figuras (2/6) se muestran distintas opciones de diseño que responden al principio constructivo indicado en los dos párrafos anteriores y, a la vez, cada una de ellas se adapta a diferentes criterios de conformación para los conductos refrigerantes (3) que requieren los clientes. Con estas figuras se demuestra que el montaje inventado admite distintos diseños de conducto refrigerante (3). Consecuentemente es adaptable a los distintos requerimientos del mercado.

El caso que representa la Figura Nº 2, muestra que el anillo de lámina metálica (5) es de sección "U" de alas rectas perpendiculares al cuerpo del aro portador (6), de manera que los extremos libres de sus aletas (10) y (11) se apoyan y hacen tope en los citados asientos (8) y (9) que provee el aro portador (6).

En la Figura Nº 3 se muestra que el anillo de lámina metálica (5a), en este caso, tiene sus aletas (10) y (11) en dirección convergente hacia el cuerpo del aro portador, de manera que el conducto refrigerante (3) que se conforma es de sección transversal trapezoidal.

En la Figura Nº 4 se muestra que el anillo de lámina metálica (5b), en este caso, asienta en un aro portador (6) de sección transversal tronco cónica; consecuentemente, sus asientos anulares (8) y (9) están orientados en dirección divergente, de manera que el conducto refrigerante (3) que se conforma, también es de sección transversal trapezoidal y de mayor altura que la del citado aro portador (6).

En la Figura Nº 5 se muestra otra variante en el diseño del conducto interno refrigerante (3) posible de lograr con el montaje inventado. En este caso, el aleta (11) del anillo (5c) es recta y se orienta perpendicular al asiento (9) del aro portador (6), en tanto que el ala (10) nace en un tramo curvado y remata perpendicular a la superficie diametral de las dos superficies que constituyen el asiento (8). En este caso también se conforma un conducto de refrigeración (3) que es de mayor altura que el aro portador (6).

En la Figura Nº 6 se muestra otra variante en el diseño del conducto interno refrigerante (3) posible de lograr con el montaje inventado. En este caso las mencionadas aletas (10) y (11) del anillo (5d), se proyectan siguiendo respectivas curvas que rematan en rectas convergentes orientadas en sentido perpendicular a la superficie diametral de las dos superficies que constituyen los citados apoyos (8) y (9) del aro portador (6).

Observando ahora las Figuras Nos. 7 a 11, es posible comprender la solución constructiva ideada para permitir el montaje inventado de manera simple, rápida, de bajo costo operativo y muy segura.

Si se aprecia el corte que muestra la Figura Nº 7, es posible comprender que el diámetro que determina el extremo libre del aleta (10) es más corto que el diámetro que determina el extremo libre del aleta (11) y que el ángulo de curvatura respecto del alma central desde donde se proyecta el aleta (10), es mayor que el ángulo de curvatura desde donde se proyecta el aleta (11).

Se trata entonces de un anillo de lámina metálica (5) preformado en donde la longitud de la proyección del aleta (10) es menor que la longitud de la proyección del aleta (11). Siendo esta condición constructiva sumamente útil para producir el ensamble del aro de soporte (6) con este anillo de lámina metálica (5).

En efecto, si se observan también las Figuras Nos 7/11 se podrá comprender que la relación dimensional explicada en los dos párrafos precedentes es la que permite que el anillo (5) pueda ingresar para enfrentar a la cara anular interna del aro portador (6). Esto se debe a que, el diámetro del extremo libre del aleta (10) es siempre levemente menor que el diámetro del tramo de superficie radial (7) que, perteneciente al aro soporte (6), se extiende entre los asientos (8) y
(9).

Con esta simple solución constructiva, se resuelve de manera muy eficaz el empalme entre las piezas (5) y (6).

En la Figura Nº 12 muestra que, una vez posicionados el anillo (5) y el aro portador (6) entre sí, bastará realizar un estampado final sobre el ala (10). La aleta (11) se mantiene posicionada con su extremo libre apoyado en el asiento (9), mientras que la herramienta (12) presiona sobre la aleta (10) provocando que su extremo libre se posicione adecuadamente en el asiento anular (8).

En dicha Figura Nº 12 se muestra que el anillo de lámina metálica (5) se mantiene muy bien posicionado y estable sobre el aro portador (6) dando conformación definitiva al conducto anular refrigerante (3), sin que las aletas (10) y (11) estén tensionadas.

El detalle ampliado que representa la figura Nº 13 es, precisamente, para mostrar como se produce la acción de soldadura (13) que establece el sello definitivo de unión (12) entre ambas piezas (5) y (6).

En efecto, tal como lo destacan los detalles ampliados de las figuras 14 y 15, lo que distingue a este montaje respecto de todos los que se conocen en la actualidad, es que se utiliza el cuerpo del aro portador como respaldo al cordón de soldadura (14), lo cual asegura que este sea muy estable y seguro.

