ES2349396T3

ES2349396T3 - Árbol de levas compuesto.

Info

Publication number: ES2349396T3
Application number: ES05013219T
Authority: ES
Inventors: Oskar Muller
Original assignee: ThyssenKrupp Presta TecCenter AG
Current assignee: Thyssenkrupp Dynamic Components Teccenter AG
Priority date: 2005-06-20
Filing date: 2005-06-20
Publication date: 2010-12-30
Anticipated expiration: 2025-06-20
Also published as: CN101268293B; EP1741945A1; KR20080016661A; EP1741945B1; KR101320178B1; MX2007013373A; DE502005010107D1; US8402650B2; ATE478269T1; US20100224145A1; DE212006000020U1; CN101268293A; JP2008546943A; WO2006136252A1

Abstract

Procedimiento para la fabricación de un árbol de levas compuestos para el mando de las válvulas de motores de combustión interna con un árbol (2) y con al menos una leva (1), fabricada con un proceso de fabricación independiente, que posee una cavidad (A) interior con un diámetro (d1) para el alojamiento del árbol (2), siendo ensanchado el árbol (2), al menos en la zona a la que debe ser fijada la leva (1), al menos por zonas por deformación del material del contorno exterior del árbol (2) por medio de un moleteado, formando sobre la superficie exterior del árbol (2) protuberancias (7) repartidas sobre el contorno exterior del árbol (2), que se extienden en la dirección longitudinal del eje (9) del árbol y enhebrando la leva (1) con su cavidad (A) sobre el árbol (2), siendo unido por deslizamiento sobre las protuberancias (7) con el árbol (2), poseyendo la cavidad (A) de la leva (1) una sección transversal circular para el alojamiento del árbol (2), caracterizado porque en las protuberancias (7) formadas por el moleteado se prevé al menos un moleteado (11) de entrada configurado de tal modo, que el diámetro, que describen las protuberancias (7), aumenta, partiendo del borde del moleteado a modo de embudo, poseyendo las protuberancias (7) junto al moleteado (11) de entrada, que se agranda a modo de embudo, una longitud (10) de la protuberancia y una diámetro (D2), siendo la altura y la sección transversal de las protuberancias (7) en la zona del moleteado (11) de entrada menores que en la parte restante de la longitud (10) de las protuberancias y clavándose las protuberancias (7) por deformación del materia de la leva (1) en la zona de la cavidad (A) de la leva (1) parcialmente en esta, uniendo con ello la leva (1) con el árbol (2) con unión cinemática de fuerza y de forma, hallándose el valor absoluto del solapamiento definido como la diferencia entre el diámetro (d1) de la cavidad (A) de la leva (1) y el diámetro (D2) descrito por las protuberancias entre 0,05 mm y 0,2 mm.

Description

El invento se refiere a un procedimiento para la fabricación de árboles de levas compuestos así como a un árbol de levas para motores de combustión interna fabricado con este procedimiento.

Para la fabricación de árboles de levas compuestos se fabrican individualmente los elementos funcionales tales como levas, ruedas de accionamiento, cojinetes, discos de apoyo axial, anillos de sensor, variadores del árbol de levas y árboles. A continuación se posicionan los elementos funcionales sobre el árbol, que sirve como árbol soporte y de accionamiento, y se fijan sobre el árbol por medio de un procedimiento de unión apropiado.

En el estado de la técnica se conoce toda una serie de procedimientos de unión para la fabricación de árboles de levas compuestos. En la fabricación en masa se impuso entre otros un grupo de procedimientos de unión en el que la leva se posiciona sobre el árbol soporte con forma de tubo y se fija después al árbol soporte por medio de la dilatación del árbol soporte con herramientas o con una presión hidráulica (véase por ejemplo el documento DE 689 05 065 T2). Estos procedimientos son muy caros desde el punto de vista técnico y exigen máquinas de ensamblaje complejas.

A medida que aumentan los diámetros de los árboles y/o los gruesos de pared del árbol soporte con forma de tubo aumentan las fuerzas, respectivamente las presiones de dilatación, de manera, que la técnica de las máquinas resulta todavía más cara. También aumenta considerablemente el desgaste de las herramientas necesarias, de manera, que disminuye y la vida útil y que los costes de fabricación aumentan desproporcionadamente.

En la memoria de patente DE 42 18 624 C2 se divulga un procedimiento de ensamblaje en el que se forma en primer lugar una leva uniendo una pieza de leva sinterizada por medio de una bonderización de difusión con un aro de acero. El aro de acero posee una cavidad poligonal para el alojamiento del árbol soporte. A continuación se ensambla la leva con el árbol soporte por medio de un asiento de presión. Para ello se ensancha el árbol soporte por medio de un moleteado y el aro de acero con la leva sinterizada unida a él es deslizada sobre el árbol soporte.

Los inconvenientes importantes de este procedimiento residen en la laboriosa fabricación de la leva formada por dos componentes (aro de acero y cuerpo sinterizado) y en la cavidad poligonal del aro de acero. Las considerables fuerzas de conformado no permiten la utilización de levas sin aro de acero. Al mimo tiempo, las fuerzas de conformado aumentan mucho al aumentar el diámetro del árbol. Además, se necesitan considerables solapamientos máximos entre el moleteado y la cavidad de la leva. Para alcanzar los pares de giro transmisibles exigidos se necesitan solapamientos en los que apenas es posible evitar la formación de viruta. Además, con diámetros crecientes de los árboles se imponen

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requerimientos mayores a la precisión del moleteado, ya que en caso contrario aumenta todavía más el peligro de la formación de viruta.

