ES2267588T3 - Arbol como componente mecanico con conductos incorporados. - Google Patents

Abstract

Árbol como pieza mecánica con conductos (3, 4) integrados para conducir axialmente medios, en especial, medios hidráulicos, habiéndose configurado el árbol tubularmente, al menos, en secciones parciales coaxialmente en, al menos, dos piezas, con una pieza (2) de árbol interior y una pieza (1) de árbol exterior, que se desliza por encima, donde en la región de las superficies de las piezas de árbol mutuamente enfrentadas se ha configurado el conducto (3, 4) como canal (3, 4) en forma de ranura en, al menos, una de las piezas (1, 1a, 2) de árbol, caracterizado porque el árbol (1) se han practicado en la zona extrema, una región parcial de menor diámetro, canales (3, 4), que están cerrados con una pieza (1a) de árbol tubular exterior adicional, habiéndose previsto entre el árbol (1) y la pieza (1a) de árbol un orificio (5, 6) para la alimentación de medio hidráulico.

Description

Árbol como componente mecánico con conductos incorporados.

El invento se refiere a un árbol como componente mecánico con conductos incorporadas según el preámbulo de la reivindicación 1.

Árboles apoyados giratoriamente se utilizan como componente mecánico de múltiples formas. Sirven, por ejemplo, de árboles de accionamiento o también de árboles de mando y transmiten las oportunas fuerzas rotativas. En muchos casos, es necesario conducir, por el interior del árbol que está montado giratoriamente, un medio como aceite lubricante o aceite hidráulico a través de conductos a los correspondientes lugares de consumo. Sobre todo, cuando el consumidor se ha dispuesto incluso en el árbol giratorio, por ejemplo, en el extremo del árbol, un suministro sin fugas del medio, que está sometido a presión, no deja de plantear problemas. Un campo de aplicación importante de tales conductos de alimentación, se encuentra en el caso de árboles de levas para motores de combustión interna. Los árboles de levas se apoyan adecuadamente y sirven de modo conocido para el mando de válvulas. En el extremo de un árbol de levas semejante, se dispone entre la corona de accionamiento y el árbol, por ejemplo, un grupo hidráulico, que debe hacer posible un giro controlado del árbol con respecto a la posición de la corona de accionamiento para poder ajustar óptimamente la combustión del motor en función del número de revoluciones y de la carga. Para ello, el árbol está provisto frontalmente de perforaciones longitudinales axiales de, por ejemplo, 3 a 5 mm de diámetro y algunos cm de longitud, que desembocan por el extremo del árbol en el grupo hidráulico y, por el otro lado, presentan orificios radialmente respecto del árbol, que se pueden alimentar, de forma estanca, con aceite en la región del
apoyo.

Un árbol con conductos integrados para la conducción axial de medios hidráulicos se ha representado en el documento de la patente US 5.273.007. El árbol se ha configurado coaxialmente en secciones parciales de dos piezas, con una pieza de árbol interior y una pieza de árbol exterior, que se desliza por encima, y el conducto se ha configurado como canal en forma de ranura en una de las piezas de árbol en la región de las superficies de árbol mutuamente enfrentadas. Para la configuración de canales de aceite, se introducen piezas de montaje adicionales en el árbol tubular. Para conducir el aceite adentro del sistema, se ha previsto la realización de perforaciones en el tubo.

Estas conocidas disposiciones tienen el inconveniente de que son extremadamente difíciles de realizar a causa de las perforaciones profundas, con lo cual se tropieza también con limitaciones para una fabricación económica de grandes números de piezas. Además, se plantea el problema de que las virutas de las perforaciones profundas y de la zona de intersección de las perforaciones son difícilmente eliminables y pueden quedar rebabas en los bordes, que, más tarde, durante el funcionamiento pueden dar lugar a averías totales del motor del vehículo automóvil. En general, son difíciles de observar las estrechas tolerancias del trazado del canal con las apretadas condiciones de espacio correspondientes.

Se le plantea al presente invento el problema de evitar los inconvenientes del estado actual de la técnica. Es problema del invento, en especial, crear una disposición de árbol fabricable sencilla y económicamente con conductos integrados, que permita un dimensionado de conducto más flexible y un funcionamiento seguro de los grupos conectados al conducto.