En este ejemplo preferido, se muestra un cordón de soldadura (14) (Figura 15) realizado mediante un arco voltaico sumergido en gases. De esta manera, se genera un cordón (14) constituido por el extremo libre de la aleta (10) y una porción del aro portador (6) que comprende al asiento anular (8) (Figura 14). Es un sello anular constituido por los materiales que proveen dichos tramos empalmados y que también podrá incluir un tercer material en caso que sea necesa-
rio.

Obviamente, este tipo de acople también permite recurrir a otros tipos de soldadura, tales como las de haz electrónico, las de alta frecuencia, microplasma, etc. en todos los casos con o sin aporte de mate-
rial.

El método de fabricación a que se refiere la presente patente de invención ha sido creado para constituir el anillo aleteado (5) que se representa en la figura Nº 16. Se trata de un anillo de lámina metálica tal como los precedentemente explicados para describir el montaje inventado.

Ahora, para explicar con mayor detalle el método inventado para la fabricación de dicho anillo, se lo describe indicando que comprende un alma (15) desde donde se proyectan sendas aletas (10) y (11) conformándose un canal anular cuya dimensión y formato definen la conformación básica que tendrá el conducto anular refrigerante que se constituye a partir del mismo.

En la Figura Nº 17 se muestra nuevamente el esquema de un pistón (1) para un motor de combustión interna. Por lo general son construidos de fundición de aluminio y se los fabrica por moldeo, destacándose porque incluyen un conducto anular refrigerante (3) que se extiende en correspondencia de la parte superior (2) del pistón.

Como se indicó precedentemente, la finalidad de estos conductos anulares refrigerantes es contrarrestar el calentamiento en dicha zona superior cuando la temperatura es excesiva. Para ello, por dicho conducto anular circula un líquido refrigerante, tal como el propio aceite lubricante que se agita con el movimiento del pistón.

El corte que representa la Figura Nº 18 muestra como se constituyen estos conductos anulares refrigerantes (3) según divulgaciones anteriores a la presente solicitud, y también según realizaciones que existen actualmente en el mercado. En él se aprecia el anillo aleteado de lámina metálica (5) vinculado a un aro de soporte (6).

En dicha Figura Nº 18 se aprecia claramente que el conducto anular de refrigeración que se define, lo componen la superficie interna (7) del aro portador, las aletas (10) y (11) y el alma (15) del anillo de lámina metálica (5).

Es un objeto de la presente invención un novedoso método para la construcción del referido anillo aleteado de lámina metálica (5) que luego es unido, por soldadura, al aro de soporte (6) constituyendo un conducto anular refrigerante capaz de actuar eficientemente en el interior del cuerpo del pistón.

En este ejemplo elegido se muestra el caso donde el anillo aleteado (5) responde a una configuración cuya sección transversal es según una "U" de ramas rectas y paralelas. Sin embargo se aclara que el método de fabricación inventado está concebido para conformar otros anillos aleteados de formatos y diseños variados. Como surge de la explicación funcional que a continuación se describe, para ello bastará con cambiar las matrices de estampado.

En las figuras Nos. 19 a 22 se representan las etapas del proceso para concebir el anillo (5) de ramas rectas y paralelas entre sí.

En la Figura Nº 19 se muestra que la primer etapa consiste en troquelar una lámina metálica plana (16) mediante una herramienta de corte (17), obteniéndose una placa plana discoidal (18) a partir de la cual se conformará el anillo (5).

Se destaca especialmente esta primera tapa de conformación debido a que, para la construcción de estos anillos de lámina metálica, se parte de un disco plano metálico de fácil obtención y bajo costo.

En efecto, en la mayoría de los casos se parte de un anillo cilíndrico constituido por una lámina metálica doblada cuyos extremos son unidos por soldadura. En cambio, con el método de esta invención se encontró la manera de evitar que el anillo se constituya mediante una unión por soldadura. Se logra un cuerpo anular único, desaparece la presencia de esta soldadura, lo cual resulta muy importante para el comportamiento que se le exige a estas piezas.

La Figura Nº 20 muestra que la segunda etapa de conformación se realiza mediante una acción de primer estampado de conformación o estampado profundo. Se monta el disco (18) constituido en la etapa anterior y, mediante las matrices (19/20) se produce el primer doblez anular, donde la matriz (19) ya prevé un diseño que contempla la conformación de aletas.

En la Figura Nº 21 se muestra que una tercera etapa de conformación consiste en constituir un anillo de lámina metálica mediante el corte y eliminación del fondo circular (21) que presentaba la pieza tratada en la etapa anterior. Para ello se recurre a una matriz de corte (22) y el correspondiente apoyo (23). Simultáneamente, por acción cooperante entre estas matrices, se aprecia el nacimiento de la aleta (11) del anillo que habrá de conformarse.

