ES2240699T3 - Procedimientos para evitar daños por los ajustes forzados en pares de ruedas, especialmente en pares de ruedas de vehiculos sobre carriles. - Google Patents

Abstract

Procedimiento para evitar daños por los ajustes forzados en pares de ruedas, especialmente en pares de ruedas de vehículos sobre carriles, en los cuales se realiza un tratamiento de la superficie de un eje del par de ruedas y se monta el par de ruedas, caracterizado porque - previamente se realiza un cilindrado o rectificado del eje del par de ruedas en su área final cilíndrica o cónica en al menos un paso, y - se alisa y/o redondea la unión producida de modo que - se realiza el tratamiento de la superficie del eje del par de ruedas a través de un procedimiento de implantación de iones por inmersión en plasma de tal forma que se aplica plasma frío que, en condiciones de presión atmosférica, se presenta a través de un gas reactivo como gas de soporte, un polvo que contiene sulfuro y es reductor del coeficiente de fricción, sobre el eje rotativo del par de ruedas.

Description

Procedimientos para evitar daños por los ajustes forzados en pares de ruedas, especialmente en pares de ruedas de vehículos sobre carriles.

La invención se refiere a procedimientos para evitar daños por los ajustes forzados en pares de ruedas, especialmente en pares de ruedas de vehículos sobre carriles.

En el par de ruedas de los vehículos sobre carriles, se realiza la mayor parte de los empalmes entre el eje del par de ruedas y la rueda como unión longitudinal forzada. Cuando se reparan los pares de ruedas, es necesario ensamblar y desensamblar las uniones forzadas varias veces, por lo que frecuentemente se producen desde daños causados por forzamiento en forma de estrías longitudinales, ensamblamientos en frío de las rugosidades y deterioros en la superficie, hasta la inutilización del eje del par de ruedas. Los daños por ajuste forzado de rueda deben revisarse, a fin de posibilitar continuar usando los ejes del par de ruedas. El trabajo sobre los ajustes de rueda, no obstante, genera costos de producción y reduce el diámetro del eje. Mediante el trabajo reiterado sobre el ajuste de rueda, se alcanza la dimensión máxima permitida del diámetro, y el eje del par de ruedas se vuelve inutilizable de modo prematuro.

Del documento DD-PS 1 52 972 se desprende, respecto del estado de la técnica, que se utilizó con éxito parcial pasta de disulfuro de molibdeno en las uniones longitudinales forzadas a fin de evitar una formación progresiva de herrumbre de contacto. El polvo de disulfuro de molibdeno también evita con escaso éxito la formación de herrumbre de contacto en uniones forzadas transversales y longitudinales. En la patente misma se prevé que las superficies de contacto de una unión de bujes del eje estén provistas de capas orgánicas metaloides formadas por un compuesto químico del metal básico. También se pueden usar allí anticorrosivos temporales. Con esto se evita la herrumbre de contacto y se aumenta el coeficiente de adherencia entre las superficies de contacto.

Además, es conocido hace tiempo recubrir los ejes por medio de metalización por proyección con molibdeno. La ventaja de una mejor capacidad de deslizamiento, sin embargo, es a costa de un mayor gasto de producción y un debilitamiento del eje.

En la práctica se muestra que, frecuentemente, las capas metalizadas por proyección no adhieren lo suficiente y que tienden a desprenderse por el uso. Además, aparece herrumbre de contacto en los bujes.

En el documento DE-OS 23 46 144, se une un disco de metal ligero con bandaje de acero por medio de un ajuste cónico con adhesivo de dos componentes. Según el documento DE-OS 23 61 891, se utiliza un casquillo más blando que el eje y que se inserta en caliente en el buje de la rueda. Esta combinación, a su vez, se aplica en caliente sobre el eje.

En el documento DE-OS 23 54 206 se presenta una unión de contracción adhesiva. Según el documento DE-OS 23 62 434, las ruedas en bloque tienen un diseño especial que, en el caso de un ajuste forzado o embutido en caliente, el calor producido por el uso del freno a zapata de hasta más de 300ºC no producen ningún cambio en la medida de la trocha ni un aflojamiento del disco.

