ES2823578T3 - Procedimiento y dispositivo para el endurecimiento por choque de los radios de transición de un cigüeñal - Google Patents

Procedimiento y dispositivo para el endurecimiento por choque de los radios de transición de un cigüeñal Download PDF

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Abstract

Dispositivo para el endurecimiento por choque de los radios de transición (8) de un cigüeñal (4), en particular de los radios de transición (8) entre los muñones de cojinete de biela (5) y las gualderas de cigüeñal (7) y/o los radios de transición (8) entre los muñones de cojinete principal (6) y las gualderas de cigüeñal (7) del cigüeñal (4), que comprende al menos un dispositivo de percusión (1), para introducir una fuerza de percusión (Fs) en al menos un radio de transición (8), caracterizado por que el dispositivo de percusión (1) presenta varias herramientas de percusión (16), donde los cabezales de percusión (21) de al menos dos herramientas de percusión (16) están asociados al mismo radio de transición (8) y/o por que el dispositivo de percusión (1) presenta al menos una herramienta de percusión (16) con varios cabezales de percusión (21) que están asociados al mismo radio de transición (8).

Description

DESCRIPCIÓN
Procedimiento y dispositivo para el endurecimiento por choque de los radios de transición de un cigüeñal
La presente invención se refiere a un dispositivo para el endurecimiento por choque de los radios de transición de un cigüeñal, en particular de los radios de transición entre los muñones del cojinete de biela y las gualderas de cigüeñal y/o los radios de transición entre los muñones de cojinete principal y las gualderas de cigüeñal del cigüeñal según el preámbulo de la reivindicación 1.
La presente invención también se refiere a un procedimiento para el endurecimiento por choque de los radios de transición de un cigüeñal.
En consecuencia, los motores actuales están sujetos a exigencias cada vez mayores debido al desarrollo continuo progresivo y aumento de potencia de los motores de combustión interna y los requerimientos de emisiones que se les plantean. Por este motivo, la industria del motor le plantea elevados requerimientos con vistas a la resistencia entre otros al cigüeñal muy cargado e importante para el funcionamiento de un motor de combustión interna. A este respecto, con frecuencia existe el requerimiento de que el cigüeñal debe ser ligero y con baja necesidad de espacio.
Para el diseño de cigüeñales esto significa que no se debería obtener un aumento de la capacidad de solicitación a través del aumento de la sección transversal, es decir, a través del momento de resistencia del cigüeñal, sino a ser posible a través de los estados de tensiones residuales de compresión locales. Por este motivo, los cigüeñales modernos se fabrican usando los más distintos procedimientos de mecanizado y tratamiento térmico, de modo que los cigüeñales siempre se exponen a potencias de motor cada vez mayores.
Ejemplos de tales procedimientos son tratamientos térmicos, como procedimientos de temple de la superficie temple por inducción y uso, templado por láser o nitruración, así como procedimiento de endurecimiento en frío, como laminado fijo, chorros de bolas o endurecimiento por choque. En este caso son procedimientos usuales y madurados en gran parte, que son apropiados para las más diferentes finalidades de uso.
Con vistas a los ejemplos para tales procedimientos se remite a los documentos siguientes: EP 1479 480 A1, EP 0 788419 B1, EP 1612290 A1, DE 102007028888 A1 y EP 1034314 B1.
En particular, el endurecimiento por choque es un procedimiento ventajoso para el incremento de la resistencia a la fatiga, en particular de la resistencia a la fatiga por flexión y la resistencia a la fatiga por torsión, de los cigüeñales.
A este respecto, el incremento de la resistencia a la fatiga se consigue porque en las zonas solicitadas en las transiciones de sección transversal y cambios de sección transversal se introducen fuerzas de percusión en el cigüeñal por deformación en frío, preferiblemente martilleado por medio de herramientas de percusión especiales. Como ejemplo para un procedimiento de este tipo se remite al documento DE 3438742 C2 y al EP 1716260 B1.
El documento genérico DE 102006 058710 A dado a conocer una máquina-herramienta para el endurecimiento por choque de las transiciones de radio de gualdera de los cigüeñales para los motores de combustión interna. Está previsto que el cigüeñal gire durante la introducción de impulsos y que las tensiones residuales de compresión se introduzcan simultáneamente por medio de dos dispositivos de mecanizado iguales constructivamente.
La presente invención tiene el objetivo de perfeccionar aún más los procedimientos y dispositivos para el endurecimiento por choque, a fin de mejorar aún más la resistencia a fatiga de los cigüeñales.
Este objetivo se consigue para el dispositivo mediante las características expuestas en la reivindicación 1 y para el procedimiento mediante las características expuestas en la reivindicación 10.
Las reivindicaciones dependientes y las características descritas a continuación se refieren a formas de realización y variantes ventajosas de la invención.
El dispositivo según la invención para el endurecimiento por choque de los radios de transición de un cigüeñal, en particular de los radios de transición entre los muñones de cojinete de biela y las gualderas de cigüeñal y/o los radios de transición entre los muñones de cojinete principal y las gualderas de cigüeñal del cigüeñal comprende al menos un dispositivo de percusión, a fin de introducir una fuerza de percusión en al menos un radio de transición.
Así también puede estar previsto más de un dispositivo de percusión, por ejemplo, dos dispositivos de percusión, tres dispositivos de percusión o cuatro dispuestos de percusión, a fin de introducir la fuerza de percusión en al menos un radio de transición. A este respecto, los dispositivos de percusión pueden estar configurados de forma diferente, en particular puede ser suficiente que un dispositivo de percusión esté configurado según la invención. También dos, varios o todos los dispositivos de percusión pueden estar configurados según la invención.
Los muñones de cojinete de biela y muñones de cojinete principal también se designan parcialmente solo como “muñones” para la simplificación. A este respecto, el término de muñón puede designar tanto los muñones de cojinete de biela y los muñones de cojinete principal, como también solo muñones de cojinete de biela o solo los muñones de cojinete principal. A menos que se indique explícitamente lo contrario, aquí están comprendidas todas las tres variantes por el término de muñón.
De forma especialmente preferida, la invención es apropiada para el incremento de la resistencia a la fatiga de, por ejemplo, cigüeñales con una longitud de 0,2 a 8 m o más y/o diámetro de muñón de cojinete principal y de cojinete de biela de 30 a 500 mm o más. Sin embargo, de forma muy especialmente preferida, la invención es apropiada para el incremento de la resistencia a la fatiga de, por ejemplo, grandes cigüeñales de una longitud de 1,5 a 8 m o más y/o diámetro de muñón de cojinete principal y de cojinete de biela de 100 a 500 mm o más.
El cigüeñal puede presentar distintos tipos de radios de transición, por ejemplo, gargantas, por ejemplo, en forma de arco de cesta, o también radios destalonados o pospuestos con transiciones. Los radios de transición se pueden convertir, por ejemplo, tangencialmente en los puntos de muñón de cojinete o superficies de rodadura de los muñones de cojinete principal y de cojinete de biela.
Esto también es válido para las transiciones de bridas, muñones y otros cambios geométricos de sección transversal, tanto para radios tangenciales como pospuestos.
El cigüeñal presenta habitualmente radios de transición en todas las transiciones o cambios de sección transversal. Esto es válido en particular para cambios de sección transversal entre los muñones de cojinete y gualderas de cigüeñal. Para ello es especialmente apropiada la invención. Pero los radios de transición también pueden estar previstos para otros cambios de sección transversal cualesquiera, en particular para cambios de sección transversal en las partes finales del cigüeñal, p. ej., en una transición en una brida, un disco o un árbol, etc. Un radio de transición, cuya resistencia a la fatiga se debe mejorar por el procedimiento según la invención o el dispositivo según la invención, no debe estar presente por consiguiente sin falta entre un muñón de cojinete de biela y una gualdera de cigüeñal o un muñón de cojinete principal y una gualdera de cigüeñal, sino que también puede estar dispuesto en un punto cualquiera del cigüeñal. Los términos de “muñón de cojinete de biela”, “muñón de cojinete principal”, “brida”, “muñón” y/o “gualdera de cigüeñal” se pueden reinterpretar correspondientemente por un experto en la materia.
A continuación, la invención se describirá esencialmente mediante el endurecimiento de los radios de transición entre lo muñón de cojinete de biela y gualdera de cigüeñal y/o muñón de cojinete principal y gualdera de cigüeñal. Pero esto no se debe entender de forma limitante y solo debe servir para la mejor compresión o mejor legibilidad. Si en el marco de la invención se hace referencia a un radio de transición se tratará básicamente de un radio de transición cualquiera en un punto cualquiera del cigüeñal.
Según la invención, el dispositivo de percusión presenta varios cabezales de percusión, que están asociados al mismo radio de transición.
Bajo la introducción de una fuerza de percusión se puede entender que un cabezal de percusión del dispositivo de percusión o una así denominada “estampa” del dispositivo de percusión, choque contra la zona a endurecer del cigüeñal, en cuestión un radio de transición. A este respecto, el choque se realiza de forma dirigida al objetivo en la posición de percusión deseada a lo largo del radio de transición que gira anularmente alrededor del muñón.