En la Figura Nº 22 se muestra una etapa siguiente donde el anillo que se pre-conforma en la etapa anterior se lo invierte y coloca en un soporte base (24) provisto de un asiento que responde al formato y dimensión definitiva de la aleta anular (11), en tanto que la aleta (10) se la conforma mediante una acción de estampado utilizando la herramienta (25) que, tal como lo muestra esta figura, incluye un tramo activo (26) especialmente diseñado para proveer la conformación deseada de esta aleta (10).

A esta altura de la descripción es posible destacar otras ventajas del método que se reivindica, tales como el hecho que bastará con modificar el diseño de la superficie activa de la citada matriz de corte (22) en correspondencia del tramo que genera el doblez que da nacimiento a la aleta (11) para diseñar otro formato, orientación o dimensión para dicha aleta.

Lo mismo sucede con la matriz de estampado (25) que aparece en la figura Nº 22, donde la mencionada superficie activa (26) tendrá un diseño acorde a la dimensión, orientación, o ángulo de la curvatura de transición que el fabricante establece en función del diseño de canal refrigerante que habrá de producir.

Con lo dicho en estos dos últimos párrafos, se entiende que bastará con poseer juegos de matrices acordes a los diferentes diseños de canales anulares refrigerantes que requieren los clientes, para producir todos los diseños existentes en el mercado. Siempre dentro de la sucesión de etapas que establece este novedoso método, partiendo de un disco plano de lámina metálica.

Simplemente para ejemplificar lo dicho en el párrafo anterior, se incluyen las figuras Nos. 23/27 que muestran como el método inventado permite conformar un anillo de lámina metálica cuyo perfil responde a una "C" de alas curvadas.

La figura Nº 23 muestra que la primera etapa de conformación es igual en todos los casos (ver Fig. Nº 19).

Obtenido el disco metálico (18), se pasa a la segunda etapa de conformación, representada en la Figura Nº 24, donde la matriz de estampado (28), presenta un tramo anular (27) de su superficie activa que responde a una configuración prevista para dar un preformato distinto (11') a lo que será la aleta (11); en tanto que la base (29) responde a una configuración cooperante con dicho diseño, que se aprecia en su tramo anular (27').

La etapa de eliminación del fondo (21), también es similar al indicado en la figura 21; mientras que las etapas que muestran las figuras Nos. 26 y 27, aparecen matrices de estampado (30), (31), (32) y (33) especialmente creadas para dar forma definitiva a un anillo de lámina metálica de sección transversal según una "C" de alas curvadas (10') y (11).

Observando ahora la Figura Nº 28 se aprecia, en detalle, la etapa posterior de calibración, donde el anillo preformado de lámina metálica (5) es montado en un soporte giratorio (34) para que, mediante una herramienta de corte (35) se determine exactamente el diámetro del extremo libre de las aletas (10') y (11), así como también se eliminan eventuales rebarbas o irregularidades superficiales, esto siempre que sea necesario.

El método de la presente invención es especialmente ventajoso para producir anillos de lámina metálica aptos para acoplarse en un montaje tal como el que se representa en las figuras Nos. 31 y 32.

Se trata de un montaje donde el soporte anular (6) incluye un par de escalones anulares de acople (8) y (9) previstos para alojar los extremos libres de las aletas (10') y (11); en dicha zona de encastre es donde posteriormente se realiza la acción de soldadura que establece el sello hermético de unión.

Para poder insertar el anillo (5) en su soporte (6), es necesario que dicha aleta (10') tenga un diámetro de extremo menor al diámetro de la cara interna (7) del citado soporte (6) (figura Nº 31).

Una vez posicionado, se realiza el estampado final mediante las matrices externas de estampado (36/37), (Figura Nº 32).

Para este caso, sólo es necesario que la matriz de estampado (32) (figura Nº 30) realice un preformado de esta aleta (10') limitando su diámetro de extremo a la medida que se requiere para el posterior posicionamiento.

