ES2326555T3 - Procedimiento para el montaje de un conjunto constructivo premontado de arbol de levas. - Google Patents

Abstract

Procedimiento para el montaje de un conjunto (1) constructivo premontado de árbol de levas para motores de combustión interna, conteniendo un árbol (2) de levas con un eje (5) longitudinal, y al menos una leva (3), y al menos dos caballetes (4) cada uno con un taladro (12) como hueco con un alojamiento (9) de apoyo, en el que está dispuesto giratorio un sector del árbol (2) de levas, estando configurada en cada caballete (4), una primera superficie (10) plana de apoyo, para el apoyo y fijación del caballete (4) a una superficie de apoyo de una culata, o en otra posición que se puede predeterminar del motor de combustión interna, y que al menos dos caballetes (4), presentan al menos otra superficie que es plana y está configurada como superficie (18) de contacto, no estando situada esta superficie (18) de contacto en el mismo plano que la superficie (10) de apoyo, y que la superficie (18) de contacto está posicionada alineada, en lo esencial, paralela al eje (5'') del taladro (12) del alojamiento (9) de apoyo, caracterizado porque las superficies (18) de contacto de los caballetes (4) del conjunto (1) constructivo de árbol de levas, se alinean antes de su fijación en la culata, en la superficie de una herramienta que sirve como plantilla.

Description

Procedimiento para el montaje de un conjunto constructivo premontado de árbol de levas.

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La invención se refiere a un procedimiento para el montaje de un conjunto constructivo premontado de árbol de levas, conforme al preámbulo de la reivindicación 1.

En general se entiende por árbol de levas un árbol con al menos una leva, estando la leva en contacto con un seguidor de la leva. Mediante un giro del árbol, el seguidor de la leva es accionado según el desarrollo o "programa" establecido en el contorno de la leva. Así pues, bajo el concepto de árbol de levas hay que comprender también árboles de regulación para accionadores mecánicamente variables de válvulas. En este caso las levas están configuradas como discos de levas (por ejemplo, como discos excéntricos), y dispuestos correspondientemente en el árbol como discos de regulación.

Para la fabricación de árboles de levas montados, se fabrican individualmente los elementos funcionales como, en especial, rueda de propulsión, cojinete, disco de cojinete axial, anillo sensor, leva de bombeo, regulador del árbol de levas y árboles. A continuación se posicionan los elementos funcionales en el árbol que sirve como árbol portante y de accionamiento, y se fijan en el árbol mediante un procedimiento apropiado de unión. En el estado actual de la técnica se conocen una serie de procedimientos para la fabricación de árboles de levas montados.

Alternativamente en los motores de combustión interna se emplean también árboles de levas no montados, por ejemplo, colados o forjados. En este caso, al menos algunos elementos funcionales, normalmente siempre las levas, están configurados de una sola pieza con el cuerpo del árbol.

Para el apoyo de un árbol de levas en motores de combustión interna, como motores alternativos, vienen a emplearse hoy día en lo esencial, dos métodos constructivos. Leva de bombeo o componentes constructivos para otras funciones.

En uno de los casos se guía el árbol de levas en cajas de cojinete no partidas o caballetes, en los que según las circunstancias están metidos a presión semicojinetes partidos o no partidos. En caso de árbol de levas situado arriba, la caja de cojinete es en general un soporte del cojinete que se atornilla en la culata. En caso de árbol de levas situado debajo, la caja de cojinete es en general el cárter del cigüeñal.

En el otro caso, el árbol de levas se guía en cajas de cojinete partidas. La caja de cojinete se compone aquí de una parte superior y de una parte inferior que se atornilla en la culata como caballete. En algunos casos las partes superiores de los caballetes de varios puntos de apoyo, se agrupan en un puente de apoyos. En general el caballete inferior está fundido con la culata. También en caso de caballetes partidos, según las circunstancias, se meten a presión semicojinetes partidos.

En esta realización constructiva de los cojinetes del árbol de levas, es desventajoso el considerable gasto en la fabricación del taladro del cojinete, y en el montaje del árbol de levas, y el gasto de los costes que se deducen de él. El gasto se deduce en especial, de las altas exigencias en la limitación de las tolerancias de forma y posición de toda la disposición formada por el árbol de levas, el apoyo y los elementos funcionales accionados del motor de combustión interna como, por ejemplo, sus elementos de mando de las válvulas.

