ES2743804T3 - Procedimiento para producir un volante de inercia - Google Patents

Abstract

Procedimiento para producir un volante de inercia proporcionado para un sistema de arranque de un vehículo a motor, en el cual una placa de chapa de amortiguación se produce uniendo de forma permanente al menos un primer elemento de chapa metálico (13), proporcionado para el volante de inercia, con al menos otra capa de material (14), formando un componente de tipo sándwich, en donde el primer elemento de chapa (13) se une con al menos una segunda capa de chapa (14) paralela, situándose una sobre otra, sin intervenir una capa viscoelástica situada en medio, mediante un proceso de unión, conformando una unidad de construcción (11) en forma de un disco, caracterizado por que en el proceso de unión, en una prensa, una presión de contacto que depende del respectivo material de las capas de chapa, así como de su grosor del material, se aplica sobre las capas de chapa (13, 14) que deben unirse, y las dos capas de chapa (13, 14) se deforman mediante unión por deformación plástica (clinchado) y se fijan de forma recíproca.

Description

DESCRIPCIÓN

Procedimiento para producir un volante de inercia

La presente invención hace referencia a un procedimiento para producir un volante de inercia proporcionado para un sistema de arranque de un vehículo a motor, en el cual una placa de chapa de amortiguación se produce uniendo de forma permanente al menos un primer elemento de chapa metálico, proporcionado para el volante de inercia, con al menos otra capa de material, formando un componente de tipo sándwich, en donde el primer elemento de chapa se une con al menos una segunda capa de chapa paralela, situándose una sobre otra, sin intervenir una capa viscoelástica situada en medio, mediante un proceso de unión, conformando una unidad de construcción en forma de un disco.

Los volantes de inercia en el sentido de la presente invención son en particular volantes de inercia para vehículos como automóviles o camiones, tal como se utilizan por ejemplo en el sistema automático de arranque/parada de vehículos a motor, pero también en vehículos a motor sin un sistema automático de arranque/parada, por tanto en volantes de inercia estándar o también en volantes de inercia para cualquier otra variante de mecanismos de transmisión.

En los volantes de inercia conocidos que se utilizan para el arranque se consideran desventajosos los ruidos molestos que se producen durante el proceso de arranque.

En la solicitud DE 602 19270 T2 se describe un volante de inercia de arranque con amortiguación sonora, en el cual, entre la superficie radial situada en la sección del extremo circunferencial externa de un soporte y la superficie opuesta radial situada en la sección del extremo circunferencial interna de una corona dentada, se encuentra dispuesto un elemento de un material viscoelástico que, en dirección radial y en dirección axial, se coloca bajo tensión de compresión. Dicho elemento se trata de una junta anular que se presiona en una ranura del soporte y, debido a esto, se coloca bajo tensión.

La solicitud DE 600 08 991 T2 describe un volante de inercia de un motor de combustión con corona dentada de arranque. Para reducir el nivel de ruido durante el arranque, en este caso, entre una superficie circunferencial de un soporte del volante de inercia y una superficie circunferencial complementaria de una corona dentada fijada en el volante de inercia, se encuentra colocado un anillo de un material elastomérico deformable, mediante adhesión. De manera adicional, un revestimiento de elastómeros o de plastómeros puede fijarse en una superficie radial entre el soporte y la corona dentada, la cual se extiende aproximadamente en forma de un ángulo recto con respecto a la superficie circunferencial, para permitir de ese modo un contacto deslizante entre el soporte y la corona dentada. En este caso, la reducción del ruido debe lograrse permitiendo una deformación de la corona dentada, de forma radial con respecto al árbol del volante de inercia.

