Seguridad óptima: junta de culata y tornillos de culata de un mismo proveedor
V I A J A N D O
S O B R E
Tornillos de culata en la práctica
S E G U R O
La seguridad no es un concepto elástico
La estrategia para una seguridad optima
2
Elring mejora aún más el
Estanqueidad segura al 100% y potencia de motor óptima
Tornillos de culata
servicio postventa. Para la actual generación de motores, una
Junta de culata
Reparación de la culata
reparación profesional del sistema de cierre de la junta de culata requiere la sustitución de ambos componentes: la junta de culata y los tornillos de culata.
Existen tornillos de culata de Elring para:
Alfa Romeo I Audi I BMW I Citroën I Daewoo I El nuevo programa completo de tornillos de cula
Deutz I Fiat I Ford I Honda I Hyundai I Isuzu I
ta de Elring le permite ahorrar tiempo y dinero.
Iveco I Kia I Lada I Land Rover I Lancia I MAN I
Porque ahora un mismo proveedor le ofrece
Mazda I Mercedes-Benz (Pkw und Nkw) I
todas las piezas: la junta de culata y el juego de
Mitsubishi I Nissan I Opel I Peugeot I Renault I
tornillos de culata adecuado
Rover I Saab I Scania I Seat I Sˇkoda I Ssangyong I
• para casi todos los turismos y vehículos comer
Suzuki I Talbot I Toyota I Vauxhall I Volkswagen I
ciales (véase Catálogo de tornillos de culata)
Volvo (turismos y vehículos comerciales)
• con calidad testada • kit compuesto para cada reparación de motor • embalado en una caja especial con protección
para las roscas • cómodo y rápido • directamente procedente del fabricante de la
junta Índice de contenido: «Tornillos de culata en la práctica» 1. Fijación de la culata 2. Función 3. Tipos de tornillo 4. Procedimientos de apriete 5. La reparación profesional 6. Control de calidad 7. Características técnicas
8. Embalaje
Página 4 Página 6 Página 8 Página 10 Página 13 Página 14 Página 16 Página 17 3
1. Fijación de la culata
Seguridad a prueba. Hoy en día, la fijación de la culata sin reapriete
es estándar en la construcción de motores. Ello se debe a razones técnicas y económicas, tanto en la fabricación de motores como en el montaje en caso de reparación: • elevado grado de fuerza homogéneo de todos
los tornillos • estanqueidad fiable • ahorro de costes
Con el fin de que se pueda prescindir del rea priete logrando al mismo tiempo una fijación fiable de la culata, ya en la fase de desarrollo es necesario ajustar entre sí todos los componentes
que forman parte del sistema de unión de la culata desde el punto de vista constructivo. Así, el tornillo de culata, por medio de su diseño
constructivo y la calidad del material, contribuye de forma sustancial a la estanqueidad segura del sistema de unión.
Tensiones de tracción y presión en el sistema de unión de la culata: visible con el método de elementos finitos
4
El sistema de cierre de la culata
Tornillos de culata Culata
Junta de culata Bloque motor Camisa (según el diseño del motor)
5
2. Función
6
F uerzas efectivas. Los tornillos de culata son elementos construc tivos del sistema de unión de la culata que generan la presión superficial necesaria y la
Con el fin de satisfacer los requisitos actuales
transmiten a los componentes del motor. Para
de los modernos diseños de motor de poco peso,
ello, los tornillos de culata deben atornillarse
como son
siguiendo unos procedimientos de apriete y un
• presiones de encendido más elevadas (hasta
orden de apriete perfectamente determinados (véase cap. 4).
220 bares) • creciente movimiento relativo de los compo
nentes del motor La junta de culata solo puede distribuir la fuerza
• menor rigidez de los motores y mayor dilataci
total de la que dispone sobre las distintas zonas
ón térmica de los componentes, debido al
que se deben sellar (estanqueidad contra gas,
acabado en aluminio y magnesio
agua y aceite). En este sentido se habla de la dis tribución específica de la compresión de sellado.