Además, se impuso el procedimiento según el documento DE 41 21 951 C1 para la fabricación de árboles de levas en la producción en masa. De acuerdo con este procedimiento se ensanchan sobre el árbol soporte algunas zonas por medio de un procedimiento de laminado análogo a una rosca más allá del diámetro inicial del árbol y a continuación se deslizan sobre ellas las levas, cuya cavidad interior posee un diámetro, que es menor que el diámetro exterior de la zona ensanchada del árbol. La leva forjada posee en este caso un cono de entrada a modo de embudo. En el interior de esta zona cónica se deforman durante el montaje los cordones de laminado, de manera, que la leva es ensanchada ligeramente y se produce un prensado entre la leva y el árbol soporte.

Una ventaja especial de este método reside en el hecho de que el proceso de ensamblaje de cada leva individual puede ser vigilado por medio de la medición de la fuerza de prensado. El desarrollo de la curva de la fuerza en función del camino de prensado muestra un aumento inicial grande, cuando el primer cordón de laminado entra en contacto con la cavidad interior de la leva y a continuación presenta un aumento adicional con forma de onda hasta que la leva haya sido colocada totalmente sobre la zona ensanchada. Cada cresta del aumento equivale a la entrada de otro cordón de laminado en la zona de ensamblaje entre la leva y el árbol soporte. Los ensayos pusieron de manifiesto una correlación entre la fuerza de prensado máxima y el par de giro, que se puede transmitir entre la leva y el árbol soporte.

Sin embargo, un inconveniente de esta tecnología reside en el hecho de que con diámetros grandes del árbol, como los que se necesitan por ejemplo en los motores para vehículos industriales, las fuerzas aumentan de manera desproporcionada y de que, adicionalmente, aumentan mucho las diferencias entre el valle y la cresta de la curva de la fuerza. Si bien en los árboles de levas con diámetro grande del árbol se exige generalmente la transmisión de pares de giro mayores entre la leva y el árbol soporte, el método conocido en el estado de la técnica está con frecuencia muy sobredimensionado. Las consecuencias son máquinas de montaje, que deben generar fuerzas de prensado muy grandes así como la falta de seguridad en la valoración de la calidad de la unión debida a las grandes variaciones entre la fuerza de prensado máxima y mínima en cada cresta del aumento de la fuerza.

Además, a medida que aumentan los diámetros de los árboles se exigen condiciones de precisión mayores durante el laminado, ya que en caso contrario surge el peligro de las virutas.

Además, en los procedimientos según el estado de la técnica es preciso tener en cuenta, que a medida que aumenta el diámetro del árbol también aumenta con frecuencia la

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longitud del árbol de levas, de manera, que aumentan los requerimientos de la máquina de montaje a causa de las fuerzas de prensado más grandes con mayores distancias entre los puntos de fijación.

A través del documento US 6,416,245 B1 se conoce el procedimiento de deslizar un elemento funcional, que posee una cavidad para el alojamiento de un árbol, sobre una zona ensanchada por moleteado del árbol para fijar el elemento funcional sobre la zona ensanchada del árbol. Se propone, que el borde de la cavidad, orientado durante el deslizamiento hacia el moleteado del árbol, se configure como perfil curvo para facilitar el deslizamiento del elemento funcional y evitar el arranque de material del árbol durante el deslizamiento sobre el moleteado.

En el documento DE 42 18 624 A1 se describen un elemento mecánico con un árbol y con un elemento funcional unido con este árbol por medio de un ajuste prensado. El elemento funcional se construye en este caso en dos piezas y por ello es caro. Posee un anillo interior y una parte exterior del elemento unida con aquel. La parte exterior del elemento puede ser unida con el anillo interior, por ejemplo por bonderización de difusión. El anillo interior, que, para la unión del elemento funcional con el árbol, se desliza sobre un ensanchamiento local del árbol obtenido por moleteado, posee una cavidad con una sección transversal no redonda, a saber una sección transversal poligonal. En especial en la figura 6 del documento DE 42 18 624 A1 se hace la observación de que una cantidad de ocho, respectivamente diez ángulos del polígono se puede alcanzar una resistencia especialmente grande de la unión.

En el documento US 4,830,498 se divulga un procedimiento con las características del preámbulo de la reivindicación 1, respectivamente un árbol de levas con las características del preámbulo de la reivindicación 9. En el objeto del documento US 4,630,498 tiene especial importancia el hecho de que los elementos funcionales están formados cada uno por varios elementos yuxtapuestos. Esto significa, que los elementos funcionales se componen en la dirección axial de varios elementos individuales separados entre sí y yuxtapuestos con sus superficies planas. Para fijar los elementos funcionales por medio de una unión prensada al árbol se prevén en el árbol dientes, que se pueden ensanchar cónicamente en la dirección axial. Por ello, la fuerza de prensado necesaria aumenta de manera continua cuanto más se deslice el elemento funcional sobre los dientes. Por ello, las fuerzas, que se producen durante la fabricación son comparativamente grandes.