Para la mejora del estado actual de la técnica, se han propuesto ya en el pasado soluciones para integrar la caja de cojinete o los caballetes en el árbol de levas. Por ejemplo, en el documento DE 41 37 978 C1 se cita la utilización en el caso de un árbol de levas montado, de cajas de cojinete no partidas, integradas en el diseño del árbol de levas. En el documento DE 19504636 A1, se presenta un árbol de levas con cajas de cojinete de dos piezas, premontadas, integradas en el diseño del árbol de levas.

En tales cajas de cojinete integradas en el diseño del árbol de levas, es necesario que al montar el árbol de levas en su soporte, por ejemplo, en la culata o en el bloque del motor o en el cárter del cigüeñal, todas las cajas de cojinete del árbol de levas se fijen de tal manera a su soporte, que los taladros de las cajas de cojinete, cada una de las cuales forma una parte del cojinete, sean paralelos con exactitud suficiente, estén situados alineados y orientados en posición.

Un dispositivo para la solución de esta misión, no está presentado en el estado actual de la técnica. Las superficies de apoyo del árbol de levas, que forman la otra parte del cojinete del árbol de levas, guían y posicionan así evidentemente la caja de cojinete durante el montaje en su soporte.

Es desventajoso que las cajas de cojinete pueden estar ladeadas dentro del juego del cojinete, o/y estar desplazadas radialmente. Las consecuencias son soportes de canto, así como condiciones desfavorables en el engrase del cojinete, y rozamiento elevado. En el caso más desfavorable, según las circunstancias, el apoyo puede fallar por un desgaste considerable.

En el modelo alemán de utilidad industrial DE 20 2006 018359_{ }U1 se hace público un conjunto constructivo de árbol de levas con sus componentes constructivos funcionales dispuestos en él, con caballetes, estando configurada en cada caballete una superficie plana de contacto, para el apoyo y fijación del caballete en una superficie de apoyo de una culata. El conjunto constructivo de árbol de levas es una disposición montada en la que el árbol está fabricado como pieza suelta separada, y la leva y en caso necesario, otros componentes constructivos funcionales que están fabricados como piezas sueltas separadas, están montados en el árbol, y al menos un caballete está dispuesto en el árbol entre dos componentes constructivos funcionales. Los caballetes están configurados como caballetes no partidos, y las superficies de contacto de los caballetes están dispuestas giratorias en el árbol, de tal manera que todas las superficies de contacto se pueden alinear paralelas a un plano, para la alineación con las correspondientes superficies de contacto en la culata.

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La misión de la presente invención se basa en crear un dispositivo que eluda las desventajas según el estado actual de la técnica. En especial es misión de la invención facilitar un conjunto constructivo de árbol de levas con apoyos fijados en él, que se pueda montar de forma sencilla y precisa en la culata de un motor de combustión interna.

Se resuelve la misión mediante un conjunto constructivo de árbol de levas con las notas características de la reivindicación 1, y mediante la aplicación del procedimiento según la reivindicación 2, en las reivindicaciones secundarias se describen perfeccionamientos ventajosos de la invención.

Esta misión se resuelve según la invención haciendo que en cada una de las cajas de cojinete que están integradas en el diseño del árbol de levas, se produzca con exactitud suficiente una superficie a la que se situé paralelo en la caja de cojinete, cada uno de los taladros que forman el cojinete, y en la que durante el montaje, se alineen cada una de todas las cajas de cojinete.

El conjunto constructivo de árbol de levas para motores de combustión interna contiene un árbol de levas y al menos una leva, y al menos dos caballetes cada uno con un taladro como hueco y como alojamiento de apoyo, en el que está dispuesto giratorio un sector del árbol de levas, estando configurada en cada caballete, una primera superficie plana de apoyo, para el apoyo y fijación del caballete a una superficie de apoyo de una culata, o a otra superficie de apoyo del motor de combustión interna, para el montaje y fijación en la culata o en el motor de combustión interna, presentando por lo menos dos caballetes, al menos otra superficie que sea plana y esté configurada como superficie de contacto, y esta superficie de contacto no esté situada en el mismo plano que la superficie de apoyo, y que la superficie de contacto esté posicionada alineada, en lo esencial, paralela al eje del taladro del alojamiento de apoyo.

