ES2322457T3 - Elemento con cojinetes de deslizamiento y metodo de produccion. - Google Patents
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Abstract
Elemento con cojinete de deslizamiento (1) que consta de un soporte (2), especialmente hecho de acero, dicho soporte (2) está revestido con un material de cojinete (3) y un material blando (4), en donde el material de cojinete (3) es capaz de soportar una carga del cojinete y el material blando (4) es de calidad anti-agarrotamiento caracterizado porque el material de cojinete (3) unido al soporte (2) está dispuesto al menos en los bordes del soporte (2) en forma de alambres (5, 6) en dirección circunferencial, y el material blando (4) está ubicado al menos en el espacio entre dichos alambres (5, 6).
Description
Elemento con cojinetes de deslizamiento y método
de producción.
La presente invención se refiere a un elemento
con cojinete de deslizamiento que consta de un soporte, de forma
especial hecho de acero, dicho soporte está revestido con un
material para cojinetes y un material blando, en donde el material
para cojinetes es capaz de soportar una carga del cojinete y el
material blando es de calidad anti-agarrotamiento.
Dentro del campo de la presente invención, el cojinete de
deslizamiento puede consistir en dos semicilindros, o el cojinete
de deslizamiento es un casquillo. Así, el elemento con cojinete de
deslizamiento es un semicilindro (del tipo semicilíndrico) o el
elemento es un casquillo (del tipo casquillo).
Dichos elementos con cojinete de deslizamiento
son utilizados como cojinetes de cigüeñal en motores de combustión
interna. En este caso cada cojinete consta de dos semicilindros
fijados en la cabeza de la biela -el cojinete de la biela o
cojinete de la cabeza de biela- o el bloque de cilindros y una tapa
de retención - cojinete principal.
Se ha comprobado que la buena calidad de soporte
de carga de la aleación para cojinetes y la excelente calidad de
soporte de la aleación blanda, otorga al cojinete las propiedades
necesarias para constituir un cojinete de buena calidad con menor
fricción.
Por un lado, el cojinete tiene que ser capaz de
sostener la carga del cojinete. Esto se logra por medio de la
aleación para cojinete unida al soporte, en donde se forma un marco
de soporte que incluye rebajes o zonas ahuecadas. El soporte en sí
mismo es de acero o de cualquier otro material que tenga el grado de
resistencia requerido, a fin de servir como un soporte
suficientemente fuerte para el cojinete.
Por otro lado, la aleación blanda llena los
espacios entre el marco de la aleación para cojinete constituido
por rebajes o zonas ahuecadas. La aleación blanda garantiza que el
cojinete esté provisto de una superficie de deslizamiento con un
bajo coeficiente de fricción.
Por lo tanto, las dos propiedades esenciales -el
grado de resistencia requerido, y la superficie de deslizamiento de
baja fricción, los cuales son en general requerimientos opuestos- se
realizan por una combinación de dos materiales de diferentes
características, en donde cada material es responsable de una
propiedad específica del cojinete.
De acuerdo con el estado del arte mencionado, la
Patente estadounidense 2,971,248 presenta un cojinete del tipo en
cuestión y un método para formar dichos cojinetes.
El cojinete tiene una cinta de refuerzo de un
material A, el cual puede ser acero o cualquier otro material que
tenga el grado de resistencia requerido para ser utilizado como
estructura de soporte del cojinete. Una de las caras de la cinta
está revestida con un material B, aplicada a ella mediante un método
apropiado y que tenga una de las características esenciales, es
decir, una alta capacidad de soporte. Las zonas ahuecadas C se
forman en el material B, preferentemente ranuras espaciadas entre sí
y que se disponen longitudinalmente a la cinta y por lo tanto
axialmente al casco del cojinete.
Las ranuras son entonces llenadas con un
material D que tiene una característica distinta del de la porción
B, es decir, una calidad anti-agarrotamiento. Por lo
tanto, el material B tiene un bajo coeficiente de fricción.
Los lados opuestos de las ranuras son paralelos
entre sí, por lo que la ranura tiene el mismo ancho a lo largo de
toda su profundidad. En otras palabras, las paredes de la ranura son
perpendiculares a su superficie. Dentro de este documento, la forma
específica de las ranuras es de gran importancia con respecto al
método de producción. De acuerdo con un método recomendado por esta
patente, el revestimiento del cojinete, que consta de los materiales
diferentes B y D, es aconcavado posteriormente al llenado de las
ranuras con el material blando. El procedimiento de aconcavado
cambia el diámetro del cojinete y por lo tanto puede cambiar la
relación del área de superficie del material B al área de
superficie del material D, cuando los rebajes o zonas ahuecadas se
estrechan hacia adentro.
El elemento con cojinete de deslizamiento
presentado en la Patente 2,971,248 son provistos con una serie de
ranuras paralelas longitudinales, las cuales están al menos
parcialmente abiertas en los extremos frontales del cojinete. Por
lo tanto, la superficie exterior del cojinete en sus lados frontales
está formada por el material blando al menos en parte.
Un elemento con cojinete de deslizamiento tal
también se muestra en GB 524 128.
