ES2347676T3 - Biela para una maquina de piston de doble arbol de cigueñal y maquina de piston de doble arbol de cigueñal. - Google Patents

Biela para una maquina de piston de doble arbol de cigueñal y maquina de piston de doble arbol de cigueñal. Download PDF

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Biela para una máquina de pistón de doble árbol de cigüeñal, con - una primera cabeza de biela (2) que presenta un primer ojo de biela (20) para el montaje de la biela (1) en un pistón (52) de la máquina de pistón, - una segunda cabeza de biela (3) que presenta un segundo ojo de biela (30) para el montaje de la biela (1) en un pivote de cigüeñal (58; 59) de un árbol de cigüeñal (60; 62) de la máquina de pistón así como - una caña de biela (4) que conecta entre sí la primera cabeza de cigüeñal (2) y la segunda cabeza de cigüeñal (3), - en la que la caña de biela (4) presenta una primera sección estrecha de la caña de biela (40), adyacente a la primera cabeza de biela (2) y - en la que la caña de biela (4) presenta una segunda sección ancha de la caña de biela (45), adyacente a la segunda cabeza de biela (3), - en la que la segunda sección de la caña de biela (45) es más ancha que la primera sección de la caña de biela (40); - en la que la primera sección estrecha de la caña de biela (40) es más estrecha en la zona de la transición a la primera cabeza de biela (2) que el diámetro exterior (D) de la primera cabeza de biela (2); - en la que la anchura de la segunda sección de la caña de biela (45), partiendo desde la zona de transición desde la segunda sección de la caña de biela (45) a la segunda cabeza (3) en dirección a la primera sección de la caña de biela (40) se reduce en ambos lados en un ángulo plano con respecto a un plano (E) que conecta los ejes de los ojos de biela, - en la que en la zona de la unión entre la primera sección de la caña de biela (40) y la segunda sección de la caña de biela (45) está prevista una sección de transición (44); - en la que la longitud (L) de la primera sección de la caña de biela (40) es igual a la longitud (L') o más corta que la longitud (L') de la segunda sección de la caña de biela (45), y - en la que la primera sección de la caña de biela (40) presenta una sección transversal de material macizo; caracterizada porque - la anchura de la caña de biela (4) en la sección de transición (44) se reduce poco a poco desde la anchura (b') de la segunda sección de la caña de biela (45) en el límite con la sección de transición (44) a la anchura (b) de la primera sección de la caña de biela (40) en la dirección de la extensión longitudinal de la caña de biela (4), de manera que el límite con la sección de transición está definido por una modificación del ángulo del contorno de limitación lateral de la caña de biela (4).

Description

Biela para una máquina de pistón de doble árbol de cigüeñal y máquina de pistón de doble árbol de cigüeñal.
La invención se refiere a una biela para una máquina de pistón de doble árbol de cigüeñal, de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1 de la patente. Además, se refiere a una máquina de pistón de doble árbol de cigüeñal.
En máquinas de pistón con carrera larga con relación al taladro, también las bielas deben estar configuradas largas y estrechas, para que no colisionen con el borde periférico inferior del cilindro. Tales bielas largas y estrechas están sujetas, sin embargo, en mayor medida que las bielas anchas, al peligro de un pandeo.
Especialmente cuando las bielas están previstas para una máquina de pistón de doble árbol de cigüeñal, en la que los dos árboles de cigüeñal están desplazados lateralmente entre sí con relación a un eje medio del cilindro, las bielas entran desde el lateral en el cilindro bajo un ángulo más plano que en una máquina de pistón con un solo árbol de cigüeñal, de manera que aquí se eleva, condicionado por el principio, el peligro de la colisión con el borde inferior del cilindro. Por lo tanto, en una máquina de pistón de doble árbol de cigüeñal, las bielas deben estar configuradas todavía más estrechas. En el estado de la técnica se han realizado ya consideraciones para configurar curvadas las bielas de máquinas de pistón de doble árbol de cigüeñal. Una biela curvada de este tipo se conoce, por ejemplo, a partir del documento DE-AS 1 775 160. Sin embargo, tales bielas curvadas son estáticamente críticas, especialmente en máquinas de pistón de alta capacidad.