Dado que el endurecimiento por choque de un radio de transición se realiza mediante varios cabezales de percusión, el alcance y efecto de profundidad de las tensiones residuales de compresión se pueden predeterminar de forma dirigida. La solución según la invención permite así introducir la fuerza de percusión a lo largo de la circunferencia del radio de transición en una “anchura” cualquiera y/o intensidad, eventualmente también de forma escalonada sucesivamente.
Los procedimientos o dispositivos según el estado de la técnica prevén que, en el caso del endurecimiento por choque de un radio de transición, se introduzca la fuerza de percusión con un único cabezal de percusión en un radio de transición. Por consiguiente, solo se puede variar el tamaño del cabezal de percusión, donde el tamaño del cabezal de percusión está limitado a este respecto en primer lugar mediante el tamaño del radio de transición y una reducción del tamaño del cabezal de percusión conduce simultáneamente a un efecto de profundidad modificado del endurecimiento por choque. Es decir, según el estado de la técnica no es posible modificar a voluntad el alcance del endurecimiento por choque o la anchura de la zona en la que se deben introducir las tensiones residuales de compresión, sin influir simultáneamente en el efecto de profundidad. Al usar la solución según la invención, mediante el uso de varios cabezales de percusión se puede suprimir este contexto. La flexibilidad se aumenta de este modo y las tensiones residuales de compresión todavía se pueden introducir de forma dirigida.
El cigüeñal se puede adaptar de este modo eventualmente todavía mejor al funcionamiento del motor. Además, en particular, incluso aún se puede aumentar la resistencia del cigüeñal - partiendo de las posibilidades actuales en el estado de la técnica - si esto fuera requerido.
El procedimiento según la invención o el dispositivo según la invención también se pueden aplicar o usar en cigüeñales que ya se han mecanizado anteriormente para el incremento de sus propiedades de resistencia a la fatiga mediante otros procedimientos. Así, por ejemplo, se puede mejorar un cigüeñal, que se ha endurecido mediante temple por inducción, posteriormente aún con respecto a su resistencia a la fatiga de flexión y de torsión por una introducción de tensiones residuales de compresión con el dispositivo según la invención o el procedimiento según la invención.
Una configuración del dispositivo de percusión con varios cabezales de percusión, que están asociados al mismo radio de transición, se puede conseguir de diferente manera. Por ejemplo, es posible que el dispositivo de percusión disponga de dos o varias herramientas de percusión, las cuales presentan respectivamente un cabezal de percusión y que están asociadas al mismo radio de transición.
Según la invención está previsto que el dispositivo de percusión presente varias herramientas de percusión, donde los cabezales de percusión de al menos dos herramientas de percusión están asociados al mismo radio de transición y/o que el dispositivo de percusión presenta al menos una herramienta de percusión con varios cabezales de percusión.
En particular, puede estar previsto que el dispositivo de percusión presente dos herramientas de percusión, donde cada herramienta de percusión está asociado a un radio de transición y donde al menos una de las herramientas de percusión presenta una pluralidad de cabezales de percusión, que están asociados al radio de transición correspondiente.
También es posible que el dispositivo de percusión presente un par de herramientas de percusión, donde cada herramienta de percusión está asociada a un radio de transición. A este respecto, las dos herramientas de percusión de un par de herramientas de percusión pueden presentar dos o varios cabezales de percusión. También puede estar previsto que solo una de las herramientas de percusión disponga de dos o varios cabezales de percusión, mientras que la otra herramienta de percusión del par de herramientas de percusión solo presenta un cabezal de percusión.
Además, en un perfeccionamiento puede estar previsto que el dispositivo de percusión presente un pistón de percusión y una unidad de desvío, donde la al menos una herramienta de percusión está dispuesta en la unidad de desvío, y donde el pistón de percusión transmite a través de la unidad de desvío un impulso sobre la al menos una herramienta de percusión y el cabezal de percusión o los cabezales de percusión de la al menos una herramienta de percusión introduce o introducen la fuerza de percusión en el radio de transición asociado.
Para ello, se puede usar un pistón de percusión, que trasmite un fuerte pulso o un impulso (generado, p. ej., de forma neumática, hidráulica y/o eléctrica) sobre el cabezal de percusión.
En función de la fuerza de percusión se originan huellas de percusión del cabezal de percusión en posiciones de percusión cualesquiera. La profundidad de las huellas de percusión y la calidad o el efecto de profundidad de la tensión residual de compresión introducida dependen a este respecto de la fuerza de percusión seleccionada. La herramienta y los parámetros del proceso están adaptados exactamente preferiblemente al respectivo cigüeñal y, a este respecto, eventualmente a los cambios geométricos parciales (cambios de sección transversal).
La fuerza de percusión de nuevo se puede ajustar u orientar mediante la modificación del ángulo de percusión individualmente de forma todavía más exacta respecto al máximo de solicitación.
Se clarifica que, si se mencionase en una parte de la descripción “un cabezal de percusión / una herramienta de percusión” o “un dispositivo de percusión” o “varios cabezales de percusión / herramientas de percusión / dispositivos de percusión”, en principio puede ser considerado un número cualquiera de cabezales de percusión / herramientas de percusión / dispositivos de percusión, por ejemplo, dos, tres, cuatro, cinco, seis, siete, ocho, nueve, diez o más. La referencia a una forma plural o número singular está prevista solo para la mejor legibilidad y no es limitante.
Puede estar previsto que se usen dos herramientas de percusión en un dispositivo de percusión común, que introducen simultáneamente preferiblemente fuerzas de percusión en ambos radios de transición de un muñón de cojinete de biela o de un muñón de cojinete principal.
Esto también es válido para las transiciones de bridas, muñones y otros cambios geométricos de sección transversal, tanto para radios tangenciales como pospuestos.
Las herramientas de percusión se pueden hacer funcionar preferiblemente por un pistón de percusión común.
Al usar varias herramientas de percusión (y/o dispositivos de percusión) puede estar previsto un dispositivo de pulsos de compresión común, que sea capaz de generar las fuerzas de percusión correspondientes para las herramientas de percusión de manera hidráulica, neumática, mecánica y/o eléctrica (de forma común o individual) para las herramientas de percusión.
A este respectivo, puede estar previsto que al menos dos, varias o todas las herramientas de percusión, que están asociadas al mismo radio de transición, presenten respectivamente un cabezal de percusión. Alternativamente, también puede estar previsto que al menos dos, varias o todas las herramientas de percusión, que están asociadas al mismo radio de transición, dispongan de respectivamente varios cabezales de percusión. Aquí también son posibles formas mixtas, es decir, que al menos una herramienta de percusión presente un cabezal de percusión y al menos una herramienta de percusión asociada al mismo radio de transición presente dos o varios cabezales de percusión.
Así, por ejemplo, también puede estar previsto que un dispositivo de percusión presente varias herramientas de percusión con respectivamente solo un cabezal de percusión, que sin embargo están asociadas al mismo radio de transición. También es posible que el dispositivo de percusión presente varias herramientas de percusión con respectivamente solo un cabezal de percusión, donde está prevista otra herramienta de percusión con varios cabezales de percusión. Son posibles agrupaciones o combinaciones cualesquiera. El diseño también puede depender de los requerimientos del cigüeñal.
Por consiguiente, también es posible adaptar correspondientemente el dispositivo según la invención a los requerimientos del cigüeñal o los requerimientos a la resistencia de los radios de transición, donde existe un alto número de posibilidades de configuración.
En un perfeccionamiento de la invención puede estar previsto que los cabezales de percusión estén dispuestos de manera que los cabezales de percusión estén dispuestos decalados unos tras otros y/o decalados unos junto a otros durante el endurecimiento por choque de un radio de transición que rodea anularmente el muñón de cojinete de biela y/o el muñón de cojinete principal.
Debido a un decalado lateral o debido a una disposición de cabezales de percusión decalados unos junto a otros se puede variar la “anchura”, a través de la que se introducen las tensiones residuales de compresión en el radio de transición a lo largo de la circunferencia del radio de transición, mediante el número de los cabezales de percusión usados.
Cuando los cabezales de percusión están dispuestos decalados unos tras otros, se puede mejorar la duración del mecanizado y/o el efecto del mecanizado o el efecto de la profundidad del mecanizado. Además, es posible introducir sucesivamente los choques de forma escalonada, eventualmente con diferente intensidad.
En un perfeccionamiento de la invención puede estar previsto en particular que al menos dos cabezales de percusión, preferiblemente todos los cabezales de percusión asociados al mismo radio de transición, estén dispuestos de manera que los cabezales de percusión generen respectivamente pistas propias de huellas de percusión durante el endurecimiento por choque de un radio de transición que gira anularmente alrededor del muñón de cojinete de biela y/o el muñón de cojinete principal.
En un perfeccionamiento puede estar previsto finalmente que se superpongan las pistas.
En particular, el efecto de endurecimiento se puede influir de forma especialmente positiva gracias a las pistas de huellas de percusión que se superponen a lo largo de la circunferencia del radio de transición y/o a lo largo del radio de transición que gira anularmente alrededor del muñón de cojinete de biela y/o el muñón de cojinete principal.
En un perfeccionamiento de la invención puede estar previsto además que al menos dos cabezales de percusión, preferiblemente todos los cabezales de percusión asociados al mismo radio de transición, estén dispuestos de manera que los cabezales de percusión generen respectivamente pistas de huellas de percusión que se sitúan unas en otras durante el endurecimiento por choque de un radio de transición que gira anularmente alrededor del muñón de cojinete de biela y/o el muñón de cojinete principal.