El objeto del invento es crear una unión barata, apropiada para series grandes, de los elementos funcionales, como por ejemplo cojinetes, levas, ruedas de accionamiento, discos axiales de apoyo, discos de mando, anillos sensores o variadores del árbol de levas con árboles soportes para la fabricación de árboles de levas compuestos. Al mismo tiempo

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debe ser posible construir los elementos funcionales tanto con acero, como con materiales sinterizados u otros y la unión entre los elementos funcionales y el árbol soporte debe poseer una elevada resistencia en el sentido del contorno (transmisión de pares), como también en la dirección longitudinal del árbol soporte.

Además, el objeto del invento es mejorar las posibilidades de la vigilancia del proceso y mantener lo más pequeñas posible las fuerzas, que se generan durante la fabricación. Además, se debe obtener de una manera en lo posible sencilla un ensamblaje con unión cinemática de fuerza y de forma. Los pares de giro, que se puedan transmitir deben ser, en especial, lo más grandes posible.

Igualmente se debe crear un árbol de levas, en especial para diámetros grandes del árbol soporte, como los que son por ejemplo necesarios en los vehículos industriales, que se puedan fabricar en series grandes de una manera sencilla y barata y con fuerzas de montaje reducidas con una elevada seguridad de precisión.

Para la solución del problema planteado se propone con el invento un procedimiento con las características de la reivindicación 1 así como un árbol de levas con las características de la reivindicación 8. Las reivindicaciones 2 a 7 subordinadas se refieren a configuraciones preferidas del procedimiento. Las reivindicaciones 9 a 14 se refieren a formas de ejecución preferidas del árbol de levas según el invento.

El problema se soluciona, desde el punto de vista del procedimiento, con un procedimiento para la fabricación de un árbol de levas compuesto para el mando de las válvulas de motores de combustión interna con un árbol y con al menos un elemento funcional, fabricado con un proceso de fabricación independiente, que posee una cavidad interior para el alojamiento del árbol, siendo ensanchado el árbol, al menos en la zona a la que debe ser fijado el elemento funcional, al menos por zonas por deformación del material del contorno exterior del árbol por medio de un moleteado, formando sobre la superficie exterior del tubo protuberancias repartidas sobre el contorno exterior del árbol, que se extienden en la dirección longitudinal del eje del árbol y enhebrando el elemento funcional con su cavidad sobre el árbol, siendo unido con el árbol por deslizamiento sobre las protuberancias, caracterizado porque la cavidad del elemento funcional para el alojamiento del árbol es esencialmente circular y porque en las protuberancias y/o en la cavidad del elemento funcional se prevén medios de entrada, que permiten la colocación ampliamente sin virutas del elemento funcional sobre las protuberancias, clavándose las protuberancias, esencialmente por deformación del material del elemento funcional en la zona de la cavidad del elemento funcional, parcialmente en este, uniendo el elemento funcional y el árbol con unión cinemática de fuerza y de forma.

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Los medios de entrada pueden estar formados en este caso por biseles de entrada conformados en la cavidad del elemento funcional y/o por un moleteado de entrada, que se ensancha a modo de embudo, conformada en las protuberancias.

En una primera forma de ejecución del invento se soluciona el problema de una manera concreta con un procedimiento para la fabricación de un árbol de levas compuesto para el mando de las válvulas de motores de combustión interna con un árbol y con al menos un elemento funcional, fabricado con un proceso de fabricación independiente, que posee una cavidad interior para el alojamiento del árbol, siendo ensanchado el árbol, al menos en la zona a la que debe ser fijado el elemento funcional, al menos por zonas por deformación del material del contorno exterior del árbol por medio de un moleteado, formando sobre la superficie exterior del tubo protuberancias repartidas sobre el contorno exterior del árbol, que se extienden en la dirección longitudinal del eje del árbol y enhebrando el elemento funcional con su cavidad sobre el árbol, siendo unido por deslizamiento sobre las protuberancias con el árbol, caracterizado porque la cavidad del elemento funcional para el alojamiento del árbol se configura esencialmente circular y porque está ensanchada al menos en un lado y al menos en una parte de su longitud axial a modo de embudo, poseyendo la cavidad una boca con un diámetro, que equivale al menos al diámetro de la zona ensanchada del árbol y en la zona no ensanchada a modo de embudo posee un diámetro, que es algo mayor que el diámetro del árbol junto la zona ensanchada y algo menor que el diámetro descrito por las protuberancias repartidas sobre el contorno exterior del árbol y porque el elemento funcional es deslizado con el lado ensanchado a modo de embudo en primer lugar sobre la zona ensanchada del árbol, clavándose las protuberancias, esencialmente por deformación del material del elemento funcional en la zona de la cavidad del elemento funcional, parcialmente en este, uniendo el elemento funcional y el árbol con unión cinemática de fuerza y de forma.

