DISPOSICIÓN DE COJINETE Y PROCEDIMIENTO PARA PRODUCIR UNA DISPOSICIÓN DE COJINETELa invención se refiere a una disposición de cojinete con un ojo de cojinete y un casquillo de cojinete introducido a presión según el preámbulo de la reivindicación 51 y a un procedimiento para producir tal disposición de cojinete.En laWO 2012/130738 A1 de la solicitante se describeuna disposición de cojinete y un procedimiento de este tipo. La disposición de cojinete puede estar configurada por ejemplo como un ojo pequeño de una biela de un motor de combustión interna. Para optimizar el peso y para absorber las fuerzas aplicadas 10a través del pistón, en la dirección del vástago el ojopequeño de biela puede estar configurado con forma de trapecio, con forma escalonada o con forma de asa de canasta. En términos generales, en estasbielas la longitud axial del casquillo de cojinete es mayor en el lado del vástago que en la zona opuesta al vástago.15Como ya se ha explicado al principio, los casquillos de cojinete cilíndricos se configuran con una junta, unremachado (clinch) o como anillo completo y pueden introducirse a presión sin problemas técnicos, a menudo realizándose un recalibrado para que los casquillos se apoyen de forma más uniformeen el ojo pequeño de una biela. En las bielas de los turismos, es frecuente introducir a 20presión primero los casquillos deforma cilíndrica y fresar después un trapecio o conformar una curva. En las bielas de los camiones se emplean casquillos conformados robustos, en la mayoría de los casos con remachado (clinch) o como anillos cerrados.Los casquillos de cojinete convencionales, realizados con forma escalonada o con 25forma de asa de canasta y con junta, realizaciones de bajo coste, a veces se desvían mucho de la forma cilíndrica ideal, siendo por ello robustos y sin forma.Como se describe en WO 2012/130738 A1, tras introducirloa presión se puede realizarun calibrado mediante un mandril de calibradopara ajustar a la medida la
pared periférica interior/cilindro interior del casquillo de cojinete. Se ha comprobado que, tras la introducción a presión, los casquillos de cojinete no se apoyan con toda su superficie en la pared periférica del taladro que aloja elcasquillo, en particularen el lado del vástago, sino que, principalmentede forma lateral con respecto al tramo cilíndrico anular cerrado del casquillo de cojinete, se 5forman cavidades entre la pared periférica interior del taladro de alojamiento delcasquillo y la pared periférica exterior/cilindro exterior del mismo. Estas cavidades empeoran el anclaje del casquillo de cojinete y, por tanto,deben evitarse.Por ello, la invención tiene comoobjetivo proporcionaruna disposición de cojinete y un procedimiento para producir tal disposición de cojinete dondese minimice la 10formación de tales cavidades.Enlo que se refiere a la disposición de cojinete, este objetivo se logramediante las características de la reivindicación 1 y, enque se refiere al procedimiento, conla combinación de características de la reivindicación independiente 7.Según la invención, la disposición de cojinete está provista de un ojo de cojinete 15dondeestá configurado un taladro de alojamiento de casquillo. En éste se introduce a presión un casquillo de cojinete, estando el taladro de alojamiento de casquillo configurado según la invención como un taladro conformado, es decir no como un taladro cilíndrico. El contorno del taladro conformado seseleccionade manera que, tras introducirloa presión, el casquillo de cojinete se apoya con su 20pared periférica exterior en la pared periférica del taladro de alojamiento de casquillo con una mayor proporción de su superficie y una tensión previa óptima en comparación con un taladro cilíndrico.Por una parte, mediante la configuración según la invención del taladro de alojamiento de casquillo dediámetro axial y/o radialmente variable puede 25garantizarse un apoyo óptimo del casquillo de cojinete en la superficie periférica del taladro de alojamiento de casquillo. Por otra parte,se asegura que el casquillo de cojinete 14 se aloje en el taladro de alojamiento de casquillo 8 con una tensión previa óptima predeterminada.