• reducción de las deformaciones de los orificios
de cilindro y de la culata (palabra clave: fuerzas de tornillo reducidas),
Por este motivo cabe aplicar:
también el tornillo de culata ha experimentado
la fuerza total generada por los tornillos de
durante las últimas décadas una transformación
culata, así como su distribución uniforme sobre
notable dentro del ámbito de la construcción de
todo el sistema de unión, es una condición
motores. Sus propiedades deben ajustarse hasta
previa fundamental para el funcionamiento de la
en el más mínimo detalle a los requisitos del
junta de culata.
motor. Además de la mejora de los materiales y proce dimientos de fabricación de los tornillos, los principales cambios se realizaron en • el acabado del tornillo (véase cap. 3) • el procedimiento de apriete (véase cap. 4).
Además se perfeccionaron los recubrimientos superficiales de los tornillos para mejorar las condiciones de fricción.
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3. Tipos de tornillos
a) Tornillos de rosca laminada con rosca corta
b) Tornillo de rosca laminada con
c) Tornillo helicoidal dilatable
d) Tornillo de vástago dilatable
rosca larga
Los nuevos tipos de tornillo de culata: la primera elección para motores de construcción ligera. Las construcciones de motor de poco peso como • Culata de aluminio y bloque de fundición gris • Culata y bloque motor de aluminio
presentan un comportamiento de dilatación térmica distinto respecto a los tornillos de culata de acero. La dilatación térmica de los componen tes de motor de aluminio es aproximadamente el doble de elevada que la de los tornillos de culata.
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El uso de materiales de construcción ligera para los componentes de motor y los diferentes métodos de apriete (véase cap. 4) son razones
produce el alargamiento elástico y plástico del
para que en los diseños actuales de motores
tornillo durante el apriete y durante el servicio
se utilicen preferentemente las siguientes geo
del motor. El acabado del tornillo con rosca larga
metrías de tornillos para la fijación de la culata:
incrementa la elasticidad, permite una tensión uniforme a lo largo del vástago y dota al tornillo
Tornillos de rosca laminada.
de la suficiente capacidad de deformación plá
Uso mayoritario en motores de turismos. Los
stica. De este modo se asegura la durabilidad de
tornillos de rosca laminada se caracterizan por
todo el sistema de cierre de la culata.
una rosca que es laminada sobre el vástago. Se prescinde del proceso adicional de arranque
c) Tornillos helicoidales dilatables.
de viruta. Las propiedades de elasticidad del
Se trata de tornillos en cuyo vástago se ha lami
tornillo de rosca laminada con rosca larga se
nado una rosca gruesa de uno o varios filetes a
asemejan bastante a las del tornillo de vástago
modo de «hélice de dilatación». En este caso, la
dilatable, que se debe someter al proceso de
«hélice de dilatación» también incrementa la elas
arranque de viruta. Por eso también se le des
ticidad y asegura una distribución uniforme de
cribe como un tipo de «tornillo de vástago
la tensión. La elasticidad del tornillo helicoidal
dilatable» económico.
dilatable depende del diámetro menor del perfil de hélice dilatable elegido: cuanto más pequeño
a) Tornillos de rosca laminada con rosca corta.
sea este diámetro, más nos aproximamos a la
Estos tornillos presentan el paso de rosca
característica de un tornillo helicoidal dilatable.
solo hasta la longitud máxima de cierre. La parte superior tiene a su vez la mayor cantidad de fuerza, y por tanto, por lo general se someten a una deformación plástica permanente.
d) Tornillos de vástago dilatable (tornillos de vástago fluido).