En la solicitud DE 102011 001 881 A1 se describe un procedimiento para producir un volante de inercia con las características del género mencionado en la introducción, en donde una pieza de chapa de amortiguación de un material compuesto, que comprende una capa de chapa de acero y una capa de amortiguación viscoelástica, en un proceso de unión bajo presión, y mediante una deformación parcial, se une con un elemento base metálico proporcionado como volante de inercia, de manera permanentemente fija, formando un componente de tipo sándwich. De manera alternativa pueden utilizarse también una capa de amortiguación y/o un adhesivo con una propiedad del material similar. En este caso, el componente para el volante de inercia se compone de varias capas en un modo de construcción de tipo sándwich, de las cuales al menos una capa, preferentemente una capa situada en el interior, es una capa de amortiguación viscoelástica. La capa de chapa de amortiguación del material compuesto acero/capa de amortiguación, en este procedimiento conocido, debe producirse de forma separada. Las experiencias con este procedimiento conocido han demostrado que, de manera desventajosa, se producen adhesiones en las herramientas debido al material de la capa de amortiguación viscoelástica. En un caso de esa clase, las herramientas de formación y de unión deben limpiarse, por lo cual resultan una inversión adicional y retrasos en el proceso de producción.

Además, los ensayos con los componentes de tipo sándwich conocidos por la solicitud DE 102011 001 881 A1 han demostrado que no se transmiten fuerzas mediante la pieza de chapa de amortiguación con la capa de amortiguación viscoelástica. Además, la rigidez del componente de tipo sándwich se incrementa de forma desventajosa.

En la solicitud US 2004/0255719 A1 se describe un volante de inercia bimasa, en el cual una masa primaria se aplica en un cigüeñal del motor y la masa secundaria se une con el embrague. Las dos masas se unen una con otra elásticamente mediante torsión. Se sugiere que las dos piezas de chapa de las masas se unan una contra mediante una unión por remache o una unión por tornillos. Se mencionan igualmente otros métodos de unión conocidos como soldadura blanda, pegado, soldadura o clinchado, pero no se describe una unión de las dos piezas de chapa mediante una deformación, es decir, una unión por enganche positivo mediante una prensa.

El documento EP1467122 A1 describe todas las características del preámbulo de la reivindicación 1.

Tomando como base el estado de la técnica antes mencionado, el objeto de la presente invención consiste en proporcionar un procedimiento alternativo para producir un volante de inercia con las características mencionadas en la introducción, el cual conduzca a un volante de inercia con propiedades de amortiguación de las vibraciones y del sonido, y que evite las desventajas mencionadas. Además, el objeto de la presente invención consiste en proporcionar un volante de inercia con dichas propiedades.

La solución de dicho objeto se alcanza mediante un procedimiento para producir un volante de inercia del género mencionado en la introducción, con las características que a su vez caracterizan la reivindicación principal, así como mediante un volante de inercia con las características de la reivindicación 8. Según la invención se prevé que en el proceso de unión, en una prensa, una presión de contacto que depende del respectivo material de las capas de chapa, así como de su grosor del material, se aplique sobre las capas de chapa que deben unirse, y que las dos capas de chapa se deformen mediante unión por deformación plástica (clinchado) y se fijen de forma recíproca. A diferencia del estado de la técnica, ahora el componente de tipo sándwich en forma de disco, del disco de arrastre de un volante de inercia, de dos capas o una pluralidad de capas de chapa, se une sin la inserción de un material viscoelástico; es decir que se produce una chapa doble o una chapa múltiple. Este principio de chapa doble significa que a partir de ahora la transmisión de fuerza desde el cigüeñal, hacia el convertidor, no tiene lugar como hasta el momento, desde sólo una capa de chapa, sino que se transmite desde dos o una pluralidad de capas de chapa situadas unas sobre otras.

Mediante la producción de discos de arrastre de esa clase, según el principio de chapa doble, por una parte, resultan ventajas en cuanto a la acústica. Debido a la carga reducida de los componentes adyacentes se reducen al mínimo los ruidos de resonancia molestos. Para ello, mediante una estructura de dos o de una pluralidad de capas, se alcanza una buena amortiguación sonora. Los ruidos que se producen en un volante de inercia mediante el piñón de arranque se atenúan marcadamente y tan sólo pueden percibirse de forma vaga. Lo mencionado se considera ventajoso particularmente en el caso de un volante de inercia para un sistema de arranque/parada moderno.

