ES2840177T3 - Componente de carcasa con brida microestructurada - Google Patents

Abstract

Componente de carcasa (10), que comprende una brida (12) para la fabricación de una conexión de brida (35), caracterizado porque en una superficie frontal (14) de la brida (12), respectivamente en una primera y una segunda zona (20, 30) está realizada una pluralidad de microestructuras (40) para incrementar un valor de fricción local; en donde cada una de las microestructuras (40) presenta una forma de cuchilla (42) con una línea de corte (44); en donde las líneas de corte (44) en la primera zona (20) están dispuestas concéntricamente alrededor de un primer punto central local (22) y las líneas de corte (44) en la segunda zona (30), concéntricamente alrededor de un segundo punto central local (32); en donde el primer y segundo punto central local (22, 32) presentan diferentes distancias radiales (24, 34) con respecto a un punto central de brida (15).

Description

DESCRIPCIÓN

Componente de carcasa con brida microestructurada

La presente invención hace referencia a un componente de carcasa con una brida microestructurada y un procedimiento para su fabricación. La presente invención también hace referencia a una carcasa con un componente de carcasa de este tipo y un engranaje planetario.

De la solicitud US 2005/0075211 A1 se conoce un engranaje planetario que comprende un soporte de ruedas planetarias con una pluralidad de ruedas planetarias. Las ruedas planetarias están alojadas de manera giratoria en el soporte de ruedas planetarias y están engranados con una corona interna. Las ruedas planetarias están montadas sobre ejes de ruedas planetarias que presentan un vástago que se aloja en una mejilla del soporte de ruedas planetarias. El vástago está realizado esencialmente cilíndrico. El diámetro del vástago se selecciona teniendo en cuenta las propiedades del material y las microestructuras presentes, de tal manera que no se exceda una tensión de referencia de Von Mises máxima admisible.

El informe de investigación 2014 del 11 de diciembre de 2014 sobre el proyecto "Diseño y determinación de valores característicos de superficies optimizadas por fricción", GECKO para abreviar, revela en el capítulo 4.4 una simulación de microestructuras que están diseñadas esencialmente con forma de cuchilla. Las microestructuras en forma de cuchilla están alineadas en diferentes ejecuciones de simulación en una disposición de ranuras cruzadas y en dirección opuesta. Además, en el capítulo 5 se revela una guía de diseño para superficies de bloqueo por fricción sin recubrimiento.

La solicitud WO 2006/128523 A1 revela una arandela de tope de un cojinete de desembrague de un embrague de desconexión con una superficie alejada del embrague. La arandela de tope está fabricada de plástico y presenta microestructuras sobre su superficie alejada del acoplamiento, que se producen mediante moldeo por inyección o moldeo sin arranque de viruta. Las microestructuras están realizadas con forma de nervadura y están alineadas radialmente o en forma de cruz sobre la superficie alejada del acoplamiento.

De la solicitud US 6 253 640 B1 se conoce una transmisión que comprende una carcasa compuesta de una pluralidad de componentes de carcasa. Al menos uno de los componentes de carcasa presenta una superficie de brida circunferencial en la cual están realizados múltiples orificios para la recepción de tornillos. Para la fabricación d la superficie de la brida, la misma se mecaniza con una fresa para producir así una superficie de sellado lisa. Además, en el borde de la superficie de la brida están conformados rebajes, que están diseñados para sujetar el correspondiente componente de carcasa durante el fresado de la superficie de la brida.

El objeto consiste en conducir pares y potencia más elevados a través de una transmisión estructuralmente más compacta y así adaptar la velocidad presente. Por ejemplo, un objetivo técnico de este tipo existe en el área de las transmisiones para plantas de energía eólica. Este aumento de rendimiento relacionado con el espacio constructivo impone mayores demandas a todos los componentes de la transmisión. En particular, existe la necesidad de componentes de carcasa que, a pesar de un esfuerzo mecánico creciente, se asienten firmemente unos sobre otros en sus superficies de brida, es decir, no presentan o sólo presentan un movimiento relativo reducido entre sí. En general, existe la necesidad de un componente de carcasa mejorado que cumpla con los requisitos descritos y que al mismo tiempo se pueda fabricar de manera sencilla, rápida y económica.

El objeto expuesto se resuelve mediante el componente de carcasa conforme a la invención. El componente de carcasa presenta una brida que está diseñada para producir una conexión de brida por fricción con otro componente de carcasa. La brida presenta una superficie frontal que está diseñada esencialmente como una superficie circunferencial plana. La brida presenta una pluralidad de rebajes que están diseñados para la recepción de elementos de fijación desmontables, tales como tornillos o pernos. En una primera y una segunda zona sobre la superficie frontal de la brida están conformadas respectivamente múltiples microestructuras. En los puntos en los cuales están conformadas microestructuras en la primera y/o la segunda zona, se presenta un aumento del valor de fricción local. El valor de fricción local es el valor de fricción que, junto con una fuerza de sujeción ejercida en la conexión de brida a través de los elementos de fijación, define la fricción estática presente en el plano de la superficie frontal. Las microestructuras presentan en esencia una forma de cuchilla con una línea de corte. Con esta forma, las microestructuras provocan un aumento del coeficiente de fricción local en función de la dirección.