Este problema se resuelve según el invento por medio de las características de la reivindicación 1. Otras formas de realización adicionales ventajosas están contenidas en la reivindicaciones subordinadas. Según el invento, las perforaciones axiales profundas en el árbol se sustituyen por canales, por que, al menos, una parte de la zona extrema del árbol se configure, al menos, coaxialmente de dos piezas en la región de la conducción del canal, por ejemplo, de una pieza de árbol o pieza tubular interior adicional y una pieza de árbol tubular exterior, que se deslice por encima, configurándose, al menos, un canal en forma de ranura en la región de las superficies de la pieza de árbol mutuamente enfrentadas. El conducto, que se ha configurado como canal en forma de ranura, puede realizarse ya sea en la superficie interior de la pieza tubular exterior y/o en la superficie de la pieza de árbol interior. Gracias a las piezas de árbol insertadas una dentro de la otra, se cierran los canales, que quedan entremedias, ya sea en la cara superior o en la cara inferior y forman así los conductos deseados en la dirección axial. Los canales se pueden configurar en forma de ranura y pueden elaborarse con arranque de virutas, prefiriéndose, no obstante, configurar la pieza de árbol por conformación maciza como máquinas de extrusión o como tubo con acanaladuras, lo cual permite una forma de fabricación especialmente económica. Obviamente, también se pueden utilizar, donde tenga sentido, formas mezcladas de estos diversos procedimientos de fabricación. Además, también es posible, sin más, disponer los canales de forma curvada dentro del árbol o incluso de forma de espiral a lo largo de la dirección axial, lo que no es posible con las perforaciones profundas. También, se pueden producir varios canales por secciones parciales separadas coaxialmente. El medio puede suministrarse, por ejemplo, por la zona central de la pieza de árbol hueca y ser retornado por los canales superpuestos, separados por la pared. Por supuesto que el flujo del medio puede realizarse también en sentido contrario. Con una disposición semejante, el diámetro del árbol puede aprovecharse óptimamente para la conducción del medio.

Este modo constructivo permite realizar con sencillez una multiplicidad de posibles formas de conductos para conducir fiablemente, sobre todo, medios hidráulicos que están sometidos a elevada presión, a la zona extrema de un árbol, preferiblemente de un árbol de levas, a un grupo, en especial a un grupo de regulación de un árbol de levas. La solución según el invento posibilita además producir también mayores secciones transversales y conducciones de conductos más apropiadas, lo que causa menores pérdidas. Gracias a ello, también es posible conducir fiablemente otros medios como aceite hidráulico, como, por ejemplo, medios gaseosos, por el interior de un árbol a un consumidor, que gire conjuntamente. Además, se pueden realizar sin problemas conductos más largos de más de 40 mm. Por ejemplo, en el caso de árboles de levas, preferiblemente en el entorno de 40 a 100 mm de longitud de conducto.

El invento se describirá ahora, por ejemplo, con figuras esquemáticas, Las figuras muestran:

Figura 1a una sección longitudinal a través de una árbol, conocido por sí mismo, con tubo interior dispuesto coaxialmente con canales estampados,

Figura 1b una sección transversal a través de la disposición según la figura 1a,

Figura 1c otra sección longitudinal de la disposición según la figura 1a, a lo largo de la línea G-G de corte,

Figura 1d otra sección longitudinal según la realización de la figura 1a, a lo largo de la línea H-H de corte,

Figura 2a una forma de realización según el invento,

Figura 2b una sección transversal a través de la realización según la figura 2a,

Figura 2c una sección longitudinal a lo largo del plano A-A de la realización según la figura 2a,

Figura 2d una representación en perspectiva según la realización de la figura 2a,

Figura 3a una representación en alzado lateral de una pieza de árbol separada con conductos integrados, que se une con el árbol principal,

Figura 3b una sección transversal de la pieza de árbol según la figura 3a,

Figura 3c una sección longitudinal de la pieza de árbol según la figura 3a, a lo largo del plano A-A de corte, y

Figura 3d una sección longitudinal según la pieza de árbol según la figura 3a, a lo largo del plano B-B de corte.