Se conoce también, por ejemplo, a partir del documento FR-A-1 596 918 configurar bielas con una sección estrecha de la biela en el lado del pistón y una sección ancha de la caña en el lado del árbol de cigüeñal, de manera que las secciones de la caña está delimitadas por nervaduras periféricas, que se extienden en la dirección de los ejes de los ojos de las bielas. Estas nervaduras periféricas, que se extienden sobre casi todo el espesor de la biela, elevan de nuevo el peligro de que la biela entre en contacto con los cantos laterales de las nervaduras con el borde periférico inferior de forma circular del cilindro.
El documento US-A 5.660.086 publica una biela de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1.
El documento GB-A-464 724 se refiere a una biela, cuya caña de la biela presenta una sección de la caña de biela más estrecha en el lado del pistón y una sección de la caña de biela más ancha en el lado del árbol de cigüeñal. La sección de la caña de biela del lado del pistón ocupa aproximadamente un tercio de la longitud de la caña de biela y la sección de la caña de biela del lado del árbol de cigüeñal se extiende aproximadamente sobre dos tercios de la longitud de la caña de biela. Aquí no está prevista una sección de transición entre las dos secciones de la caña de biela mencionadas anteriormente. En este diseño conocido de la biela se pretende crear una conexión lo más elástica posible de los ojos de la biela en la caña de la biela. Esto contradice la consecución de una alta resistencia al pandeo.
El documento JP-A-60-2579.38 se refiere a una biela de chapa, que está compuesta por cuatro elementos de biela, en la que las superficies de separación están formadas por dos planos que están en ángulo recto entre sí y que contienen el eje longitudinal de la biela. Estos cuatro elementos de biela de chapa están conectados entre sí por medio de puntos de soldadura. Por lo tanto, esta biela conocida está configurada en forma de cajón en la sección transversal, de manera que las paredes laterales, que están cosidas entre sí por medio de puntos de soldadura, están dobladas con respecto a las superficies frontales respectivas de la biela. En una zona de la biela en la proximidad de la cabeza de la biela en el lado del cilindro, la superficie lateral se ha omitido con la finalidad del ahorro de peso. Adicionalmente, en la zona de la caña de la biela están previstas aberturas en forma de taladro alargado, que se extienden sobre casi toda la longitud entre las dos cabezas de biela. Esta biela solamente es adecuada, en virtud de su tipo de construcción ligera, para la transmisión de fuerzas mínimas. En particular, en el caso de empleo en una máquina de pistón de doble árbol de cigüeñal, esta biela conocida está muy amenazada de pandeo.
El cometido de la presente invención es indicar una biela del tipo indicado al principio, que presenta una alta resistencia al pandeo y puede entrar en el cilindro en ángulos relativamente planos, de manera que es adecuada para el empleo en máquinas de pistón de doble árbol de cigüeñal.
Este cometido se soluciona por medio de las características indicadas en la parte de caracterización de la reivindicación 1 de la patente.
La transición de la primera sección de la caña de biela a la segunda sección de la caña de biela se ocupa de que la anchura de la segunda sección de la caña de biela hasta poco antes de la primera sección de la caña de biela sea suficientemente grande, para garantizar de esta manera una alta resistencia al pandeo en la zona de la segunda sección de la caña de biela. El estrechamiento de la caña de biela solamente tiene lugar en la zona de la primera sección de la caña de biela del lado del pistón, con la que la biela penetra en el cilindro. Puesto que la primera sección estrecha de la caña de biela es más estrecha en la zona de la transición a la primera cabeza de biela que el diámetro exterior de la cabeza de biela, se consigue igualmente que la anchura de la caña de biela sea especialmente reducido en la zona, que penetra en el cilindro, con lo que se reduce claramente el peligro de la colisión de la biela con el borde inferior del cilindro. La longitud de la primera sección de la caña de biela es igual a la longitud o más corta que la longitud de la segunda sección de la caña de biela. De esta manera, se reduce claramente la zona de la biela, que está sometida en una medida especial a un peligro de pandeo, frente a las bielas convencionales. En la zona de la unión entre la primera sección de la caña de biela y la segunda sección de la caña de biela está prevista una sección de transición, en la que la anchura de la segunda sección de la caña de biela se reduce poco a poco a la anchura de la primera sección de la caña de biela en la dirección de la extensión longitudinal de la caña de biela. El peligro de pandeo de la biela en la sección de transición entre la primera sección de la caña de biela y la segunda sección de la caña de biela se reduce claramente porque el contorno lateral de la biela en esta zona no es abrupto, sino que pasa poco a poco desde la segunda sección ancha de la caña de biela a la primera sección más estrecha de la caña de
biela.