Conforme a la invención, las líneas de corte de las microestructuras están dispuestas y alineadas concéntricamente alrededor de un primer punto central local en la primera zona. El primer punto central local describe un punto que se encuentra en la superficie frontal de la brida o radialmente al lado de la superficie frontal de la brida y que conforma un centro geométrico para una pluralidad de líneas de corte. De la misma manera, las líneas de corte de las microestructuras están dispuestas y alineadas en la segunda zona concéntricamente alrededor de un segundo punto central local que también se encuentra sobre la superficie frontal de la brida o radialmente adyacente a la superficie frontal de la brida. El primer y segundo punto central local presentan diferentes distancias radiales con respecto a un punto central de brida. En consecuencia, las líneas de corte de las microestructuras en la primera y la segunda zona presentan diferentes orientaciones con respecto a un borde de la superficie frontal.

Debido al efecto de las microestructuras que depende de las direcciones al aumentar el valor de fricción local, existen diferentes valores de fricción locales fuertemente aumentados en la primera y la segunda zona. Colocando adecuadamente el primer y segundo punto central local se puede conseguir una mayor fricción estática en secciones seleccionables de una conexión de brida. La fricción estática elevada permite evitar un movimiento relativo del componente de carcasa en la conexión de brida en secciones sometidas a grandes esfuerzos mecánicos. Al mismo tiempo, la conexión de brida mejorada así también asegura un mejor sellado en la brida. Esto permite la fabricación de una conexión de brida más resistente.

En el caso del componente de carcasa reivindicado, las microestructuras en la primera y/o la segunda zona pueden estar configuradas, al menos parcialmente, como ranuras giratorias que deja una fresa al mecanizar por arranque de viruta una superficie metálica. Las ranuras giratorias presentan dimensiones de hasta 100 mm perpendiculares a la superficie frontal de una brida y, por lo tanto, representan microestructuras. Las ranuras giratorias también conforman un contorno esencialmente en forma de cuchilla y representan una manera sencilla de fabricar las microestructuras. Además, las ranuras giratorias conforman circunferencias esencialmente concéntricas. En consecuencia, la superficie frontal de la brida en el componente de carcasa reivindicado se puede fabricar de forma rápida y económica. Alternativa o adicionalmente, las microestructuras en la primera y/o segunda zona se pueden fabricar mediante procesamiento por láser de la superficie frontal de la brida. Las microestructuras fabricadas mediante procesamiento por láser se pueden realizar sin restricciones geométricas. De esta manera, se pueden fabricar microestructuras en posiciones y orientaciones que no pueden ser realizadas por una fresa que genera ranuras giratorias.

La forma de cuchilla de las microestructuras se diseña preferentemente de tal modo que las microestructuras presentan una sección transversal esencialmente triangular. Una sección transversal triangular representa la forma más sencilla que proporciona una microestructura con una línea de corte definida. La línea de corte representa un contacto en forma de línea que aumenta la presión hertziana incrementando así la fricción estática. De manera alternativa o adicional, las microestructuras también pueden presentar una sección transversal trapezoidal o en forma de trapecio. En el caso de una superficie frontal fabricada de un material más duro que un cuerpo contrario para la conexión de brida, existe un riesgo reducido con una sección transversal trapezoidal o con forma de trapecio de que las partículas de material se desprendan de la superficie frontal y causen así corrosión por fricción. Las formas trapezoidales ofrecen un contacto superficial estrecho en su lado superior, que ofrece una fricción estática similarmente alta como una sección transversal triangular. Las secciones transversales triangulares, trapezoidales y en forma de trapecio de las microestructuras ofrecen un aumento definido, dependiente de la dirección, del valor de fricción local.

Además, en el componente de carcasa reivindicado, las líneas de corte de las microestructuras en la primera y/o la segunda zona pueden estar alineadas esencialmente de forma transversal a una alineación de una tensión mecánica en la superficie frontal de la brida. La alineación puede estar relacionada con un eje de tensión principal de un estado de tensión superpuesto en el punto correspondiente en la primera y/o la segunda zona. Alternativamente, la alineación de las líneas de corte de las microestructuras también puede estar relacionada con una tensión de referencia seleccionada y alineada correspondientemente, por ejemplo, una tensión de Von Mises, es decir, con una tensión de acuerdo con la hipótesis de cambio de forma, una tensión de Tresca, Coulomb, Saint Venant o Guest, que se basan en la hipótesis de la tensión cortante. La alineación de las líneas de corte de las microestructuras también puede estar relacionada con una tensión de Rankine, que se basa en la hipótesis de tensión normal principal. De forma análoga, también son posibles otras tensiones de referencia de acuerdo con las hipótesis conocidas. Tales tensiones y/o tensiones de referencia se pueden calcular rápidamente y con alta resolución de una manera sencilla utilizando los programas de diseño actuales, en particular, los programas CAD y FEM. Por tanto, en la primera y/o segunda zona se puede fabricar de manera dirigida una alineación correspondientemente adecuada de las microestructuras, en la cual se consigue un aumento máximo del valor de fricción local. Por tanto, el componente de carcasa reivindicado puede adaptarse eficazmente a diferentes requisitos en términos de diseño constructivo.