Por ejemplo, puede estar prevista una primera pista de huellas de percusión con gran anchura a lo largo de la circunferencia del radio de transición, en el que discurre una segunda pista de huellas de percusión con menor anchura. De este modo, puede ser mejorada eventualmente la profundidad de las tensiones residuales de compresión introducidas.
Alternativamente, las pistas, que provocan los distintos cabezales de percusión, también pueden presentar respectivamente una anchura igual, por lo que se puede implementar un endurecimiento por choque escalonado, por lo que son posibles otros efectos que los que produciría el endurecimiento por choque solo mediante un único cabezal de percusión y por consiguiente con un único choque.
Además, en un perfeccionamiento de la invención puede estar previsto que los cabezales de percusión presenten una superficie esférica para el endurecimiento por choque.
El cabezal de percusión puede estar configurado preferiblemente esencialmente de forma esférica, en particular en la zona delantera o en el extremo delantero del cabezal de percusión, que choca contra el cigüeñal para el endurecimiento. Pero, en principio, el cabezal de percusión puede presentar una geometría cualquiera y también estar configurado, por ejemplo, de forma oval, semiesférica o plana.
En un perfeccionamiento de la invención puede estar previsto que los cabezales de percusión presentan diferentes tamaños.
Por ejemplo, puede estar previsto que un cabezal de percusión presente un radio, cuyo tamaño es del 75% al 99% del radio de transición, preferiblemente del 85% al 98% del radio de transición y de forma especialmente preferida del 85% al 95% del radio de transición.
Pero, el radio del cabezal de percusión puede ser menor del 75% del radio de transición o mayor del 95% del radio de transición. El radio del cabezal de percusión también puede concordar con el radio de transición.
El tamaño del cabezal de percusión puede depender eventualmente del número de cabezales de percusión usados por radio de transición. En principio se deben preferir cabezales de percusión menores, cuanto mayor sea el número usado de cabezales de percusión por radio de transición. Si, por ejemplo, están previstos dos cabezales de percusión para un radio de transición, un cabezal de percusión puede presentar, por ejemplo, un radio cuyo tamaño es del 30% al 49% del radio de transición, preferiblemente del 40% al 48% del radio de transición y de forma muy especialmente preferida del 40% al 45% del radio de transición. Cuando, por ejemplo, están previstos tres cabezales de percusión para un radio de transición, un cabezal de percusión puede presentar, por ejemplo, un radio cuyo tamaño es del 10% al 33% del radio de transición, preferiblemente del 20% al 30% del radio de transición y de forma muy especialmente preferida del 20% al 25% del radio de transición.
Según la invención también puede estar previsto que los cabezales de percusión asociados al mismo radio de transición presenten respectivamente un tamaño idéntico.
También es posible que, en una disposición de los cabezales de percusión unos tras otros y/o unos junto a otros, los cabezales de percusión presenten diferentes tamaños. En una disposición unos tras otros puede estar previsto, por ejemplo, que el cabezal de percusión situado delante en la dirección de movimiento esté configurado mayor que los cabezales de percusión siguientes. En una disposición unos junto a otros, por ejemplo, el cabezal de percusión central puede estar configurado mayor que los dos exteriores o a la inversa. Aquí se pueden implementar variantes cualesquiera para variar las huellas de percusión o la fuerza de percusión introducida.
En una configuración especial de la invención puede estar previsto que el dispositivo esté establecido para ajustar la distancia entre un punto de desvío de la unidad de desvío y el extremo delantero del un cabezal de percusión o de los varios cabezales de percusión de una herramienta de percusión.
El punto de desvío puede ser el centro de la unidad de desvío o el eje de giro / suspensión de la herramienta de percusión o de las herramientas de percusión.
Con el extremo delantero del cabezal de percusión se considera la parte (o la superficie) del cabezal de percusión con la que el cabezal de percusión choca contra el cigüeñal para el endurecimiento por choque.
Gracias a la distancia entre el punto de desvío y el extremo delantero del cabezal de percusión también se puede ajustar la distancia entre el punto de desvío y el centro del cabezal de percusión o la distancia entre el punto de desvío y el extremo trasero del cabezal de percusión.
Dado que se puede ajustar la distancia entre el punto de desvío de la unidad de desvío y el o los cabezales de percusión de una herramienta de percusión, se puede modificar o ajustar el ángulo con el que se introduce la fuerza de percusión en el radio de transición. Preferiblemente, el ángulo se selecciona de manera que la fuerza de percusión se introduce con un ángulo que está adaptado exactamente al punto más cargado durante el funcionamiento del cigüeñal o el máximo de solicitación.
El ajuste del ángulo de percusión, es decir, la orientación con la que discurre la herramienta de percusión del punto de desvío hacia el radio de transición, permite variar el desarrollo de la fuerza de percusión. Cuando la herramienta de percusión dispone de varios cabezales de percusión, que están dispuestos unos tras otros, mediante la elección de un ángulo de percusión apropiado se pueden introducir las fuerzas de percusión de los distintos cabezales de percusión en un punto apropiado o con un ángulo apropiado. La posición de percusión y el ángulo de percusión se corresponden preferiblemente con un desarrollo de un máximo de solicitación del radio de transición.
Si la herramienta de percusión dispone de varios cabezales de percusión, que están dispuestos unos junto a otros, puede estar previsto, por ejemplo, que un cabezal de percusión central esté orientado hacia el máximo de solicitación con respecto a su posición de percusión y del ángulo de percusión o que el máximo de solicitación se sitúe entre dos cabezales de percusión centrales.
La variación del ángulo de percusión, es decir, el desarrollo de la herramienta de percusión, en el que están dispuestos los cabezales de percusión, permite ocuparse de forma precisa del requerimiento del cigüeñal correspondiente, en particular, mecanizar de forma dirigida el máximo de solicitación del radio de transición.
Una ventaja especial se puede producir cuando varias herramientas de percusión están asociadas al mismo radio de transición. Por consiguiente, mediante la variación del ángulo de percusión de las herramientas de percusión se puede variar no solo la posición en la que los cabezales de percusión de las herramientas de percusión individuales se encuentran con el radio de transición, sino también su ángulo de percusión. Así, por ejemplo, también es posible que las posiciones de percusión de los cabezales de percusión sean idénticas, no obstante, el ángulo sea diferente.
La configuración especial de variar la distancia entre un punto de desvío de la unidad de desvío y el extremo delantero del cabezal de percusión o de los varios cabezales de percusión de la al menos una herramienta de percusión permite, por consiguiente, introducir la fuerza de percusión en un lado preferido y con un ángulo preferido.
Con los procedimientos o dispositivos del estado de la técnica conocido solo es posible, al contrario de ello, introducir la fuerza de percusión con un ángulo fijo predefinido en los radios de transición. Para ello, la mayoría de las veces está previsto un ángulo de percusión de aprox. 45°.
En función de la aplicación del cigüeñal puede ser ventajoso seleccionar un ángulo diferente en lugar de un ángulo de percusión fijo de, por ejemplo, 45°.
El punto más solicitado del cigüeñal se deduce en el caso general del funcionamiento del motor o se determina a través de modelos de cálculo. Para nuevos enfoques de observación se observan para ello las máximas cargas de una carga axial y de carga biaxial superpuesta.
Gracias al ajuste del ángulo de percusión se puede garantizar un trabajo o endurecimiento por choque muy preciso. Dado que las fuerzas de percusión se pueden introducir de forma dirigida en un máximo de solicitación del radio de transición y discurren con un ángulo óptimo, eventualmente se puede reducir la fuerza de percusión, mientras que permanece de forma inalterada el efecto de resistencia a la fatiga alcanzable. El dispositivo es por consiguiente especialmente eficiente.
Puede estar previsto que dos o más herramientas de percusión estén asociadas a un radio de transición común, donde las herramientas de percusión presentan respectivamente al menos un (preferiblemente exactamente un) cabezal de percusión y no sea idéntico un ángulo de percusión de la herramienta de percusión.
En la configuración de la invención puede estar previsto que se pueda ajustar la longitud de la al menos una herramienta, preferiblemente de forma telescópica.
Para ello, la herramienta de percusión puede estar configurado a la manera de un carril telescópico o presentar una extracción telescópica. La al menos una herramienta de percusión también puede estar configurado como tubo telescópico. La invención no se debe entender evidentemente de forma limitada a la manera determinada de una extracción telescópica o un tipo determinado de la capacidad telescópica.
La longitud de la al menos una herramienta de percusión también se puede ajustar, por ejemplo, a través de una rosca.
Puede estar previsto que la longitud de la al menos una herramienta de percusión se pueda ajustar de forma manual y/o por actuadores. Para ello, por ejemplo, puede estar previsto un motor eléctrico, en particular un accionamiento lineal. Pero, el motor eléctrico puede ser en principio un motor eléctrico cualquiera, por ejemplo, un motor de corriente trifásica, un motor de corriente alterna, un motor de corriente continua o un motor universal. Preferiblemente se puede usar un motor paso a paso.