En el árbol de levas pueden estar dispuestos adicionalmente componentes constructivos funcionales como, por ejemplo, rueda de propulsión, anillo sensor o componentes constructivos para otras funciones.

De preferencia, los caballetes presentan medios auxiliares de fijación, por ejemplo, taladros que en acción combinada con medios de fijación, por ejemplo tornillos, permiten un montaje en la culata o en otro punto del motor de combustión interna.

Un conjunto constructivo semejante de árbol de levas, se puede emplear en forma sencilla para distintas clases de motores de combustión interna. En el caso de la aplicación para un motor de combustión interna con árbol de levas situado debajo, todo el conjunto constructivo de árbol de levas se puede montar fácilmente en la posición correspondiente junto al cárter del cigüeñal. También es posible montar el conjunto constructivo en la cubierta de los cilindros (=tapa de la culata), y a continuación montar toda la tapa de la culata con el conjunto constructivo de árbol de levas montado, en el motor de combustión interna. Cuando en la descripción ulterior se hable del montaje en la culata, se comprende también siempre una colocación en otro punto que se deduzca como apropiado a partir de las circunstancias del respectivo diseño del motor de combustión interna.

Como caballetes se pueden emplear aquí modelos partidos o no partidos. Por un caballete no partido hay que entender un caballete cuyo alojamiento de apoyo no está partido en toda su periferia. No obstante, es preferente el empleo de un caballete de una sola pieza. Un caballete partido se presenta antes del montaje en dos partes, y se puede insertar el árbol y eventuales piezas del cojinete, antes del ensamblaje de los caballetes. En caso de caballetes no partidos, el árbol con los cojinetes se desplaza para el montaje, en el alojamiento de apoyo de los caballetes.

Una ventaja importante del conjunto constructivo de árbol de levas según la invención, consiste en que el conjunto constructivo se puede posicionar fácilmente en una superficie de contacto preparada en una plantilla o en una superficie de alineación dispuesta en la culata -o en otro punto correspondiente del motor de combustión interna-, de preferencia en un plano paralelo al eje del árbol de levas. Este plano no coincide con la superficie de apoyo en la culata, en la que se atornillan fuertemente los caballetes. Este plano está orientado con ventaja perpendicular al plano de la superficie de apoyo, y las superficies de contacto en el caballete están dispuestas entonces laterales a este. Después de llevada a cabo la alineación de los caballetes, así pues de todo el conjunto constructivo de árbol de levas, se fijan los caballetes en la culata, por ejemplo, por atornillado. Después de esto, se puede retirar la plantilla utilizada en caso necesario, por ejemplo, una placa de alineación.

El apoyo del árbol de levas se lleva a cabo en cojinetes partidos o no partidos que se pueden fabricar individualmente con gran precisión, y se pueden posicionar en sectores de fijación del árbol de levas, fabricados con la correspondiente precisión. Los cojinetes pueden estar configurados, o bien directamente como cojinetes de deslizamiento en los que de preferencia un sector del árbol portante del árbol de levas, está configurado como pareja deslizante, o también como rodamientos, de preferencia como rodamientos de agujas. Los casquillos exteriores de cojinete están empotrados en los caballetes, o configurados de una sola pieza con los caballetes. De preferencia los caballetes por su parte presentan medios auxiliares de fijación o sectores de fijación con los que se fijan los caballetes, y por tanto todo el conjunto constructivo de árbol de levas, en la culata, en los sectores correspondientes de fijación. La fijación se lleva aquí mediante medios de fijación, lo más sencillo mediante tornillos que se introducen a través de huecos en los caballetes, que sirven como medios auxiliares de fijación, y se atornillan en los correspondientes taladros roscados en la culata.

Ahora a continuación se explica en detalle la invención, a título de ejemplo, y con figuras esquemáticas de formas preferentes de realización. Se muestran:

Figura 1 Un caballete en configuración no partida para el apoyo del árbol de levas, en representación tridimensional, con una superficie de contacto según la invención.

Figura 2 Un caballete según la figura 1, con una superficie de contacto, en alzado lateral.