Preferentemente, la tensión mecánica, con respecto a la cual se alinean las líneas de corte de las microestructuras esencialmente de forma transversal, es la tensión de corte existente. Se trata de tensiones de corte que se ajustan en el estado presionado en el caso de una conexión de brida entre las bridas involucradas en el funcionamiento normal, por ejemplo, en el caso de un mecanismo de transmisión, en particular, un engranaje planetario. Las líneas de corte de las microestructuras se cruzan así al menos parcialmente con la dirección que asume la tensión de corte en la zona de dichas microestructuras, por ejemplo, en un espacio intermedio entre dos microestructuras. Las tensiones de corte resultan algebraicamente a partir de dos tensiones existentes por el círculo de Mohr de tensiones. Las tensiones de corte se pueden calcular de manera muy sencilla y rápida utilizando los programas de diseño actuales, es decir, los programas CAD y FEM. La presente invención se basa, entre otras cosas, en el conocimiento de que en la zona de tensiones de corte aumentadas en una conexión de brida existe la mayor tendencia a cambiar de un estado de fricción estática a un estado de fricción por deslizamiento. En consecuencia, las zonas en las cuales una pérdida de fricción estática y, por lo tanto, el asiento ajustado del componente de carcasa se ve más amenazada durante el funcionamiento normal, se pueden identificar de manera particularmente rápida utilizando como criterio la tensión de corte existente. Por tanto, toda la brida se vuelve más estable gracias a las microestructuras, sólo con un mecanizado de un área limitada en la superficie frontal de la brida.

En otra forma de ejecución del componente de carcasa en cuestión, las microestructuras están dispuestas en la primera y/o la segunda zona; en donde en la primera y/o la segunda zona se presenta una tensión mecánica máxima que supera un valor umbral seleccionable, es decir, ajustable. El valor umbral se puede ajustar mediante una entrada del usuario o mediante un algoritmo de un programa de diseño. El valor umbral seleccionable se puede usar para definir de manera dirigida zonas como la primera y/o la segunda zona en las que se conformarán las microestructuras. Esto asegura que cualquier zona en la que, dada la carga mecánica pretendida sobre la brida mediante microestructuras se pueda apoyar contra un movimiento de deslizamiento en la conexión de brida, es decir se pueda reforzar. Una selección adecuada del valor umbral permite identificar específicamente las zonas en las cuales una microestructura provoca un aumento de la fricción estática existente. Los costes para la fabricación de las microestructuras se reducen así al mínimo, de modo que el componente de carcasa en cuestión se puede fabricar de forma rápida y económica.

En una forma de ejecución preferida del componente de carcasa en cuestión, la primera y/o la segunda zona están dispuestas en una transición a un soporte de par. El soporte de par se conforma preferentemente en una pieza única en el componente de carcasa, por ejemplo, de manera integrada por fundición. El peso del componente de carcasa y, por ejemplo, de la transmisión que se encuentra en el mismo se absorbe al menos parcialmente en el soporte de par. Además, en el caso de un engranaje planetario, las ruedas planetarias giratorias transmiten una carga de deformación a su corona interna y, a través de ella, al componente de carcasa correspondiente. Adicionalmente, se presenta un aumento o disminución de la rigidez en la transición a un soporte de par en el componente de carcasa. La combinación de este cambio de rigidez, la carga de deformación en rotación periódica y el peso estático conducen a mayores tensiones mecánicas, en particular, a tensiones de corte, en la transición a un soporte de par. Como resultado, las ventajas esbozadas anteriormente del componente de carcasa reivindicado se logran en una gran medida en la transición a un soporte de par.

El objeto descrito también se resuelve mediante el procedimiento conforme a la invención para la fabricación de un componente de carcasa. El componente de carcasa presenta una brida con una superficie frontal. La brida está diseñada para la fabricación de una conexión por fricción, es decir, una conexión de brida, con una brida de otro componente de carcasa. El procedimiento conforme a la invención comprende múltiples pasos. En un primer paso del proceso, se proporciona un componente de carcasa; en donde la superficie frontal de una brida se debe mecanizar por arranque de viruta. En un paso posterior, se posiciona una fresa con respecto al componente de carcasa. Un eje de la fresa alrededor del cual la fresa gira durante el funcionamiento está alineado esencialmente perpendicular a la superficie frontal. La fresa se coloca de tal manera que el eje de la fresa se extiende a través de un primer punto central local. En otro paso, se realiza un mecanizado por desprendimiento de viruta de la superficie frontal de la brida. Al mecanizar por arranque de viruta con la fresa se generan microestructuras en forma de ranuras giratorias sobre la superficie frontal de la fresa. En otro paso, la fresa se mueve desde el primer punto central local a un segundo punto central local. Durante el movimiento del primer al segundo punto central local, continúa el mecanizado por arranque de viruta de la superficie frontal de la brida. Con respecto a una dirección de movimiento de la fresa, las microestructuras se generan en una sección posterior de la fresa. Conforme a la invención, el movimiento de la fresa comprende un movimiento en una dirección de mecanizado circunferencial y un movimiento en una dirección de mecanizado radial. La dirección de mecanizado circunferencial sigue esencialmente la superficie frontal. La dirección de mecanizado radial está relacionada con un punto central de la brida alrededor del cual se extiende la superficie frontal.