En una configuración de la invención puede estar previsto un dispositivo de cambio con un depósito, para intercambiar la al menos una herramienta de percusión y/o el al menos un cabezal de percusión y/o la unidad de desvío y/o el dispositivo de percusión, a fin de ajustar la distancia entre el punto de desvío de la unidad de desvío y el extremo delantero de un cabezal de percusión de la al menos una herramienta de percusión a otro valor.
Debido a las elevadas fuerzas de percusión, altas solicitaciones mecánicas actúan de forma conocida sobre los componentes del dispositivo de percusión. En particular, al usar componentes de filigranas para el ajuste de la longitud de la al menos una herramienta de percusión se puede limitar de este modo la vida útil del dispositivo de percusión o sus componentes. Cuando está previsto un depósito o un dispositivo de cambio para la al menos una herramienta de percusión y/o los cabezales de percusión y/o la unidad de desvío y/o el dispositivo de percusión, el dispositivo de percusión o el dispositivo puede estar configurado en conjunto de forma especialmente robusta, dado que eventualmente se puede prescindir de un efecto telescópico de la al menos una herramienta de percusión.
La distancia entre el punto de desvío de la unidad de desvío y los cabezales de percusión de la al menos una herramienta de percusión se puede ajustar por consiguiente de forma ventajosa por el dispositivo de cambio con el depósito, en tanto que se intercambian los componentes del dispositivo de percusión para el ajuste de la longitud.
También puede estar previsto que la distancia entre el punto de desvío de la unidad de desvío y el extremo delantero de un cabezal de percusión de la al menos una herramienta de percusión se puede ajustar mediante el uso de los anillos espaciadores o soportes espaciadores con diferentes dimensiones.
En una configuración de la invención pueden estar previstos dos o varios dispositivos de percusión, donde la distancia entre el punto de desvío del dispositivo de desvío y el extremo delantero del cabezal de percusión o de los cabezales de percusión de un primer dispositivo de percusión no sea idéntica a la distancia entre el punto de desvío del dispositivo de desvío y el extremo delantero del cabezal de percusión o de los cabezales de percusión de un segundo dispositivo de percusión.
Por consiguiente, pueden estar previstas varias herramientas de percusión utilizables independientemente entre sí, en particular mediante el uso de varios dispositivos de percusión con respectivamente una o varias herramientas de percusión, que permiten introducir las respectivas fuerzas de percusión en radios de transición cualesquiera del cigüeñal, donde puede estar prevista una sincronización correspondiente entre sí o entre los controles de las herramientas de percusión. El endurecimiento por choque del cigüeñal también se puede realizar por consiguiente de forma especialmente rápida, dado que se pueden usar simultáneamente varios dispositivos de percusión.
Al usar varios dispositivos de percusión puede estar previsto que sean idénticas las distancias respectivas entre los puntos de desvío y los cabezales de percusión en todas las herramientas de percusión o se desvíen entre sí en al menos dos herramientas de percusión. Preferiblemente, es idéntica la distancia respectiva entre el punto de desvío de la unidad de desvío y los cabezales de percusión de dos herramientas de percusión, para el endurecimiento de los radios de transición que son adyacentes a los mismos muñones.
En una configuración de la invención, puede estar previsto que el ángulo de percusión entre el eje longitudinal de la al menos una herramienta de percusión y una vertical respecto al eje longitudinal del cigüeñal sea de 5° a 80°, preferiblemente de 10° a 70°, más preferiblemente de 20° a 60° y de forma especialmente preferida de 30° a 55°, en particular de 35° a 50°.
La presente invención también se refiere a un procedimiento para el endurecimiento por choque de los radios de transición de un cigüeñal, en particular de los radios de transición entre los muñones del cojinete de biela y las gualderas de cigüeñal y/o los radios de transición entre los muñones de cojinete principal y las gualderas de cigüeñal del cigüeñal.
Este procedimiento también se refiere a las transiciones de bridas, muñones y otros cambios geométricos de sección transversal, tanto para radios tangenciales como pospuestos.
El procedimiento según la invención prevé que el endurecimiento por choque de los radios de transición se realice por medio de un dispositivo de percusión, que presenta varios cabezales de percusión que están asociados al mismo radio de transición.
Las características, que ya se han descrito en relación con el dispositivo según la invención, evidentemente también se pueden aplicar ventajosamente para el procedimiento según la invención - y a la inversa. Además, las ventajas, que se han mencionado ya en relación con el dispositivo según la invención, también se pueden entender en referencia al procedimiento según la invención - y a la inversa.
En una configuración del procedimiento puede estar previsto que el ángulo de percusión se seleccione conforme al desarrollo de un máximo de solicitación del radio de transición, según lo cual el desarrollo del máximo de solicitación se determina en base a simulaciones y/o cálculos y/o series de ensayos del respectivo tipo de cigüeñal.
Los puntos más cargados del cigüeñal se identifican preferiblemente como preludio. La fuerza de percusión se puede introducir entonces preferiblemente de forma dirigida en los máximos de solicitación correspondientes.
El cigüeñal se puede endurecer por choque con precisión especialmente elevada mediante el ajuste preferiblemente previsto de la distancia entre el punto de desvío de la unidad de desvío y el extremo delantero del un cabezal de percusión o de los cabezales de percusión de la al menos una herramienta de percusión.
Gracias al ajuste de la distancia se puede establecer no solo el punto de percusión, sino también la dirección de percusión. De este modo se pueden fabricar cigüeñales cuya resistencia a la fatiga, en particular su resistencia a la fatiga por flexión y torsión, esté aún más optimizado. Alternativamente, debido a la precisión ahora a disposición se puede conseguir una resistencia a la fatiga existente ya mediante el uso de fuerzas de percusión.
En una configuración de la invención puede estar previsto que todos los radios de transición entre los muñones de cojinete de biela y las gualderas de cigüeñal y/o todos los radios de transición entre los muñones de cojinete principal y las gualderas de cigüeñal se endurezcan por choque con el mismo ángulo de percusión.
También se pueden endurecer por choque todas las transiciones hacia bridas, muñones y/u otras modificaciones de sección transversal geométricas - tanto para radios tangenciales como pospuestos.
Puede estar previsto que todos los radios de transición del cigüeñal se endurezcan por choque bajo el mismo ángulo de percusión, donde el ángulo de percusión seleccionado para ello está optimizado con vistas al punto más cargado del cigüeñal. Pero también puede estar previsto que todos los radios de transición de los muñones de cojinete de biela se endurezcan por choque con un primer ángulo de percusión y todos los radios de transición de los muñones de cojinete principal se endurezcan por choque con un segundo ángulo de percusión, donde el primer y el segundo ángulo de percusión están optimizados conforme a los respectivos puntos más cargados o el desarrollo del máximo de solicitación.
En una configuración alternativa de la invención, puede estar previsto que se endurezcan por choque al menos dos radios de transición entre los muñones de cojinete de biela y las gualderas de cigüeñal con un ángulo de percusión diferente y/o que se endurezcan por choque al menos dos radios de transición entre los muñones de cojinete principal y las gualderas de cigüeñal con un ángulo de percusión diferente y/o que se endurezcan por choque al menos un radio de transición entre el muñón de cojinete de biela y las gualderas de cigüeñal con u ángulo de percusión diferente que un radio de transición entre los muñones de cojinete principal y las gualderas de cigüeñal.
Los ángulos de percusión se pueden establecer u optimizar individualmente para cada radio de transición o para grupos de radios de transición.
Por ejemplo, en un punto de muñón se pueden usar simultáneamente diferentes ángulos de percusión.
En una configuración de la invención, también puede estar previsto finalmente que el ángulo de percusión se modifique durante el endurecimiento por choque de un radio de transición que gira anularmente alrededor del muñón de cojinete de biela y/o el muñón de cojinete principal.
Esto también es válido evidentemente para las transiciones de bridas, muñones y/u otros cambios geométricos de sección transversal, tanto para radios tangenciales como pospuestos.
Se ha demostrado que de este modo se puede conseguir otro aumento de la resistencia a la fatiga o resistencia a la fatiga a flexión y/o resistencia a la fatiga a torsión.
Por ejemplo, en el así denominado punto muerto inferior de un muñón de cojinete de biela o en una zona definida alrededor del punto muerto inferior puede estar previsto un ángulo de percusión diferente que en la zona restante del radio de transición.
Las presiones de percusión, que se implementan por el pistón de percusión para la fuerza de percusión, pueden estar - en función del funcionamiento - entre 10 y 300 bar, preferiblemente entre 30 y 180 bar, y de forma especialmente preferida entre 50 y 130 bar.
La temperatura en la zona del segmento de cigüeñal o radio de transición a mecanizar no se debería situar preferiblemente por encima de 65 °C; se prefieren valores entre 12 °C y 25 °C.
La experiencia ha mostrado que los cigüeñales pueden desarrollar microgrietas no propagables en las superficies según una solicitación dinámica en el motor o en la instalación de pruebas. Estas microgrietas no tienen repercusión en las propiedades de resistencia a la fatiga, pero pueden perturbar el aspecto óptico.
Dado que la introducción de tensiones residuales de compresión se puede realizar preferiblemente hasta una profundidad de 15 mm, pero también todavía más profundamente, esto significa que en la zona de la superficie del cigüeñal se puede realizar una remoción de algunos milímetros, por ejemplo, de 0,1 a 3 mm, preferiblemente 0,5 mm, sin que sufra la resistencia a la fatiga a flexión y torsión o la resistencia a la fatiga del cigüeñal.