Este acabado de tornillo se utiliza con frecuen cia en motores de vehículos comerciales y se
b) Tornillos de rosca laminada con rosca largo.
caracteriza por un vástago que va disminuyendo
Estos tornillos presentan una pieza roscada muy
desde la rosca hasta justo por debajo de la
larga, que casi siempre llega hasta justo por
cabeza del tornillo. Debido a la sección más red
debajo de la cabeza de tornillo. En esta zona se
ucida respecto a la de los tornillos de vástago macizo se logra una mayor flexibilidad elástica y plástica. El alargamiento plástico, relevante en caso de reparación, no se produce en la parte en disminución del vástago enroscado. 9
4. Procedimientos de apriete
La estrategia para una mayor seguridad. En colaboración con los fabricantes de motores y la industria auxiliar se han llevado a cabo
4.1 Apriete de tornillo
extensos programas de análisis y desarrollo, con
con par de apriete.
el fin de ofrecer a través de mejores componentes de motor y técnicas como
Antes, los tornillos de culata se apretaban en
• juntas de culata «Metaloflex» con un elevado
varias etapas con un par de apriete exactamente
potencial de estanqueidad y un menor grado
definido dentro del rango de dilatación elástica
de compresión
del material del tornillo (gráfico exterior izquierdo).
• tornillos de culata con una característica de
deformación plástica especial (véase cap. 3) • nuevos procedimientos de apriete para tornillos
de culata (véase cap. 4.2 y 4.3)
Inconvenientes del apriete con par de apriete: 1. Al aplicar el par de apriete M A se producen
oscilaciones de la fuerza de tensión previa F V del
unos sistemas de unión claramente mejorados,
±20 % debido a los diferentes pares de fricción
que garanticen especialmente en el comporta
de la cabeza de tornillo ( MK ) y de fricción de
miento a largo plazo una estanqueidad segura.
rosca ( MG ) (ilustración centro izquierda). Este procedimiento no permitía obtener una distribu
ción uniforme de la presión por todo el sistema MA F V
Fuerza de tornillo F [en kN]
de unión.
MK
estático en frío de la junta de material blando
Gran dispersión de fuerza de tornillo de hasta +/– 20 %
después del montaje (= pérdida de fuerza de
Rango elástico
Apriete solo con par de apriete
2. Debido a unos procesos de compresión
tensión previa) y una reducción adicional de Alargamiento de tornillo L [en mm]
MG
fuerza durante el servicio del motor, los tornillos se debían reapretar después de una distancia
recorrida especificada. Sin embargo, con el rea F V
Apriete elástico de tornillos
priete de los tornillos de culata no se eliminaba de ningún modo la dispersión de las fuerzas de
Fuerzas y pares durante el apriete
10
los tornillos.
Apriete de los tornillos de culata con medidor de ángulo de apriete
Después del apriete con par se rea liza un nuevo apriete con un determinado ángulo. En este proceso, el material del tornillo experimenta una deformación plástica que excede el límite de
4.2 Apriete de tornillos con par de apriete y ángulo de apriete en las nuevas generaciones de motores.
estirabilidad (que caracteriza la transición del rango elástico al plástico). Ventajas del apriete con ángulo de apriete: 1. Este método de apriete, en combinación con
En este procedimiento, el tornillo de culata no
las nuevas ejecuciones de tornillo, puede reducir
solo se dilata elásticamente, sino que también
considerablemente el rango de dispersión de la
experimenta un alargamiento plástico, hecho
fuerza previa del tornillo. La aplicación del ángulo
que ofrece unas ventajas fundamentales frente
de apriete no se traduce en una mayor fuerza
al apriete de tornillos con par de apriete.
previa, sino solo en el alargamiento plástico del tornillo. De este modo se obtiene un nivel de
Descripción del procedimiento combinado.
fuerza previa uniformemente elevado de todos
En el procedimiento de par de apriete y ángulo
los tornillos de culata, una condición previa
de apriete, el tornillo se aprieta en una primera
importante para la estanqueidad del sistema de
etapa con un par de apriete bajo dentro del rango
unión en conjunto.
elástico de la característica (gráfico inferior).