Claims (9)

1. Método de montaje de un anillo de lámina metálica ensamblado y soldado en un aro portador para conformar el conducto anular refrigerante de un pistón de motor de combustión interna, del tipo que recurre a un anillo de lámina metálica (5), cuya sección transversal comprende un alma (15) que se extiende entre dos aletas (10) y (11) que se proyectan hacia el aro portador (6), donde los extremos libres de dichas aletas se apoyan y acoplan en sendos asientos anulares (8) y (9) que se definen en la cara interna del aro portador, en correspondencia de sus aristas de borde interno; donde dicho apoyo y acople se sella mediante respectivos cordones anulares de soldadura (14) que se extienden en los citados asientos anulares y se respaldan en el cuerpo del aro portador, conformándose un conducto anular interno de refrigeración (3) cuya superficie interna está constituida por anillo de lámina metálica y la superficie diametral interna (7) del aro portador que se extiende entre dichos dos asientos anulares, caracterizado porque para dicho apoyo y acople se presenta una preforma del anillo de lámina metálica (5) que tiene una aleta (10') de su sección transversal "U", abierta en un ángulo mayor que la otra (11), de manera que el extremo libre de dicha aleta (10') de la preforma, es de menor diámetro que la superficie interna (7) del aro portador (6); en tanto que el diámetro del extremo libre de la otra aleta (11) de la misma preforma, es de mayor diámetro que el de dicha superficie interna (7) del aro portador (6); completándose el montaje con una acción de estampado final mediante una herramienta (H) que posee matrices externas (36/37) que proveen el apoyo y formato definitivo a dicha aleta (10) del anillo de lámina metálica (5).

2. Método de montaje de un anillo de lámina metálica ensamblado y soldado en un aro portador, según lo reivindicado en 1, caracterizado porque el anillo de lámina metálica es de mayor altura que el aro portador y sus aletas (10) y (11) están orientadas en dirección convergente hacia los respectivos asientos anulares (8) y (9) del aro portador (6).

3. Método de montaje de un anillo de lámina metálica ensamblado y soldado en un aro portador, según lo reivindicado en 1, caracterizado porque el cuerpo del aro portador es de sección transversal tronco cónica y las aletas del anillo de lámina metálica se orientan en direcciones convergentes hacia los respectivos asientos anulares del aro portador.

4. Método de montaje de un anillo de lámina metálica ensamblado y soldado en un aro portador, según lo reivindicado en 1, caracterizado porque una aleta (11) del anillo de lámina metálica se orienta en dirección perpendicular al cuerpo del aro portador y la otra aleta (10) sigue una línea curva y luego remata en un tramo recto final que se extiende hasta el asiento, el cual es en dirección transversal al aro portador.

5. Método de montaje de un anillo de lámina metálica ensamblado y soldado en un aro portador, según lo reivindicado en 1, caracterizado porque el anillo de lámina metálica es de mayor altura que el aro portador y sus dos aletas son curvadas con sus tramos de extremo orientados en dirección transversal al aro portador.

6. Método para fabricar un anillo aleteado de lámina metálica ensamblado con un aro portador, del tipo que nace de tomar una lámina metálica plana de espesor adecuado, y cortar la misma conformando un disco circular; producir, por estampado sobre dicho disco, una pared circunferencial con un borde apestañado de aleta divergente (11); cortar y expulsar su fondo circular, mediante una acción de estampado sobre la pieza conformada en la etapa anterior; tomar el anillo constituido en la etapa anterior y conformar un segundo borde apestañado de aleta divergente mediante una acción de estampado sobre el borde circular opuesto al que ya posee la primer aleta divergente caracterizado porque el segundo borde apestañado de aleta divergente (10') se constituye con un ángulo de abatimiento mayor y también con un diámetro mayor que el primer borde apestañado de aleta divergente (11); luego se procede a la etapa de calibrado que consiste en definir exactamente dichos diámetros de los bordes de dichas aletas divergentes (10') y (11); luego se procede a incorporar esta preforma del anillo de lámina metálica (5) en el aro portador (6), asegurando que la primera de dichas aletas divergentes (11) se apoye sobre el correspondiente asiento anular (9), en tanto que la segunda aleta divergente (10') se dispone enfrentando su correspondiente asiento anular (8); luego se procede a una acción de estampado final que confiere apoyo y conformación definitiva a dicha segunda aleta divergente (10).

7. Método para fabricar un anillo aleteado de lámina metálica ensamblado con un aro portador, según la reivindicación 6, caracterizado porque dicha etapa de calibrado comprende colocar el anillo aleteado preformado en la etapa anterior en un soporte giratorio y someterlo a un calibrado de terminación mediante herramientas de corte que actúan sobre los bordes circunferenciales de ambas aletas.

8. Método para fabricar un anillo aleteado de lámina metálica ensamblado con un aro portador, según la reivindicación 6, caracterizado porque las matrices de estampado final comprenden una pieza de apoyo y una herramienta estampadora cuyas superficies activas de acción cooperante encierran al anillo de lámina metálica preformado (5) metálica sobre el que actúan, presentando tramos periféricos activos cuya conformación responde al diseño definitivo que se constituye.

9. Método para fabricar un anillo aleteado de lámina metálica ensamblado con un aro portador, según la reivindicación 6, caracterizado porque la acción de corte que se produce sobre la lámina metálica en la primer etapa, se realiza mediante una matriz de corte circular por estampado.