ES2221755T3

ES2221755T3 - Cojinete neumatico, especialmente para el eje de un motor.

Info

Publication number: ES2221755T3
Application number: ES99950482T
Authority: ES
Inventors: Alfred Jager
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-08-05
Filing date: 1999-08-03
Publication date: 2005-01-01
Anticipated expiration: 2019-08-03
Also published as: US6328475B1; EP1021660B1; EP1021660A1; DE19835339A1; DE59909743D1; WO2000008345A1

Abstract

Cojinete neumático para un rotor (2) giratorio con elevada velocidad periférica, especialmente para el eje (2) de un husillo con motor, para el accionamiento de una herramienta de mecanizado, habiéndose previsto entre una superficie de apoyo (3, 5, 6) del rotor (2) y una contrasuperficie de apoyo (9, 11) de un cojinete (8, 10) fijo, una rendija de aire y que el cojinete (8, 10) presenta en la contrasuperficie (9, 11) a igual distancia varias cavidades de cojinete (13), que están unidas mediante orificios calibrados (14) en el cojinete (8) con una fuente de aire comprimido, caracterizado porque el rotor (2) es de una aleación de acero resistente a la corrosión con una superficie de apoyo endurecida (3, 5, 6) y el elemento de apoyo (8, 10) de la contrasuperficie (9, 11) es de un grafito prensado impermeable al aire.

Description

Cojinete neumático, especialmente para el eje de un husillo con motor.

La presente invención se refiere a un cojinete neumático para un rotor giratorio con elevada velocidad periférica, especialmente para el eje de un husillo con motor, para el accionamiento de una herramienta de mecanizado, habiéndose previsto entre una superficie de apoyo del rotor y una contrasuperficie de apoyo de un cojinete fijo, una rendija de aire y presentando el cojinete en la contrasuperficie a igual distancia varias cavidades de cojinete, que están unidas mediante orificios calibrados en el cojinete con una fuente de aire comprimido.

Cojinetes neumáticos del tipo indicado se conocen por el documento DE 21 24 918 B1. Se emplean sobre todo para el montaje de ejes que rotan con un número de revoluciones muy elevado y con la correspondiente velocidad periférica elevada, para poder dominar la resistencia de rozamiento del cojinete y el calentamiento del cojinete resultante de ello. Con cojinetes neumáticos de esta clase se soporta el rotor por cojines neumáticos, que se generan con ayuda del aire alimentado a presión en la rendija de aire situada entre la superficie de apoyo y la contrasuperficie, y evitan un contacto de la superficie de apoyo y de la contrasuperficie. El apoyo exento de contacto del rotor, no solamente se da durante la rotación de este husillo sino también durante la parada del rotor. Durante el funcionamiento, es decir, con la rotación rápida del rotor, los cojinetes neumáticos son muy sensibles a la sobrecarga. En el caso de que con el rotor en marcha rápida, al sobrepasar la capacidad de carga máxima, determinada por la resistencia debida al cojín de aire se produce un contacto entre la superficie de apoyo y la contrasuperficie, entonces el rozamiento originado por ello causa, como consecuencia de la elevada velocidad relativa entre una superficie de apoyo y la contrasuperficie momentáneamente un calentamiento tan elevado y la deformación de los materiales metálicos del cojinete, que el cojinete se bloquea y se destruye por entero. Esta sensibilidad contra las sobrecargas origina considerables problemas, sobre todo con el empleo de cojinetes neumáticos para el montaje de ejes de unos husillos con motor de alta velocidad, que se emplean para el accionamiento de herramientas de mecanizado de arranque de viruta, ya que con el mando del movimiento del husillo con motor puede originarse que, por un fallo, se sobrepase la carga de cojinete admisible y con ello se destruya el cojinete del husillo con motor.

Según W. J. Barz y otros, Luftlagerungen, Expert Verlag, 1982, ISBN 3-8169-0992-2, páginas 22 y 99 se utilizan como materiales para la construcción de cojinetes deslizantes, lubricados por aire, metales, productos cerámicos y plásticos. El empleo de aceros inoxidable para contrarrestar el peligro de corrosión se designa como posible, pero estos tienen en general, malas características de deslizamiento. Como un material cerámico, que posee buenas propiedades para marcha de emergencia y se puede mecanizar bien por arranque de viruta, se indica el carbón sinterizado, impregnado de metal, un grafito poroso sinterizado, que está impregnado con metales, tales como metal blanco, bronce de plomo, antimonio o plata. Para la mejora de las características de marcha de emergencia de una turbina manual, montada en cojinetes de aire, se citan, además, ensayos con carbón artificial sintético impregnado de cobre, en el lado del cojinete, y acero en el lado del eje. Para ello se ha demostrado que el material del cojinete tiene tendencia a lubricar, lo que ha llevado a una obturación de las boquillas del cojinete neumático. El carbón artificial con contenido de antimonio y de plata muestran como material para cojinetes mejores características, pero en estos tiene un efecto negativo el elevado desgaste con la presencia de aceite. Ensayos con titanita de hierro como material para casquillos, manteniendo acero para el eje, han aportado, en cambio, resultados claramente mejores con relación al comportamiento de desgaste.