Los estudios han demostrado que las medidas de este tipo incluso pueden aumentar ligeramente la resistencia a la fatiga, por ejemplo, en hasta el 5%.
La remoción de la superficie se puede realizar de distinta manera, como por ejemplo, mediante lijado, torneado, fresado, torneado-fresado, pelado o pulido.
En particular, cuando está previsto que el ángulo de percusión se modifique por actuadores durante el endurecimiento por choque de un radio de transición, puede estar previsto un dispositivo de control y/o regulación, preferiblemente que comprenda un microprocesador, para excitar la unidad de actuación correspondiente.
En lugar de un microprocesador también puede estar previsto otro dispositivo a voluntad para la implementación de un dispositivo de control y/o regulación, por ejemplo, una o varias disposiciones de componentes eléctricos discretos sobre una placa de circuitos impresos, un control lógico programable (PLC), un circuito integrado específico a la aplicación (ASIC) u otro circuito programable, por ejemplo, también una matriz de puertas lógicas programable en campo (Field Programmable Gate Array, FPGA), una disposición lógica programable (PLA) y/o un ordenador habitual en el mercado.
Algunos de los componentes del dispositivo según la invención se pueden corresponder en principio en su estructura con el dispositivo según el documento EP 1716260 B1.
La invención también se refiere a un cigüeñal, fabricado según un procedimiento descrito anteriormente.
El cigüeñal según la invención se diferencia de los cigüeñales convencionales, en particular porque para su endurecimiento se asocian al menos dos cabezales de percusión al mismo radio de transición y adicionalmente se usan igualmente diferentes ángulos de percusión, por lo que se produce un endurecimiento característico de los radios de transición.
A continuación, se describen más en detalle ejemplos de realización de la invención mediante el dibujo.
Las figuras muestran respectivamente ejemplos de realización preferidos, en los que están representadas las características individuales de la presente invención en combinación entre sí. Las características de un ejemplo de realización también se pueden implementar por separado de las otras características del mismo ejemplo de realización y se pueden conectar correspondientemente por un experto en la materia sin más con las características de otros ejemplos de realización formando otras combinaciones y subcombinaciones razonables.
En las figuras los elementos funcionalmente iguales están provistos con las mismas referencias.
Muestran esquemáticamente:
La figura 1 una vista global de un dispositivo según la invención para la realización del procedimiento en una primera realización;
La figura 2 una vista en perspectiva de una parte del dispositivo según la invención para la realización del procedimiento en una segunda realización;
La figura 3 un dispositivo de percusión con dos herramientas de percusión en representación ampliada según un detalle “A” de la figura 1;
La figura 4 un dispositivo de percusión con solo una herramienta de percusión;
La figura 5a una representación ampliada de un radio de transición y de una herramienta de percusión con tres cabezales de percusión;
La figura 5b una representa ampliada de un radio de transición y tres herramientas de percusión aplanadas con respectivamente un cabezal de percusión;
La figura 6 un ejemplo para un decalado de los cabezales de percusión;
La figura 7 un radio de transición endurecido por choque con tres cabezales de percusión con tres pistas de huellas de percusión que se superponen;
La figura 8 un radio de transición endurecido por choque con dos cabezales de percusión con pistas de huellas de percusión situadas unas en otras;
La figura 9 un dispositivo de percusión con dos herramientas de percusión telescópicas;
La figura 10 una representación ampliada de un radio de transición y de una herramienta de percusión con un cabezal de percusión, donde la herramienta de percusión está orientada en un primer ángulo de percusión;
La figura 11 una representación ampliada de un radio de transición y de una herramienta de percusión con un cabezal de percusión, donde la herramienta de percusión está orientada en un segundo ángulo de percusión;
La figura 12 un radio de transición endurecido por choque, en el que se ha usado un primer ángulo de percusión para el endurecimiento por choque;
La figura 13 un radio de transición endurecido por choque, en el que se ha usado un segundo ángulo de percusión para el endurecimiento por choque; y
La figura 14 un radio de transición endurecido por choque, en el que el ángulo de percusión se ha variado durante el endurecimiento por choque a lo largo del radio de transición que gira anularmente alrededor del muñón.
El dispositivo representado en la figura 1 en una vista global se corresponde en principio en su estructura con los dispositivos según los documentos DE 3438742 C2 y EP 1716260 B1 con uno o varios dispositivos de percusión 1, por lo que a continuación solo se entra más en detalle en las partes esenciales y en las diferencias respecto al estado de la técnica.
El dispositivo presenta una bancada de máquina 2 y un dispositivo de accionamiento 3. El dispositivo de accionamiento 3 se usa para girar o llevar un cigüeñal 4 a una posición de percusión a lo largo de una dirección.
El cigüeñal 4 presenta muñones de cojinete de biela 5 y muñones de cojinete principal 6 entre los que están dispuestas respectivamente las gualderas de cigüeñal 7. Entre los muñones de cojinete de biela 5 y las gualderas de cigüeñal 7, así como entre los muñones de cojinete principal 6 y las gualderas de cigüeñal 7 o en general entre transiciones de sección transversal del cigüeñal 4 están configurados los radios de transición 8 (véanse las figuras 3 a 8 y 10 a 14).
En el lado del cigüeñal 4 dirigido hacia el dispositivo de accionamiento 3 está previsto un dispositivo de fijación 9, que presenta un disco de sujeción o una brida de fijación 10. En el lado del cigüeñal 4 alejado del dispositivo de accionamiento 3 está previsto un apoyo 11 preferiblemente a la manera de un cabezal móvil, que presenta otro dispositivo de fijación 9 para recibir el cigüeñal 4 de forma giratoria e inmovilizarlo de forma giratoria. De forma opcional o complementaria al apoyo 11 puede estar prevista una luneta que se posiciona en un punto simétrico en rotación.
El dispositivo de accionamiento 3 es capaz de hacer girar el cigüeñal 4 a lo largo de un eje de giro C. A este respecto, puede estar previsto que el eje de giro principal Ckw del cigüeñal 4 esté posicionado de forma excéntrica del eje de giro C del dispositivo de accionamiento 3, según está representado en la figura 1 y figura 2. Para ello, pueden estar previstos preferiblemente medios de orientación 17 (véase la figura 2) en la zona del dispositivo de fijación 9. A este respecto, puede estar previsto que los medios de orientación 17 desplacen un eje central del respectivo muñón 5, 6 a endurecer, de modo que el eje central del muñón 5, 6 se sitúe sobre el eje de giro C.
Para el dispositivo de accionamiento 3 puede estar previsto un accionamiento directo, preferiblemente sin acoplamiento. Por consiguiente, un motor eléctrico, preferiblemente un motor eléctrico, del dispositivo de accionamiento 3 puede estar acoplado mecánicamente con el dispositivo de fijación 9 o con el cigüeñal 4 sin una transmisión o engranaje. Para la transferencia de la potencia de accionamiento puede estar previsto un árbol de entrada 13 o un árbol de accionamiento.
Los dispositivos de percusión 1 descritos a continuación todavía más en detalle a modo de ejemplo están sujetos de forma justificable respectivamente en un dispositivo de desplazamiento y ajuste 15, a fin de adaptarlos a la ubicación de los muñones de cojinete de biela 5 y de los muñones de cojinete principal 6 y a la longitud del cigüeñal 4.
El apoyo 11 también puede estar establecido de forma desplazable, según está indicado por las flechas dobles de la figura 1.
En la figura 1 están representados dos dispositivos de percusión 1, pero en principio puede estar previsto cualquier número de dispositivos de percusión 1, por ejemplo, también solo un único dispositivo de percusión 1.
Para el funcionamiento del dispositivo de accionamiento 3, que comprende preferiblemente un motor eléctrico, se puede usar una regulación de ubicación, a fin de girar el cigüeñal 4 a la respectiva posición de percusión, según la cual el cigüeñal 4 se gira preferiblemente paso a paso o de forma síncrona.
Después de que un radio de transición 8 se ha endurecido por choque de la manera deseada, el o los dispositivos de percusión 1 se puede(n) mover en los radios de transición 8 a endurecer siguientes.
En la figura 2 en vista en perspectiva está representado por fragmentos otro dispositivo para la realización del procedimiento según la invención - sin embargo, sin dispositivo de percusión. A este respecto, el dispositivo de la figura 2 es esencialmente idéntico al dispositivo de la figura 1, según lo cual a continuación solo se hace referencia en detalle a las diferencias esenciales.
De nuevo está previsto un dispositivo de accionamiento 3. Además, está previsto un dispositivo de fijación 9, que presenta una brida de fijación 10 y un disco plano fijado en ella con mordazas de sujeción para la inmovilización del cigüeñal 4. El disco plano con las mordazas de sujeción del dispositivo de fijación 9 está dispuesto en la brida de fijación 10 de forma ajustable en un medio de orientación 17, por lo que el eje longitudinal Ckw del cigüeñal 4 se puede desplazar con respecto al eje de giro C de un árbol de accionamiento o de un árbol de entrada 13.
El cigüeñal 4 de la figura 2 presenta una configuración que se desvía de la forma de realización representada en la figura 1, pero en principio comprende igualmente los muñones de cojinete de biela 5, muñones de cojinete principal 6 y gualderas de cigüeñal 7.