En una forma de ejecución alternativa se modifica el procedimiento para la fabricación de un árbol de levas compuesto de tal modo, que la cavidad en el elemento funcional para el alojamiento del árbol se configura esencialmente redonda y que las protuberancias poseen al menos en un lado un moleteado de entrada, ensanchándose el diámetro del moleteado de entrada descrito por las protuberancias a modo de embudo a partir del borde del moleteado de entrada, siendo el diámetro más pequeño del moleteado de entrada menor y el diámetro en la parte, que no se ensancha a modo de embudo, mayor que el diámetro más pequeño de la cavidad del elemento funcional y siendo deslizado el elemento funcional por encima del diámetro, que se ensancha a modo de embudo, del árbol soporte, clavándose las protuberancias, esencialmente por deformación del material del

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elemento funcional en la zona de la cavidad del elemento funcional en este, uniendo con ello el elemento funcional con el árbol con unión cinemática de fuerza y de forma.

El problema se soluciona, desde el punto de vista del árbol de levas, con un árbol de levas para el mando de las válvulas de motores de combustión interna con un árbol y con al menos un elemento funcional, fabricado con un proceso de fabricación independiente, que posee una cavidad interior para el alojamiento del árbol, siendo ensanchado el árbol, al menos en la zona a la que debe ser fijado el elemento funcional, al menos por zonas por deformación del material del contorno exterior del árbol por medio de un moleteado, formando sobre la superficie exterior del tubo protuberancias repartidas sobre el contorno exterior del árbol, que se extienden en la dirección longitudinal del eje del árbol, caracterizado porque la cavidad del elemento funcional para el alojamiento del árbol es esencialmente redonda y porque en las protuberancias y/o en la cavidad del elemento funcional se prevén medios de entrada, que permiten la colocación ampliamente sin virutas del elemento funcional sobre las protuberancias, clavándose las protuberancias, esencialmente por deformación del material del elemento funcional en la zona de la cavidad del elemento funcional, parcialmente en este, uniendo el elemento funcional y el árbol con unión cinemática de fuerza y de forma.

Los medios de entrada pueden ser configurados en este caso como un bisel de entrada conformado en la cavidad del elemento funcional y/o como un moleteado de entrada, que se ensancha a modo de embudo, conformado en las protuberancias.

En una primera forma de ejecución del árbol de levas según el invento se soluciona el problema con un árbol de levas para el mando de las válvulas de motores de combustión interna con un árbol y con al menos un elemento funcional, fabricado con un proceso de fabricación independiente, que posee una cavidad interior para el alojamiento del árbol, siendo ensanchado el árbol, al menos en la zona a la que está fijado el elemento funcional, al menos por zonas por deformación del material del contorno exterior del árbol por medio de moleteados, formando sobre la superficie exterior del árbol protuberancias repartidas sobre el contorno exterior del árbol, que se extienden en la dirección longitudinal del eje del árbol, caracterizado porque la cavidad del elemento funcional para el alojamiento del árbol se configura esencialmente redonda y porque está ensanchada a modo de embudo al menos en un lado y al menos en una parte de su longitud axial, poseyendo la cavidad una boca con un diámetro, que equivale al menos al diámetro de la zona ensanchada del árbol y que en la zona no ensanchada a modo de embudo es algo mayor que el diámetro del árbol junto a la zona ensanchada y algo menor que el diámetro descrito por las protuberancias repartidas sobre el contorno del árbol, clavándose las protuberancias, esencialmente por deformación del material del elemento funcional en la zona de la cavidad del elemento funcional,

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parcialmente en este, uniendo así el elemento funcional y el árbol con unión cinemática de fuerza y de forma.

En una forma de ejecución alternativa se propone un árbol de levas para el mando de las válvulas de motores de combustión interna en el que la cavidad del elemento funcional para el alojamiento del árbol se configura esencialmente redonda y en el que las protuberancias poseen al menos en un lado un moleteado de entrada, aumentando a modo de embudo, partiendo del borde del moleteado de entrada, el diámetro descrito por las protuberancias, siendo el diámetro más pequeño del moleteado de entrada menor y el diámetro de la parte ensanchada no moleteada mayor que el diámetro más pequeño de la cavidad del elemento funcional, clavándose las protuberancias, esencialmente por deformación del material del elemento funcional en la zona de la cavidad del elemento funcional, parcialmente en este y uniendo así el elemento funcional con el árbol con unión cinemática de fuerza y de forma.

Dado que las protuberancias de la zona del árbol soporte ensanchadas por medio de un moleteado se introducen, respectivamente clavan al deslizar el elemento funcional en el material de este en la zona de la cavidad y que el material desplazado del elemento funcional fluye en parte alrededor de las protuberancias, se crea, por un lado, una unión cinemática de forma eficaz en el sentido del contorno, que garantiza una elevada resistencia de la unión en el sentido del contorno. Con ello es posible transmitir los elevados pares, que actúan en el sentido del contorno, como es por ejemplo necesario en el caso de las levas de un árbol de levas.

Por otro lado, el material del elemento funcional, sometido a tensiones mecánicas debido a la penetración, respectivamente el clavado de las protuberancias, ejerce sobre el árbol soporte (es decir sobre las protuberancias) a causa de la reposición elástica del material una fuerza de presión. Con ello se crea entre las superficies, que se hallan en contacto, del elemento constructivo y las superficies exteriores de las protuberancias una elevada presión superficial con la que se obtiene una unión cinemática de fuerza. Esta unión cinemática de fuerza garantiza una resistencia grande de la unión en la dirección del eje longitudinal del árbol soporte. La unión posee, debido a esta unión cinemática de fuerza y de forma una gran compatibilidad para esfuerzos dinámicos alternativos en el sentido del contorno.