El procedimiento conforme a la invención permite fabricar de manera sencilla microestructuras sobre una superficie frontal de una brida. En particular, la fabricación se realiza sólo con una herramienta que se utiliza de por sí, por ejemplo, en la fabricación de engranajes. Por tanto, no es necesario el uso de herramientas especiales. Mediante el correspondiente de la fresa resulta fácilmente posible ajustar la posición y alineación de las microestructuras de una manera dirigida. En general, esto permite fabricar un componente de carcasa que resista mayores cargas mecánicas.

En una forma de ejecución preferida del procedimiento reivindicado, la fresa presenta un diámetro de fresa que supera el ancho de la brida, es decir, una dimensión radial de la superficie frontal de la brida. De esta manera se pueden fabricar microestructuras en todo el ancho de la brida que cruzan la superficie frontal en forma arqueada o de manera prácticamente recta. Con una fresa de este tipo, se pueden fabricar microestructuras prácticamente constantes sobre una superficie, por lo cual en todo un segmento de la superficie frontal se puede conseguir un aumento similar, dependiente de la dirección, del valor de fricción local. En particular, es posible un mecanizado por arranque de viruta rápido de la superficie frontal.

Además, en el procedimiento de fabricación reivindicado, el primer y/o el segundo punto central local se pueden encontrar radialmente en el exterior de la superficie frontal de la brida. De esta manera resulta posible, por ejemplo, que, al utilizar fresas con un diámetro aumentado, se pueda ajustar exactamente la curvatura de las líneas de corte de las microestructuras a fabricar sobre la superficie frontal. En particular, se pueden conseguir curvaturas reducidas de las líneas de corte de las microestructuras en el borde de la superficie frontal. De esta manera, con el procedimiento reivindicado, se puede conseguir una mayor libertad de diseño constructivo en el diseño de las microestructuras y, por lo tanto, se puede establecer con mayor precisión el aumento local deseado del valor de fricción.

El objeto descrito también se consigue mediante la carcasa conforme a la invención. La carcasa se utiliza para el alojamiento de una aplicación mecánica o electromecánica, por ejemplo, para una transmisión o un motor eléctrico. En la carcasa están dispuestos componentes para la aplicación mecánica o electromecánica que se apoyan al menos parcialmente en la carcasa durante el funcionamiento normal. La carcasa comprende un primer y un segundo componente de carcasa, cada uno de los cuales presenta una brida con una superficie frontal. El primer y el segundo componente de la carcasa están conectados por fricción entre sí de forma desmontable a través de medios de fijación, por ejemplo, tornillos o pernos, y conforman una conexión de brida. Conforme a la invención, el primer y/o el segundo componente de carcasa están diseñados según al menos una de las formas de ejecución descritas anteriormente. Una carcasa de esta clase ofrece una mayor fricción estática en la conexión de brida, de tal modo que la carcasa resulta adecuada para absorber mayores fuerzas de apoyo de componentes de aplicación mecánica o electromecánica y/o fuerzas de reacción de cojinetes manteniendo el mismo tamaño constructivo. Al mismo tiempo, se aumenta el efecto de sellado en la conexión de brida. Además, el, al menos un, componente de carcasa diseñado según la invención se puede fabricar de forma sencilla y económica.

De manera preferida, en la carcasa reivindicada, las microestructuras están diseñadas de tal manera que las líneas de corte de las microestructuras sobre las superficies frontales de las bridas del primer y del segundo componente de la carcasa están dispuestas esencialmente paralelas entre sí. La zona en la cual las líneas de corte de las microestructuras están realizadas paralelas entre sí conforma entonces una zona de refuerzo. Las líneas de corte de microestructuras dispuestas en paralelo permiten una complementariedad de forma recíproca mediante la cual se consigue un mayor aumento dependiente de la dirección en el coeficiente de fricción local. Una zona de refuerzo de este tipo ofrece un nivel de fricción estática especialmente alto en puntos en los que, por ejemplo, existe una tensión mecánica aumentada, en particular, una tensión de corte o una tensión de referencia. En general, las ventajas técnicas del componente de carcasa reivindicado se consiguen en un grado especialmente alto en interacción con otro componente de carcasa del mismo diseño o similar.

Además, en la carcasa reivindicada, el primer componente de carcasa puede estar fabricado de un material de mayor dureza que el segundo componente de carcasa. Las microestructuras sobre la superficie frontal de la brida del primer componente de carcasa presentan allí una mayor rugosidad que las microestructuras sobre la superficie frontal de la brida del segundo componente de carcasa. En este caso, una mayor rugosidad se produce por un mayor dimensionamiento de las microestructuras perpendicularmente a la superficie frontal correspondiente. Tal combinación de un primer componente de carcasa con microestructuras más resistentes y rugosas que en la superficie frontal del segundo componente de carcasa representa una combinación especialmente ventajosa que permite conseguir las ventajas perseguidas de la invención en una gran medida.