En la figura 2 (como también en la figura 1) puede estar previsto otro dispositivo de fijación 9 en el extremo del cigüeñal 4 alejado del dispositivo de accionamiento 3, no obstante, este también se puede suprimir.
En la figura 3, a modo de ejemplo está representado más en detalle un dispositivo de percusión 1 de la figura 1. La invención se puede implementar en principio con cualquier dispositivo de percusión 1. No obstante, el dispositivo de percusión 1 descrito a continuación es especialmente apropiado. Presenta un cuerpo base 18, que puede estar provisto conforme al radio del segmento de cigüeñal a mecanizar con un contacto prismático, y presenta preferiblemente guías 19, que conducen dos herramientas de percusión 16 en su plano de apoyo y le dan una libertad correspondiente en el ángulo de apoyo o ángulo de percusión a (véanse las figuras 9 a 11) alrededor de una unidad de desvío 20, libertad que es ventajosa para la adaptación a las relaciones dimensionales del cigüeñal 4. En los extremos delanteros de las dos herramientas de percusión 16 está dispuesta respectivamente una esfera como cabezal de percusión 21. Una parte intermedia 22 establece una conexión entre un pistón de percusión 23 y la unidad de desvío 20, que trasmite la energía de percusión a las herramientas de percusión 16. La parte intermedia 22 también se puede suprimir eventualmente.
Según la invención está previsto que el dispositivo de percusión 1 presente varios cabezales de percusión 21, que están asociados al mismo radio de transición 8.
Para ello puede estar previsto que el dispositivo de percusión 1 presenta al menos una herramienta de percusión 16 con varios cabezales de percusión 21. En la representación de la figura 3, condicionado a la representación para el respectivo radio de transición 8 está representado gráficamente respectivamente solo un cabezal de percusión 21. Sin embargo, en la variante de la figura 3 para uno o para ambos radios de transición 8 pueden estar dispuestos varios cabezales de percusión 21, decalados por ejemplo unos tras otros. En particular, por consiguiente en el dispositivo de percusión 1 de la figura 3 con las dos herramientas de percusión 16 también puede presentar solo una de las dos herramientas de percusión 16 varios cabezales de percusión 21, que están asociados al mismo radio de transición 8.
En el sentido de la invención también puede estar previsto que el dispositivo de percusión 1 presente varias herramientas de percusión 16, donde al menos dos herramientas de percusión 16 presentan respectivamente uno o varios cabezales de percusión 21, que están asociados al mismo radio de transición 8. A este respecto, las herramientas de percusión 16 asociadas a un radio de transición 8 pueden presentar respectivamente uno o varios cabezales de percusión 21.
El dispositivo de percusión 1 de la figura 3 es también un dispositivo de percusión, en el que para las herramientas de percusión 16 está previsto respectivamente solo un cabezal de percusión 21, cuando por ejemplo está previsto un segundo dispositivo de percusión 1 (véase, p. ej., en la figura 1), que presenta varios cabezales de percusión 21 que están asociados al mismo radio de transición 8.
También pueden estar previstos varios dispositivos de percusión 1, donde al menos dos cabezales de percusión 21 de los dispositivos de percusión 1 están asociados al mismo radio de transición 8.
Para el incremento de la efectividad del choque se puede fijar un prisma de sujeción 24 a través de los resortes 25 con pernos de apriete 26 con tuercas de apriete 27 en el lado del muñón 5, 6 alejado del cuerpo base 18. Aquí también son posibles otras soluciones constructivas.
Mediante la disposición de varios dispositivos de percusión 1 sobre la longitud del cigüeñal 4 a mecanizar se pueden mecanizar simultáneamente todas las zonas del cigüeñal 4 que discurren de forma centrada y eventualmente excéntrica en caso de necesidad. Según se menciona ya, en este caso no todos los dispositivos de percusión 1 deben presentar varios cabezales de percusión 21 asociados según la invención.
El pistón de percusión 23 transmite un impulso sobre la herramienta de percusión 16 a través de la unidad de desvío 20, según lo cual los cabezales de percusión 21 de las herramientas de percusión 16 introducen la fuerza de percusión Fs en los radios de transición 8.
La expresión “Fs” y expresiones comparables en la presente descripción se deben entender solo como comodines / variables para una fuerza de percusión cualquiera, que le parezca al experto en la materia como aplicada. Cuando, a este respecto, en la descripción se hace referencia a “la fuerza de percusión Fs” por consiguiente pueden ser respectivamente fuerzas de percusión diferentes o también idénticas.
Por la figura 4 se ve un dispositivo de percusión 1, que está provisto con solo una herramienta de percusión 16. En el ejemplo de realización mostrado, el dispositivo de percusión 1 está inclinado preferiblemente respecto al cigüeñal 4, y a saber de manera que la herramienta de percusión 16, cuyo eje longitudinal Ls está dispuesto coaxialmente al eje longitudinal del dispositivo de percusión 1, incide perpendicularmente sobre la zona del segmento de cigüeñal a mecanizar, en cuestión del radio de transmisión 8 a mecanizar. En este caso, se puede mecanizar respectivamente solo un segmento de cigüeñal, pero por otro lado la configuración constructiva y la transmisión de fuerza del dispositivo de percusión 1 es para ello mejor y más sencilla. Adicionalmente, los extremos de orificio se pueden endurecer verticalmente con la misma herramienta de percusión 16.
Esta configuración resulta especialmente ventajosa para la aplicación en segmentos de cigüeñal no simétricos, como las zonas finales y los extremos de los orificios de aceite del cigüeñal 4.
Como ya en la figura 3, también en el dispositivo de percusión 1 de la figura 4 solo está representado gráficamente un cabezal de percusión 21. El dispositivo de percusión 1 de la figura 4 puede presentar, sin embargo, un número cualquiera de cabezales de percusión, por ejemplo, dos cabezales de percusión, tres cabezales de percusión o cuatro cabezales de percusión. Además, pueden estar previstos varios dispositivos de percusión 1 y/o herramientas de percusión 16 en el tipo representado en la figura 4, que presentan respectivamente uno o varios cabezales de percusión 21 y están asociados al mismo radio de transición 8.
En la figura 5a está representada muy esquemáticamente una herramienta de percusión 16 con tres cabezales de percusión 21, donde los cabezales de percusión 21 están asociados al mismo radio de transición 8. La figura 6 muestra una representación para ello todavía aumentada y todavía más esquemática de las relaciones geométricas (muy exageradas).
A este respecto, las figuras 5a y 6 muestran una disposición de tres cabezales de percusión 21, que están dispuestos decalados unos tras otros y unos junto a otros durante el endurecimiento por choque del radio de transición 8 que gira anularmente alrededor del segmento de cigüeñal a modo de ejemplo. De este modo, se pueden introducir tensiones residuales de compresión a lo largo de la circunferencia del radio de transición 8 a través de una zona amplia o una gran “anchura” b y con simultáneamente alto efecto de profundidad (caracterizado en la figura 5a por la zona rayada MAX).
A este respecto, los cabezales de percusión 21 están dispuestos de manera que los cabezales de percusión 21 generan respectivamente pistas propias de las huellas de percusión 28 durante el endurecimiento por choque del radio de transición 8 que gira anularmente alrededor del segmento de cigüeñal representado (véase la figura 7).
Los cabezales de percusión 21 pueden estar dispuestos preferiblemente decalados unos tras otros y/o decalados unos junto a otros, de manera que se superpongan las pistas de las huellas de percusión 28.
Según está indicado ya anteriormente, los cabezales de percusión 21 para el endurecimiento por choque pueden presentar una superficie esférica o estar configurados esencialmente de forma esférica.
Si está previsto que se solapen las pistas de huellas de percusión 28 de los cabezales de percusión 21 es ventajosa una disposición que está representada de forma exagerada en la figura 6. A este respecto, los cabezales de percusión 21 están dispuestos decalados entre sí, de manera que un solapamiento de la geometría de los cabezales de percusión 21 en la dirección circunferencial del radio de transición 8 se sitúa dentro del cigüeñal 4 observado en sección. En el ejemplo de la figura 6, con los cabezales de percusión 21 con la superficie esférica están dispuestos por consiguiente los puntos de corte S de las respectivas circunferencias dentro del radio de transición 8, es decir, dentro del cigüeñal 4. A este respecto, se debe tener en cuenta la profundidad de penetración t (representada de forma exagerada) de los cabezales de percusión 21 durante el endurecimiento por choque.
Según se mencionó anteriormente, también pueden estar previstas varias herramientas de percusión 16 con respectivamente uno o varios cabezales de percusión 21, que están asociados al mismo radio de transición 8. Para clarificarlo aún más está representada una variante de la invención a modo de ejemplo en la figura 5b. En la variante de la figura 5b están previstas tres herramientas de percusión 16, que presentan respectivamente un cabezal de percusión 21. Por consiguiente, de forma comparable con la forma de realización mostrada en la figura 5a, están previstos otra vez tres cabezales de percusión 21, que están asociados al mismo radio de transición 8.