En la producción del volante de inercia resultan además ventajas económicas. Se ahorra la chapa de amortiguación sonora con capa viscoelástica, requerida hasta el momento. En el procedimiento conocido, mencionado en la introducción, una chapa de amortiguación sonora de esa clase debía producirse en un paso de trabajo separado, y debía ensamblarse con la pieza de chapa del disco de arrastre. El procedimiento según la invención reduce la cantidad de los procesos de trabajos necesarios y, por ello, es más conveniente en cuanto a los costes.

Además, se considera ventajoso el hecho de que en la solución según la invención se reduce la carga de otros componentes del motor. Mediante el principio de chapa doble, con la misma transmisión de fuerzas, se alcanza una flexibilidad axial y radial más elevada. Mediante la rigidez marcadamente menor alcanzada, esto conduce a una carga reducida de los soportes en el mecanismo de transmisión y el motor. Además, mediante el ahorro de la chapa de amortiguación sonora con capa viscoelástica, utilizada hasta el momento, se reduce el peso total del disco de arrastre. El par de inercia más reducido que resulta de ello, reduce la carga de los componentes adyacentes, los cuales a su vez pueden dimensionarse más reducidos.

La amortiguación, según la invención, tiene lugar de otro modo que en las soluciones anteriores, ya no solamente entre el soporte y la corona dentada del volante de inercia, sino prácticamente en todo el componente soporte (corresponde ahora al componente de chapa de amortiguación de tipo sándwich) del propio volante de inercia y, de este modo, en toda la superficie, de manera que el componente soporte está diseñado de modo que amortigua las vibraciones y el sonido, esencialmente sobre toda la extensión de su superficie. Durante el proceso de unión, dos o una pluralidad de elementos de chapa, en principio circulares, con una forma base en forma de disco, se unen en la dirección de su eje, de manera que los mismos, a continuación, forman un material compuesto de una pluralidad de capas, en donde las mismas se unen unas a otras con sus superficies orientadas unas hacia otras. Las capas de chapa que deben unirse unas con otras poseen respectivamente de forma aproximada una forma base geométrica similar, a modo de un disco, en el contorno, pero también pueden diferir unas de otras en detalles. Las mismas, adicionalmente, pueden presentar también deformaciones respectivamente correspondientes unas con otras, o también diferentes, que a su vez se presentarán de forma perpendicular con respecto al plano de la forma de disco. De manera preferente, se parte del hecho de que el componente de tipo sándwich que comprende el primer elemento de chapa, la segunda capa de chapa, así como eventualmente otras capas de chapa, al menos de forma parcial, se deforma desde el plano principal del componente de tipo sándwich en forma de disco, en correspondencia con la forma del volante de inercia, así como eventualmente efectúa perforaciones o cortes en el mismo. Las dos capas de chapa pueden unirse bajo presión, formando un componente unitario. Habitualmente, en este proceso de unión toda la disposición se moldea de manera que las capas iniciales se unen unas con otras permanentemente de forma fija.

El proceso de unión de las capas de chapa, a modo de ejemplo, puede comprender también una fijación recíproca adicional de las capas de chapa, en la dirección radial, mediante sujeción por clips.

Según un perfeccionamiento preferente de la invención, por ejemplo sólo una capa de chapa del componente de tipo sándwich en forma de disco, en un área del borde radialmente externa, posee un reborde o un pliegue, los cuales no se presentan en la segunda capa u otras capas de chapa.

Según una variante preferente de la invención las capas de chapa situadas unas sobre otras, del componente de tipo sándwich en forma de disco, no presentan una fijación recíproca de una con otra, y en dirección radial y/o en dirección axial, en el intervalo micro, son posibles variaciones de posición relativas de las capas de chapa, de unas con respecto a otras.

La forma base del volante de inercia, o bien del disco de arrastre del disco de inercia, a modo de ejemplo, puede ser predeterminada por una primera capa de chapa del componente de tipo sándwich, y en el proceso de unión prácticamente la segunda o las otras capas de chapa se estrechan contra esa forma base, de manera que a continuación se obtiene un volante de inercia en la forma deseada, con una estructura de al menos dos capas. Puede ser igualmente ventajoso que el proceso de unión de las capas de chapa comprenda una fijación adicional de ambos componentes mediante bridas de sujeción.