En el procedimiento según la invención para producir una disposición de cojinete,está análogamente previsto configurar este taladro conformado con un diámetro que varíe en la dirección axial y/o en la dirección radial del ojo de cojinete.El taladro conformado puede estar configurado con formade bocina, esto esabrirse o cerrarse hacia los lados frontales del ojo de cojinete. Por consiguiente, la 5forma de bocinase configuraconvexa o cóncava. Alternativamente, el taladro conformado puede estar realizado también con otra forma axialmente variable, es decir con diámetros variables vistos en la dirección axial del ojo de cojinete, o radialmente variable, es decir con diámetros variables vistos en la dirección radial. Como ejemplo de configuración radialmente variable se menciona un perfil 10semejante a un trébol de 3 o 4 hojas.Gracias aestaconfiguración radialmente variable del taladro de alojamiento de casquillo 8 es posible orientar un casquillo de cojinete correspondientemente conformado y alojarlo contra la torsión, garantizándose conla conformación adecuada un apoyo de toda la superficie periférica exterior del casquillo de 15cojinete 14 en la superficie periférica interior del taladro de alojamiento de casquillo 8.También puede realizarse una forma helicoidal dondeel diámetro varía tanto endirección axial como radial. Puede elegirse este tipo de taladros conformados, por ejemplo,para aumentar la estabilidad frente a la torsión.20También el contorno del taladro conformado se seleccionapreferentemente de manera que, una vez introducido a presión el casquillo de cojinete, su pared periférica interior esté configurada esencialmentedeforma cilíndrica. Ésta es una diferencia con respecto a las soluciones convencionales, en las que el casquillo de cojinete se inserta en un taladro de alojamientode casquillo cilíndrico y con la 25introducción a presión se obtiene un cilindro interior del casquillo de cojinete que, fuera del tramo cilíndrico anular cerrado, está abombado hacia fuera. La solicitante se reserva el derecho de dirigir a la característica arriba mencionada una reivindicación independiente.
El ojo de cojinete puede estar configurado por ejemplo con forma de asa de canasta, con forma de trapecio o con forma escalonada. En estosojos de cojinete delongitud axial variable, siendo la longitudaxial preferentemente mayor en el lado del vástago que en la zona opuesta al mismo, la curva conformada se elige de manera quese mejore el apoyo lateralcon respecto al tramo cilíndrico anular 5cerrado del casquillo de cojinete.La invención puede utilizarse por ejemplo en el mecanizado de un ojo pequeño de biela.El taladro conformado puede mecanizarse conuna cuchilla definida o con una herramienta que actúacon compensación de la cuchilla.10La comprobación desi el asiento del casquillo está optimizado según la invención puede realizarse mediante tomografía o de otra manera.A continuación,se explica la invención más detalladamente por medio de figurasesquemáticas, que muestran:Figura 1:vistas de una bielacon un ojo de biela pequeño configurado en 15forma de asa de canasta;Figura 2:representación tridimensional de un ojo de biela pequeño en forma de asa de canasta;Figura 3:trazado del contorno de una pared periférica interior y de una pared periférica exterior de un casquillo de cojinete en una disposición de 20cojinete convencional;Figura 4:representación análoga a la de la Figura 3 de una disposición de cojinete según la invención;Figura 5:representación gráfica de la fuerza de retención de introducción a presión en función del diámetro del taladro que alojael casquillo;25Figura 6:una variante de un ojo de biela pequeño con un taladro de alojamiento de casquillo en forma de trébol;Figura 7:posibles variantes de geometrías para taladros de alojamiento de casquillo;