Una realización conocida por sí misma de un árbol de dos piezas coaxiales con conductos integrados se ha representado en sección longitudinal en la figura 1a. El árbol se compone de una pieza 1 de árbol exterior tubular, en la que se ha introducido coaxialmente una pieza 2 de árbol interior por un extremo del árbol. La pieza 2 de árbol interior se ha configurado de forma tubular y se ha fabricado como componente constructivo conformado de forma maciza o como tubo a con acanaladuras, en la cual se han estampado ranuras 3, 3', 3'', 3''', como puede observarse también en la sección transversal según la figura 1b. La pieza 2 de árbol interior queda adosada por su diámetro exterior a la pared interior de la pieza 1 de árbol exterior y separa, por lo tanto, las concavidades de la pieza 2 de árbol interior mutuamente entre sí y forma, gracias a ello, conductos 3 en forma de canal. La pieza 2 de árbol interior se configura tan larga como lo requiera la longitud de los canales y es, por lo general, sensiblemente más corta que la pieza 1 de árbol exterior, que forma, por ejemplo, un árbol de levas. La pieza de árbol interior no se conforma continuamente para el cierre de los canales 3, de modo que la pieza de árbol interior actúe de forma estanca en esa región con respecto a la pieza de árbol exterior. En la pieza 1 de árbol exterior, se pueden disponer orificios 5, 6, que desembocan en los conductos 3. Los orificios pueden configurarse, por ejemplo, como perforaciones o en forma de fresados. Por esos orificios, se puede alimentar y/o evacuar un medio, que alimente en el extremo del árbol al consumidor allí dispuesto. El extremo del árbol 1 se ha configurado, por ejemplo, como conexión 7 para un grupo, que es accionado con el medio. Una disposición semejante sirve preferiblemente para el funcionamiento de un árbol de levas en motores de combustión interna y, en especial, para el funcionamiento de un dispositivo regulador hidráulico, que se instala en el extremo 7 del árbol de levas. Tales grupos sólo pueden ser impulsados, por ejemplo, a presión, o se pueden configurar también como una especie de motor hidráulico, para lo cual los conductos 3 se configuran entonces como conductos de alimentación o bien de evacuación. De modo preferido, los canales 3 a 3''' funcionan paralelamente como conducto de alimentación o bien de evacuación y la pieza 2 de árbol interior tubular, asimismo como conducto para la conducción de alimentación o bien de evacuación. Para ello, se han previsto orificios 6 en el árbol 1, que desembocan en la zona interior de la pieza 2 de árbol hueca, que se ha cerrado allí con una tapa con respecto a la zona interior del árbol 1, como se ha representado en las secciones longitudinales de las figuras 1c y 1d.

En la figura 2a, se ha representado en alzado lateral una forma de realización según el invento. En este caso, se ha conformado un árbol 1 principal tubular por la región extrema, donde se requieren conductos, con un diámetro menor y, al mismo tiempo, se han formado los canales 3, 4 necesarios, como se puede observar en la sección longitudinal de la figura 2c y en la sección transversal de la figura 2b. Esto se puede confeccionar nuevamente de forma más ventajosa con técnicas de conformación en frío. Sobre esta región parcial del árbol 1, se desliza luego por encima una pieza de árbol exterior nuevamente cerrando, que configura los canales 3, 4 cerrándolos y los separa mutuamente de modo suficientemente estanco. Por el lado opuesto al extremo del árbol, se puede disponer la pieza 1a de árbol exterior algo separada en dirección axial del árbol 1, por ejemplo, algunos mm, de modo que los canales 3, 4 formados presenten orificios 5, 6 hacia fuera, donde nuevamente se pueda alimentar y/o evacuar el medio. El extremo del árbol, por donde salen frontalmente los canales 3, 4, se ha configurado como conexión 7 a un grupo para conectar, por ejemplo, un dispositivo regulador de árbol de levas. La figura 2d muestra una vista en perspectiva de esa disposición.

En la figura 3a, se ha representado una variante adicional, habiéndose configurado la pieza 10 de árbol, que lleva los conductos 3, 4 como pieza 10 de árbol separada y que se une con el árbol principal, donde no se precisan conducciones. Esta realización tiene la ventaja de que la pieza 10 de árbol portadora de conductos se puede confeccionar como pieza constructiva separada con respecto a un árbol principal relativamente largo. Esta pieza 10 de árbol se une con el árbol principal con medios 9 apropiados, por ejemplo, con un muñón 9 de conexión, por ejemplo, a compresión. La pieza 10 de árbol se ha configurado nuevamente, por un extremo de conexión, como conexión de a un grupo, que posibilite la aportación de medios hidráulicos. La pieza 10 de árbol se compone, a su vez, de una pieza de árbol interior, que en este caso se ha realizado como pieza maciza o bien también como pieza tubular, y que presenta por mecanizado de la superficie canales 3, 4 en forma de ranura. Los conductos 3, 4 pueden ser fresados o bien se pueden realizar ventajosamente por conformación en frío. Las ranuras se cierran nuevamente por medio de una pieza 1a de árbol exterior embutida por encima de la pieza 10 de árbol, que presenta, a su vez, orificios adecuados, que se comunican con los canales y permiten alimentar y/o evacuar el medio. La pieza 1a de árbol exterior presenta preferiblemente el mismo diámetro exterior que el del árbol 1 principal. Según la situación de la conexión, se pueden elegir, no obstante, de forma diferente los diámetros. En la figura 3b, se ha representado una sección transversal de la pieza 10 de árbol y en cada una de las figuras 3c y 3d, una sección longitudinal, pudiéndose observarlos canales 3, 3', 4, 4' dispuestos por parejas con un desplazamiento de 90º con los orificios 5, 5', 6, 6' de suministro de medios dispuestos desplazadamente en consonancia.