En el marco de la presente invención se consideran en principio las más diversas formaciones de pares de materiales. Preferentemente, las capas de chapa del componente de tipo sándwich se componen de una chapa de acero deformable en frío, no aleada.

La unión de las capas de chapa tiene lugar mediante una prensa, en donde la presión que debe ejercerse durante el proceso de unión naturalmente depende de la formación del par de materiales, así como también del grosor del material de las capas de chapa utilizadas. La presión de contacto aplicada sobre las capas de chapa que deben unirse, de este modo, puede variar en amplios intervalos, y por ejemplo puede ubicarse en el intervalo de uno o de varios bar, o también puede ser esencialmente más elevada.

Después del proceso de unión generalmente se suceden otros pasos de trabajo, por ejemplo operaciones de moldeo o de corte, en donde los pasos del procedimiento de esa clase naturalmente también pueden tener lugar antes del proceso de unión. En general, después del proceso de unión, en el volante de inercia, se coloca una corona externa dentada. Otros componentes del volante de inercia, por ejemplo, pueden estar remachados, soldados o atornillados. Además, el objeto de la presente invención consiste en un volante de inercia proporcionado para un sistema de arranque de un vehículo a motor, el cual esté producido según un procedimiento como el antes descrito. Un volante de inercia de esa clase puede utilizarse en un vehículo a motor, por ejemplo en el área de un dispositivo de arranque/parada. Mediante la amortiguación sonora según la invención, de manera ventajosa, se reducen en alto grado los ruidos molestos que se producen durante el arranque, lo cual es ventajoso particularmente en vehículos a motor con esos dispositivos, ya que en dichos procesos de arranque se producen marcadamente con más frecuencia que en los vehículos convencionales. No obstante, la utilización de los volantes de inercia según la invención es igualmente conveniente en vehículos a motor con sistemas de arranque tradicionales.

Las características descritas en las reivindicaciones dependientes hacen referencia a perfeccionamientos preferentes de la solución del objeto según la invención. Otras ventajas de la presente invención resultan de la siguiente descripción detallada.

A continuación la presente invención se explica en detalle mediante ejemplos de realización, considerando como referencia los dibujos que se adjuntan. Las figuras muestran:

Figura 1: una vista en perspectiva de un volante de inercia según la invención, a modo de ejemplo;

Figura 2: una vista en sección simplificada esquemáticamente, a través de una parte de un volante de inercia según la invención.

En primer lugar se hace referencia a la figura 1. La misma, en perspectiva, muestra un volante de inercia indicado en conjunto con el símbolo de referencia 10, el cual fue producido según el procedimiento conforme a la invención. En principio, un volante de inercia 10 de esa clase presenta un cuerpo base 11 en forma de disco, de chapa, el cual se denomina aquí también como disco de arrastre. En su circunferencia externa, alrededor del cuerpo base 11 en forma de disco, se encuentra fijada una corona dentada 12, por ejemplo soldada.

El cuerpo base 11 en forma de disco, en distintas áreas, mayormente distribuidas sobre la circunferencia, presenta perforaciones 19 con una forma irregular del contorno. Junto con orificios 19 más grandes, también en otros puntos, pueden estar presentes orificios 18 de menor tamaño. El patrón de orificios, la forma y la cantidad de los diversos orificios 19, no se consideran relevantes en el marco de la presente invención, puesto que en principio se trata más bien del tipo de producción y de la estructura del volante de inercia según la invención. Un área central 17 del volante de inercia, mediante un procedimiento de deformación, está deformada desde el plano del cuerpo base 11 en forma de disco, de manera que esa área central 17 se encuentra elevada con respecto a las áreas que se suceden radialmente hacia el exterior. También esa área central presenta un orificio central 16, así como una corona perforada con una pluralidad de orificios de menor tamaño, los cuales rodean concéntricamente alrededor el orificio central 16. Estos detalles de la construcción que se refieren a la estructura del volante de inercia, sin embargo, no son determinantes para la presente invención, ya que más bien aquí se considera relevante el tipo de construcción del cuerpo base 11 en forma de disco, el cual, tal como puede observarse por lo ya indicado en el área de las orificios 19 en la figura 1, puede ser un componente de tipo sándwich con al menos dos capas de chapa.