Las herramientas de percusión 16 introducen la fuerza de percusión Fs a lo largo de su respectivo eje longitudinal Ls en el radio de transición 8. A este respecto, las herramientas de percusión 16 están dispuestas en la unidad de desvío 20 (en la figura 5b solo está representado el punto de desvío Up de la unidad de desvío para la representación simplificada). Las herramientas de percusión 16 pueden estar configuradas y orientadas entre sí de manera que las herramientas de percusión se soporten mutuamente durante la introducción de la fuerza de percusión Fs, a fin de no resbalarse de su respectiva posición de percusión a lo largo de la circunferencia del radio de transición 8. Alternativa y/o adicionalmente, la posición del punto de desvío Up se puede desviar de la posición mostrada y estar dispuesta, por ejemplo, más cerca del radio de transición 8, por lo que para las herramientas de percusión exteriores 16 se produce un ángulo de percusión a modificado, lo que puede impedir igualmente un resbalamiento.
En principio, la representación de la figura 5b, en particular con vistas a las relaciones de tamaño y orientaciones de ángulo, solo se debe entender de todos modos de forma esquemática.
Las herramientas de percusión 16 están dispuestas tendidas unas junto a otras o superpuestas y para ello pueden estar configuradas de forma especialmente plana, a fin de satisfacer las exigencias geométricas relativamente estrechas.
En la variante mostrada en la figura 5b, una herramienta de percusión 16 dispuesta de forma centrada a lo largo de la circunferencia del radio de transición 8 está decalada detrás de las otras dos herramientas de percusión 16, por lo que se puede conseguir una disposición todavía más estrecha de las herramientas de percusión 16 y por consiguiente de los cabezales de percusión 21. Pero en principio puede estar previsto un decalado cualquiera de las herramientas de percusión 16 entre sí.
En la figura 7 está representado un radio de transición 8 a modo de ejemplo entre un muñón de cojinete principal 6 y una gualdera de cigüeñal 7, en el que se superponen las huellas de percusión 28, que se han generado por los respectivos cabezales de percusión 21, a lo largo del radio de transición 8 que discurre de forma anular alrededor del muñón de cojinete principal 6. A este respecto, el respectivo cabezal de percusión 21 penetra durante un choque siguiente al menos parcialmente en la huella de percusión 28 del choque precedente, por lo que la “pista” representada en la figura 7 y las figuras siguientes se deduce de las huellas de percusión 28. El patrón de endurecimiento característico o las pistas de huellas de percusión 28 que se superponen se pueden conseguir, por ejemplo, mediante una disposición con los cabezales de percusión 21 decalados unos tras otros y unos junto a otros, según está representados en la figura 5a o 5b. Las tensiones residuales de compresión se introducen por consiguiente en el cigüeñal 4 a través de una gran anchura b a lo largo de la circunferencia del radio de transición 8.
En la figura 8 está representado otro radio de transición 8 a modo de ejemplo, que muestra dos pistas de huellas de percusión 28 situadas una junto a otra. Un patrón de este tipo se puede obtener, por ejemplo, porque dos cabezales de percusión 21 están dispuestos uno tras otro, de manera que los cabezales de percusión 21 generan respectivamente las huellas de percusión 28 durante el endurecimiento por choque del radio de transición 8 que gira anularmente alrededor del muñón de cojinete principal 6. A este respecto, el cabezal de percusión 21 que genera la pista interior de las huellas de percusión 28 está configurado menor que el cabezal de percusión 21 que genera la pista exterior de las huellas de percusión 28.
Así puede estar previsto que los cabezales de percusión 21 presenten diferentes tamaños. Los cabezales de percusión 21 también pueden ser de igual tamaño. Además, también puede estar previsto que sea mayor el segundo cabezal de percusión 21, es decir, el cabezal de percusión 21 que golpea en la huella de percusión 28 ya generada por el primer cabezal de percusión 21.
Gracias a un endurecimiento por choque del tipo de la figura 8 se pueden introducir, por ejemplo, tensiones residuales de compresión con profundidad inigualable hasta ahora en el cigüeñal 4.
En una variante especial de la invención puede estar previsto que se pueda ajustar la distancia d (véase la figura 9) entre un punto de desvío Up de la unidad de desvío 20 y el extremo delantero del respectivo cabezal de percusión 21 o de los respectivos cabezales de percusión 21 de las herramientas de percusión 16.
En la figura 3, una solución técnica posible para el ajuste de la distancia d está representada a trazos de forma esquemática, en la que está previsto un dispositivo de cambio 30 con un depósito, a fin de intercambiar la al menos una herramienta de percusión 16 y/o el al menos un cabezal de percusión 21 y/o la unidad de desvío 20 y/o el al menos un dispositivo de percusión 1, a fin de ajustar a otro valor la distancia d entre el punto de desvío Up de la unidad de desvío 20 y el extremo delantero de uno o varios cabezales de percusión 21 de la al menos una herramienta de percusión 16. En la figura 3 se indica en particular un dispositivo de cambio 30 para el intercambio de las herramientas de percusión 16. El dispositivo de cambio 30 comprende para ello una selección de herramientas de percusión 16 con longitud diferente respectivamente. Gracias a un intercambio de una herramienta de percusión 16 se puede ajustar por consiguiente la distancia d y por consiguiente el ángulo de percusión a.
También puede estar previsto que la longitud de las herramientas de percusión 16 se pueda ajustar, preferiblemente de forma telescópica. Una estructura correspondiente está representada en la figura 9. A este respecto, la figura 9 muestra un fragmento de un dispositivo de percusión 1, que puede estar configurado esencialmente idéntico, como en la forma de realización de la figura 3.
En la figura 9 están representadas esquemáticamente dos herramientas de percusión telescópicas 16. Mediante la longitud ajustable de las herramientas de percusión 16 se puede ajustar la distancia d entre el punto de desvío Up de la unidad de desvío 20 y el extremo delantero de un cabezal de percusión 21. De este modo también se puede influir así indirectamente en el ángulo de percusión a y eventualmente también en la posición de percusión.
También puede estar previsto, según está representado en la figura 1, usar varios dispositivos de percusión 1. Preferiblemente, la respectiva distancia d entre el punto de desvío Up y los cabezales de percusión 21 no es idéntica al menos en dos dispositivos de percusión 1. Esto permite usar los dispositivos de percusión 1 respectivamente para el endurecimiento por choque de un radio de transición 8 o de un grupo de radios de transición 8, donde las herramientas de percusión 16 del dispositivo de percusión 1 ya están ajustadas respectivamente al ángulo de percusión a previsto preferiblemente. Por consiguiente, no es necesario un reequipamiento del dispositivo de percusión 1. Si el cigüeñal 4 solo presenta radios de transición 8 con dos ángulos de percusión a ventajosos diferentes, son suficientes por ello preferiblemente dos dispositivos de percusión 1 preajustados correspondientemente.
P. ej., puede estar previsto que un primer dispositivo de ajuste 1 introduzca las fuerzas de percusión Fs con un primer ángulo de percusión a1 y un segundo dispositivo de percusión 1 introduce las fuerzas de percusión Fs con un segundo ángulo a2. También se pueden usar dispositivos de percusión 1 en los que la distancia d o el ángulo de percusión a se pueda ajustar de diferente manera. También se puede combinar un dispositivo de percusión convencional con el dispositivo de percusión 1 con distancia ajustable. En el marco de la invención son concebibles combinaciones cualesquiera, también con un dispositivo de percusión 1 con varios cabezales de percusión 21, que están asociados al mismo radio de transición 8.
Puede estar previsto que el ángulo de percusión a entre el eje longitudinal Ls de la al menos una herramienta de percusión 16 y una vertical Ikw respecto al eje longitudinal Ckw del cigüeñal sea de 45° a 80°, preferiblemente de 10° a 70°, más preferiblemente de 20° a 60° y de forma especialmente preferida de 30° a 55°, en particular de 35° a 50°.
Para clarificar las relaciones, en las figuras 10 y 11 están representadas ampliaciones que representan muy esquemáticamente un cabezal de percusión 21 de una herramienta de percusión 16 y un radio de transición 8 a modo de ejemplo de un cigüeñal 4. Evidentemente, todas las relaciones también son válidas cuando están previstos varios cabezales de percusión 21. A este respecto, en el ejemplo de la figura 10 se endurece por choque con un primer ángulo de percusión a 1 y en la figura 11 con un segundo ángulo de percusión a2.
Gracias al ajuste correspondiente del ángulo de percusión a a través de la modificación de la distancia d entre el punto de desvío Up de la unidad de desvío 20 y el al menos un cabezal de percusión 21 de la herramienta de percusión 16 se puede predeterminar la dirección de la fuerza de percusión Fs, por lo que se puede ajustar de forma dirigida la zona de mayor efectividad del endurecimiento por choque.
También puede estar previsto reducir de forma dirigida la fuerza de percusión Fs o modificar la dirección activa, cuando, p. ej., lo requieren secciones transversales reducidas, orificios u otras relaciones geométricas.
Preferiblemente, el ángulo de percusión a se selecciona conforme al desarrollo de un máximo de solicitación MAX1, MAX2 del radio de transición 8, según lo cual el desarrollo del máximo de solicitación MAX1, MAX2 se determina en base a simulaciones y/o cálculos y/o series de ensayos del respectivo tipo de cigüeñal.