En el documento DE-OS 23 63 403, el buje excede el ajuste del eje al ajustárselo normalmente, por lo que se puede colocar en ese lugar una sustancia elástica que no permita el paso de la humedad.

En el documento EP 223759 A1, se explica un procedimiento para la fabricación de superficies para uniones de ajustes longitudinales de uso reiterado.

Los ejes templables de acero muestran marcas de temple paralelas que se extienden en sentido axial, es decir, en la dirección del esfuerzo de presión, especialmente marcas de temple láser de una fase fija con una estructura de acero martensítico.

Con las superficies templadas, se disminuye la fricción en sentido axial para que resulte más sencillo ejercer presión, mientras que se desea aumentar la fricción en sentido radial mediante la fácil penetración de las marcas de temple en la superficie del buje.

Finalmente, en el documento DE-OS 26 35 608, se abandona el ajuste forzado clásico de los pares de ruedas y se pasa a la fijación con tornillos, también para otras piezas de construcción del eje.

Sin embargo, con estas soluciones continúan las desventajas del desgaste, es decir, de los importantes deterioros de las superficies como consecuencia de la fricción de cuerpos sólidos en ajustes forzados. Con la gran presión existente, la lubricación es eficaz sólo en parte, ya que se atraviesa la película de lubricante.

El uso de capas metaloides orgánicas no está pensado para una reducción de la fricción producida por el reiterado ensamblado y desensamblado de uniones longitudinales ajustadas.

Continúa produciéndose una fricción del acero sobre el acero o sobre la colada de acero, aun con superficies templadas, si no se emplea una capa deslizante y se contrarresta efectivamente la herrumbre de contacto.

Con los ajustes cónicos con adhesivos de dos componentes existe el riesgo de que las uniones se suelten, en especial con mayores producciones de calor.

Utilizar un casquillo adicional significa un mayor gasto de producción, y no elimina las tendencias al desgaste.

En caso de uniones por adhesión en caliente, existe el riesgo de fuerzas extremas de separación por presión con el consiguiente desgaste.

Se conoce un procedimiento para la optimización de superficies sólidas lubricadas sometidas a esfuerzos de deslizamiento y/o sometidas a desgaste, que trabajan con presión estática o dinámica, como así también de aquéllas en movimiento, separadas en funcionamiento por capas intermedias de sustancias sólidas, líquidas o gaseosas, donde se pueden cambiar las superficies de perfil tramadas, implantándoles iones a discreción en su conformación físico-química (documento DE 30 22 826 A1). Por medio del bombardeo del sustrato con distintos iones metálicos, se obtienen aleaciones de metal o compuestos intermetálicos. El procedimiento hace referencia a un caso de aplicación dirigido a superficies sólidas que se mueven en forma separada. Éstos son los llamados cojinetes de deslizamiento, donde el deslizamiento se produce sobre un acolchado líquido. Las velocidades relativas de ambos pares de deslizamiento sobrepasan, por varios órdenes de magnitud, los conjuntos de uniones ensambladas entre buje y eje de los pares de ruedas. La fuerza de aplicación nuevamente se ubica, respecto de este uso, varias órdenes de magnitud por debajo de la unión ensamblada entre buje y eje, debido a relaciones físicas completamente distintas. Además, el objeto de esta solución es evitar la tendencia al desgaste de los cojinetes de deslizamiento en el ámbito de la denominada fricción mixta. Los resultados no pueden compararse con aquéllos obtenidos en los pares de ruedas.

Del documento DE 38 13 803 A1 se conoce un material estratificado o una pieza de trabajo estratificada y un procedimiento para su producción, en el que se aplica una capa funcional sobre la superficie de una capa portadora sólida, en especial una capa deslizante. Se aplica la capa mediante una pulverización de plasma de aire conocida. Se debe tener en cuenta que, a diferencia del procedimiento de implantación de iones de plasma, en la pulverización de plasma de aire se funde un hilo metálico o un polvo en una llama plasmática que se solidifica en la superficie de la pieza de trabajo.