En lo que sigue se explicará el invento con detalle por medio del dibujo. Los dibujos esquemáticos representan el invento por medio de una forma de ejecución preferida. En el dibujo muestran:

La figura 1, una representación tridimensional de una forma de ejecución del elemento funcional según el invento, a saber una leva 1a.

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La figura 2, una forma de ejecución del elemento funcional según el invento, a saber un disco 1b excéntrico.

La figura 3 y la figura 4, una sección longitudinal de una leva según el invento con bisel 4 de entrada distinto.

La figura 5, el proceso de unión del árbol de levas compuesto.

La figura 6, una sección transversal del árbol 2 soporte en la zona ensanchada.

La figura 7, una sección transversal del ensanchamiento en otra forma de ejecución en la zona ensanchada del árbol 2 soporte, que se corresponde con el detalle X de la figura

6. La figura 8, la misma vista que la de la figura 7, pero con una forma de ejecución alternativa. En la forma de ejecución preferida representada se configura el árbol 2 soporte con forma de tubo.

El elemento funcional, una leva 1a según la figura 1, un disco excéntrico según la figura 2 o también un anillo de apoyo, un anillo sensor, una rueda de accionamiento u otro elemento posee una cavidad A interior para el alojamiento del árbol 2 soporte con un diámetro d1 de la boca (véase la figura 4). El diámetro d1 es en este caso constante sobre la longitud L (véanse las figuras 3, 4) de unión. La cavidad interior posee un bisel 4 de entrada, que posee un diámetro d2 en la boca y se prolonga en el diámetro d1 de la cavidad A.

La cavidad A del elemento 1 funcional posee una sección transversal esencialmente circular, siendo la superficie 6 de la cavidad A interior con preferencia lisa. La superficie 6 de la cavidad A interior no posee, en especial, esquinas u otros puntos de discontinuidad en el sentido del contorno. La cavidad A posee en el caso más sencillo y preferido una sección transversal circular, como la que se puede obtener sin operaciones de acabado por desbastado-torneado, taladrado, sinterizado o incluso forjado. Se comprende, que los conceptos “redondo” y “circular” no deben ser entendidos en el sentido estrictamente matemático, sino que la forma de la cavidad se puede apartar, debido a las tolerancias de fabricación y a las faltas de precisión técnicas inevitables, de la forma circular. La solución propuesta aprovecha la totalidad del contorno de la cavidad A para crear la unión cinemática de fuerza y de forma.

Para la forma del bisel 4 de entrada se pueden elegir de manera alternativa dos formas distintas de la entrada. La figura 3 muestra dos tramos cónicos dispuestos uno detrás del otro en la dirección del eje 9 del árbol soporte con ángulos α1, α2 de conicidad orientados hacia fuera, que aumentan hacia la superficie frontal de la leva, con preferencia de tres a siete veces. La figura 4 muestra por el contrario un radio r de entrada como bisel de entrada.

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El árbol 2 soporte con un diámetro D1 exterior es ensanchado en la zona 3 en la que se debe unir con el elemento 1 funcional por medio de un moleteado hasta el diámetro D2. Con el proceso de moleteado se conforman protuberancias 7 y cavidades 8 (véanse las figuras 6, 7), no reduciendo o sólo muy poco el diámetro Di interior. Las protuberancias 7 se subdividen en dos moleteados 11 de entrada y una longitud 10 de la protuberancia entre los moleteados 11de entrada.

El proceso de unión se desarrolla de tal modo, que, de acuerdo con la figura 5, el elemento 1 funcional es deslizado con su bisel 4 de entrada en primer lugar en la dirección indicada con la flecha sobre la zona 3 ensanchada del árbol 2 soporte, creando al mismo tiempo una unión cinemática de fuerza y de forma con el árbol soporte.

El invento se basa en la evidencia de que con la creación de una unión cinemática de fuerza y de forma entre el elemento 1 funcional y el árbol 2 soporte se pueden transmitir los pares de giro más grandes. Al deslizar el elemento 1 funcional sobre la zona ensanchada del árbol 2 es preciso evitar en lo posible la formación de viruta, ya que los ensayos pusieron de manifiesto, que con la formación de viruta se reduce el par de giro, que se puede transmitir, ya que el material es arrancado de la ranura de unión y ya no puede contribuir por ello a la unión cinemática de forma, respectivamente la creación de una fuerza y con ello de la unión cinemática de forma. Durante la deformación en la que las protuberancias del árbol soporte se clavan en la cavidad del elemento 1 funcional es preciso cuidar, que cada parte de volumen en la zona de unión sólo sea deformada como máximo una sola vez en el transcurso de la operación de fijación por presión. En caso contrario se pueden producir cavidades y pérdidas de fuerza y con ello una reducción de la unión cinemática de fuerza y de forma.