Figura 8:representación esquemáticade un cabezal para interiores para mecanizar taladros de alojamiento de casquillo con los perfiles según la Figura 6 yFigura 9:sección a lo largo de la línea A-A a través del cabezal para interiores dela Figura 8.5La Figura 1 muestra una vista superiorde una biela 1 realizada enasa de canasta. En la parte izquierda de la Figura 1 se representauna sección a lo largo de la línea A-A. Así, la biela 1 tiene un ojo de biela grande 2 y un ojo de biela pequeño 4, unidos mediante un vástago de biela 6. En el ojo de biela pequeño 4 está configurado un taladro de alojamiento de casquillo 8 para alojar un casquillo 10de cojinete. Como se desprende de la sección A-A, la longitud axial del ojo de biela pequeño 4 odel taladro de alojamiento de casquillo 8 del lado del vástago es mayor que la longitud axial en la zona alejada del vástago 6 (arriba en la Figura 1). En la Figura 1, la zona periférica del taladro de alojamiento de casquillo 8 situada en el lado del vástago lleva el número de referencia 10. La transición a la 15zona periférica 12, más estrecha y situada arriba, está redondeada.En principio también puede estar configurada otra forma escalonada o de trapecio enla que el ojo de biela pequeño 4 está estrechadohacia arriba en la representación según la Figura 1.Según la representación de la Figura 2 se introduce a presión en el ojo de biela 20pequeño 4 un casquillo de cojinete 14.En esta representación puede verse el casquillo de cojinete 14 insertado en el taladro de alojamiento de casquillo 8 del ojo de biela pequeño 4. Éste tiene la forma de asa de canasta arriba descrita. El casquillo de cojinete 14 está realizado con una variación de longitud axial correspondiente, de manera que el casquillo 25de cojinete 14 se adapta entoda su superficie al contorno de la pared periférica interior del taladro de alojamiento de casquillo.La Figura 3 muestra una representación muy esquematizada dondese muestran los contornos de la pared periférica interior (cilindro interior 16) y de la pared periférica exterior (cilindro exterior 18) del casquillo de cojinete 14 introducido a 30
presión, en una disposición de cojinete no correspondiente a la invención.En ésta, el taladro de alojamiento de casquillo 8 está configurado con forma cilíndrica.En estado montado, la parte del casquillo de cojinete 14 demayor longitud axial con frecuencia está abombada hacia dentro,en forma de silla o forma convexa, 5de manera que las zonas periféricas adyacentes a los bordes frontales están más altas que las zonas periféricas situadas entre las mismas. Con la introducción axial a presión de un casquillo de este tipo se produce unelllamado efecto goma de borrar, dondelas zonas situadas a mayor altura se ven sometidas a mayor rozamiento y,por consiguiente,a un mayor desgaste.10En la parte inferior de la Figura 3 se ha dibujado de manera aproximada,con forma rectangular,el tramo periférico 10 del lado del vástago del taladro de alojamiento de casquillo 8. El vástago 6 estáentonces correspondientemente debajo. En la parte superior de la representación dela Figura 3 se muestrael casquillo de cojinete 14 con el cilindro interior 16 ahora visible, estando el 15casquillo de cojinete 14 cortado paralelamente al plano del dibujo, pudiendo observarseun bordeen sección 20 del cilindro interior 16 y el bordeen sección 22 correspondiente del cilindro exterior 18. Al introducir a presión el casquillo de cojinete 14 arriba descrito, el cilindro interior 16 se abomba hacia el interior del ojo de biela 4 en las zonas laterales 24, 26 del casquillo de cojinete 14 adyacentes a 20los bordes frontales. La zona que se halla entre estas zonas abombadas 24, 26 se extiende entoncesde forma cóncava hacia dentro. La superficie de rodadura del casquillo de cojinete 14 está identificada con el número de referencia 19.Correspondientemente, el cilindro exterior 18 se abomba hacia dentro, de manera que, entre este cilindro exterior 18 y la pared periférica interior del taladro de 25alojamiento de casquillo 8 sinuosase forman unas cavidades 28, 30, con lo que, al menosen la zona del tramo periférico 10, el casquillo de cojinete 14 no se apoya o sólo se apoya parcialmente en la pared periférica del taladro de alojamiento de casquillo 8 y,con ello, disminuye la fuerza de retención y la pretensiónpara el casquillo de cojinete 14.30