Además, se determina para una elevada velocidad rodillos montados aerostáticamente, formados de unos casquillos producido de grafito de carbono impregnado con resina. El casquillo está montado en un casquillo interior hecho de grafito de carbono, que se lleva desde un cubo que presenta un canal para la alimentación de gas a presión. El gas a presión, conducido a través del casquillo interior poroso, genera una película de gas, que soporta el casquillo exterior giratorio y lo centra con relación al casquillo interior. En caso de fallar la película de gas, como consecuencia de una sobrecarga o de la interrupción de la alimentación de gas, se desliza el casquillo sobre el casquillo interior, habiéndose observado buenas características de marcha de emergencia.

La presente invención tiene por objetivo proponer un cojinete neumático adecuado para elevadas velocidades periféricas del tipo indicado, que se distingue por una buena capacidad de carga y una larga duración y que no se perjudica en sus funciones por una sobrecarga durante breve tiempo. Además, el cojinete neumático debe poder fabricarse con costes ventajosos.

El objetivo se consigue, según la invención, gracias a que el rotor es de una aleación de acero resistente a la corrosión, con superficies de apoyo endurecidas, y el cojinete de una contrasuperficie de un grafito prensado, impermeable al aire.

La pareja de materiales según la invención es especialmente apropiada para cojinetes neumáticos impulsados desde el exterior para ejes que marchan a elevada velocidad periférica, como se ha previsto en los husillos con motor para el mecanizado con arranque de viruta de piezas de trabajo. Las características de marcha de emergencia que se presentan, destacan sobre todo por una elevada densidad de energía, y el eje en la fase de arranque y de parada está montado aerostáticamente y al fallar la película de aire por sobrecarga del cojinete se presentan, en general, con toda la velocidad del eje. Por ello se ha demostrado que mediante la pareja de materiales según la invención, a pesar de la elevada velocidad periférica que con un contacto entre eje y cojinete, la energía de rozamiento que se libera se limita y domina hasta tal punto que no se llega a una modificación del cojinete de la contrasuperficie que perjudique la función del cojinete. Incluso con velocidades periféricas de la superficie del cojinete de 10.000 ms^{-1} permanece el contacto de la superficie del rotor esencialmente no modificado y sólo se ennegrece algo por el polvo de grafito. En la contrasuperficie de grafito, puede producirse una reducida extracción de material y también la formación de pequeñas estrías, pero la función del cojinete, sin embargo, no se daña. Incluso con un gran número de contactos y un desprendimiento de material correspondientemente grande en la contrasuperficie permanece la función por tanto del cojinete, mientras la rendija de aire del cojinete en relación a la cantidad de aire alimentado no sea demasiado grande. En caso de los cojinetes axiales puede llegar a un incremento considerable del juego del cojinete, y en el lado de carga se ajusta siempre la rendija de aire adecuado. Otra ventaja esencial de la configuración del cojinete, según la invención, hay que verla en que también con un deterioro del cojinete, debido a sobrecargas frecuentes o demasiado largas del cojinete éste se puede renovar con un coste reducido. Ya que no se produce un agarrotamiento del cojinete, se puede desmontar, sin más, el cojinete deteriorado. En general, presenta la superficie de cojinete del rotor muy poco o nada deteriorada, que mediante lapeado se puede repasar. La contrasuperficie del cojinete de grafito se sustituye por la renovación del correspondiente componente al estado apto para el servicio. Además, ha resultado ventajoso que las cavidades de cojinete y los orificios de estrangulación muy estrechos, se hayan configurado directamente en el cojinete, de tal manera que no es necesario el empleo de elementos de boquilla separados.

La presente invención se explicará a continuación mediante un ejemplo de realización, que se representa en el dibujo, en el que muestran:

la figura 1, una sección transversal de un cojinete neumático para el eje de un husillo con motor, y

la figura 2, un detalle ampliado de un cojinete con una cavidad de cojinete.