El objeto expuesto también se resuelve mediante el engranaje planetario conforme a la invención. El engranaje planetario comprende una carcasa, a la que corresponde al menos un primer componente de carcasa. En el primer componente de carcasa está alojada una corona interna, en la cual al menos una rueda planetaria gira durante el funcionamiento normal. Para ello, la rueda planetaria está montada de manera giratoria en un portaplanetas. La rueda planetaria produce fuerzas de reacción en la corona interna que giran con la rueda planetaria. Las fuerzas de reacción se transmiten a su vez desde la corona interna al primer componente de la carcasa. Conforme a la invención, el primer componente de carcasa está realizado según una de las formas de ejecución expuestas anteriormente. Un engranaje planetario de este tipo ofrece la posibilidad de adaptar la velocidad existente en caso de pares elevados. Las ventajas técnicas del componente de carcasa conforme a la invención se consiguen en un engranaje planetario.

El objeto descrito se logra igualmente mediante una planta de energía eólica conforme a la invención. La planta de energía eólica comprende un rotor que está conectado con una góndola. El rotor también está conectado a través de un mecanismo de transmisión con un generador. La potencia del eje suministrada por el rotor aumenta mediante la transmisión y, por lo tanto, el generador dispone de una mayor velocidad para la generación de energía eléctrica. El mecanismo de transmisión está diseñado como un engranaje planetario según una forma de ejecución descrita anteriormente. Con el mismo tamaño, el engranaje planetario ofrece una mayor densidad de potencia, es decir, una mayor relación entre la potencia convertida del eje y el volumen estructural. Esto permite un diseño constructivo más compacto de los componentes en la góndola.

A continuación, la presente invención se explica mediante figuras de formas de ejecución individuales. Las características de las figuras se pueden combinar entre sí. En particular se muestra:

Figura 1: una superficie frontal esquemática de una brida en un componente de carcasa según una primera forma de ejecución de la invención.

Figuras 2-4: una pluralidad de formas de ejecución de una microestructura.

Figura 5: una superficie frontal esquemática de una brida en un componente de carcasa según una segunda forma de ejecución de la invención.

Figura 6: un recorte de una forma de ejecución de una carcasa conforme a la invención.

Figura 7 un esquema de operaciones esquemático de una forma de ejecución del procedimiento de fabricación conforme a la presente invención.

Figura 8: una forma de ejecución de una planta de energía eólica conforme a la invención.

En la Figura 1, se muestra de manera esquemática una superficie frontal 14 de una brida 12 de un componente de carcasa 10, que no está representado en detalle. La superficie frontal 14 presenta un diseño circunferencial y rodea una vez el punto central de la brida 15. La superficie frontal 14, es decir, la brida 12 presenta una forma anular y se utiliza para generar una conexión de brida hermética 35 y acoplada por fricción con otra brida. Sobre la superficie frontal 14 se conforma una pluralidad de microestructuras 40 en una primera zona 20. Las microestructuras 40 están curvadas y están dispuestas concéntricamente entre sí. Las microestructuras 40 en la primera zona 20 están colocadas agrupadas alrededor de un primer punto central local 22 y dispuestas concéntricamente con respecto al primer punto central local 22. En la figura 1, el primer punto central local 22 se encuentra sobre o por encima de la superficie frontal 14 de la brida 12. Las microestructuras 40 están realizadas convexas mirando en contra de una dirección de mecanizado circunferencial 18 de la superficie frontal 14. En general, las microestructuras 40 conforman un grupo de hoces. El primer punto central local 22 presenta una primera distancia radial 24 del punto central de la brida 15. Mediante la disposición esencialmente concéntrica de las microestructuras 40 alrededor del primer punto central local 22, la primera distancia radial 24 es característica de la forma y alineación de las microestructuras 40. Sobre la superficie frontal 14, también en una segunda zona 30 están conformadas múltiples microestructuras 40, que también están dispuestas concéntricamente entre sí. Al contrario de la dirección de mecanizado circunferencial 18 de la superficie frontal 14, las microestructuras 40 están realizadas de manera convexa en la segunda zona 30. Las microestructuras 40 en la segunda zona 30 están dispuestas concéntricamente alrededor de un segundo punto central local 32. El segundo punto central local 32 se encuentra por encima o sobre la superficie frontal 14 y presenta una segunda distancia radial 34 con respecto al punto central de la brida 15. La primera distancia radial 24 y la segunda distancia radial 34 presentan diferentes valores. De esta manera existe una orientación diferente para las microestructuras 40 en la primera y la segunda zona 20, 30 con respecto a un borde externo 16 y un borde interno 17 de la brida 12. Entre el primer y el segundo punto central local 22, 32 está situada una trayectoria de mecanizado 23, que conecta los puntos centrales locales 22, 32. A lo largo de la trayectoria de mecanizado 23 están conformadas otras microestructuras 40 que presentan forma de hoz y cruzan la trayectoria de mecanizado 23 esencialmente de forma perpendicular. En un procedimiento de fabricación 100, como el que se muestra, por ejemplo, en la figura 5 la trayectoria de mecanizado 23 es recorrida en un cuarto paso 140 por una fresa 55, que no se muestra en detalle. El movimiento a lo largo de la trayectoria de mecanizado 23 comprende una dirección de mecanizado circunferencial 18 y una dirección de mecanizado radial 19.