2. Se prescinde del reapriete de los tornillos Fuerza de tornillo F [en kN] Lí mite de estiramiento Pu e qeñ a oscilación de la fuerza de tornillo de un reducido % Rango elástico ª1etapa: apriete con par de apriete
Rango plástico
de culata. En este caso, las juntas de capas metálicas favorecen la supresión del reapriete, ya que los grados de compresión que se producen son reducidos. Las oscilaciones de fuerza residuales se deben a tolerancias dimensionales en la fabricación de los tornillos y a tolerancias de resistencia del material.
Alargamiento de 2ªetapa: tornillo L [en mm] apriete con ángulo de apriete
Apriete plástico de tornillo
11
4. Procedimientos de apriete
El apriete de los tornillos se realiza en varias eta pas, que pueden ser como sigue: • 1ª etapa 20 Nm (es decir, apretar tornillos 3
7
2
10
6
1 – 10 con par de apriete de 20 Nm) • 2ª etapa 60 Nm (es decir, apretar tornillos
Cilindro 1 8
Cilindro 2 4
Cilindro 3 1
1 – 10 con par de apriete de 60 Nm)
Cilindro 4 5
9
Inicio
• 3ª etapa 90° (es decir, apretar tornillos 1 – 10 con ángulo de apriete 90°) • 4ª etapa 90° (es decir, volver a apretar tornillos 1 – 10 con ángulo de apriete 90°)
Orden de apriete para la culata (ejemplo)
Cada sucesión de etapas de apriete se basa en l a siguiente norma:
Las diferentes etapas del apriete de tornillos
4.3 Orden del apriete.
siempre comienzan en el centro del motor (entre cil. 2 y cil. 3; véase ejemplo) y continúan en forma de espiral o en cruz hacia ambos lados, hacia los
Los tornillos de culata (p. ej. 1 – 10 en el motor de
tornillos exteriores de cil. 1 y cil. 4.
4 cilindros; ilustración superior) se deben a pretar siguiendo un orden de apriete definido con pre
De este modo se garantiza en todo momento la
cisión (véase datos del fabricante). Este orden,
fijación óptima de la culata y de la junta de culata
al igual que los pares de apriete y ángulos de
sobre el cárter.
apriete, viene especificado por los fabricantes de motores y de juntas, y se ha adaptado al diseño
Si no se observan estas normas, se producen
del motor en cada caso. Cada junta de culata y
deformaciones y torsiones involuntarias.
cada juego de junta de Elring vienen acompaña
La consecuencia: se pueden producir fugas
dos de unas instrucciones específicas de apriete
en el sistema de cierre de la culata.
para el motor en varios idiomas.
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5. La reparación profesional
Solo los tornillos de culata nuevos son 100% seguros. Las nuevas generaciones de motor cuentan con conceptos de estanqueidad mejorados,
Tornillo de culata con
adaptados al diseño del motor. La función de los
alargamiento plástico y contracción plástica
tornillos de culata juega aquí un papel elemental
(véase cap. 1 – 4). Los tornillos de culata, debido a • el nuevo procedimiento de apriete con par de
apriete más ángulo de apriete (= alargamiento
ciente, y después de un corto espacio de tiempo
plástico del tornillo), así como
puede perder estanqueidad. Por esta razón, una
• a los modernos diseños de motor, p. ej. el
reparación profesional del sistema de cierre de
emparejamiento de aluminio y aluminio
la culata debe atenerse a las especificaciones de
(= alargamiento plástico adicional durante el
los fabricantes de motores y juntas:
calentamiento del motor),
• usar siempre tornillos de culata y una junta de
pueden experimentar un alargamiento plástico de varios milímetros respecto al estado original.