La pieza 2 de árbol interior portadora de los canales o la pieza 10 de árbol también pueden realizarse económicamente como pieza fresada, en especial, como pieza extruida y, sobre todo, como pieza de fundición. En este caso, se puede aplicar de modo especialmente ventajoso el procedimiento de moldeado por inyección o bien el procedimiento de moldeado bajo presión. Materiales apropiados que permiten una elevada productividad con una buena relación de costes a utilidades son, en este caso, metales ligeros como el aluminio y sus aleaciones. Aún más apropiados son, en este caso, los plásticos, ya que se pueden trabajar de modo especialmente sencillo con técnica de moldeo.

Claims (12)

1. Árbol como pieza mecánica con conductos (3, 4) integrados para conducir axialmente medios, en especial, medios hidráulicos, habiéndose configurado el árbol tubularmente, al menos, en secciones parciales coaxialmente en, al menos, dos piezas, con una pieza (2) de árbol interior y una pieza (1) de árbol exterior, que se desliza por encima, donde en la región de las superficies de las piezas de árbol mutuamente enfrentadas se ha configurado el conducto (3, 4) como canal (3, 4) en forma de ranura en, al menos, una de las piezas (1, 1a, 2) de árbol, caracterizado porque el árbol (1) se han practicado en la zona extrema, una región parcial de menor diámetro, canales (3, 4), que están cerrados con una pieza (1a) de árbol tubular exterior adicional, habiéndose previsto entre el árbol (1) y la pieza (1a) de árbol un orificio (5, 6) para la alimentación de medio hidráulico.

2. Árbol según la reivindicación 1, caracterizado porque se han previsto medios para conectar un grupo hidráulico giratorio al árbol y éste se puede acoplar con los canales (3, 4), habiéndose previsto preferiblemente esos medios en la región (7) del extremo del árbol.

3. Árbol según la reivindicación 2, caracterizado porque se han previsto, al menos, dos canales (3, 4), que sirven de conductos de ida y vuelta del grupo accionado hidráulicamente y/o uno de los conductos (4) se ha configurado por medio de una pieza (2) de árbol interior tubular, hueca.

4. Árbol según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el canal (3, 4) es conducido hacia el extremo (7) del árbol y el árbol presenta en una sección parcial un orificio (5, 6) hacia fuera, que está unido al canal (3, 4) para la alimentación y/o la evacuación de un medio hidráulico.

5. Árbol según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el canal (3, 4) se ha configurado en una pieza (2) de árbol interior, preferiblemente como pieza perfilada, preferiblemente como pieza conformada de forma maciza o como pieza tubular con acanaladuras.

6. Árbol según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque una pieza (10) de árbol coaxial de dos piezas está unida por canales (3, 4) de conducción con el árbol.

7. Árbol según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque dicho árbol es un árbol para un motor de combustión interna, en especial, un árbol de levas.

8. Árbol según la reivindicación 7, caracterizado porque en el extremo del árbol se ha dispuesto un grupo hidráulico para regular el ángulo de giro entre el árbol de levas y el accionamiento del árbol de levas.

9. Árbol según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la longitud de los conductos es de, al menos, 40 mm en su componente axial, preferiblemente, en el entorno de 40 a 100 mm.

10. Árbol según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque se han configurado, al menos, dos canales (3, 4) por secciones parciales separadas coaxialmente.

11. Árbol según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la pieza (2) de árbol interna y/o la pieza (10) de árbol se ha configurado como pieza fresada, pieza extruida, en especial, como pieza de fundición, por ejemplo, como pieza moldeada por inyección.

12. Árbol según la reivindicación 11, caracterizado porque la pieza (2) de árbol interior o la pieza (10) de árbol está compuesta de metal ligero como el aluminio o sus aleaciones, preferiblemente de un plástico.