Por ello tiene especial importancia, que las protuberancias 7 en la zona ensanchada del árbol 2 soporte estén orientadas lo más exactamente posible en la dirección del árbol 2 soporte y con ello sean paralelas al eje 9 del árbol soporte. Las protuberancias 7 poseen en un perfeccionamiento ventajoso en toda su longitud, prescindiendo de la zona del moleteado 11 de entrada, una altura y una forma de la sección en lo posible constante. Esto significa en especial, que las protuberancias se conforman en una longitud lo más grande posible con una sección transversal constante. Las protuberancias 7 son en la zona del moleteado 11 de entrada más pequeñas, desde el punto de vista de su altura y de su sección transversal, que en la parte 10 restante del ensanchamiento 3.

Además, es especialmente ventajoso, que las protuberancias se diseñen lo más duras posible, lo que ya puede suceder, por ejemplo, por el compactado en frío del material del árbol soporte durante el moleteado. Por medio de varias pasadas de la herramienta de moleteado en uno y el mismo tramo 3 del árbol soporte se puede incrementar

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adicionalmente este compactado en frío. Sin embargo, en este caso es preciso cuidar, que no se rebase la capacidad de deformación del material del árbol 2 soporte y que, debido a ello, se forme viruta. Las protuberancias tampoco se deben configurar demasiado puntiagudas, ya que con ello se favorece la formación de viruta. Esto significa, que los radios 13 de las crestas 12 de las protuberancias no deben ser demasiado pequeños. En especial es ventajoso, que el contorno de la sección transversal de la protuberancia 7 y la cavidad 8 se pueda describir, en lo posible de manera aproximada, con dos semicircunferencias con el radio 13, que se prolonguen mutuamente, como se representa esquemáticamente en la figura 7.

En una ejecución alternativa (véase la figura 8) no se realiza, respectivamente se reduce a un quiebro sencillo del canto o a un rebarbado la fase 4 de entrada en la cavidad del elemento funcional. Un moleteado 11 de entrada especial asume esta función en esta forma de ejecución. El moleteado 11 de entrada se configura en esta forma de ejecución de tal modo, que el diámetro, que describen las protuberancias 7 por encima del que se desliza el elemento funcional durante el montaje, se ensanche, partiendo del borde del moleteado, a modo de embudo. El diámetro D3 en el borde del moleteado es en este caso menor y el diámetro más grande del moleteado 11 de entrada es mayor que el diámetro d1 de la cavidad A del elemento funcional. La variación axial del diámetro de la zona 3 ensanchada del árbol 2 soporte se comporta con preferencia de manera análoga al ensanchamiento a modo de embudo descrito de la cavidad A del elemento funcional. La ventaja de esta ejecución reside en el hecho de que no es preciso, que el elemento funcional esté provisto de un bisel de entrada. Sin embargo, estos moleteados poseen una fabricación más costosa, de manera, que en este caso es preciso tomar decisiones según la aplicación concreta.

En principio sería suficiente, prever un moleteado 11 de entrada sólo en un extremo del moleteado, quedando entonces prefijado, que el elemento 1 funcional tiene que ser deslizado sobre el árbol 2 en la dirección hacia el moleteado 11 de entrada.

También es ventajoso, que el elemento 1 funcional no sea ensanchado de manera plástica, sino sólo de manera ligeramente elástica al deslizarlo sobre la parte ensanchada del árbol soporte. Con ello se somete el elemento funcional a fuerzas de tracción menores, con lo que disminuye el peligro de la formación de grietas y se reducen las variaciones de la forma geométrica de la superficie 5 exterior del elemento 1 funcional. Siempre que las dilataciones elásticas del elemento 1 funcional debidas al deslizamiento sobre el árbol 2 soporte sean inevitables o sean necesarias para obtener una unión cinemática de fuerza suficiente, el diámetro de estos ensanchamientos de la superficie exterior del elemento 1 funcional no deberían rebasar el valor de 0,2 mm. Con preferencia se utilizan diámetros de

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ensanchamiento inferiores a 0,05 mm, no previendo en el caso ideal un ensanchamiento mesurable en el contorno exterior.

Con cada una de estas diferentes medidas se reduce, con el mismo par de giro, que se puede transmitir, el solapamiento necesario para la unión como diferencia entre el diámetro d1 de la cavidad A del elemento 1 funcional y el diámetro D2 definido por las protuberancias 7 en el árbol 2 soporte. Para una unión suficiente para un árbol de levas ya son suficientes solapamientos de 0,05 mm a 0,2 mm, lo que equivale a una altura de aproximadamente 0,1 mm a 0,3 mm de las protuberancias 7.

Para aplicaciones especiales, por ejemplo con diámetros D1 muy grandes, puede ser ventajoso prever sobre el árbol 2 soporte dos o más ensanchamientos distanciados entre sí dentro de una longitud L de unión. Con ello se pueden limitar adicionalmente las fuerzas de presión. Sin embargo, con esta medida se reduce el par de giro, que se puede transmitir.