Las capas de pulverización tienen un espesor en el rango de los 100 micrómetros y no se unen químicamente con el metal básico mediante el procedimiento aplicado de pulverización.

Finalmente, del documento DE 199 35 053 C2 se conoce un procedimiento para la formación de una capa compuesta por partículas ultra-finas, en el que en una cámara de vacío se aplica un sustrato sobre la superficie por medio de un sencillo recubrimiento. El procedimiento definitivamente no funciona en condiciones atmosféricas. No se realiza ninguna implantación de partículas en la superficie. En este procedimiento tampoco se realiza un ajuste mecánico de la microcrotopografía de la superficie.

La invención se basa en la tarea de desarrollar un procedimiento que proteja a los ajustes de ruedas de los daños causados por forzamiento en una forma que no sea peligrosa para el lugar de trabajo, ni para el medio ambiente y que, además, permita ahorrar energía y costos. Este procedimiento debe permitir su inserción en las tecnologías de mantenimiento existentes y también funcionar sin realizar cambios de diseño en los modos de construcción del par de ruedas (sobremedidas) ni del procedimiento de ensamblado según UIC 813. Este procedimiento debe ofrecer, además, alta seguridad ante las roturas por fatiga, comparable con los procedimientos de fabricación y ensamblado utilizados actualmente, como así también una comparable aptitud de transferencia de carga para fuerzas y momentos.

Según la invención, esto se logra porque:

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previamente se realiza un cilindrado o rectificado del eje del par de ruedas en su área final cilíndrica o cónica en al menos un paso, y

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se alisa y/o redondea la unión producida de modo que

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se realiza el tratamiento de la superficie del eje del par de ruedas a través de un procedimiento de implantación de iones por inmersión en plasma de tal forma que se aplica plasma frío que, en condiciones de presión atmosférica, se presenta a través de un gas reactivo como gas de soporte, un polvo que contiene sulfuro y es reductor del coeficiente de fricción, sobre el eje rotativo del par de ruedas.

El ensamblado del par de ruedas se realiza en un procedimiento de ajuste longitudinal.

El polvo aplicado sobre la superficie del eje del par de ruedas por medio del procedimiento de implantación de iones por inmersión en plasma, en especial polvo que contenga sulfuro, es aplicado con un espesor de capa de deslizamiento en el ámbito de los micrómetros de un dígito, preferentemente de 50 nm a > 2 \mum.

Con el cilindrado de la superficie del eje del par de ruedas se alcanza una rugosidad máxima de superficie de R_{a} = 1,2 \mum.

En el proceso de mantenimiento, se puede llevar a cabo varias veces el tratamiento de la superficie por inmersión en plasma. Se aplica el lubricante sólido sobre el eje en rotación del par de ruedas, con un avance de 5 - 50 mm/min., preferentemente de 10 mm/min.

Sorprendentemente, se encontró que dos sentidos de avance contrarios en el proceso de viruteado de las áreas finales cilíndricas y cónicas del eje del par de ruedas, contribuyen a evitar bastante más la formación de las estrías causadas por forzamiento.

La terminal cilíndrica del eje del par de ruedas en un primer paso se somete a cilindrado y rectificado longitudinal de afuera hacia dentro, con un avance optimizado.

Contrariamente, el área final cónica se somete a cilindrado y rectificado longitudinal desde adentro hacia fuera. Se afina y/o redondea la unión resul-
tante.

El dispositivo para llevar a cabo el procedimiento se caracteriza porque el dispositivo es preferentemente un torno y porque el eje del par de ruedas está unido, además, a una unidad de implantación de iones por inmersión en plasma cuya descarga de plasma, alimentada con un gas reactivo como gas de soporte, aplica en condiciones de presión atmosférica un polvo lubricante sólido sobre el eje, donde la descarga de plasma está dirigida hacia el eje en rotación, preferentemente en un ángulo de 90º.

