ES2271747T3 - Resorte belleville con un comportamiento de asentamiento mejorado. - Google Patents

Resorte belleville con un comportamiento de asentamiento mejorado. Download PDF

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Abstract

Resorte Belleville en forma sustancialmente de corona circular con un lado superior (12, 22, 32) sustancialmente cónico en el exterior y un lado inferior (13, 23, 33) sustancialmente cónico en el interior, entre los cuales se colocan respectivamente un borde anular exterior (14, 24, 34) y un borde anular interior (15, 25, 35), presentando la capa de borde (17, 27, 37) del lado inferior (13, 23, 33), en estado no cargado, una tensión de compresión propia más elevada que la de la capa de borde (16, 26, 36) del lado superior (12, 22, 32), caracterizado porque, en estado no cargado, la capa de borde (17, 27, 37) del borde anular exterior (14, 24, 34) y del borde anular interior (15, 25, 35) presenta una tensión de compresión propia más elevada que la de la capa de borde (16, 26, 36) del lado superior (12, 22, 32).

Description

Resorte Belleville con un comportamiento de asentamiento mejorado.
La presente invención se refiere a un resorte Belleville en forma sustancialmente de corona circular con un lado superior sustancialmente cónico en el exterior y un lado inferior sustancialmente cónico en el interior, entre los cuales se colocan, respectivamente, un borde anular exterior y un borde anular interior, así como a un procedimiento para fabricar resortes Belleville. Los resortes Belleville tienen características elásticas que usualmente son de fuerte pendiente, junto con una longitud de construcción extraordinariamente corta, es decir que aplican elevadas fuerzas de reposición con un recorrido elástico pequeño. Se utilizan frecuentemente como paquetes de resortes con posiciones de cono concordantes o cambiantes pero también como elementos de resorte individuales, por ejemplo como resortes de compresión de embrague en vehículos automóviles o como resortes de reposición del émbolo en cajas de cambio automáticas.
En general, es conocida la aplicación de tensiones propias de compresión o precargas de compresión para aumentar la resistencia a la fatiga de resortes. En la práctica industrial esto se realiza usualmente por medio de un granallado del resorte Belleville. Para eso, están disponibles diferentes procedimientos de granallado, por ejemplo el chorreado por centrifugación (chorreado en tambores). El procedimiento citado en primer lugar es adecuado, en particular, para el tratamiento de material a granel, es decir, por ejemplo, de resortes Belleville de diámetro más pequeño de unos pocos milímetros, mientras que el procedimiento citado en segundo lugar es adecuado para piezas individuales mayores, es decir, por ejemplo, de resortes Belleville con un diámetro de más de 100 mm. Con estos procedimientos de tratamiento se pretende lograr una compactación lo más uniforme posible de todas las superficies. Resultan de esto precargas de compresión propia uniformes en todas las capas de borde del componente. En este caso, con capa de borde se quiere dar a entender la capa de superficie del componente abarcada por el proceso de compactación.
Por el documento DE 25 43 693 A1 se conoce un resorte de membrana en forma de disco para uso en embragues de vehículos automóviles que presenta lengüetas elásticas radiales en el borde interior. Después de un tratamiento térmico de todo el resorte de membrana, el lado inferior interiormente cónico debe someterse exclusivamente un granallado (shot peening), pero no debe serlo el lado superior exteriormente cónico. Eventualmente, debe añadirse un tratamiento térmico adicional en el resorte de membrana precarga.
Por el documento DE 198 05 797 A1 se conoce un procedimiento para fabricar un resorte Belleville con una zona anular cerrada y, conectadas a ésta en el interior, zonas de palanca radiales separadas por ranuras. Después de un procedimiento de tratamiento térmico de varias etapas, el lado inferior interiormente cónico de la zona anular, con excepción de la zona de palanca, se somete a un granallado, pero no en toda la superficie, sino sólo en dos zonas anulares, de las cuales una está limitada por el borde exterior radial y la otra lo está aproximadamente por el arranque de las zonas de palanca, manteniéndose entre ambas, libre del granallado, una zona central anular.
En el documento DE 44 44 649 A1 se describen diferentes procedimientos para tratar resortes Belleville, entre otros un granallado de diferente intensidad del lado superior y el lado inferior, pudiendo variarse los parámetros del proceso en función del espesor del material, el peso o similares a fin de compensar los efectos de dispersión. Además, se cita como ventajoso un tratamiento térmico diferenciado de la zona anular con excepción de las lengüetas elásticas radiales interiores.
Los resortes Belleville del tipo citado en la presente memoria tienen, como es conocido en general, un comportamiento de asentamiento, es decir, una disminución de la fuerza condicionada por la relajación a lo largo del tiempo o a lo largo del número de maniobras de carga. Por tanto, para poder mantener las curvas características deseadas durante la vida útil, los resortes Belleville pueden instalarse primero con una precarga excesiva, lo que lleva a un accionamiento inicialmente superduro de las piezas funcionales correspondientes o a proveer de una posibilidad de reajuste para sus topes, con lo que se encarecen las correspondientes construcciones.
