ES2311053T3 - Llanta de rueda en chapa de acero con perfil optimizado. - Google Patents
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Abstract
Llanta (30, 50) de rueda para vehículo automóvil, en chapa de acero, que comprende axialmente del lado interior al lado exterior un gancho interior (4), un asiento interior (5), una zona de unión (7), una garganta de montaje (9), una protuberancia de seguridad (11), un asiento exterior (5) y un gancho exterior (13), estando dicha llanta destinada a ser ensamblada a un disco (2) de rueda bajo la garganta de montaje (9), caracterizada porque, presentando dicha llanta un espesor dado E a nivel de dicha garganta de montaje (9), la zona de unión (7) presenta una zona (Z5, Z''4) de espesor E1 tal que: E/3 + 0,5 mm >_ E1 >_ E/3 mm; y E1 >_ 0,7 mm.
Description
Llanta de rueda en chapa de acero con perfil
optimizado.
La presente invención se refiere a las ruedas en
chapa de acero que comprenden un disco y una llanta con una
garganta de montaje y ensambladas bajo esta garganta de montaje. La
invención se refiere particularmente al perfil de la sección de las
llantas de estas ruedas.
Las ruedas de los vehículos son sometidas en
funcionamiento a solicitaciones repetidas. Estas solicitaciones
pueden provocar unas degradaciones por fatiga. Para medir el
comportamiento a la fatiga de las ruedas, se someten éstas a unas
pruebas de resistencia en vehículos o en máquinas. Las máquinas de
prueba reproducen de forma simplificada y acelerada las
solicitaciones de la ruedas en uso real. Las solicitaciones de las
ruedas dependen principalmente de la carga del vehículo al cual
están destinadas las ruedas.
Las llantas de las ruedas de chapa de acero
estándar son realizadas por una serie de operaciones de conformación
de una virola de espesor constante. Estas llantas presentan así un
espesor sustancialmente constante. Las zonas de degradaciones en
fatiga de estas ruedas se encuentran usualmente a nivel de los
radios de fondo de garganta, a nivel de la soldadura de ensamblado
y a nivel del orificio de válvula (ver figura 1).
El espesor de las piezas de partida de chapa
destinadas a la fabricación de estas llantas es así función de las
solicitaciones que las ruedas deben sufrir en funcionamiento.
La patente US nº 5.579.578 presenta un
procedimiento de fabricación de una llanta de rueda que comprende
una o varias operaciones de fluotorneado cilíndrico inverso para
obtener un perfil de llanta de espesor variable y así poder
disminuir el peso de la llanta. Esta patente no proporciona ninguna
información sobre los perfiles de las secciones de las llantas a
obtener. Este documento constituye el estado de la técnica más
próximo en el que se basa el preámbulo de la reivindicación 1.
La invención tiene por objeto la definición de
la sección de una llanta optimizada para tener un aligeramiento
elevado conservando al mismo tiempo una resistencia a la fatiga
aceptable.
\vskip1.000000\baselineskip
Según un primer aspecto, la invención tiene por
objeto una llanta de rueda para vehículo automóvil, en chapa de
acero, que comprende axialmente del lado interior al lado exterior
un gancho interior, un asiento interior, una zona de unión, una
garganta de montaje, una protuberancia de seguridad, un asiento
exterior y un gancho exterior, estando esta llanta destinada a ser
ensamblada a un disco de rueda bajo la garganta de montaje. Esta
llanta está caracterizada porque, presentando la llanta un espesor
dado E a nivel de la garganta de montaje, la zona de unión presenta
una zona de espesor E1 tal que:
E/3 + 0,5 mm \geq E1 \geq E/3
mm;
y
E1 \geq 0,7
mm.
El conjunto de la zona sustancialmente
cilíndrica y/o troncocónica de la zona de unión puede presentar un
espesor E1.
Estas relaciones muestran que el espesor de la
llanta, en la totalidad o parte de la zona de unión, puede ser
reducido hasta sustancialmente el tercio del espesor a nivel de la
garganta de montaje. Esta gran reducción de espesor proporciona un
aligeramiento muy sustancial de la llanta, incluso si una llanta así
optimizada presenta un espesor a nivel de la garganta de montaje
superior al de una llanta comparable monoespesor.