En las bielas con forma escalonada o con forma de asa de canasta, estas cavidades 28, 30 se forman especialmente en el lado delvástago, fuera del tramo cilíndrico anular cerrado 21, esto esen las zonas del tramo periférico 10 prolongadas en dirección axial. Por consiguiente, el patrón de contacto de una disposición de cojinete convencional de este tipo es insuficiente.5Según la invención, el taladro de alojamiento de casquillo 4 no se configura con forma cilíndrica, sino como curva conformada, pudiendo esta curva conformada estar configurada por ejemplo con forma de bocina, de manera que el diámetro D, como se indica de modo muy esquematizado en la parte superior derecha de la Figura 4, aumenta hacia los dos lados frontales 32, 34 del ojo de biela pequeño 4. 10Por supuesto, también pueden elegirse otras curvas conformadas según las Figuras 3, 5 y 6. En principio, el diseño se realiza de manera que se mejoreostensiblemente el patrón de contacto y la pretensión en comparacióncon la solución convencional.Esto puede observarseen la representación de la Figura 4, dondese muestra el 15trazado del cilindro interior 16 y del cilindro exterior 18 con los bordesen sección 20, 22 en una configuración según la invención del taladro de alojamiento de casquillo 8. Puede verse claramente que la superficie periférica interior del cilindro interior 16 adopta una forma esencialmenteplana, de cilindro, sin que aparezcanlos abombamientos hacia dentro arriba descritos. También puede verse 20claramente que el cilindro exterior 18, en particular también en las zonas situadas fuera del tramo cilíndrico anular cerrado 21 del casquillo de cojinete 8, insinuado con líneas de trazos y puntos, se apoya planoen la pared periférica interior del taladro de alojamiento de casquillo 8. Las cavidades 28, 30 arriba descritas se han eliminado casi por completo o como mínimo se han reducido 25ostensiblemente, con lo que mejora el patrón de contacto y,por tanto,también la fuerza de retención del casquillo de cojinete 14 en comparacióncon las soluciones convencionales, incluso sin calibrado. Por supuesto puede realizarse un calibrado en una operación subsiguiente.La Figura 5 muestra un diagrama dondese representala fuerza de retención de 30introducción a presión F en función del diámetro de alojamiento D del taladro de
alojamiento de casquillo 8. Puede verse que,con un diámetro de alojamiento decreciente,la fuerza de retención de introducción a presión F aumenta de manera lineal; no se percibe deformación alguna en el cilindro interior 20 del casquillo de cojinete 14. En un concepto convencional con un taladro de alojamiento de casquillo cilíndrico no es posible conseguir este comportamiento.5Como ya se ha explicado anteriormente, la comprobación en cuanto a si las cavidades descritas al principio están presentes o no puede realizarse por ejemplo mediante tomografía, pudiendo utilizarse una máquina de medición o también un aparato manual con una cabeza medidora especial. Por supuesto, también pueden emplearse otros procedimientos de medidapara detectar las10cavidades eventualmente existentes.En el ejemplo de realización arriba descrito, el taladro de alojamiento de casquillo 8 está configurado con forma de bocina, con un diámetro variable en dirección axial.La Figura 6 muestra una variante con un taladro de alojamiento de casquillo 15radialmente variable (taladro conformado) 8 en un ojo de biela pequeño 4. Aquí, lasuperficie periférica está realizada aproximadamente como un trébol de 3 hojas. En otras palabras: partiendo del círculo base 36, representado en trazos, el taladro de alojamiento de casquillo 8 se ensancha aproximadamente en forma de lóbuloen tres zonasrepartidas por la periferia, de modo que en la sección 20transversal representada se forma una especie de estructura de trébol. Un perfil de taladro conformado de este tipo confiere al ojo de biela pequeño una gran estabilidad frente a la torsión.En teoría, esta forma también puede estar configurada adicionalmente abocinada en dirección axial, siendo entonces totalmenteposible configurar una sección 25transversal circular en la zona central. Esta zona circular central está identificada con el número de referencia 38.Mediante una conformación de este tipo se consigueuna adaptación a la pretensión delpara presión casquillo de cojinete/ojo de biela pequeño, garantizándoseun apoyo de toda la superficie del casquillo de cojinete 14.30