En las figuras 2 a 4 se ilustra una pluralidad de perfiles de microestructuras 40 con los cuales se puede realizar el componente de carcasa 10 conforme a la invención. La figura 2 muestra una microestructura 40 que presenta una sección transversal triangular 45, en donde una punta del triángulo conforma una línea de corte 44. Como consecuencia, la microestructura 40 con la sección transversal triangular 45 presenta la forma de una cuchilla 42. En el contacto con otra superficie, la línea de corte 44 representa un contacto de línea en el cual se presenta una presión hertziana aumentada. Esto asegura un alto grado de estanqueidad. La microestructura 40 está diseñada curvada, de tal modo que la línea de corte 44 presenta una forma curva o de hoz.

La figura 3 muestra una microestructura 40 que presenta una forma de cuchilla 42 con una sección transversal en forma de trapecio 47. A causa de las dimensiones de tamaño, un lado superior 43 de una microestructura 40 también se puede ver como una línea de corte 44. El lado superior 43 está diseñado para conformar un contacto superficial con un cuerpo contrario que no se muestra en detalle. La presión hertziana en un contacto superficial es más débil que en un contacto de línea. Como resultado, existe un menor riesgo de que se desprendan partículas de la microestructura 40 en caso de una carga y un posterior alivio, lo que podría conducir a luna a corrosión por fricción.

Además, la figura 4 muestra una microestructura 40 con una sección transversal trapezoidal 49, con lo cual también se consigue una forma de cuchilla 42. La sección transversal trapezoidal 49 presenta un lado superior 43 inclinado. Un borde del lado superior 43 conforma allí una línea de corte 44. La sección transversal trapezoidal 49 representa una forma de transición entre la sección transversal triangular 45 y la sección transversal en forma de trapecio 47. Las tres formas de sección transversal 45, 47, 49 están presentes en las microestructuras 40, que, como se muestra en las Figuras 1 y 3, están distribuidas sobre un plano. La deformación plástica también convierte, por ejemplo, microestructuras 40 con una sección transversal triangular 45 en microestructuras 40 con una sección transversal trapezoidal o en forma de trapecio 47, 49.

En la figura 5 está representada una brida 12 con su superficie frontal 14 según una segunda forma de ejecución del componente de carcasa 10 conforme a la invención. La superficie frontal 14 se extiende alrededor de un punto central de la brida 15 y presenta un borde externo 16 y un borde interno 17. En el borde externo 16 se conforma un soporte de par 25. El soporte de par 25 presenta esencialmente la forma de una lengüeta y dispone de un rebaje 27 para el alojamiento de un medio de fijación, por ejemplo, un perno de retención 29. El elemento de carcasa 10 está montado al menos a través del soporte de par 25, de tal modo que las fuerzas de reacción de los cojinetes 50 se introducen en el elemento de carcasa 10 a través del rebaje 27. Las fuerzas de reacción de cojinete 50 incluyen una fuerza radial 52 y una fuerza tangencial 54. El componente de carcasa 10 también está sometido a una carga dinámica circunferencial 60 debido al componente de transmisión incorporado. La carga dinámica 60 incluye una fuerza radial dinámica 62 y una fuerza tangencial dinámica 64. Su circulación durante el funcionamiento está ilustrada con la flecha 65. La interacción de las fuerzas de reacción de cojinete 50 y de la carga dinámica 60 da como resultado una distribución temporalmente variable de las tensiones mecánicas en la superficie frontal 14 de la brida 12.

En una transición 28 al soporte de par 25 hay una primera zona 20 en la cual está dispuesta una pluralidad de microestructuras 40. Allí, la transición 28 y la primera zona 20 se superponen al menos parcialmente. Las microestructuras 40 en la primera zona 20 presentan esencialmente una forma de hoz y están dispuestas concéntricamente alrededor de un primer punto central local 22. El punto central local 22 se encuentra radialmente en el exterior de la superficie frontal 14 y, a través de su posicionamiento, determina la alineación de las microestructuras 40 correspondientes. En la primera zona 20 también están presentes tensiones mecánicas máximas 41, que están configuradas como tensiones de corte 46. La alineación de las tensiones de corte 46 está representada mediante pares opuestos de flechas. Las líneas de corte 44 de las microestructuras 40 están alineadas de tal manera que en esencia se encuentran transversalmente a las tensiones de corte 46. De esta manera, el valor de fricción presente en la primera zona 20 aumenta dependiendo de la dirección y, por lo tanto, se genera una mayor fricción estática en la primera zona 20. Así se evita un deslizamiento del primer componente de carcasa 10 en una conexión de brida 35. Las tensiones de corte 46, o la ubicación de su máximo, representan la cantidad física más significativa para el esfuerzo mecánico en la primera zona en términos de fricción estática o tendencia al deslizamiento. La tensión de corte 46 presente se puede determinar para la superficie frontal 14 de la brida 12 de una manera sencilla con un programa de diseño, es decir, un programa CAD o f Em .