En la figura 11, el cabezal de percusión 21 está posicionado en la misma posición del radio de transición 8, que en la figura 10. Sin embargo, la distancia d entre el punto de desvío Up de la unidad de desvío 20 y el cabezal de percusión 21 está ajustada de manera que la herramienta de percusión 16 está orientada con un ángulo de percusión a diferente que en la figura 10. De este modo resulta que el choque se introduce con el ángulo a2 en el radio de transición 8, aunque el cabezal de percusión 21 esté aplicado en principio en la misma posición que en la figura 10.
La representación la figura 11 se desvía de forma especialmente intensa de la representación en la figura 10 para la clarificación.
En principio, también se puede modificar el posicionamiento del cabezal de percusión 21 en el radio de transición 8, es decir, el cabezal de percusión 21 también se podría aplicar en una posición diferente a lo largo de la circunferencia del radio de transición 8, donde simultáneamente se puede modificar el ángulo de percusión a.
Según se ha mencionado ya, el o los cabezales de percusión 21 pueden presentar diferentes tamaños. En particular, cuando en una herramienta de percusión 16 solo está previsto un cabezal de percusión 21, el cabezal de percusión 21 puede presentar un radio rs, cuyo tamaño es del 75% al 99% del radio de transición 8, preferiblemente del 85% al 98% del radio de transición 8 y de forma especialmente preferida del 85% al 95% del radio de transición 8. Preferiblemente, el radio rs del cabezal de percusión 21 se corresponde esencialmente con el radio de transición 8.
En principio, los cabezales de percusión 21 pueden presentar tamaños cualesquiera. Si en una herramienta de percusión 16 están previstos varios cabezales de percusión 21, por ejemplo, los cabezales de percusión 21 pueden ser mayor del 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80% o 90% del radio de transición 8. Pero el tamaño de un cabezal de percusión 21 también puede ser menor del 10% del tamaño del radio de transición 8 o corresponderse con el tamaño del radio de transición 8.
En las figuras 12 y 13 están representados radios de transición 8 a modo de ejemplo entre un muñón de cojinete principal 6 y una gualdera de cigüeñal 7, en los que el endurecimiento por choque se realiza con un ángulo de percusión a distinto y en los que las huellas de percusión 28 de un cabezal de percusión 21 de la herramienta de percusión 16 se superponen a lo largo del radio de transición 8 que gira anularmente alrededor de un muñón de cojinete principal 6. Según se ha mencionado ya anteriormente, el cabezal de percusión 21 en un choque siguiente puede penetrar al menos parcialmente en la huella de percusión 28 del choque anterior, por lo que se origina la pista representada en las figuras a partir de las huellas de percusión 28.
En las figuras 12 y 13, las huellas de percusión 28 discurren claramente reconocibles sobre la circunferencia del radio de transición 8 de forma decalada entre sí para la representación gráfica. Realmente la desviación solo es preferiblemente baja, aunque efectiva. El desarrollo decalado se puede representar por un ángulo de percusión a modificado, según está representado en la figura 11 y/o se consigue por un punto de aplicación modificado del cabezal de percusión 21. En el caso del radio de transición 8 de la figura 12 se ha seleccionado un menor ángulo de percusión a que en el caso del radio de transición 8 de la figura 13, es decir, la distancia d entre el punto de desvío Up de la unidad de desvío 20 y el cabezal de percusión 21 de la herramienta de percusión 16 fue ajustado mayor en el procedimiento según la figura 12 que en el caso del radio de transición 8 de la figura 13. Luego, las huellas de percusión 28 discurren en el radio de transición 8 representado en la figura 13 más arriba o más cerca de la gualdera de cigüeñal 7 que lo que es el caso en el radio de transición 8 de la figura 12.
En los ejemplos de realización, las pistas de huellas de percusión 28 representadas en las figuras 12 y 13 se originan por el uso (no representado más en detalle) de los respectivos varios cabezales de percusión 21. En el sentido de la invención puede estar previsto incluso que un dispositivo de percusión 1 presente varias herramientas de percusión 16, por ejemplo, dos herramientas de percusión 16, con respectivamente un cabezal de percusión 21, que están asociadas al mismo radio de transición 8, donde el respectivo ángulo de percusión a de las herramientas de percusión 16 está ajustado de forma diferente. Luego, por ejemplo, también se pueden configurar las pistas de huellas de percusión 28 que discurren en paralelo entre sí (de forma superpuesta o no superpuesta).
También puede estar previsto que el ángulo de percusión a de una herramienta de percusión 16 se modifique durante el endurecimiento por choque de un radio de transferencia 8 a lo largo del respectivo radio de transición 8 que gira anularmente alrededor del muñón de cojinete de biela 5 y/o muñón de cojinete principal 6. Esto está representado en la figura 14 y también puede estar previsto evidentemente luego cuando al radio de transición 8 están asociados varios cabezales de percusión 21.
Puede estar previsto que todos los radios de transición 8 entre los muñones de cojinete de biela 5 y las gualderas de cigüeñal 7 con un primer ángulo de percusión a y todos los radios de transición 8 entre los muñones de cojinete principal 6 y las gualderas de cigüeñal 7 se endurezcan por choque con un segundo ángulo de percusión a.
Alternativamente puede estar previsto que se endurezcan por choque al menos dos radios de transición 8 entre los muñones de cojinete de biela 5 y las gualderas de cigüeñal 7 con un ángulo de percusión a diferente y/o que se endurezcan por choque al menos dos radios de transición 8 entre los muñones de cojinete principal 6 y las gualderas de cigüeñal 7 con un ángulo de percusión a diferente y/o que se endurezcan por choque al menos un radio de transición 8 entre el muñón de cojinete de biela 5 y las gualderas de cigüeñal 7 con un ángulo de percusión a diferente que un radio de transición 8 entre los muñones de cojinete principal 6 y las gualderas de cigüeñal 7.

Claims (10)

REIVINDICACIONES
1. Dispositivo para el endurecimiento por choque de los radios de transición (8) de un cigüeñal (4), en particular de los radios de transición (8) entre los muñones de cojinete de biela (5) y las gualderas de cigüeñal (7) y/o los radios de transición (8) entre los muñones de cojinete principal (6) y las gualderas de cigüeñal (7) del cigüeñal (4), que comprende al menos un dispositivo de percusión (1), para introducir una fuerza de percusión (Fs) en al menos un radio de transición (8), caracterizado por que el dispositivo de percusión (1) presenta varias herramientas de percusión (16), donde los cabezales de percusión (21) de al menos dos herramientas de percusión (16) están asociados al mismo radio de transición (8) y/o por que el dispositivo de percusión (1) presenta al menos una herramienta de percusión (16) con varios cabezales de percusión (21) que están asociados al mismo radio de transición (8).
2. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado por que el dispositivo de percusión (1) presenta un pistón de percusión (23) y una unidad de desvío (20), donde la al menos una herramienta de percusión (16) está dispuesta en la unidad de desvío (20), y donde el pistón de percusión (23) transmite un impulso sobre la al menos una herramienta de percusión (16) a través de la unidad de desvío (20) y el o los cabezales de percusión (21) de la al menos una herramienta de percusión (16) introduce o introducen la fuerza de percusión (Fs) en el radio de transición asociado (8).
3. Dispositivo según la reivindicación 1 o 2, caracterizado por que los cabezales de percusión (21) están dispuestos de manera que los cabezales de percusión (21) están dispuestos decalados unos tras otros y/o decalados unos junto a otros durante el endurecimiento por choque de un radio de transición (8) que gira anularmente alrededor del muñón de cojinete de biela (5) y/o el muñón de cojinete principal (6).
4. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que al menos dos cabezales de percusión (21), preferiblemente todos los cabezales de percusión (21) asociados al mismo radio de transición (8), están dispuestos de manera que los cabezales de tope (21) generan respectivamente pistas propias de las huellas de percusión (28) durante el endurecimiento por choque de un radio de transición (8) que gira anularmente alrededor del muñón de cojinete de biela (5) y/o el muñón de cojinete principal (6).
5. Dispositivo según la reivindicación 4, caracterizado por que se superponen las pistas de las huellas de percusión (28).
6. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por que al menos dos cabezales de percusión (21), preferiblemente todos los cabezales de percusión (21) asociados al mismo radio de transición (8), están dispuestos de manera que los cabezales de tope (21) generan respectivamente pistas situadas unas en otras de las huellas de percusión (28) durante el endurecimiento por choque de un radio de transición (8) que gira anularmente alrededor del muñón de cojinete de biela (5) y/o el muñón de cojinete principal (6).
7. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado por que los cabezales de percusión (21) para el endurecimiento por choque presentan una superficie esférica.
8. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado por que los cabezales de tope (21) presentan diferentes tamaños.
9. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 2 a 8, caracterizado por que el dispositivo está establecido para ajustar la distancia (d) entre un punto de desvío (Up) de la unidad de desvío (20) y el extremo delantero del cabezal de percusión (21) o de los varios cabezales de percusión (21) de la al menos una herramienta de percusión (16).
10. Procedimiento para el endurecimiento por choque de los radios de transición (8) de un cigüeñal (4), en particular de radios de transición (8) entre los muñones de cojinete de biela (5) y las gualderas de cigüeñal (7) y/o radios de transición (8) entre los muñones de cojinete principal (6) y las gualderas de cigüeñal (7) del cigüeñal (8) con un dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9.
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