Esa estructura de tipo sándwich del cuerpo base en forma de disco se explica en detalle a continuación, considerando como referencia la vista en sección según la figura 2. Tal como puede observarse allí claramente, el cuerpo base 11 en forma de disco se compone de una chapa doble, es decir que se encuentran presentes dos capas de chapa 13, 14 que se extienden paralelamente una con respecto a otra, las cuales se sitúan unas sobre otras y en principio unas junto a otras.

En un proceso de unión bajo presión esas dos capas de chapa 13, 14, situadas una sobre otra, se unen una con otra de forma permanentemente fija, formando un componente tipo sándwich. Los ensayos con respecto a las propiedades de amortiguación sonora de un volante de inercia de esa clase en el funcionamiento, en el caso de un proceso de arranque, han demostrado que una chapa doble a modo de sándwich, de esa clase, en el caso de la acción de fuerzas, reacciona de forma más suave que una chapa individual. Del lado externo, mediante la corona dentada 12, el volante de inercia está conectado al mecanismo de transmisión durante el funcionamiento. En la corona dentada 12 se engancha por ejemplo un piñón, no representado aquí, cuando el volante de inercia se utiliza en un dispositivo de arranque/parada de un sistema de arranque. En el área central 17, el disco de arrastre del volante de inercia se conecta al cigüeñal del motor (estos elementos conocidos del motor/del mecanismo de transmisión no están representados en la presente solicitud).

En el caso de una deformación de un volante de inercia según la invención, de por ejemplo 1 mm en dirección axial, sólo debe aplicarse una fuerza de aproximadamente 1080 N, mientras que esa fuerza es de aproximadamente el doble en el caso de un volante de inercia tradicional según el estado de la técnica. Debido a esto, en componentes importantes, como por ejemplo en los soportes, resulta un desgaste considerablemente menor y la carga del cigüeñal es esencialmente más reducida.

Mediante el ahorro de una capa viscoelástica se ahorra peso en comparación con las soluciones tradicionales, el volante de inercia se vuelve más liviano y tiene un par de inercia más reducido. El efecto de amortiguación sonora de la chapa doble, sin embargo, es muy bueno. En lugar de dos capas de chapa situadas una sobre otra también pueden utilizarse tres o una pluralidad de capas de chapa cuando esto es requerido por la aplicación correspondiente.

La unión de la chapa doble con las dos capas de chapa 13, 14 en la circunferencia externa, con la corona dentada, puede tener lugar por ejemplo como se representa en la figura 2, mediante una costura de soldadura 15. En su respectiva área del borde externa, las dos capas de chapa 13, 14 pueden estar conformadas respectivamente de modo diferente. En el ejemplo según la figura 2, la capa de chapa inferior 14 posee un diámetro más reducido, debido a lo cual la misma termina con una distancia reducida con respecto al borde interno de la corona dentada 12, mientras que la capa de chapa superior 13 presenta un diámetro un poco mayor y se encuentra deformada hacia arriba del lado del borde, de manera que resulta un reborde 20 radialmente externo, en cuya área la capa de chapa superior 13, sobre una sección más corta, se extiende aproximadamente en una dirección paraxial, es decir que se extiende aproximadamente de forma perpendicular con respecto al plano principal de la capa de chapa del disco de arrastre y, al mismo tiempo, aproximadamente de forma paralela con respecto al borde interno de la corona dentada 12, orientado de forma axial.

Las dos capas de chapa 13, 14 pueden estar deformadas por ejemplo de manera adicional mediante unión por deformación plástica (clinchado), de modo que resulta una mejor fijación recíproca. Esa clase de unión simplifica por ejemplo el transporte de los componentes hasta el ensamblaje, mediante soldadura.