Figura 3 Un caballete según la figura 1, con una superficie de contacto, en la vista desde abajo.

Figura 4 Un caballete según la figura 1, con una superficie de contacto, en la vista en la dirección del eje del árbol.

Figura 5 Un caballete según la figura 1, con una superficie de contacto, en la vista desde arriba.

Figura 6 Un conjunto constructivo de árbol de levas según la invención, en alzado lateral, con superficies de contacto en los caballetes situados exteriores.

Figura 7 Un conjunto constructivo de árbol de levas según la figura 6, en la vista desde arriba.

Figura 8 Un conjunto constructivo de árbol de levas según la invención, en vista tridimensional con caballetes no partidos.

Figura 9 Un caballete en configuración partida para el apoyo del árbol de levas, en representación tridimensional, con una superficie de contacto en cada una de las dos partes del caballete, según la invención.

Figura 10 Un conjunto constructivo de árbol de levas según la invención, en vista tridimensional con caballetes partidos.

Los caballetes 4 se pueden configurar partidos o sea, de dos piezas, como está representado en las figuras 9 y 10. De este modo, durante el montaje del conjunto 1 constructivo de árbol de levas, se pueden meter partes del cojinete en estado abierto, y el árbol 2, en el alojamiento 9 de apoyo. Una forma semejante de realización se puede aplicar también en el caso de utilizar un árbol de levas no montado.

En las figuras, los símbolos de referencia con el subíndice a, se refieren a la parte superior, y aquellas con subíndice b, a la parte inferior de los caballetes 4a, 4b. Pero los caballetes 4 se pueden configurar también no partidos, como está representado en las figuras 1 a 5 y en la figura 8. En este caso el árbol 2 se introduce antes del montaje, con los cojinetes, por el alojamiento 9 de apoyo. Esta forma de realización sólo puede aplicarse en un árbol de levas montado, o en un árbol de levas no montado, con cojinetes, cuyo diámetro exterior sea mayor que el diámetro descrito por las levas en una revolución.

En los dos casos, los caballetes se pueden fabricar individualmente con mucha precisión, y a continuación se montan con el árbol de levas.

Un caballete 4 presenta un hueco 12 del caballete, configurado de preferencia como taladro (12) con el eje 5' en el que el árbol 2 de levas móvil giratorio con su eje 5 del árbol de levas, se apoya en un sector del árbol 2 de levas, como está representado en la figura 1. El árbol puede estar configurado como tubo hueco del árbol, o también como árbol macizo. El hueco 12 del caballete forma un alojamiento 9 de apoyo, y en su pared puede estar configurado directamente como superficie de rodadura del cojinete, y formar junto con el sector del árbol, una disposición 8 de cojinete de deslizamiento. El alojamiento 9 de apoyo no aloja en este caso ninguna parte separada del cojinete, y su pared misma forma entonces una parte del cojinete, por ejemplo, la de un cojinete de deslizamiento. En este caso, al menos el sector del árbol está rectificado para obtener un acabado apropiado de las superficies de apoyo. Pero el cojinete 8 de deslizamiento, en el lado del caballete, también puede estar configurado como parte 8 separada del cojinete, como un casquillo o parte del semicojinete, y estar insertado en el taladro 12 como alojamiento 9 de apoyo. Como cojinetes también se pueden emplear en el alojamiento 9 de apoyo, cojinetes rodantes como preferentemente cojinetes de agujas.

Un caballete 4 de este tipo se fija a la culata (no representada), por ejemplo, con tornillos (no representados). Para ello, a los dos lados en el caballete 4 están previstos medios auxiliares de fijación, como de preferencia huecos 6, 6' de fijación, como está representado en las figuras 1 a 10. Estos huecos pueden ser taladros labrados directamente en el caballete 4, o en una brida de fijación configurada al lado del caballete. Los taladros se pueden realizar directamente como ajuste fino, o estar provistos, con ventaja, suficientemente grandes con juego, o como agujeros alargados, de tal manera que al menos en una dirección, de preferencia lateralmente al eje 5 del árbol, sea posible un posicionamiento desplazable para la alineación lateral exacta de todo el conjunto 1 constructivo de árbol de levas, durante el montaje en la culata. Los caballetes 4 presentan en su cara inferior una superficie 10 plana de apoyo sobre la que es posible montar éstos posicionados exactamente en una superficie de apoyo prevista para ello en la culata. La superficie de apoyo o al menos sectores de la superficie de apoyo en la culata, están situados en un plano, y este está mecanizado con precisión, para poder alinear el árbol 2 de levas exactamente en este plano. Tales caballetes 4 de una sola pieza o de dos piezas, con sus superficies 10 de apoyo, los huecos del caballete o taladros 12 con los alojamientos 9 de apoyo o superficies 9 de rodadura, y los medios 6, 6', 7, 7' de fijación, se pueden prefabricar y montar previamente para formar un conjunto 1 constructivo de árbol de levas, que después se fija como un todo en la culata. El conjunto 1 constructivo de árbol de levas se puede fijar también en otra posición predeterminada en el motor de combustión interna.