Ventajosamente, el espesor E2 a nivel de la
protuberancia de seguridad adyacente al asiento exterior comprende
una zona tal que:
E2 \geq E - 0,6 mm;
y
E2 \geq 1,4
mm.
El conjunto de la protuberancia de seguridad
puede presentar este espesor E2.
\vskip1.000000\baselineskip
Se constata que el espesor de esta zona de la
protuberancia de seguridad, adyacente exteriormente al flanco de la
garganta de montaje en el cual pasa el orificio de válvula sólo
tiene poca incidencia sobre la amplitud de las solicitaciones de la
zona la garganta de montaje. En contrapartida, la proximidad de la
zona del orificio de válvula impone un defecto de paralelismo
limitado en esta zona para conservar una buena estanqueidad de la
válvula después de su montaje. El espesor mínimo debe ser del orden
de 1,4 mm.
\newpage
Ventajosamente, la llanta de rueda según la
invención presenta un espesor E3 a nivel del asiento interior que
presenta una zona que satisface las relaciones siguientes:
E3 \geq E/3 + 0,45 mm;
y
E3 \geq 1,2
mm.
La zona de espesor E3 puede extenderse en el
conjunto del asiento interior, incluida, en caso necesario, la
protuberancia de seguridad adyacente a este asiento.
Estas relaciones indican que el espesor en esta
zona también puede ser muy sustancialmente reducido, de 40 a 50%
con respecto al espesor en la zona de la garganta de montaje.
Conviene sin embargo no disminuir este espesor por debajo de 1,2
mm, para no correr el riesgo de que, por ejemplo unas agresiones,
tales como las ligadas a los ganchos de las pinzas de apriete de
las ruedas de las máquinas de montaje puedan provocar unos daños
perjudiciales para la fatiga.
Preferentemente, se tiene: E3 \leq E/3 + 0,9
mm. Esto contribuye al aligeramiento de la llanta.
Ventajosamente, el espesor de la llanta de
rueda, a nivel del gancho interior presenta una zona cuyo espesor
E4 satisface la relación siguiente:
E4 \geq E/3 + 0,75
mm
y
preferentemente,
E4 \leq E/3 + 1,2
mm
La zona de espesor E4 puede comprender la zona
del gancho de orientación perpendicular al eje de rotación de la
rueda.
La reducción de espesor en esta zona puede así
alcanzar del orden de 40 a 27% en función del espesor de la zona de
la garganta de montaje. Es importante respetar los límites
inferiores tales como los precisados para no degradar el
comportamiento cuando tienen lugar pruebas de fatiga de la garganta
de montaje de la rueda. En efecto, el espesor en esta zona
condiciona la rigidez del gancho de la llanta.
Por último, el asiento exterior de la rueda
puede presentar una zona cuyo espesor E5 satisface la relación
siguiente:
E5 \geq E/3 + 0,5
mm
Preferentemente, con un fin de aligeramiento de
la llanta, se tiene asimismo:
E5 \leq E/3 +
0,9mm
Esta zona de espesor E5 puede extenderse
sustancialmente al conjunto del asiento exterior.
Preferentemente, el espesor E a nivel de la
garganta de montaje está comprendido entre 1,9 y 2,75 mm. Estos
espesores son usualmente utilizados para las llantas de ruedas en
chapa de acero de los vehículos de turismo.
Un modo de realización particular de la
invención se describirá ahora, a título no limitativo, con la ayuda
del plano adjunto, en el que:
- la figura 1 es una vista esquemática de una
rueda monoespesor que indica las zonas de rotura posibles en
fatiga;
- la figura 2 presenta las diferentes etapas del
procedimiento de realización de una llanta según la invención;
- las figuras 3, 4 y 5 ilustran esquemáticamente
diferentes etapas del procedimiento de realización presentado en la
figura 2;
- la figura 6 es una vista en sección meridiana
de una virola de llanta según la invención al final de un conjunto
de operaciones de fluotorneado;
- la figura 7 es una vista en sección meridiana
de la llanta que corresponde a la virola de la figura 6, después de
las operaciones de perfilado por rodado;
- la figura 8 es una vista en sección meridiana
de un segundo modo de realización de una virola de llanta según la
invención al final de un conjunto de operaciones de fluotorneado;
y
\newpage
- la figura 9 es una vista en sección meridiana
de la llanta correspondiente a la virola de la figura 8, después de
las operaciones de perfilado por rodado.