Según un procedimiento preferente, la producción de una pieza de chapa de amortiguación según la invención, así como de un volante de inercia, puede tener lugar por ejemplo con la siguiente secuencia de pasos del procedimiento:

La primera capa de chapa y la segunda capa de chapa se introducen juntas en una prensa y en la misma se moldean juntas, en correspondencia con la forma deseada del disco de arrastre que debe producirse, en uno o en varios pasos;

si una de las capas de chapa, en su área radialmente externa, posee un reborde o un pliegue - lo cual no se requiere obligatoriamente - entonces se ofrece la ventaja de que esto conduce a una rigidez y un alisado de la capa de chapa en el plano del disco de arrastre;

las dos capas de chapa se fijan de forma recíproca mediante unión por deformación plástica (clinchado); este paso es opcional y no se necesita de forma obligatoria;

las dos capas de chapa se perforan de forma conjunta, en correspondencia con el patrón de perforación requerido para el disco de arrastre que debe producirse;

las dos capas de chapa se sueldan preferentemente en su área radialmente externa, tanto una con otra, como también con una corona dentada que rodea radialmente del lado externo las capas de chapa;

en el área radialmente interna, el disco de arrastre así obtenido con la corona dentada, formando un volante de inercia, se une a un cigüeñal mediante una atornilladura.

Lista de símbolos de referencia

10 Volante de inercia, disco de arrastre

11 Cuerpo base en forma de disco

12 Corona dentada

13 Primera capa de chapa (superior)

14 Segunda capa de chapa (inferior)

15 Costura de soldadura

16 Orificio central

17 Área central elevada

18 Orificios más pequeños

19 Orificios

20 Reborde, pliegue

Claims (9)

REIVINDICACIONES

1. Procedimiento para producir un volante de inercia proporcionado para un sistema de arranque de un vehículo a motor, en el cual una placa de chapa de amortiguación se produce uniendo de forma permanente al menos un primer elemento de chapa metálico (13), proporcionado para el volante de inercia, con al menos otra capa de material (14), formando un componente de tipo sándwich, en donde el primer elemento de chapa (13) se une con al menos una segunda capa de chapa (14) paralela, situándose una sobre otra, sin intervenir una capa viscoelástica situada en medio, mediante un proceso de unión, conformando una unidad de construcción (11) en forma de un disco, caracterizado por que en el proceso de unión, en una prensa, una presión de contacto que depende del respectivo material de las capas de chapa, así como de su grosor del material, se aplica sobre las capas de chapa (13, 14) que deben unirse, y las dos capas de chapa (13, 14) se deforman mediante unión por deformación plástica (clinchado) y se fijan de forma recíproca.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por que el componente de tipo sándwich que comprende el primer elemento de chapa (13), la segunda capa de chapa (14), así como eventualmente otras capas de chapa, al menos de forma parcial, se deforma desde el plano principal del componente de tipo sándwich en forma de disco, en correspondencia con la forma del volante de inercia (10), así como eventualmente efectúa perforaciones (18, 19) o cortes en el mismo.

3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado por que sólo una capa de chapa (13) del componente de tipo sándwich en forma de disco, en un área del borde radialmente externa, posee un reborde (20) o un pliegue, los cuales no presentan la segunda u otras capas de chapa (14).

4. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que el proceso de unión de las capas de chapa (13, 14) comprende una fijación recíproca adicional de las capas de chapa en la dirección radial, mediante sujeción por clips.

5. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por que las capas de chapa (13, 14) situadas unas sobre otras, del componente de tipo sándwich en forma de disco, no presentan una fijación recíproca de una con otra, y en dirección radial y/o en dirección axial, en el intervalo micro, son posibles variaciones de posición relativas de las capas de chapa, de unas con respecto a otras.

6. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por que al menos una capa de chapa (13, 14) se compone de una chapa de acero deformable en frío, preferentemente no aleada.

7. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado por que después del proceso de unión, en el componente de tipo sándwich (10) en forma de disco se coloca una corona dentada externa (12) que sólo se une por adherencia de materiales con una de las capas de chapa o con las dos capas de chapa, en donde preferentemente también las dos capas de chapa se unen una con otra por adherencia de materiales en un área radialmente externa.

8. Volante de inercia proporcionado para un sistema de arranque de un vehículo a motor, caracterizado por que el mismo está producido conforme a un procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 7.

9. Volante de inercia según la reivindicación 8, caracterizado por que el mismo está proporcionado para un vehículo a motor con sistema automático de arranque/parada.