Alternativamente cabe imaginar y es posible, montar el conjunto constructivo de árbol de levas por pegado o también por otro método de fijación en la culata - o como ya se ha expuesto antes, en otra posición apropiada, en el motor de combustión interna.

Un conjunto 1 constructivo de árbol de levas está construido y ensamblado de piezas sueltas prefabricadas, como se puede ver en las figuras 6, 7, 8 y 10. El conjunto 1 constructivo de árbol de levas, contiene un árbol 2 con al menos dos caballetes 4 y una leva 3 dispuesta en el árbol 2. Este puede presentar otros componentes constructivos funcionales como, por ejemplo, medios 19 de accionamiento, por ejemplo, una rueda 15 de propulsión, anillo 14 sensor, leva de bombeo o componentes constructivos para otras funciones. Durante el ensamblaje del conjunto 1 constructivo de árbol de levas se desplazan sobre el árbol 2 los componentes constructivos, conforme al orden deseado y posición ulterior, en caso de caballetes 4 no partidos, y se fijan a él las piezas a fijar, como las levas 3. Aquí está dispuesto con ventaja, al menos un caballete 4 entre dos componentes 3, 14, 15 constructivos funcionales que están unidos solidarios en rotación con el árbol 2. Por ejemplo, en uno de los extremos del árbol está dispuesta una rueda 15 de propulsión solidaria en rotación con el árbol 2. A continuación de ella sigue un caballete 4 que aloja el árbol móvil giratorio, y después del caballete 4, un anillo 14 sensor o una leva 3 u otro componente constructivo funcional, fijado al árbol 2, como está representado en las figuras 6 a 8. En las figuras también se muestra cómo un caballete 4 está dispuesto entre cada dos levas 3. En caso de caballetes 4 partidos, estos se pueden disponer también posteriormente en la secuencia deseada entre los componentes constructivos.

En al menos dos caballetes 4 se prevén según la presente invención, junto a cada una de las primeras superficies 10 planas de apoyo, al menos otra superficie que está configurada como superficie 18 de contacto preferentemente plana. Esta otra superficie 18 de contacto no está situada en el mismo plano que la superficie 10 de apoyo. Esta superficie 18 de contacto está orientada en lo esencial paralela, de acuerdo con la precisión exigida, al eje longitudinal del taladro 12 o del hueco 12 del alojamiento 9 de apoyo. De preferencia, esta orientación es asimismo paralela al eje 5 longitudinal del árbol 2 de levas. Esta superficie 18 de contacto que se produce con precisión suficiente, está situada pues paralela al respectivo taladro 12 en el caballete 4, que forma el cojinete.

La superficie 18 de contacto puede estar dispuesta tanto en un caballete partido, como también en uno no partido. De preferencia, las superficies 18 de contacto están instaladas en el mismo lugar en todos los caballetes 4, en todo caso de tal manera que, de preferencia en caso de alineación paralela al eje 5 longitudinal, todas estén situadas en el mismo plano. Las superficies 18 de apoyo están alineadas con ventaja en un plano perpendicular al plano de la primera superficie 10 de apoyo, y están situadas con ventaja en el mismo plano. Es ventajoso cuando todas las superficies 18 de contacto de al menos dos caballetes 4, están dispuestas a igual distancia al centro de los huecos de los alojamientos 9 de apoyo y, por tanto, al eje 5 longitudinal del árbol 2 de levas, y alineadas situadas en el mismo plano.