Asimismo, en una segunda zona 30 están dispuestas microestructuras 40, las cuales están alineadas de tal manera que sus líneas de corte 44 se encuentran en esencia transversalmente a una tensión de referencia 41 que es causada por las tensiones mecánicas 41 allí presentes. Las tensiones de referencia 48 se pueden determinar en base a los datos de un programa de diseño, por ejemplo, un programa FEM, mediante una realización seleccionable de la hipótesis de la tensión de corte, la hipótesis de cambio de forma o de otra teoría de tensión de referencia. La tensión de referencia 48 se selecciona en la segunda zona 30 de tal modo que la tensión de referencia 48 para la tensión mecánica presente en la segunda zona 30 sea más significativa para la presente fricción estática o tendencia al deslizamiento. La alineación de las líneas de corte 44 de las microestructuras 40 en la segunda zona 30 está determinada por el posicionamiento de un segundo punto central local 32 que, en la figura 3, se encuentra radialmente en el exterior de la superficie frontal 14. Una distancia radial 34 del segundo punto central local 32 difiere de la distancia radial 24 del primer punto central local 22.

En la figura 6 se muestra un recorte de una forma de ejecución de una carcasa 70, en la cual los componentes de la carcasa 10 se deben acoplar por fricción entre sí a través de una conexión de brida 35. Durante el montaje, los componentes de carcasa 10 se presionan entre sí mediante una fuerza de sujeción 36 en sus bridas 12. La fuerza de sujeción 36 se ejerce a través de medios de fijación 37, que no están representados en detalle, los cuales están configurados como tornillos. En las superficies frontales 14 de las bridas 12 están dispuestas microestructuras 40 que presentan forma de cuchilla 42. Las líneas de corte 44 de la forma de cuchilla 42 están alineadas de tal modo que las líneas de corte 44 de las microestructuras 40 de los dos componentes de carcasa 10 están alineadas paralelas entre sí. Cuando las microestructuras 40 se entrelazan, las líneas de corte 44 conforman respectivamente un ajuste de forma en las microestructuras 40. De esta manera se consigue un aumento considerable del valor de fricción en el correspondiente punto. De esta manera se conforma una zona de refuerzo 51.

En la figura 7 se muestra de manera esquemática una versión de una forma de ejecución del procedimiento de fabricación 100 conforme a la invención para un componente de carcasa 10. El componente de carcasa 10 primero está disponible como una pieza sin mecanizar, que presenta una brida 12 con una superficie frontal 14 que debe ser mecanizada mediante mecanizado por arranque de viruta. En un primer paso 110, se proporciona el componente de carcasa 10 con la brida12 con la superficie frontal 14 y se sujeta en una correspondiente máquina de mecanizado 58 (que no se muestra en detalle), por ejemplo, una fresa. En un segundo paso posterior 120, una fresa 55 se posiciona en un primer punto central local 22. Allí, un eje de la fresa 56 alrededor del cual la fresa 55 gira durante el mecanizado se ubica esencialmente perpendicular a la superficie frontal 14. Sigue un tercer paso 130, en el cual se realiza un mecanizado por arranque de viruta de la superficie frontal 14, durante el cual se fabrican microestructuras 40 sobre la superficie frontal 14 en una primera zona 20. La primera zona 20 es el entorno inmediato del punto central local 22. En un cuarto paso 140, la fresa 55 se mueve desde el primer punto central local 22 a un segundo punto central local 32. Durante el movimiento hacia el segundo punto central local 32, la fresa 55 permanece en contacto con la superficie frontal 14, de modo que prosigue el mecanizado por arranque de viruta de la superficie frontal 14, iniciado en el tercer paso 130. Mediante el movimiento de la fresa 55 se generan unas ranuras giratorias esencialmente en forma de hoz sobre la superficie extrema 14, que sirven como microestructuras 40 para el aumento local de un valor de fricción. Las ranuras giratorias conforman microestructuras que presentan esencialmente una forma de cuchilla 42 y, por tanto, son adecuadas para el aumento de un valor de fricción local en función de la dirección. En el movimiento desde el primer punto central local 22, 32 al segundo, la fresa sigue una trayectoria de mecanizado predeterminada 23. El movimiento de la fresa 55 en la trayectoria de mecanizado 23 comprende una dirección de mecanizado circunferencial 18 y una dirección de mecanizado radial 19. En consecuencia, se puede ajustar la alineación de las microestructuras 40 generadas. A esto le sigue un estado final 200 en el cual está presente un componente de carcasa 10, que está cubierto en su superficie frontal 14 con microestructuras 40 que presentan esencialmente una forma de cuchilla 42 y están dispuestas concéntricamente en forma de hoz alrededor de los puntos centrales locales 22, 32.