El proceso de montaje propuesto en este invento conlleva una serie de ventajas. Con la utilización de una cavidad interior con sección transversal circular de los elementos funcionales, se pueden fabricar estos de manera muy sencilla. Las levas pueden ser fabricadas así, por ejemplo, por sinterización, pero también por forjado en frío o en caliente sin apenas trabajos de acabado. El bisel de entrada puede ser conformado en este caso directamente en el proceso de fabricación. Se puede prescindir de los costosos trabajos de acabado por medio de un escariado y, en parte, incluso por medio de un torneado. No es preciso prever en la cavidad dentados o zonas ovaladas, ni contornos poligonales.

Al montar con presión el elemento funcional tiene lugar una deformación uniforme del material del elemento funcional en la zona de la cavidad, de manera, que se evitan picos de tensión. El material de la superficie de la cavidad interior es desplazado por las protuberancias del árbol soporte y fluye alrededor de las protuberancias. Según la diferencia de los diámetros entre la cavidad A y el árbol 2 soporte, el material fluye incluso en parte hacia el interior de las cavidades 8 del eje 2 soporte. Con ello se crea una unión cinemática de forma muy buena. Al mismo tiempo, las elasticidades residuales de la deformación plástica local contribuyen, a causa de la reposición elástica del material del elemento funcional, a la unión cinemática de fuerza, incluso cuando el elemento funcional no ha sido ensanchado en modo alguno por el montaje por deslizamiento. Las protuberancias 7 son casi aprisionadas en sus flancos laterales por el material del elemento funcional, conformado plásticamente alrededor de ellas. Generalmente el elemento funcional es ensanchado ligeramente de manera elástica, en modo alguno plástica, de manera, que la recuperación elástica del material contribuye adicionalmente a la unión cinemática de fuerza.

Los árboles de levas fabricados con este procedimiento soportan especialmente bien los esfuerzos alternativos causados por los pares alternativos durante el funcionamiento del

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motor. La unión cinemática de forma con una superficie grande con el pretensado elástico da lugar a que se reduzca la distancia entre los esfuerzos estáticos soportables y los esfuerzos dinámicos alternativos soportables.

Ni con protuberancias obtenidas por laminado en el sentido del contorno del árbol 5 soporte, ni con una sección transversal poligonal de la cavidad del elemento funcional se puede obtener una unión cinemática de forma y de fuerza de esta clase.

Al mismo tiempo, el aumento de la fuerza durante la fase del montaje por presión del elemento funcional sobre la zona ensanchada del árbol es prácticamente constante o al menos aumenta de manera monótona, de manera que es posible un control de calidad

10 bueno y sencillo (es decir control del proceso de unión por medio de la medición y la vigilancia de la curva de la fuerza de montaje por prensado).

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Lista de símbolos de referencia

1: Elemento funcional

1a: Leva

1b: Leva excéntrica

2: Árbol soporte

3: Zona ensanchada

4: Bisel de entrada

5: Superficie exterior

6: Superficie interior

7: Protuberancia

8: Cavidad

9: Eje del árbol soporte

10: Longitud de la protuberancia

11: Moleteado de entrada

12: Cresta de la protuberancia

13: Radio

A: Cavidad de la leva

L: Longitud de unión

X: Detalle

d1: Diámetro de la cavidad de la leva

d2: Diámetro de la boca

r: Radio de entrada

D1: Diámetro exterior del árbol

D2: Diámetro de la zona ensanchada

α1: Ángulo del bisel de entrada

α2: Ángulo del bisel de entrada

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Claims

Reivindicaciones

1.

Procedimiento para la fabricación de un árbol de levas compuestos para el mando de las válvulas de motores de combustión interna con un árbol (2) y con al menos una leva (1), fabricada con un proceso de fabricación independiente, que posee una cavidad (A) interior con un diámetro (d1) para el alojamiento del árbol (2), siendo ensanchado el árbol (2), al menos en la zona a la que debe ser fijada la leva (1), al menos por zonas por deformación del material del contorno exterior del árbol (2) por medio de un moleteado, formando sobre la superficie exterior del árbol (2) protuberancias (7) repartidas sobre el contorno exterior del árbol (2), que se extienden en la dirección longitudinal del eje (9) del árbol y enhebrando la leva (1) con su cavidad (A) sobre el árbol (2), siendo unido por deslizamiento sobre las protuberancias (7) con el árbol (2), poseyendo la cavidad (A) de la leva (1) una sección transversal circular para el alojamiento del árbol (2), caracterizado porque en las protuberancias (7) formadas por el moleteado se prevé al menos un moleteado (11) de entrada configurado de tal modo, que el diámetro, que describen las protuberancias (7), aumenta, partiendo del borde del moleteado a modo de embudo, poseyendo las protuberancias (7) junto al moleteado (11) de entrada, que se agranda a modo de embudo, una longitud (10) de la protuberancia y una diámetro (D2), siendo la altura y la sección transversal de las protuberancias (7) en la zona del moleteado (11) de entrada menores que en la parte restante de la longitud (10) de las protuberancias y clavándose las protuberancias (7) por deformación del materia de la leva (1) en la zona de la cavidad (A) de la leva (1) parcialmente en esta, uniendo con ello la leva (1) con el árbol (2) con unión cinemática de fuerza y de forma, hallándose el valor absoluto del solapamiento definido como la diferencia entre el diámetro (d1) de la cavidad (A) de la leva (1) y el diámetro (D2) descrito por las protuberancias entre 0,05 mm y 0,2 mm.
2.

Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque en la cavidad (A) de la leva (1) se configura un bisel (4) de entrada.
3.

Procedimiento según la reivindicación 2, caracterizado porque para la formación del bisel (4) de entrada se ensancha a modo de embudo la cavidad (A) de la leva (1) al menos en un lado y al menos en una parte de su longitud axial, poseyendo la cavidad (A) una boca con un diámetro (d2), que equivale al menos al diámetro (D2) de la zona (3) ensanchada del árbol y en la zona no ensanchada a modo de embudo posee un diámetro (d1), que es mayor que el diámetro (D1) del árbol (2) junto a la zona (3) ensanchada y menor que el diámetro (D2) descrito por las protuberancias (7) repartidas sobre el contorno exterior del árbol (2), siendo deslizada la leva (1) con el lado ensanchado a modo de embudo en primer lugar sobre la zona (3) ensanchada del árbol (2).
4.

Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque las protuberancias (7) poseen al menos en un lado un moleteado (11) de entrada, siendo el diámetro más pequeño del moleteado (11) de entrada menor y el diámetro de la parte, que no se agranda a modo de embudo, mayor que el diámetro (d1) más pequeño de la cavidad

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(a) de la leva (1) y siendo deslizada la leva (1) por encima del diámetro, que se agranda a modo de embudo, del árbol (2) soporte.
5.

Procedimiento según las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque las protuberancias (7) poseen una sección transversal constante en la mayor parte de su longitud.
6.

Procedimiento según las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la leva (1) no se ensancha o al menos no más de 0,05 mm debido al proceso de unión (referido al diámetro de partida del contorno exterior de la leva no montada).
7.

Procedimiento según las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque durante el prensado tiene lugar un aumento casi constante, al menos monótono, de la fuerza de prensado.
8.

Árbol de levas para el mando de las válvulas de motores combustión interna con un árbol (2) y con al menos una leva (1) fabricada con un proceso de producción independiente, que posee una cavidad (A) interior con una sección transversal circular con un diámetro (d1) para el alojamiento del árbol (2), siendo ensanchado el árbol (2) al menos en la zona a la que está fijada la leva (1), al menos por zonas por medio de una deformación del material del contorno exterior del árbol (2) por medio de un moleteado, formando sobre la superficie exterior del árbol protuberancias (7) repartidas sobre el contorno del árbol (2) y que se extienden en la dirección longitudinal del eje (9) del árbol, caracterizado porque en las protuberancias (7) se prevé al menos un moleteado (11) de entrada conformado de tal modo, que el diámetro, que describen las protuberancias (7) se agrande, partiendo del borde del moleteado, a modo de embudo, poseyendo las protuberancias (7) junto al moleteado

(11) de entrada, que se agranda a modo de embudo, una longitud (10) de la protuberancia y un diámetro (D2), siendo la altura y la sección transversal de las protuberancias (7) en la zona del moleteado (11) de entrada menores que en la zona restante de la longitud (10) de la protuberancia y clavándose las protuberancias (7), debido esencialmente a la deformación del material de la leva (1) en la zona de la cavidad (A) de la leva (1) en este, uniendo con ello la leva (1) con el árbol (2) con unión cinemática de fuerza y de forma, hallándose el valor absoluto del solapamiento definido por la diferencia entre el diámetro (d1) de la cavidad (A) de la leva (1) y el diámetro (D2) descrito por las protuberancias (7) entre 0,05 mm y 0,2 mm.
9.

Árbol de levas según la reivindicación 8, caracterizado porque en la cavidad (A) de la leva (1) se conforma un bisel (4) de entrada.
10.

Árbol de levas según la reivindicación 9, caracterizado porque para la formación del bisel (4) de entrada se ensancha a modo de embudo la cavidad (A) de la leva(1) al menos en un lado y al menos en una parte de su longitud axial, poseyendo la cavidad (A) una boca con un diámetro (d2), que equivale al menos al diámetro (D2) de la zona (3)

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5 ensanchada del árbol y porque en la zona no ensanchada a modo de embudo posee un diámetro (d1), que es mayor que el diámetro (D1) del árbol (2) junto a la zona (3) ensanchada y menor que el diámetro (D2) descrito por las protuberancias (7) repartidas sobre el contorno exterior del árbol (2).
11. Árbol de levas según la reivindicación 8, caracterizado porque las protuberancias

10 (7) poseen al menos en un lado un moleteado (11) de entrada, siendo el diámetro más pequeño del moleteado (11) de entrada menor y el diámetro de la parte no agrandada a modo de embudo mayor que el diámetro (d1) más pequeño de la cavidad (A) de la leva (1).
12. Árbol de levas según las reivindicaciones 8 a 11, caracterizado porque las

protuberancias (7) se construyen en la mayor parte de su longitud con una sección 15 transversal constante.
13. Árbol de levas según las reivindicaciones 8 a 12, caracterizado porque al menos una leva (1) se fabrica por forjado o sinterizado.
14. Árbol de levas según las reivindicaciones 8 a 13, caracterizado porque la leva

(1) no es ensanchada elásticamente o al menos no más de 0.05 mm por el proceso de unión 20 (referido al diámetro de partida del contorno exterior de la leva no unida).