En este caso es especialmente ventajoso que la anchura de la primera sección de la caña de biela, en la zona de la proximidad a la sección de transición, sea esencialmente la mitad de la anchura de la segunda sección de la caña de biela en su proximidad a la sección de transición.
Con preferencia, la primera sección de la caña de biela está provista en al menos un lado frontal con una nervadura de refuerzo, que se extiende desde la primera cabeza de biela en la dirección de la extensión longitudinal de la caña de la biela, y que incrementa el espesor de la caña de la biela en esta zona. De esta manera se crea un refuerzo de la primera sección estrecha de la caña de biela, que reduce claramente el peligro de pandeo de la biela en esta zona, especialmente cuando la nervadura de refuerzo está configurada sobre los dos lados frontales de la primera sección de la caña de biela.
En este caso, la nervadura de refuerzo se extiende de manera preferida hasta la sección de transición, pero con preferencia incluso hasta la zona de la segunda sección de la caña de biela, que está adyacente a la sección de transición. A través de la previsión de la nervadura de refuerzo también en la sección de transición se reduce adicionalmente en particular en esta zona el peligro de pandeo de la biela. Además, si la nervadura de refuerzo se extiende hasta la segunda sección de la caña de biela, entonces se lleva a cabo una transmisión especialmente fiable de los momentos de flexión, que son absorbidos por la nervadura de refuerzo, a la segunda sección ancha de la caña de biela, con lo que se reduce adicionalmente el peligro del pandeo local de la biela.
Si la primera sección de la caña de biela está conectada con la segunda sección de la caña de biela asimétricamente con respecto a un plano que conecta los ejes de los ojos de biela, entonces esta forma de realización posibilita que la biela se pueda introducir en un ángulo todavía más plano en el cilindro, de manera que el lado de la biela, sobre el que desemboca la primera sección de la caña de biela en la segunda sección de la caña de biela, está clocado sobre el lado de la caña de biela que está alejado del borde periférico inferior del cilindro.
La biela de acuerdo con la invención presenta, por lo tanto, una longitud de pandeo acortada, es decir, que la sección de la biela, que está especialmente amenazada de pandeo, está reducida al mínimo con respecto a toda la extensión longitudinal de la biela entre los dos ejes de los ojos de biela, hasta una medida que es absolutamente necesaria para evitar que la biela entre en contacto con el borde periférico inferior del cilindro durante el funcionamiento, con una relación predeterminada entre la carrera y el taladro.
Se consigue un empleo especialmente ventajoso de la biela de acuerdo con la invención en una máquina de pistón de doble árbol de cigüeñal, en la que ésta puede ser o bien un motor de combustión, interna, un compresor o una bomba.
A continuación se explica en detalle la invención con la ayuda de un ejemplo de realización con referencia al dibujo; en éste:
La figura 1 muestra una biela de acuerdo con la invención en la vista frontal.
La figura 2 muestra una sección a lo largo de la línea II-II en la figura 1 a través de la sección estrecha de la caña de biela, y
La figura 3 muestra una vista frontal sobre una máquina de pistón de doble árbol de cigüeñal utilizando la biela de acuerdo con la invención.
La figura 1 muestra la vista frontal de una biela de acuerdo con la invención con dirección de la visión en la dirección de los ejes Y e Y' de los ojos de la biela. La biela 1 comprende una primera cabeza de biela 2, una segunda cabeza de biela 3 y una caña de biela 4 que se extiende entre las cabezas de biela 2 y 3. En la primera cabeza de biela 2 está previsto un primer ojo de biela 20, con el que se puede pivotar de forma articulada la biela en un pistón de una máquina de trabajo de pistón de manera convencional.