En la figura 1 está representada una sección
parcial de una rueda usual de chapa de acero. Esta rueda 1 comprende
un disco 2 y una llanta 3.
La llanta 3 es una llanta realizada por un
conjunto de operaciones de rodado de una virola de espesor
constante. Esta llanta presenta sustancialmente un espesor
constante. Esta llanta 3 presenta un gancho interior 4, un asiento
interior 5, una protuberancia de seguridad o "hump" interior 6,
una zona de transición 7, una garganta de montaje 9 con un flanco
interior 8 y un flanco exterior 10, una protuberancia de seguridad
exterior 11, un asiento exterior 12 y un gancho exterior 13. El
disco 2 está ensamblado a la llanta 3 por encajado bajo la garganta
de montaje 9. Esta figura ilustra asimismo, con un rebatimiento
parcial, el orificio de válvula 14 que atraviesa el flanco 10
exterior de la garganta de montaje 9.
En la continuación de la descripción, se
utilizarán las mismas referencias para las partes similares de las
llantas de ruedas según la invención.
Un procedimiento de realización de las llantas
de las ruedas según la invención está ilustrado en la figura 2.
Inicialmente, una pieza de chapa metálica (no representada) en
acero, en aluminio o en aleaciones, es curvada para darle una forma
generalmente cilíndrica de virola 21 con dos bordes libres. A
continuación, la virola 21 es soldada por un procedimiento de
soldadura por chispeado, por resistencia u otro. Esta viola 21
presenta un espesor constante (figura 3). La virola 21 es a
continuación, preferentemente, calibrada en extensión con la ayuda
de una herramienta de calibrado esquematizada en la figura 4. La
expansión se obtiene por el desplazamiento de una leva 22 que
separa unos sectores 23 alrededor de los cuales está instalada la
virola 21. La figura 5 ilustra la etapa siguiente que consiste en
obtener por fluotorneado cilíndrico el perfil de plano buscado para
las llantas según la invención. El procedimiento de fluotorneado
utilizado es el fluotorneado inverso. La virola 21 está montada
sobre un mandril 24 y se apoya contra una pared del sistema 25 de
bloqueo de la virola 21. El mandril 24 es entonces puesto en
rotación y por lo menos dos moletas 26 pasan a rodar sobre la
superficie radialmente exterior de la virola 21 en las zonas cuyo
espesor debe ser disminuido. Con respecto al mandril 24, las
moletas 26 son desplazadas axialmente en la dirección del eje X
aplicando un esfuerzo radial y tangencial de tal manera que el
flujo de material fluye en dirección de Y. Esta fluencia de material
se efectúa en sentido inverso al desplazamiento de las moletas 26.
La figura 5 ilustra esquemáticamente un ejemplo de perfil de la
virola 21 obtenido. Este perfil comprende cinco zonas de espesores
constantes y tres zonas de espesores variables de transición.
Debe observarse que este procedimiento de
fluotorneado inverso no permite reducir el espesor de la totalidad
de la virola. En efecto, se deja a cada lado de la virola una zona
no fluotorneada: por el lado de ataque de las moletas, esto
correría el riesgo de desestabilizar la virola y dañar las moletas;
por el lado del dispositivo de fijación de la virola que forma el
tope, se deja una zona para que este dispositivo pueda pinzar el
borde de la virola y arrastrarla en rotación cuando tiene lugar la
operación de fluotorneado.
Después de haber acabado las operaciones de
fluotorneado, se puede recortar, si es necesario, uno o los dos
bordes de la virola, y después se abocarda la virola, se efectúan
unas operaciones de rodado de la virola para obtener el perfil de
llanta buscado (ver fig. 7), se calibra la llanta y se realiza el
encajado con unos discos apropiados.