Partiendo de esto, la presente invención se basa en el problema de proporcionar resortes Belleville que muestran un comportamiento de relajación mejorado y proponer procedimientos para fabricar tales resortes Belleville.
La solución consiste en un resorte Belleville del tipo citado en el que, en estado no cargado, la capa de borde del lado inferior y la correspondiente capa de borde del borde anular exterior y del borde anular interior presentan una tensión de compresión propia más elevada que la de la capa de borde del lado superior. Por tanto, se evita que en el lado superior del resorte Belleville cargado a compresión durante la carga de compresión del mismo, tenga lugar un comportamiento de asentamiento especialmente fuerte debido a una precarga de compresión propia impartida como la que se produce en los resortes Belleville según el estado de la técnica. Los resortes Belleville según la invención, en los cuales la capa de borde del lado superior, en estado no cargado, presenta en todo caso una precarga de compresión propia reducida que se presenta debido a un tratamiento térmico usual o, preferentemente, está libre de tensión de compresión propia o, como consecuencia de un paso de preasentamiento usual (presionado y aplanado después del tratamiento térmico), tiene una precarga de tracción propia, presentando así un comportamiento de asentamiento sustancialmente mejor que está concluido tras un más breve periodo de tiempo y/o más pérdidas más reducidas en el diagrama de fuerza-recorrido o que se pierde hasta el punto de que no tenga ya otras consecuencias desventajosas. Por el contrario, en el lado inferior del resorte Belleville cargado a tracción, así como en el borde anular exterior y el borde anular interior es positiva la existencia de una precarga de compresión propia en la capa de borde en el sentido de un comportamiento de asentamiento
menor.
Las etapas de trabajo en el proceso de fabricación que, en funcionamiento, aspiran a la reducción de la pérdida por asentamiento del resorte Belleville, pueden así reducirse en su volumen o incluso pueden suprimirse. Como ventaja adicional resulta la posibilidad de que el resorte Belleville, debido a su menor pérdida por asentamiento en funcionamiento, sea diseñado ya de antemano para un nivel de fuerza más bajo. Por tanto, resulta la posibilidad de emplear con requisitos dados un resorte Belleville de dimensiones más reducidas en un espacio de montaje más pequeño.
En una forma de realización preferida, en estado no cargado, las capas de borde del borde anular exterior y del borde anular interior presentan la misma elevada precarga de compresión propia que la capa de borde del lado inferior.
Los resortes Belleville según la invención pueden estar formados con bordes anulares exteriores e interiores ininterrumpidamente circulares o pueden tener un borde anular de forma de corona circular exterior y presenta unas ranuras radiales que salen del borde anular interior, o pueden tener un borde anular interior de forma de corona circular y presenta unas ranuras radiales que salen del borde anular exterior.
Un primer procedimiento según la invención para fabricar los resortes Belleville citados, en el que, después de la conformación y del tratamiento térmico, la capa de borde del lado inferior se somete a un procedimiento de compresión mecánica para generar una precarga de compresión propia, de la que se mantiene libre la capa de borde el lado superior, se caracteriza porque las capas de borde de los bordes anulares exterior e interior se someten al mismo procedimiento de compresión mecánica que la capa de borde del lado inferior. El procedimiento citado en la presente memoria consiste, en particular, en los procedimientos de granallado citados al principio, que deben aplicarse en este caso sólo en resortes Belleville fijos con dirección de chorreado guiada.
Un segundo procedimiento según la invención se caracteriza porque, después de la conformación y el tratamiento térmico, la capa de borde del lado inferior se somete a un paso de tratamiento térmico adicional para generar una precarga de compresión propia, del cual se mantiene libre la capa de borde del lado superior, incluyéndose en el procedimiento de tratamiento del lado inferior los bordes anulares exterior e interior. Como pasos de tratamiento térmico adicionales correspondientes entran en consideración los que llevan a un crecimiento del material en la capa de borde correspondiente y de los cuales pueden mantenerse libres partes individuales de la superficie, a saber, aquí el lado superior. Dichos pasos pueden ser determinados procedimientos de tratamiento térmico por láser o de endurecimiento por nitruración.
Ejemplos de formas de realización preferidas de la invención están representados en los dibujos y se describen a continuación.
La figura 1 muestra un resorte Belleville según la invención en una primera forma de realización
a)
en sección longitudinal
b)
en un detalle ampliado de la figura 1a
c)
en alzado;
La figura 2 muestra un resorte Belleville según la invención en una segunda forma de realización
a)
en sección longitudinal
b)
en un detalle ampliado de la figura 2a
c)
en alzado;
La figura 3 muestra un resorte Belleville según la invención en una tercera forma de realización