La segunda cabeza de biela 3 configurada de manera conocida dividida o también no dividida presenta un segundo ojo de biela 30, con el que la biela 1 se monta de forma giratoria de manera conocida en un pivote de cigüeñal de un árbol de cigüeñal de la máquina de trabajo de pistón.
La caña de biela 4, que se extiende entre las dos cabezas de biela 2, 3, comprende dos secciones de caña de biela 40, 45, que se pasan una a la otra aproximadamente en la zona central de la caña de biela. La primera sección de la caña de biela 40 está adyacente a la primera cabeza de biela del lado del pistón, mientras que la segunda sección de la caña de biela 45 está adyacente a la cabeza de biela 3 del lado del árbol de cigüeñal.
La anchura B de la primera sección de la caña de biela 40, medida en una dirección en ángulo recto con respecto a un plano, que conecta los ejes Y e Y' de los ojos de biela, es decir, en la figura 1 desde la izquierda hacia la derecha, es menor en la zona de la transición desde la primera sección de la caña de biela 40 a la primera cabeza de biela 2 que el diámetro exterior D de la primera cabeza de biela 2 en la misma dirección. En el ejemplo mostrado, la anchura B es incluso menor que el diámetro interior d del primer ojo de biela 20.
La segunda sección de la caña de biela 45 es claramente más ancha que la primera sección de la caña de biela 40. La anchura B' de la segunda sección de la caña de biela 45 es mayor en la zona de transición desde la segunda sección de la caña de biela 45 a la segunda cabeza de biela 3 que el diámetro interior d' del segundo ojo de biela 30. Desde allí, la anchura se la segunda sección de la caña de biela 45 se reduce en un ángulo plano con respecto al plano E que conecta los ejes de los ojos de biela Y e Y' en dirección a la primera sección de la caña de biela 40.
La primera sección de la caña de biela 40 y la segunda sección de la caña de biela 45 pasan una a la otra en una sección de transición 44, que se encuentra aproximadamente en el centro de la extensión longitudinal de la caña de biela 4. En la sección de transición 44 se modifica el contorno lateral de la caña de biela 4 de tal manera que adopta un ángulo más empinado con respecto al plano E, para permitir que las diferentes anchuras de las dos secciones de la caña de biela 40, 45 pasen poco a poco una a la otra, de manera que este ángulo más empinado en el ejemplo mostrado tiene aproximadamente 45º.
La primera sección de la caña de biela 40 se extiende sobre su longitud aproximadamente con anchura b constante que es menor que la anchura B en la zona de la transición a la primera cabeza de biela 2. En cambio, como ya se ha indicado, se reduce la anchura de la segunda sección de la caña de biela desde la segunda cabeza de biela 3 hasta la sección de transición 44. La anchura b' de la segunda sección de la caña de biela 44 es en el límite con la sección de transición 44, que se define a través de la modificación del ángulo del contorno de limitación lateral, aproximadamente el doble de la anchura b de la primera sección de la caña de biela.
La longitud L de la primera sección de la caña de biela 40, medida desde el borde inferior de la primera cabeza de biela 2 hasta el límite entre la primera sección de la caña de biela 40 y la sección de transición 44, que se define por la modificación angular del contorno de limitación lateral, es menor o igual que la longitud L' de la segunda sección de la caña de biela 45, que se mide desde el borde superior de la segunda cabeza de biela 3 hasta el límite entre la segunda sección de la caña de biela 45 y la sección de transición 44.
La primera sección de la caña de biela 40 está provista en su lado inferior -con respecto al plano del dibujo de la figura 1-, respectivamente con una nervadura de refuerzo 42, 43 que se extiende en la dirección longitudinal de la caña de biela 4, como se puede reconocer en el dibujo en sección según la figura 2. La nervadura de refuerzo 42, 43 respectiva se extiende en este caso partiendo desde la primera cabeza de biela 2 pasando por la sección de transición 44 hasta la segunda sección de la caña de biela 45 y termina en su proximidad a la sección de transición 44. De esta manera, se incrementa el espesor t de la caña de biela 4 en la zona de las nervaduras de refuerzo 42, 43 hasta un espesor T, con lo que se eleva la resistencia a la flexión de la caña de biela 4 en la zona reforzada.