En la figura 1 están también indicadas
esquemáticamente las zonas posibles de degradaciones en fatiga de
la llanta 3 de la rueda 1. Estas zonas son las siguientes: la zona
15 situada en el flanco interior 8 de la garganta de montaje 9 o en
la unión entre este flanco y la garganta; la zona 16 situada bajo la
garganta de montaje, en la proximidad del cordón de soldadura
disco-llanta; la zona 17 situada en la unión entre
la garganta de montaje 9 y el flanco exterior 10 de esta garganta;
y las zonas 18 en el borde del orificio de válvula 14. En todas
estas zonas, se puede ver aparecer unas fisuras.
La figura 6 ilustra un ejemplo de virola
obtenida por un procedimiento de fluotorneado que corresponde a los
perfiles de las secciones según la invención.
Esta virola 20 presenta 8 zonas de espesores
constantes separadas por 7 zonas de espesores variables.
Las figuras 6 y 7 permiten unir las diferentes
zonas de espesores constantes y variables con la geometría de la
llanta 30 resultante. Debe observarse que la figura 6 tiene una
escala dilatada en la dirección perpendicular a la dirección axial
con respecto a la dirección axial.
Las dos zonas Z1 y Z8, de espesores constantes
iguales al espesor E de la pieza de chapa en acero de partida que
corresponde a los dos extremos axiales de los rebordes de los
ganchos 13 y 4.
La zona Z2 de espesor constante E5 corresponde
al asiento exterior 12. Entre las zonas Z1 y Z2 se encuentra la
zona T1, de espesor variable cuyo espesor varía de E a E5 yendo del
reborde del gancho a la parte vertical de éste.
Se encuentra a continuación una zona de
transición T2 entre las zonas Z2 y Z3.La zona Z3 corresponde
sustancialmente a la protuberancia de seguridad exterior 11. La
zona de transición T2 es una unión entre el asiento exterior 12 y
la protuberancia 11. Esta zona presenta un pequeño radio de
curvatura.
La zona Z4 corresponde a la garganta de montaje
prolongada a ambos lados de las zonas de los flancos interior y
exterior con pequeños radios de curvatura. Esta zona Z4 presenta un
espesor E que corresponde al de la pieza de partida. Debe
observarse que esta zona incluye las zonas de degradaciones 15, 16 y
17 precisadas en la figura 1. Entre Z4 y Z3, se encuentra la zona
de transición T3 que corresponde sustancialmente al flanco exterior
10, incluyendo esta zona también el orificio de válvula 14 y las
zonas de degradaciones 18.
La zona Z5 corresponde a la zona de unión 7. La
zona de transición T4 se encuentra entre Z4 y Z5. Esta zona de
transición corresponde sustancialmente al flanco interior 8 de la
garganta de montaje.
Se encuentra a continuación la zona Z6
correspondiente sustancialmente al asiento interior 5 y a la
protuberancia de seguridad interior 6. La zona de transición T5
está entre Z5 y Z6.
La zona Z7 está dispuesta sustancialmente en la
parte vertical (o perpendicular al eje de rotación de la llanta)
del gancho interior 4. Esta zona es adyacente interiormente a T6 y
exteriormente a T7. T6 corresponde al extremo axialmente interior
del asiento interior 5 hasta la parte vertical del gancho 4. T7
corresponde a la primera parte del reborde del gancho interior 4.
Por último, se encuentra la zona Z8 de espesor constante que
corresponde al borde interior del reborde del gancho 4.
La tabla siguiente presenta los espesores
relativos de las diferentes zonas Z1 a Z8 en el ejemplo de las
figuras 6 y 7, tomando como referencia a 100 el espesor E inicial
de la pieza de partida, así como los intervalos de valores
preconizados tomando como referencia los espesores de la pieza de
partida comprendidos entre 1,9 y 2,75 mm.
Esta tabla indica que las llantas de ruedas de
espesor variable según la invención presentan una zona principal de
reducción de espesor y de peso, la zona Z5 que corresponde a la zona
de unión 7. La reducción de espesor puede alcanzar 66% con respecto
al espesor de la pieza metálica de partida.