Junto a caballetes 4 con superficies 18 de contacto de este tipo, se pueden disponer también dentro de un conjunto 1 constructivo de árbol de levas, caballetes 4 que no presenten ninguna superficie 18 de contacto. Es ventajoso cuando en cada una de las zonas terminales del árbol 2, se dispone un caballete 4 con superficies 18 de contacto, y entre ellos al menos un caballete 4 sin superficie 18 de contacto, como está representado en las figuras 6 y 7.

Con ayuda de estas superficies 18 de contacto en los caballetes 4, se puede ahora alinear el conjunto 1 constructivo de árbol de levas, antes del montaje en la culata, posicionado apoyando en una superficie de montaje. De este modo es posible adicionalmente efectuar, junto al plano de la superficie de apoyo en la culata, una alineación precisa de todo el conjunto constructivo en otro segundo plano, paralelamente al eje 5 longitudinal del árbol 2 de levas. Así es posible una alineación precisa de todo el conjunto 1 constructivo de árbol de levas durante el montaje, en la dirección predeterminada del eje longitudinal, sin peligro de un desplazamiento durante el montaje. La superficie de montaje se puede configurar como plantilla, por ejemplo, como placa plana, en cuya superficie se alinean las superficies 18 de contacto. Esta plantilla puede estar dispuesta fija o como pieza separada de quita y pon. Después de fijar el conjunto 1 constructivo de árbol de levas a la culata, por ejemplo, por atornillado, se puede retirar la plantilla. Así pues el conjunto constructivo de árbol de levas está apoyado con las superficies 10 de apoyo de los caballetes 4, en la superficie correspondiente en la culata, y así está alineado también con precisión, lateralmente al eje 5 del árbol. En lugar de una plantilla, como superficie de alineación, se puede prever también adicionalmente una superficie de este tipo, directamente en la culata. Además, es posible disponer en un lado de un caballete 4, dos superficies 18, 18' menores de contacto que una vez más se alinean con el plano, y de este modo se impide un ladeamiento de la disposición en la superficie de alineamiento, como está representado en la figura 10. En lugar de dos superficies 18, 18' menores de contacto, se puede configurar también una única superficie mayor en el caballete 4.

Gracias al procedimiento según la invención, es posible un montaje previo de un conjunto 1 constructivo de árbol de levas, que después de esto se puede montar como un todo, precisa y económicamente en una culata.

Claims (4)

1. Procedimiento para el montaje de un conjunto (1) constructivo premontado de árbol de levas para motores de combustión interna, conteniendo un árbol (2) de levas con un eje (5) longitudinal, y al menos una leva (3), y al menos dos caballetes (4) cada uno con un taladro (12) como hueco con un alojamiento (9) de apoyo, en el que está dispuesto giratorio un sector del árbol (2) de levas, estando configurada en cada caballete (4), una primera superficie (10) plana de apoyo, para el apoyo y fijación del caballete (4) a una superficie de apoyo de una culata, o en otra posición que se puede predeterminar del motor de combustión interna, y que al menos dos caballetes (4), presentan al menos otra superficie que es plana y está configurada como superficie (18) de contacto, no estando situada esta superficie (18) de contacto en el mismo plano que la superficie (10) de apoyo, y que la superficie (18) de contacto está posicionada alineada, en lo esencial, paralela al eje (5') del taladro (12) del alojamiento (9) de apoyo, caracterizado porque las superficies (18) de contacto de los caballetes (4) del conjunto (1) constructivo de árbol de levas, se alinean antes de su fijación en la culata, en la superficie de una herramienta que sirve como plantilla.

2. Procedimiento según la reivindicación1, caracterizado porque un caballete (4) se dispone en el árbol (2) de levas, entre dos componentes (3, 14, 15) constructivos funcionales.

3. Procedimiento según alguna de las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque las superficies (18) de contacto se alinean en lo esencial, paralelas al eje (5) longitudinal del árbol (2) de levas.

4. Procedimiento según alguna de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque todas las superficies (18) de contacto de al menos dos caballetes (4), se disponen a igual distancia al centro de los huecos de los alojamientos (9) de apoyo y, por tanto, al eje (5) longitudinal, y alineadas situándose en el mismo plano.