El dibujo muestra un cojinete neumático 1 para el montaje radial y axial del eje 2 de unos husillos con motor de marcha rápida, controlado por frecuencia, para el accionamiento de una herramienta de arranque de viruta. El eje 2 presenta una superficie de apoyo cilíndrica 3 y un collarín anular 4 con dos superficies de apoyo circulares 5, 6 opuestas entre sí. En una carcasa 7 que rodea el eje 2 se han previsto contrasuperficies de apoyo 11 que se encuentran en el plano radial para el montaje radial de un cojinete 8 en forma de casquillo con una contrasuperficie de apoyo 9 cilíndrica hueca y para el montaje axial a ambos lados del collarín anular 4 elementos de apoyo 10 en forma de discos anulares. Entre los elementos de apoyo 10 se encuentra un anillo distanciador 12, cuya anchura axial es mayor para la rendija de apoyo que la anchura axial del collarín anular 4. En la contrasuperficie 9 del elemento de apoyo 8 se encuentran cavidades de cojinete 13, que están dispuestas a lo largo de dos líneas periféricas dispuestas separadas entre sí a la misma distancia periférica. Asimismo, se han previsto en las contrasuperficies de apoyo 11 de los elementos de apoyo 10 un par de concavidades de corriente 13, separadas una de la otra, a igual distancia. Las cavidades de cojinete 13 están unidas mediante orificios de estrangulación 14 con orificios de abastecimiento 15, los cuales alimentan aire comprimido a través de las ranuras anulares 16 en la carcasa 7. Además, se han previsto cámaras anulares 17 que limitan con la contrasuperficies 9, 11, que están unidas directamente o a través de taladros de descarga 18 con la atmósfera.

Con el cojinete neumático descrito, el eje 2, incluido el collarín anular 4, es de acero inoxidable. Las superficies de apoyo 3, 5, 6 están endurecidas y producidas con la más elevada precisión de forma y superficies de precisión lapeadas. Los elementos de apoyo 8, 10 son de grafito eléctrico prensado, estancos al aire con una parte >3% de fosfato inorgánico, por ejemplo, electrografito FE 65 o FE 45Y2 de Schunk GmbH de 35452 Heuchelheim, Alemania. Las contrasuperficies de apoyo 9, 11 presenta la misma exactitud de forma y calidad de superficie que las superficies de apoyo 3, 5, 6. La rendija de cojinete entre la superficies de apoyo y las contrasuperficies de apoyo es del orden de 0,01 a 0,02 mm.

Durante el funcionamiento se generan, entre las superficies de cojinete 3, 5, 6 y las contrasuperficies de apoyo 9, 11, en la zona de las cavidades del cojinete mediante el aire alimentado a presión, cojines neumáticos, presentando superficies de cojinete 3, 5, 6 del eje 2 entre las contrasuperficies 9, 11 de los elementos del cojinete 8, 10 y evitan su contacto entre las superficies de apoyo y las contrasuperficies. El aire alimentado continuamente escapa a través de la rendija del cojinete a las cámaras anulares 17, con lo cual también, con elevadas velocidades periféricas de 10.000 ms^{-1} y más, alcanza la refrigeración necesaria. En el caso de que debido a una carga radial o axial del cojinete neumático se llegue a sobrepasar brevemente la capacidad cortante del cojinete neumático y, con ello, a un contacto entre una superficie de apoyo que rota a elevada velocidad periférica y una contrasuperficie, entonces, debido al rozamiento que se presenta, se desprende un poco de material de grafito de la contrasuperficie, con lo cual la superficie del cojinete y la contrasuperficie resisten el calentamiento posible debido a ello. Un desprendimiento de material tiene lugar sólo en la contrasuperficie de grafito y éste en un grano tan fino que se expulsa por el aire del cojinete de la rendija del cojinete y no se presenta ningún agarrotamiento del cojinete. Incluso después de numerosas repeticiones de tales sobrecargas del cojinete, permanecen las modificaciones de la superficie de apoyo y la contrasuperficie tan reducidas que no perjudican la capacidad de funcionamiento del cojinete. Sólo la rendija del cojinete se hace mayor. Se hace necesario un repasado del cojinete sólo si el engrandecimiento de la rendija de aire ha aumentado tanto que la libertad de movimientos del eje es demasiado grande. El coste de un repasado del cojinete es relativamente reducido. El elemento de apoyo desgastado se puede sustituir por uno nuevo, y la superficie de apoyo del eje, en general, sólo se deben repasar con un lapeado. Con ello desaparece una renovación total del eje como ocurre en los cojinetes neumáticos convencionales en general después de una sobrecarga.

Claims

1. Cojinete neumático para un rotor (2) giratorio con elevada velocidad periférica, especialmente para el eje (2) de un husillo con motor, para el accionamiento de una herramienta de mecanizado, habiéndose previsto entre una superficie de apoyo (3, 5, 6) del rotor (2) y una contrasuperficie de apoyo (9, 11) de un cojinete (8, 10) fijo, una rendija de aire y que el cojinete (8, 10) presenta en la contrasuperficie (9, 11) a igual distancia varias cavidades de cojinete (13), que están unidas mediante orificios calibrados (14) en el cojinete (8) con una fuente de aire comprimido, caracterizado porque el rotor (2) es de una aleación de acero resistente a la corrosión con una superficie de apoyo endurecida (3, 5, 6) y el elemento de apoyo (8, 10) de la contrasuperficie (9, 11) es de un grafito prensado impermeable al aire.

2. Cojinete neumático según la reivindicación 1, caracterizado porque el cojinete (8, 10) está fabricado de un grafito eléctrico que contiene un fosfato inorgánico.