La segunda zona es Z6, en la que la reducción de
espesor puede alcanzar 50%. Sin embargo es necesario conservar un
espesor superior a 1,2 mm para evitar que, por ejemplo unas
agresiones, tales como las ligadas a los ganchos de las pinzas de
apriete de las ruedas de las máquinas de montaje, puedan provocar
unos daños perjudiciales en fatiga.
En el caso de una rueda de dimensiones 6,5 J 15
H2, para un pliego de condiciones dado, una llanta usual presenta
un espesor del orden de 2,0 mm mientras que el espesor E para una
llanta según la invención puede ser de 2,2 mm. Para dichas ruedas,
la ganancia de peso obtenida por una llanta según la invención puede
alcanzar 0,7 kg, o sea del orden de 15 a 20%.
Debe observarse que la reducción de espesor y en
consecuencia la ganancia de peso, pueden en numerosos casos ser
relativamente superiores cuando el espesor de la pieza de partida
aumenta así como cuando el diámetro de la rueda aumenta.
La figura 8 ilustra un segundo ejemplo de virola
obtenida por un procedimiento de fluotorneado que corresponde a los
perfiles de las secciones según la invención.
Esta virola 40 presenta 6 zonas de espesores
constantes separadas por 5 zonas de espesores variables.
Como anteriormente, las figuras 8 y 9 permiten
conectar las diferentes zonas de espesores constantes y variables
con la geometría de la llanta 50 resultante.
Las dos zonas Z'1 y Z'6 corresponden a los dos
extremos axiales de la virola, presentando estas dos zonas el
espesor E de la pieza de chapa de partida. Las mismas corresponden
en este caso a la totalidad de los ganchos interior 4 y exterior 13
hasta los extremos de los asientos interior 5 y exterior 12.
La zona Z'2 de espesor constante E2 corresponde
sustancialmente a la protuberancia de seguridad exterior 11. Entre
las zonas Z'1 y Z'2 se encuentra la zona de transición T'1 que
corresponde al asiento exterior 12.
Las zonas Z'3 y Z'4 corresponden respectivamente
a la garganta de montaje 9 aumentada con las zonas con pequeño
radio de curvatura de los flancos 9 y 8 de la garganta y a la zona
de unión 7. El espesor de la zona Z'3 es E, el de la zona Z'4 es
E1.
Entre Z'2 y Z'3 se encuentra la zona de
transición T'2 que corresponde sustancialmente a la zona del
orificio de válvula del flanco 10. Entre Z'3 y Z'4 se encuentra la
zona de transición T'3 que corresponde sustancialmente a la zona de
pequeño radio de curvatura que comprende el extremo axialmente
exterior de la zona de unión 7 y el extremo axialmente interior del
flanco interior 8 de la garganta de montaje 9.
La zona Z'5 corresponde sustancialmente a la
protuberancia interior 6. Su espesor es E3. Entre Z'4 y Z'5 se
encuentra la zona de transición T'4, de pequeña longitud.
Por último entre la zona Z'6 y la Z'5 se
encuentra la zona de transición T'5 que corresponde sustancialmente
al asiento interior 5.
El ejemplo de las figuras 8 y 9 es un ejemplo
simplificado de perfil de llanta según la invención en el cual, de
hecho, el perfil comprendido entre el extremo axialmente exterior
del asiento interior 6 y el extremo axialmente interior del asiento
exterior 12 es idéntico al de la llanta 30. La simplificación
proviene del perfil de espesor constante de los dos ganchos
interior y exterior lo que los rigidiza. En consecuencia se puede
aproximar el espesor de la pieza de partida de esta llanta al de
una llanta estándar de espesor constante. Este perfil permite así
obtener un aligeramiento sustancialmente idéntico del peso de la
llanta.
El ejemplo de las figuras 6 a 9 no debe
considerarse como uno de los ejemplos no limitativos del alcance de
la invención. Se puede en efecto facilitar notablemente la
realización del perfil de plano de la virola por fluotorneado
definiendo un perfil con menos zonas de espesores diferentes, 4 ó 5
por ejemplo.