La descarga de plasma está dispuesta a una distancia de 20 - 80 mm, preferentemente a 30 mm del eje del par de ruedas, y está provista de un avance en dirección a la superficie del eje del par de ruedas para que el haz de plasma pueda recubrir una superficie mayor.

Se prefiere que el dispositivo para descargar plasma esté fijado a un soporte de un torno o de una instalación similar.

Mediante el tratamiento por plasma, se implantan las partículas del lubricante sólido en la superficie y se logra una lubricación sólida justo en el lugar donde se interrumpe la película lubricante del medio auxiliar de presión. Con el gas reactivo como gas de soporte se difunden este mismo gas o bien sus inhibidores en la superficie del par de ruedas y, aumentando el temple, se logra, además, una mayor resistencia de la pieza de trabajo contra la aparición de estrías causadas por forzamiento.

Se produce la implantación de partículas lubricantes sólidas y la difusión del gas reactivo en la superficie en el ámbito de los nanómetros/micrómetros. De ese modo no se disminuye la resistencia a la carga de rotura.

Seguido a la implantación iónica por inmersión en plasma, se ensambla el par de ruedas con un procedimiento de ajuste longitudinal, utilizando preferentemente una pasta de disulfuro de molibdeno como medio auxiliar de presión.

En el proceso de presión y mediante un tratamiento previo, se logra un coeficiente de adherencia contra el desprendimiento en dirección longitudinal v_{ll} máximo de 0,15 y un coeficiente v_{rl} contra deslizamiento de máximo 0,12.

En el proceso de mantenimiento, se puede integrar la unidad de implantación de iones en el proceso de producción debido a los cortos tiempos de tratamiento (en el rango de minutos) y a la escasa necesidad de espacio y energía. Es posible repetir la implantación de iones por inmersión en plasma si en el proceso de mantenimiento se hace necesario, por ejemplo, reajustar el diámetro del par de ruedas. También se puede utilizar el proceso de forma semejante en producción y mantenimiento.

La utilización de gases no tóxicos, la muy escasa producción de ruido de la unidad de implantación de iones por inmersión en plasma, la evitación de costosas medidas de protección eléctrica y el abandono de dispositivos especiales para proteger la red 230/400 V, como es usual en la industria, contribuyen con las características de compatibilidad con el lugar de trabajo y con el medio ambiente del dispositivo según invención.

A continuación se explica la invención en mayor detalle mediante un ejemplo de realización:

Se muestra:

Figura 1 en corte longitudinal, el dispositivo para aplicar sobre el eje del par de ruedas la capa deslizante de plasma.

Figura 2 la formación de estrías de adhesión.

Se trataron los ajustes forzados de un eje del par de ruedas con implantación de iones por inmersión en plasma, donde la unidad de implantación de plasma está fijada al soporte del torno. El exceso de los ajustes forzados fue elegido de forma tal que un ajuste de rueda representa el límite inferior y un ajuste de rueda el límite superior de los excesos de los ajustes forzados permitidos según la UIC 813.

Entre el ánodo (1) y el cátodo (2) de la descarga de plasma se mezcla el gas de soporte con las partículas del lubricante sólido (3) a través de alta tensión frecuente, y se lo reduce a un estado de plasma frío ionizado. Se dirige el plasma ionizado del gas de reacción (5) hacia el ajuste de rueda (6) del eje en rotación (7) del par de ruedas. Se trata la totalidad de la superficie del ajuste de rueda mediante el movimiento de deslizamiento de la carga de plasma.

Después de la implantación de iones por inmersión en plasma, se montan, en condiciones de producción, las ruedas a presión en una prensa para pares de ruedas y se las separa a presión al cabo de 48 horas, sin someterlas a un proceso de ensanchamiento por aceite. Los ajustes de ruedas fueron montados y desmontados ocho veces en total sin que apareciesen daños causados por forzamiento.

Para comprobar la resistencia a la carga de rotura, se sometió al par de ruedas en un banco de ensayo con rodillos a 10 millones de vuelcos con una fuerza de contacto de rueda de 170 kN y una fuerza transversal de 60 kN. Durante el ensayo no se produjeron ni desplazamiento permanente de la rueda ni estrías.