Durante la operación del motor, la carga del
cojinete resultará en un movimiento axial de la aleación blanda B.
El material menos resistente B es presionado por la carga en
dirección axial y deja el cojinete en sus extremos frontales. Dicho
movimiento conduce a grietas por fatiga o estampado del
revestimiento y un fallo final del cojinete.
Otra desventaja de dicho cojinete es que los
rebajes o zonas ahuecadas, preferentemente ranuras, son generados
mediante procedimientos como el estriado u otros similares. Este
paso de estampado da como resultado un endurecimiento del material
del cojinete, y por lo tanto, una reducción de las propiedades,
desfavorables de cualquier modo, antifricción de la aleación para
el cojinete.
Si las ranuras son formadas mediante mandrinado
o procedimientos similares, el proceso de producción será más lento
y costoso. Además, podría resultar difícil conseguir una conexión
satisfactoria entre la aleación para cojinete y la aleación blanda
para formar una superficie de deslizamiento integral y
confiable.
La Patente estadounidense 5,000,586 también
presenta un cojinete plano de múltiples capas, con una capa de
refuerzo que tiene una capa intermedia con ranuras formadas en ella
y llena de un material deslizable o para cojinete, en donde una
selectiva distribución de material más duro y de material más
blando, en determinadas áreas del cojinete es proporcionado como
una función de requerimientos de funcionamiento específicos del
cojinete.
Siguiendo este documento el diseño recomendado,
permite básicamente un dimensionamiento mejorado de la superficie
de deslizamiento en las porciones del cojinete más sometidas a
grandes cargas y desalineación de ejes. También debería ofrecer una
distribución más uniforme de las presiones de las porciones del
cojinete.
Sin embargo, las ranuras están dispuestas a lo
ancho de la longitud del cojinete, por lo que están abiertas en los
extremos frontales del cojinete al menos en parte. Las consecuencias
se encuentran detalladas anteriormente.
Un elemento con cojinete de deslizamiento
similar es presentado en la publicación alemana DE 36 21 577 A1 por
el propio solicitante. Estos cojinetes se caracterizan porque los
rebajes con forma de ranuras en el revestimiento del cojinete están
dispuestos en una sección específica circunferencial, la cual está
sometida a las cargas más pesadas durante el funcionamiento del
motor, con lo cual esta sección debería ser más pequeña que la mitad
de la circunferencia del cojinete. La creación de las ranuras en
esta revelación requiere una operación de mecanizado adicional y
una subsiguiente operación costosa y difícil, si las ranuras deben
ser llenadas con metal antifricción.
Teniendo en cuenta el estado del arte mencionado
anteriormente y los problemas correspondientes, es un objetivo de
esta invención presentar un cojinete del tipo en cuestión, por lo
cual se evita que la aleación blanda deje el cojinete, es decir, la
superficie de deslizamiento y el revestimiento respectivamente, con
el fin de evitar la falla del cojinete debido a una grieta por
fatiga o un acontecimiento similar. Un segundo objetivo con
respecto al elemento con cojinete de deslizamiento es materializar
una relación de superficie -área de superficie de aleación blanda
al área de superficie de la aleación para cojinete- lo más alta
posible, es decir, incrementar parte de la superficie de aleación
blanda a fin de mejorar las características antifricción del
cojinete.
Normalmente, si la aleación para cojinete es a
base de cobre, es una aleación de
cobre-plomo-estaño, siendo el cobre
el principal componente, y el contenido de plomo es generalmente de
un 10 - 30%. El recubrimiento de dichos cojinetes suele estar
formado por una capa delgada de una aleación a base de plomo, la
cual puede ser plomo-estaño,
plomo-estaño-cobre, plomo- iridio,
plomo-estaño-iridio o
plomo-estaño-iridio-cobre.
El principal componente de estos recubrimientos es el plomo. Pero,
a causa de las consideraciones ambientales, los actuales
desarrollos en materiales para cojinetes tienen objetivo de
reemplazar el plomo con otros materiales que tengan calidades de
resistencia tan buenas como las del plomo, sin la desventaja de la
toxicidad.
En los últimos años, se ha desarrollado un
revestimiento que no es a base de plomo en la forma de una capa
metalizada de aluminio-estaño. Sin embargo, el
revestimiento de aleación de
cobre-plomo-estaño aún se mantiene,
por lo que el cojinete no está libre de plomo actualmente.
Consecuentemente, es un objetivo proporcionar un cojinete libre de
plomo o reducir el contenido de plomo tanto como sea posible.
Otro objetivo de la presente invención es
proporcionar un método de producción de un elemento con cojinete de
deslizamiento, que cumpla con los requerimientos arriba mencionados,
y el cual sea obtenido mediante un proceso menos costoso que los
mencionados en las revelaciones descritas anteriormente.
El problema conocido por el estado del arte es
resuelto por medio de un elemento con cojinete de deslizamiento que
consta de un soporte hecho de acero; dicho soporte está revestido
con un material de cojinete y un material blando, en donde la
aleación de cojinete es capaz de soportar una carga del cojinete y
el material blando es de calidad
anti-agarrotamiento, el cual se caracteriza
porque:
- -
- el material de cojinete unido al soporte está dispuesto al menos en los bordes del soporte en forma de alambres en la dirección circunferencial, y
- -
- El material blando está ubicado al menos en un espacio entre dichos alambres.