En el diagrama dela Figura 7se representanvariantes para la conformación del taladro de alojamiento de casquillo 8.Por una parte,se muestrael taladro de alojamiento de casquillo 8 cilíndrico ya conocido del estado actual de la técnica. En un taladro de alojamiento de casquillo cilíndrico de este tipo, el diámetro U1 es constante en la longitud axial Z. Según la 5invención son preferentesperfiles como los mostradosen la Figura 7 2), 3) y 4). En el caso de un perfil en trébol o un perfil radialmente variable configurado de otromodo, el diámetro puede describirse con la ecuación U1 = f(C1 x f [0° -360°]), dondeel radio U1 varía en función del ángulo de giro C1. Este perfil permanece preferentemente constante en toda la longitud axial Z, pero también –10como ya se ha indicado –puede variar.En la Figura 7 también se muestran perfiles axialmente variables, por ejemplo una forma de bocinaconvexa o cóncava, dondeel diámetro U1 es función de la longitud axial Z.Por supuesto, también son posibles otras geometrías, por ejemplo una geometría 15helicoidal, dondeel diámetro está configurado variable tanto axialcomo radialmente. Este diámetro U1 depende, en la manera representada en la Figura 7, de la longitud axial Z, del ángulo de giro C1 y de una constante a0.Las funciones geométricas se muestranen la Figura 7.Por supuesto, también pueden emplearse otras geometrías y formas mixtas de las 20geometrías mostradas.Las Figuras 8 y 9 muestran un cabezal de un taladrode precisión 40 radialmente ajustable con el que pueden obtenersegeometrías de este tipo para el taladro de alojamiento de casquillo 8. La estructura base de este cabezal del taladrode precisión 40 se describeen el documento WO 2013/011027 A1 de la solicitante. 25La Figura 8 muestra una representación esquemáticade un cabezal de un taladrode precisión 40 radialmente ajustable de este tipo, dondeuna herramienta de cuchilla 42 puede ajustarse conun actuador piezoeléctrico 44 en la dirección U1, es decir en dirección radial. El cabezal del taladrode precisión 40 está soportado
en un husillo 46 conel cual puede hacerse girar la herramienta cuchilla 42 alrededor del eje de rotación C1. La herramienta de cuchilla 42 puede además ajustarse en dirección axial, es decir en la dirección Z, para formar las geometrías mostradasen la Figura 7 u otros taladros conformados.La Figura 9 muestra una sección a lo largo de la línea A-A. En esta 5representación puede verse una parte del actuador piezoeléctrico 44, dondeun carro de herramienta 48, que soporta la herramienta cuchilla 42,puede ajustarse en dirección radial (U1) mediante el actuador piezoeléctrico 44. En la Figura 9 se muestra además un portaherramientas 50 que está unido al carro 48 y portala herramienta de cuchilla 42. Con respecto a otros detalles, se remiteal documento 10WO 2013/011027 A1 arriba mencionado.El ajuste radial puede realizarse de formas muydinámica en función del avance Z y del ángulo de giro C1, presentando la estructura una rigidez óptima, de manera que está garantizada una precisión suficiente incluso a altas velocidades de corte. Con un cabezal de taladrar de precisión piezoeléctrico 40 de este tipo es posible 15formar un contorno enclavado en fase mediante una activación correspondiente medianteun controlador segúnla posición angular C1 (detectable mediante un codificador rotatorio del husillo 46) con control piloto de aceleración o velocidad (a, v). En el caso de las formas axialmente variables, por ejemplo las estructuras abocinadas cóncavas o convexas, la activación de realiza en función del avance 20en dirección Z.En lugar de un cabezal de taladrar de precisión piezoeléctrico de este tipo, también puede utilizarse un cabezal basculante de membrana, como el mostrado en el documento DE 10 2007 017 800 A1.Se describeuna disposición de cojinete y un procedimiento para producir tal 25disposición de cojinete, dondeun casquillo de cojinete se introduce a presión en un taladro de alojamiento de casquillo de un ojo de cojinete. El taladro de alojamiento de casquillo está configurado como un taladro conformadopara mejorar el patrón de contacto y garantizar una pretensión óptima.
Lista de referencias:1Biela2Ojo de biela grande4Ojo de biela pequeño6Vástago58Taladro de alojamiento de casquillo10Tramo periférico del lado del vástago12Tramo periféricosituado arriba14Casquillo de cojinete15Cilindro interior1018Cilindro exterior19Superficie de cojinete20Bordeen sección22Bordeen sección24Zona1526Zona28Cavidad30Cavidad32Lado frontal34Lado frontal2036Círculo base38Zona central40Cabezal de taladrode precisión42Herramienta de cuchilla 44Actuador piezoeléctrico2546Husillo48Carro50Portaherramientas