Claims (17)
1. Llanta (30, 50) de rueda para vehículo
automóvil, en chapa de acero, que comprende axialmente del lado
interior al lado exterior un gancho interior (4), un asiento
interior (5), una zona de unión (7), una garganta de montaje (9),
una protuberancia de seguridad (11), un asiento exterior (5) y un
gancho exterior (13), estando dicha llanta destinada a ser
ensamblada a un disco (2) de rueda bajo la garganta de montaje (9),
caracterizada porque, presentando dicha llanta un espesor
dado E a nivel de dicha garganta de montaje (9), la zona de unión
(7) presenta una zona (Z5, Z'4) de espesor E1 tal que:
E/3 + 0,5 mm \geq E1 \geq E/3
mm;
y
E1\geq 0,7
mm.
2. Llanta (30, 50) según la reivindicación 1, en
la que el conjunto de la zona de unión (7) presenta un espesor
E1.
3. Llanta (30, 50) de rueda según una de las
reivindicaciones 1 y 2, en la que el espesor E2 a nivel de la
protuberancia de seguridad exterior (11) presenta una zona (Z3, Z'2)
que satisface las relaciones siguientes:
E2 \geq E- 0,6 mm;
y
E2 \geq 1,4
mm.
4. Llanta (30, 50) de rueda según la
reivindicación 3, en la que la zona (Z3, Z'2) de espesor E2 se
extiende sustancialmente sobre el conjunto de la protuberancia de
seguridad exterior (11).
5. Llanta (30) de rueda según una de las
reivindicaciones 1 a 4, en la que el espesor E3 a nivel del asiento
interior (5) presenta una zona (Z6) que satisface las relaciones
siguientes:
E3 \geq E/3 + 0,45 mm;
y
E3\geq1,2
mm
6. Llanta (30) de rueda según la reivindicación
5, en la que:
E3\leq E/3 + 0,9
mm.
7. Llanta (30) de rueda según una de las
reivindicaciones 5 y 6, en la que el conjunto del asiento interior
(5) presenta un espesor E3.
8. Llanta (30) de rueda según la reivindicación
7, en la que, comprendiendo la llanta una protuberancia de
seguridad interior (6), la zona (Z6) de espesor E3 comprende el
conjunto de esta protuberancia.
9. Llanta (30) de rueda según una de las
reivindicaciones 1 a 8, en la que el espesor a nivel del gancho
interior (4) presenta una zona (Z7) cuyo espesor E4 satisface la
relación siguiente:
E4\geq E/3 +0,75
mm
10. Llanta (30) según la reivindicación 9, en la
que:
E4 \leq E/3 + 1,2
mm
11. Llanta (30) de rueda según una de las
reivindicaciones 8 y 9, en la que la zona (Z7) del gancho de espesor
E4 comprende la zona del gancho de orientación perpendicular al eje
de rotación de la rueda.
12. Llanta (30) de rueda según una de las
reivindicaciones 1 a 11, en la que el asiento exterior (12) presenta
una zona (Z2) de espesor E5 tal que:
E5 \geq E/3 +0,5
mm
13. Llanta (30) de rueda según la reivindicación
12, en la que el espesor E5 es tal que:
E5 \leq E/3 + 0,9
mm
14. Llanta (30) de rueda según una de las
reivindicaciones 12 y 13, en la que la zona (Z2) del asiento
exterior (12) de espesor E5 se extiende sustancialmente en el
conjunto de asiento exterior.
\newpage
15. Llanta (30) de rueda según la reivindicación
14, en la que la zona (Z2) de espesor E5 se extiende hasta la zona
del gancho exterior (12) de orientación perpendicular al eje de
rotación de la rueda.
16. Llanta (30, 50) de rueda según una de las
reivindicaciones anteriores, en la que el espesor E a nivel de la
garganta de montaje (9) está comprendido entre 1,9 y
2,75 mm.
17. Llanta (30, 50) de rueda según una de las
reivindicaciones anteriores, en la que las variaciones de espesor
se obtienen por unas operaciones de fluotorneado.
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