La segunda sección de caña de biela 45 puede estar provista, por razones de ahorro de peso con una escotadura interior 46, que o bien está configurada como abertura y, por lo tanto, representa un orificio o que está configurada como reducción del espesor t de la segunda sección de la caña de biela 45, de manera que sobre cada uno de los lados frontales está prevista una escotadura, entre las cuales permanece, sin embargo, una pared fina 48.
En concreto, la biela 1 mostrada en la figura 1 está constituida simétricamente al plano E con respecto a la caña de biela 4, pero la caña de biela 4 también puede estar configurada de tal forma que la primera sección de la caña de biela 40 pasa, desplazada lateralmente con respecto al plano E, a la segunda sección de la caña de biela 45, con lo que se crea una biela asimétrica.
En la figura 3 se representa de forma esquemática una vista frontal sobre una máquina de trabajo de pistón de doble árbol de cigüeñal, que está provista con bielas de acuerdo con la invención. En un cilindro 50 está dispuesto un pistón de carrera de manera móvil en vaivén. En este caso, un espacio de compresión está rodeado por la pared del cilindro 50 y la superficie frontal superior del fondo del cilindro. En el cilindro 50, representado igualmente de forma esquemática, están previstas una válvula de entrada 54 y una válvula de salida 55, que conectan el espacio de compresión con un canal de entrada -no mostrado- o bien con un canal de salida -no mostrado-.
El pistón 52 está provisto en su extremo inferior alejado del fondo del pistón con dos pivotes de biela 56, 57 colocados deslazados entre sí lateralmente con respecto al eje del cilindro A. Sobre cada uno de los pivotes de biela 56, 57 está previsto un cojinete, sobre el que está alojada una biela 1, 1' de acuerdo con la invención de forma pivotable en el pistón de carrera 52.
El segundo extremo de cada biela 1, 1' está alojado de forma giratoria en un pivote de cigüeñal 58, 59 asociado. El primer pivote de cigüeñal 58 está previsto en este caso en un disco de cigüeñal 61 conectado con un primer árbol de cigüeñal 60 y el segundo pivote de cigüeñal 59 está previsto en un disco de cigüeñal 63 conectado con un segundo árbol de cigüeñal 62. El primer árbol de cigüeñal 60 y el segundo árbol de cigüeñal 62 se extienden paralelos entre sí y se gira de forma sincronizada en sentido contrario. Los ejes de giro X, X' de los dos árboles de cigüeñal 60, 62 se extienden en este caso paralelamente a un plano medio del cilindro Z y están desplazados lateralmente de forma simétrica con respecto a este plano medio del cilindro Z.
A partir de la figura 3 se deduce claramente que la previsión de las bielas 1, 1' de acuerdo con la invención permite un tipo de construcción muy bajo de la máquina de trabajo de pistón de doble árbol de cigüeñal, puesto que las bielas 1, 1' pueden penetrar, en virtud de su primera sección más estrecha de la caña de biela del lado del pistón bajo un ángulo más plano desde el lado en el cilindro 50, sin que colisiones con el borde inferior periférico del cilindro 51.
La invención no está limitada al ejemplo de realización anterior, que solamente sirve para la explicación general de la invención. En el marco del alcance de protección, el dispositivo de acuerdo con la invención puede adoptar más bien formas de configuración distintas a las descritas anteriormente.
Los signos de referencia en las reivindicaciones, en la descripción y en los dibujos solamente sirven para la mejor comprensión de la invención y no deben limitar el alcance de protección.