a)
en sección longitudinal
b)
en un detalle ampliado de la figura 3a
c)
en alzado.
Se describen a continuación conjuntamente las representaciones individuales de la figura 1. En un resorte Belleville en forma de corona circular, de espesor de material sustancialmente uniforme y de forma básica cónica, pueden diferenciarse un lado superior exteriormente cónico 12 y un lado inferior interiormente cónico 13, un borde anular exterior 14 y un borde anular interior 15. Los resortes Belleville de este tipo se utilizan frecuentemente en forma de paquetes de resortes Belleville con posiciones de cono concordantes o posiciones de cono cambiantes para generar grandes fuerzas elásticas axiales. Como puede apreciarse exclusivamente en la representación b, el resorte Belleville según la invención tiene en el lado inferior 13 y en los bordes anulares exterior e interior 14, 15 unas capas de borde 17, 17', 17'', representadas por medio de un rayado cruzado, con precarga de compresión propia elevada, mientras que el lado superior 12 presenta una capa de borde 16, representada por punteado, que presenta una precarga de compresión propia más reducida que la de las capas de borde 17, 17', 17''. Las propiedades de la capa de borde 16 resultan del tratamiento térmico y del tratamiento de preasentamiento usuales de los resortes Belleville. Por el contrario, la precarga de compresión propia de la capa de borde 17 ha sido incrementada por procedimientos de compresión mecánica o por pasos de tratamiento térmico adicionales.
A continuación, se describen conjuntamente las representaciones individuales de la figura 2. En un resorte Belleville en forma de corona circular, de espesor de material sustancialmente uniforme y de forma básica cónica, pueden diferenciarse un lado superior exteriormente cónico 22 y un lado inferior interiormente cónico 23, un borde anular exterior 24 y un borde anular interior 25. Desde el borde anular interior 25 salen unas ranuras 28 que discurren radialmente, las cuales terminan cada una de ellas aproximadamente en el diámetro medio del resorte Belleville, en un redondeamiento de descarga de tensiones 29. Los resortes Belleville de este tipo son muy ampliamente utilizados en embragues de vehículos. Como puede apreciarse exclusivamente en la representación b, el resorte Belleville según la invención tiene en el lado inferior 23 y en los bordes anulares exterior e interior 24, 25 unas capas de borde 27, 27', 27'', representadas por medio de un rayado cruzado con precarga de compresión propia elevada, mientras que el lado superior 12 presenta una capa de borde 26 representada por punteado, que presenta una precarga de compresión propia más pequeña que la de la capa de borde 27. Las propiedades de la capa de borde 26 resultan del tratamiento térmico y del tratamiento de preasentamiento usuales de los resortes Belleville. Frente a esto, la precarga de compresión propia de las capas de borde 27, 27', 27'' se ha incrementado por procedimientos de compresión mecánica o por pasos de tratamiento térmico adicionales.
A continuación, se describen conjuntamente las representaciones individuales de la figura 3. En un resorte Belleville en forma de corona circular, de espesor de material sustancialmente uniforme y de forma básica cónica, pueden diferenciarse un lado superior exteriormente cónico 32 y un lado inferior interiormente cónico 33, un borde anular exterior 34 y un borde anular interior 35. Desde el borde anular exterior 34 salen ranuras 38 que se extienden radialmente, las cuales terminan cada una de ellas, en el diámetro medio del resorte Belleville, en un redondeamiento de descarga de tensiones 39. Como se puede apreciar exclusivamente en la representación b, el resorte Belleville según la invención tiene en el lado inferior 33 y en los bordes anulares exterior e interior 34, 35 unas capas de borde 37, 37', 37'', representadas por medio de un rayado cruzado con precarga de compresión propia elevada, mientras que el lado superior 32 presenta una capa de borde 36, representada por punteado, que presenta una precarga de compresión propia menor que el de la capa de borde 37 o bien una precarga de tracción propia. Las propiedades de la capa de borde 36 resultan del tratamiento térmico y del tratamiento de preasentamiento usuales de los resortes Belleville. Por el contrario, la precarga de compresión propia de la capa de borde 37 se ha incrementado por procedimientos de comprensión mecánica o por etapas de tratamiento térmico adicionales.
Los resortes Belleville según las figuras 1 a 3 se conforman para su fabricación usualmente a partir de chapa como una corona circular y se deforman para obtener forma cónica. Posteriormente, se tratan térmicamente y se tratan en la superficie. Finalmente, se realiza un preasentamiento en el que los resortes Belleville se presionan y aplanan una vez sobrepasando el límite de estirado y la deformación plástica. En este caso, pueden persistir tensiones propias de tracción en el lado superior.
Lista de símbolos de refrencia
11
Resorte Belleville
12
Lado superior
13
Lado inferior
14
Borde anular exterior
15
Borde anular interior
16
Capa de borde
17
Capa de borde
\vskip1.000000\baselineskip
21
Resorte Belleville
22
Lado superior
23
Lado inferior
24
Borde anular exterior
25
Borde anular interior
26
Capa de borde
27
Capa de borde
28
Ranura
29
Redondeamiento