culata nuevos • observar pares y ángulos de apriete • atenerse a la sucesión de apriete
Además de la modificación de las propiedades de resistencia y dilatación del material de los tornil los, el alargamiento del tornillo también implica una reducción de la sección. En caso de utilizar de nuevo ese tornillo, existe el riesgo de que la
• utilizar componentes de motor limpios y
exentos de torsiones • el montaje debe ser realizado únicamente
por personal cualificado • usar herramientas de calidad
fuerza previa aplicada ya no pueda ser absorbida por la sección más reducida. La consecuencia es
Únicamente mediante el cumplimiento de estas
la rotura del tornillo.
especificaciones será posible obtener un a juste óptimo y un sistema de unión de la junta efi
Los estudios han demostrado que en un tornillo
caz. En ningún caso se deben volver a utilizar
M10 de resistencia media 10.9 puede disminuir la
tornillos usados y que presenten alargamiento
capacidad de carga en un 10 a 15 % cuando solo
plástico. De este modo prevenimos los posibles
se reducen 0,3 mm del diámetro. Esto significa
daños derivados como fugas, diversos costes de
que la junta se comprime con una fuer za insufi
reparación, clientes molestos y la consecuente pérdida de imagen.
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6. Control de calidad
Banco de ensayo para tornillos: l a prueba más segura para determinar la característica del tornillo
Seguridad testada. Cada prototipo de motor plantea unos requisitos determinados para los tornillos de culata que
Por esta razón se analizan exhaustivamente
estos deben satisfacer obligatoriamente con el
para cada tipo de tornillo los planos, los
fin de garantizar la eficacia del sistema de unión
informes de homologación, así como los certi
en su conjunto.
ficados químicos y dimensionales correspon
dientes. Las mediciones realizadas en un banco de ensa yo para tornillos antes de la autorización asegu ran el estándar de calidad.
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Elaboración de una característica de tornillo en el banco de ensayo para tornillos. En esta prueba se sigue apretando el tornillo más
2. Tras la aplicación de un par de apriete determi
allá del método de apriete especificado (en este
nado (en este caso, 70 Nm), el tornillo debe poder
caso, par de apriete 60 Nm + ángulo de apriete
girarse todavía al menos 2 vueltas más (ángulo
180º) para obtener una característica de tornillo
de apriete ±90°, dependiendo del fabricante).
detallada y pertinente. La característica obtenida
La fuerza previa no debe descender sustancial
en el apriete se valora en base a los siguientes
mente.
criterios: 3. La diferencia de la fuerza máxima media F máx y 1. La fuerza previa alcanzada F 1 después del
la fuerza después del apriete F 1 debe ser superior
apriete con el par y ángulo especificados (en este
al valor indicado por el fabricante (en este caso,
caso 60 Nm +180°) debe estar situada dentro
4000 N).
de un rango de fuerza definido, entre la fuerza mínima y la máxima (10 N ~ 1 kg).
4. La característica del tornillo (de color rojo-
amarillo) debe seguir durante el apriete la trayec toria aquí representada. No debe presentar saltos Fuerza [N] 75000 70000 65000 60000 55000 50000 45000 40000
Característica del tornillo
4
F1
2 180
F max – F1 > 4000 N
F max 60 Nm + 180
35000 30000 25000 20000 15000 10000 5000 0
3
Rango plástico
70 Nm + 900 Ángulo de apriete con caída de la fuerza a partir del par de apriete = 70 Nm medidos
Par de apriete [Nm] Fuerza máxima 70500 N
1 Fuerza mínima 52000 N
Característica del par de apriete
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 Alargamiento después del desmontaje en mm
Característica del tornillo
400 380 360 340 320 300 280 260 240 220 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0
Ángulo/60°
ni otras desviaciones. El cumplimiento de estos cuatro importantes criterios en el banco de ensayo de tornillos, así
como los informes asociados sobre la dimensión y la consistencia química aseguran que el tipo de
tornillo probado posee el potencial para la estan queización segura del motor. Para completar la característica, la esquina infe
rior izquierda del diagrama representa además el alargamiento permanente del tornillo después de desmontarlo del banco de ensayo. Al soltar el tornillo, la característica se mueve del valor F 1 a lo largo de la línea roja discontinua hacia abajo.