Claims (8)

1. Biela para una máquina de pistón de doble árbol de cigüeñal, con
-
una primera cabeza de biela (2) que presenta un primer ojo de biela (20) para el montaje de la biela (1) en un pistón (52) de la máquina de pistón,
-
una segunda cabeza de biela (3) que presenta un segundo ojo de biela (30) para el montaje de la biela (1) en un pivote de cigüeñal (58; 59) de un árbol de cigüeñal (60; 62) de la máquina de pistón así como
-
una caña de biela (4) que conecta entre sí la primera cabeza de cigüeñal (2) y la segunda cabeza de cigüeñal (3),
-
en la que la caña de biela (4) presenta una primera sección estrecha de la caña de biela (40), adyacente a la primera cabeza de biela (2) y
-
en la que la caña de biela (4) presenta una segunda sección ancha de la caña de biela (45), adyacente a la segunda cabeza de biela (3),
-
en la que la segunda sección de la caña de biela (45) es más ancha que la primera sección de la caña de biela (40);
-
en la que la primera sección estrecha de la caña de biela (40) es más estrecha en la zona de la transición a la primera cabeza de biela (2) que el diámetro exterior (D) de la primera cabeza de biela (2);
-
en la que la anchura de la segunda sección de la caña de biela (45), partiendo desde la zona de transición desde la segunda sección de la caña de biela (45) a la segunda cabeza (3) en dirección a la primera sección de la caña de biela (40) se reduce en ambos lados en un ángulo plano con respecto a un plano (E) que conecta los ejes de los ojos de biela,
-
en la que en la zona de la unión entre la primera sección de la caña de biela (40) y la segunda sección de la caña de biela (45) está prevista una sección de transición (44);
-
en la que la longitud (L) de la primera sección de la caña de biela (40) es igual a la longitud (L') o más corta que la longitud (L') de la segunda sección de la caña de biela (45), y
-
en la que la primera sección de la caña de biela (40) presenta una sección transversal de material macizo;
caracterizada porque
-
la anchura de la caña de biela (4) en la sección de transición (44) se reduce poco a poco desde la anchura (b') de la segunda sección de la caña de biela (45) en el límite con la sección de transición (44) a la anchura (b) de la primera sección de la caña de biela (40) en la dirección de la extensión longitudinal de la caña de biela (4), de manera que el límite con la sección de transición está definido por una modificación del ángulo del contorno de limitación lateral de la caña de biela (4).
2. Biela de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque la anchura (b) de la primera sección de la caña de biela (40), que está adyacente a la sección de transición (44) tiene esencialmente la mitad de la anchura (b') de la segunda sección de la caña de biela (45), que está adyacente a la sección de transición (44).
3. Biela de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la primera sección de la caña de biela (40) está provista en al menos un lado frontal con una nervadura de refuerzo (42, 43), que se extiende desde la primera cabeza de biela (2) en la dirección longitudinal de la caña de biela (4), y que incrementa el espesor de la caña de biela (4) en esta zona.
4. Biela de acuerdo con la reivindicación 3, caracterizada porque la nervadura de refuerzo (42, 43) se extiende hasta la sección de transición (44), con preferencia hasta la zona, adyacente a la sección de transición (44), de la segunda sección de la caña de biela (45).
5. Biela de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la primera sección de la caña de biela (40) está conectada, con respecto a un plano (E) que conecta los ejes de los ojos de biela (Y, Y'), asimétricamente con la segunda sección de la caña de biela (45).
6. Máquina de pistón de doble árbol de cigüeñal con al menos una unidad de cilindro y pistón con un pistón (52) móvil en vaivén en un cilindro (50) así como dos árboles de cigüeñal (60, 62) giratorios en sentido opuestos de forma sincronizada entre sí, caracterizada porque el pistón (52) está acoplado a través de una primera biela (1) de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores con el primer árbol de cigüeñal (60) y a través de una segunda biela (1') de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores con el segundo árbol de cigüeñal (62).
7. Máquina de pistón de doble árbol de cigüeñal de acuerdo con la reivindicación 6, caracterizada porque la máquina de pistón de doble árbol de cigüeñal es un motor de combustión interna.
8. Máquina de pistón de doble árbol de cigüeñal de acuerdo con la reivindicación 6, caracterizada porque la máquina de pistón de doble árbol de cigüeñal es un compresor o una bomba.
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