Claims (13)

1. Procedimiento para evitar daños por los ajustes forzados en pares de ruedas, especialmente en pares de ruedas de vehículos sobre carriles, en los cuales se realiza un tratamiento de la superficie de un eje del par de ruedas y se monta el par de ruedas,

caracterizado porque

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previamente se realiza un cilindrado o rectificado del eje del par de ruedas en su área final cilíndrica o cónica en al menos un paso, y

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se alisa y/o redondea la unión producida de modo que

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se realiza el tratamiento de la superficie del eje del par de ruedas a través de un procedimiento de implantación de iones por inmersión en plasma de tal forma que se aplica plasma frío que, en condiciones de presión atmosférica, se presenta a través de un gas reactivo como gas de soporte, un polvo que contiene sulfuro y es reductor del coeficiente de fricción, sobre el eje rotativo del par de ruedas.

2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque se realiza el montaje del par de ruedas en un proceso de ajuste longitudinal.

3. Procedimiento de acuerdo con las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado porque el tratamiento por plasma se puede realizar varias veces en el proceso de mantenimiento del eje del par de ruedas.

4. Procedimiento de acuerdo con las reivindicaciones 1 - 3, caracterizado porque las partículas del lubricante sólido se aplican ionizadas, por medio de un haz de plasma, sobre la superficie del eje rotativo del par de ruedas, con un avance de 5 - 50 mm/min, preferentemente de 10 mm/min.

5. Procedimiento de acuerdo con las reivindicaciones 1 - 4, caracterizado porque en un primer paso, se somete a cilindrado o rectificado longitudinal la parte cilíndrica del ajuste de la rueda, de afuera hacia dentro, con un avance de 5 - 50 mm/min.

6. Procedimiento de acuerdo con las reivindicaciones 1 - 5, caracterizado porque, en un segundo paso, se somete a cilindrado o rectificado longitudinal el área final cónica del ajuste de la rueda, de afuera hacia dentro, con un avance reducido.

7. Procedimiento de acuerdo con las reivindicaciones 1 - 6, caracterizado porque según necesidad se redondea la unión entre la parte cilíndrica del ajuste de la rueda y el área final cónica.

8. Dispositivo para la realización del procedimiento para evitar daños por los ajustes forzados en pares de ruedas, en especial en pares de ruedas de vehículos sobre carriles, donde el eje del par de ruedas está colocado de forma tal que permite que éste gire en un dispositivo, caracterizado porque el dispositivo es un torno y el eje del par de ruedas, cilindrado o rectificado longitudinalmente, está unido, además, a una unidad de implantación de iones por inmersión en plasma cuya descarga de plasma, alimentada con un gas reactivo como gas de soporte, aplica en condiciones de presión atmosférica un polvo lubricante sólido sobre el eje, donde la descarga de plasma está dirigida hacia el eje rotativo, preferentemente en un ángulo de 90º.

9. El dispositivo de acuerdo con la reivindicación 8, caracterizado porque la unidad de implantación de iones por inmersión en plasma está dispuesta a una distancia de 20 - 80 mm, preferentemente de 30 mm del eje del par de ruedas.

10. Dispositivo de acuerdo con las reivindicaciones 8 y 9, caracterizado porque, para la descarga de plasma, el eje del par de ruedas está provisto de un avance.

11. Dispositivo de acuerdo con las reivindicaciones 8 - 10, caracterizado porque el dispositivo para descargar plasma está fijado al soporte del torno usado en forma preferencial.

12. Dispositivo de acuerdo con las reivindicaciones 10 - 11, caracterizado porque los materiales y los gases no son nocivos para la salud, ni inflamables, ni explosivos ni tampoco peligrosos para el lugar de trabajo.

13. Dispositivo de acuerdo con las reivindicaciones 10 - 12, caracterizado porque no es necesario ningún dispositivo para proteger la red 230/400 V, como es usual en la industria.