Además, la figura 6 muestra una forma de ejecución de una planta de energía eólica conforme a la invención 80, la cual dispone de un rotor 82 del lado del barlovento. El rotor 82 está acoplado para la transmisión de par con una transmisión 85 que está diseñada como engranaje planetario. La transmisión 85, a su vez, está conectada para la transmisión de par con un generador 86, que está diseñado para la generación de energía eléctrica. La transmisión 85 y el generador están alojados en una góndola 84 y corresponden a un tren de accionamiento 88 de la planta de energía eólica 80. La transmisión 85 dispone de una carcasa 70 que comprende al menos un componente de carcasa 10. El componente de carcasa 10 está diseñado según una forma de ejecución de la presente invención.

Claims (16)

REIVINDICACIONES

1. Componente de carcasa (10), que comprende una brida (12) para la fabricación de una conexión de brida (35), caracterizado porque en una superficie frontal (14) de la brida (12), respectivamente en una primera y una segunda zona (20, 30) está realizada una pluralidad de microestructuras (40) para incrementar un valor de fricción local; en donde cada una de las microestructuras (40) presenta una forma de cuchilla (42) con una línea de corte (44); en donde las líneas de corte (44) en la primera zona (20) están dispuestas concéntricamente alrededor de un primer punto central local (22) y las líneas de corte (44) en la segunda zona (30), concéntricamente alrededor de un segundo punto central local (32); en donde el primer y segundo punto central local (22, 32) presentan diferentes distancias radiales (24, 34) con respecto a un punto central de brida (15).

2. Componente de carcasa (10) según la reivindicación 1, caracterizado porque las microestructuras (40) están realizadas al menos parcialmente como ranuras giratorias y/o están fabricadas mediante procesamiento con láser.

3. Componente de carcasa (10) según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque la forma de cuchilla (42) presenta una sección transversal triangular, trapezoidal o en forma de trapecio (45, 47, 49).

4. Componente de carcasa (10) según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque las líneas de corte (44) de las microestructuras (40) en la primera y/o segunda zona (20, 30) están alineadas transversalmente a una tensión mecánica (41) y/o una tensión de referencia (48) en la superficie frontal (14) de la brida (12).

5. Componente de carcasa (10) según la reivindicación 4, caracterizado porque la tensión mecánica (41) está configurada como una tensión cortante (46) que se produce durante el funcionamiento.

6. Componente de carcasa (10) según la reivindicación 4 ó 5, caracterizado porque durante el funcionamiento en la primera y/o segunda zona (20, 30) está presente una tensión mecánica máxima (41) que es superior a un valor umbral seleccionable.

7. Componente de carcasa (10) según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque la primera y/o la segunda zona (20, 30) están dispuestas en una transición (28) a un soporte de par (25).

8. Procedimiento (100) para la fabricación de un componente de carcasa (10) que presenta una brida (12) con una superficie frontal (14), que comprende los pasos:

a) provisión de un componente de carcasa (10) con una superficie frontal (14) de la brida (12) que debe ser mecanizada con desprendimiento de virutas;

b) posicionamiento de una fresa (55) en un primer punto central local (22);

c) mecanizado con desprendimiento de virutas de la superficie frontal (14) para la generación de microestructuras (40);

d) movimiento de la fresa (55) desde el primer punto central local (22) a un segundo punto central local (32) con mecanizado con desprendimiento de virutas;

en donde el movimiento en el paso d) comprende un movimiento en una dirección de mecanizado circunferencial (18) y un movimiento en una dirección de mecanizado radial (19).

9. Procedimiento (100) según la reivindicación 8, caracterizado porque las microestructuras (40) están realizadas como ranuras giratorias.

10. Procedimiento (100) según la reivindicación 8 ó 9, caracterizado porque la fresa (55) presenta un diámetro de fresa que supera un ancho de la brida.

11. Procedimiento (100) según una de las reivindicaciones 8 a 10, caracterizado porque el primer y/o el segundo punto central local (22, 32) se encuentran radialmente por fuera de la superficie frontal (14) de la brida (12).

12. Carcasa (70), que comprende un primer y un segundo componentes de carcasa (10) los cuales están conectados entre sí a través de una conexión de brida (35), caracterizada porque el primer y/o segundo componente de carcasa (10) están realizados respectivamente según una de las reivindicaciones 1 a 7.

13. Carcasa (70) según la reivindicación 12, caracterizada porque las líneas de corte (44) de las microestructuras (40) sobre las superficies frontales (14) están dispuestas paralelas entre sí en una zona de refuerzo (51).

14. Carcasa (70) según una de las reivindicaciones 12 ó 13, caracterizada porque el primer componente de carcasa (10) está fabricado de un material de mayor dureza que el segundo componente de carcasa (10) y las microestructuras (40) del primer componente de carcasa (10) presentan una mayor rugosidad que las microestructuras (40) del segundo componente de carcasa (10).

15. Engranaje planetario (85), que comprende una carcasa (70) con un primer componente de carcasa (10) en el cual se aloja una corona interna, en la cual está dispuesta de forma giratoria al menos una rueda planetaria; caracterizado porque el primer componente de carcasa (10) está realizado según una de las reivindicaciones 1 a 7.

16. Planta de energía eólica (80), que comprende un rotor (82) que está conectado con una góndola (84); en donde el rotor (82) está acoplado para transmisión de par con un engranaje planetario (85) para el accionamiento de un generador (86); caracterizado porque el engranaje planetario (85) está realizado según la reivindicación 15.