Claims (9)

1. Resorte Belleville en forma sustancialmente de corona circular con un lado superior (12, 22, 32) sustancialmente cónico en el exterior y un lado inferior (13, 23, 33) sustancialmente cónico en el interior, entre los cuales se colocan respectivamente un borde anular exterior (14, 24, 34) y un borde anular interior (15, 25, 35), presentando la capa de borde (17, 27, 37) del lado inferior (13, 23, 33), en estado no cargado, una tensión de compresión propia más elevada que la de la capa de borde (16, 26, 36) del lado superior (12, 22, 32), caracterizado porque, en estado no cargado, la capa de borde (17, 27, 37) del borde anular exterior (14, 24, 34) y del borde anular interior (15, 25, 35) presenta una tensión de compresión propia más elevada que la de la capa de borde (16, 26, 36) del lado superior (12, 22, 32).
2. Resorte Belleville según la reivindicación 1, caracterizado porque, en estado no cargado, la capa de borde (16, 26, 36) del lado superior (12, 22, 32) está libre de una tensión de compresión propia o está afectada por una tensión de tracción propia.
3. Resorte Belleville según una de las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque, en estado no cargado, las capas de borde (17, 27, 37) del lado inferior (13, 23, 33) y las capas de borde (17', 27', 37', 17'', 27'', 37'') de las bordes anulares exteriores e interiores (14, 24, 34, 15, 25, 35) presentan sustancialmente la misma elevada tensión de compresión propia.
4. Resorte Belleville según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el borde anular exterior (14) y el borde anular interior (15) presentan ininterrumpidamente forma de corona circular.
5. Resorte Belleville según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque uno de los bordes anulares (24, 35) tiene forma de corona circular y unas ranuras (28, 38) de longitud limitada, que se extienden radialmente, parten del otro borde anular (25, 34).
6. Procedimiento para fabricar un resorte Belleville en forma sustancialmente de corona circular con un lado superior (12, 22, 32) sustancialmente cónico en el exterior y un lado inferior (13, 23, 33) sustancialmente cónico en el interior, entre los cuales se encuentran respectivamente un borde anular exterior (14, 24, 34) y un borde anular interior (15, 25, 35), en el que, después de las operaciones de conformación y de tratamiento térmico, se somete la capa de borde (17, 27, 37) del lado inferior (13, 23, 33), a un procedimiento de compresión mecánica para generar una precarga de compresión propia, de la que se mantiene libre la capa de borde (16, 26, 36) del lado superior (12, 22, 32), caracterizado porque las capas de borde (17', 27', 37') de los bordes anulares interiores y exteriores (14, 15, 24, 25, 34, 35) se someten al mismo procedimiento de compresión mecánica que la capa de borde (17, 27, 37) del lado inferior (13, 23, 33).
7. Procedimiento para fabricar un resorte Belleville en forma sustancialmente de corona circular con un lado superior (12, 22, 32) sustancialmente cónico en el exterior y un lado inferior (13, 23, 33) sustancialmente cónico en el interior, entre los cuales se encuentran respectivamente un borde anular exterior (14, 24, 34) y un borde anular interior (15, 25, 35), caracterizado porque, después de las operaciones de conformación y de tratamiento térmico, se somete la capa de borde (17, 27, 37) del lado inferior (13, 23, 33) a una etapa de tratamiento térmico adicional para generar una tensión de compresión propia, del cual se mantiene libre la capa de borde (16, 26, 36) del lado superior (12, 22, 32), y porque las capas de borde (17', 27', 37') de los bordes anulares exteriores e interiores (14, 15, 24, 25, 34, 35) se someten a la misma etapa de tratamiento térmico adicional que la capa de borde (17, 27, 37) del lado inferior (13, 23, 33).
8. Procedimiento según la reivindicación 6, caracterizado porque como procedimiento de compresión se utiliza un procedimiento de granallado.
9. Procedimiento según la reivindicación 7, caracterizado porque como etapa de tratamiento térmico adicional se utiliza un procedimiento de endurecimiento por láser o un procedimiento de nitruración.
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