El tramo rojo se debe equiparar con el alarga miento permanente del tornillo después del des montaje.
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7. Características técnicas
E jemplo: M10
x
140
x
1,5
Hexágono interior
10.9
Paso de rosca (en mm)
Es decir, con una vuelta del
Clases de dureza
Diámetro nominal (en mm)
tornillo, este penetra tal valor
p.ej.
P.ej. M10, M11, M12, M16
(en mm). Por ej. 1; 1,25; 1,5; 1,75; 2
Longitud nominal
8.8
10.9
12.9
=
=
=
Resistencia a la tracción en N/mm2
800
1000
1200
Límite de elasticidad en N/mm 2
640
900
1080
(en mm) Perfil de rosca Rosca ISO métrica
Forma de la cabeza
Ejecuciones especiales: Rosca fina, rosca en diente
Hexágono interior
Hexágono exterior
Dentado interiores
Dentado exteriores
Torx interior
Torx exterior
de sierra, rosca Whitworth.
Arandela Polydrive®
Indicación para el montaje
Conviene lubricar tanto la superficie de apoyo de la cabeza de tornillo Atención
como la rosca antes de insertar el
La longitud nominal siempre se
tornillo para que no se eleven excesi
mide hasta por debajo de la super
vamente los valores de fricción y se
ficie de apoyo de la cabeza, incluso
obtenga la fuerza previa necesaria
en caso de que exista una ar andela.
del tornillo. 16
8. Embalaje
T ornillos de culata: en embalaje seguro. Para nosotros es importante que nuestros tornil los de culata lleguen hasta nuestros clientes con la calidad probada, en un embalaje seguro y sin desperfectos. Por esta razón componemos el juego de tornillos de culata de acuerdo con el motor correspondiente y los envasamos en estuches ecológicos. Además, unas piezas de
Con esta solución de embalaje logramos una
inserción individuales permiten que aprox. el
optimización de las funciones de protección y
95 % de los más de 200 tipos de tornillo con las
logística y nos aseguramos de que los tornillos
longitudes y diámetros más diversos se puedan
satisfagan la funcionalidad requerida y, por
envasar de forma económica en un mismo
tanto, las exigencias de nuestros clientes.
tamaño de estuche. De este modo se simplifica
en gran medida el almacenamiento.
El aprovisionamiento fiable de nuestros clientes con una calidad de producto idéntica y el mejor servicio en todo el mundo es parte de nuestra filosofía empresarial y la base para una cola
boración duradera y constructiva con nuestros clientes.
17
o d a c i f i l a u c l a n o s . r e a p t r n e o r p p o m i d a e z d i l r a o e r r r r e e o s v l á r a S e b . e s o d i c o i l v o r s e o s t y s e s . u o t s p c o e t r u d e e l d o r p s p m o a e c z d e r i e p a s s m n a a l g e a d s l n a e n t d o e e t r s o p e i d o b e n j , a m a s t o n c t o y n s e m a i l c E i m i . c n n c o é ó i t n o c s c a e m y r n o a o i f i c c n a i n c e i a i t f r i e s d e p o x e m e d r a s a g o z i r d l a a l a v e i a r n r e a u d e o h d n c ó i e o t c r u a e r z f i d l n n e o m s e o d d e n a u v i q r a y e s s , í o e R u h q c . a e o r d n e a a r d m u n r o á g f i r f e e e c t o u n q n e s o c m a o t e d a r i b d e s e s d o o L N y
ElringKlinger AG
MaxEythStraße 2 | D72581 Dettingen/Erms Fon +49 (0)71 23/724-601 | Fax +49 (0)71 23/724-609
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