La función de los alambres es evitar el
movimiento axial del material blando, que de lo contrario ocurriría
en virtud de las grandes cargas aplicadas a la superficie de
deslizamiento a través de la película de aceite durante el
funcionamiento del motor. Este efecto es bien conocido porque
utiliza cojinetes convencionales, como los mencionados
anteriormente dentro de la discusión del estado del arte. El fluido
del material blando en dirección axial provoca grietas por
fatiga.
El cojinete de la invención está provisto de al
menos dos alambres en los bordes del soporte (es decir, en los
lados frontales) en dirección circunferencial. Estos alambres están
compuestos por aleación para cojinetes, la cual tiene el grado de
resistencia requerida y por lo tanto dichos alambres son capaces de
servir como barrera para el material blando. Junto con el soporte,
los alambres forman una estructura de armazón.
El movimiento en dirección circunferencial es
evitado por el material que se encuentra fuera del área de máxima
carga que ocurre generalmente en la corona del cojinete.
Una realización preferente del cojinete está
caracterizada porque el material blando cubre los alambres en la
parte superior con el fin de formar una superficie de deslizamiento
por sí mismo. El beneficio de la construcción del cojinete es que
la superficie de deslizamiento está compuesta completamente por
material blando y por lo tanto tiene un muy bajo coeficiente de
fricción, es decir, buenas calidades de resistencia.
Los cojinetes favorables son elementos con
cojinete de deslizamiento con un recubrimiento por encima de los
alambres, que tiene un espesor de <30 \mum, preferentemente un
espesor de <5 \mum. El espesor entre los alambres revestidos y
la superficie es medio. Si el grosor está dentro del margen
declarado, el cojinete puede beneficiarse de la calidad
anti-agarrotamiento del material blando, pero
también puede evitarse un movimiento axial del material blando,
porque el recubrimiento no es lo suficientemente grueso como para
comenzar a fluir bajo carga.
En algunos casos, en particular en los motores
de gasoil o en los motores turbo alimentados de alta carga, las
realizaciones preferentes se caracterizan porque la superficie de
deslizamiento está formada por los alambres y por el material
blando. Los cojinetes de motores de combustión interna son sometidos
a cargas mecánicas generadas por la presión de los gases de
combustión en la cabeza de los pistones, las cuales son transmitidas
a los cojinetes por medio de bielas. La presión de la cámara de
combustión de los motores turbo alimentados o similares durante el
funcionamiento del motor es muy alta y conduce a altas cargas del
cojinete. En estos casos, es necesario que las partes de la
superficie deslizante sean formadas por el material para cojinetes
con el grado requerido de resistencia para soportar el cigüeñal.
Sería útil unir uno o más alambres intermedios
al soporte entre los dos alambres de los bordes, que generalmente
se disponen en dirección circunferencial. Esta medida incrementa la
resistencia o estabilidad de la superficie de deslizamiento y del
cojinete en su conjunto.
Las realizaciones preferentes de los elementos
con cojinete de deslizamiento son caracterizadas porque los
alambres intermedios que generalmente se disponen en dirección
circunferencial además oscilan en dirección axial al elemento con
cojinete de deslizamiento. Es preferible que los alambres
intermedios oscilen regularmente. Preferiblemente, los alambres
intermedios toman la forma de una onda. El alambre intermedio puede
disponerse de distintas maneras. Los alambres intermedios pueden
estar en contacto con los alambres de los bordes, por ejemplo por
sus ápices si los alambres intermedios están dispuestos como ondas.
Es posible tener un espacio entre los alambres intermedios y los
alambres de los bordes.
Si se utilizan dos o más alambres intermedios,
pueden tocarse entre sí o no, lo cual depende por ejemplo del
patrón del alambre.
Las ventajas de las recientes realizaciones se
basan en los siguientes conocimientos. Aunque la superficie de
deslizamiento y el cigüeñal están, en teoría, separados por una
película de aceite, puede ocurrir un contacto entre el cigüeñal y
la superficie de deslizamiento. Una de las razones por las cuales
puede producirse el contacto es, por ejemplo, la falta de
alineación entre el cigüeñal y el cojinete. Otra de las razones
podría ser la baja presión de aceite. El contacto también puede
suceder si el motor opera en un punto de funcionamiento de alta
carga.
Saber que es posible que se produzca el contacto
entre el cigüeñal y el cojinete ofrece ventajas, si dichos alambres
intermedios toman la forma de una onda o más generalmente, si dichos
alambres intermedios no tienen la misma posición axial en cada
punto de la circunferencia del cojinete. Esta construcción evita que
siempre las mismas porciones del cigüeñal estén en contacto con la
superficie de deslizamiento. Además, la construcción tiene un
efecto positivo con respecto a la resistencia
anti-agarrotamiento. Dado que la posición axial de
los alambres intermedios difiere, el punto de contacto avanza el
cigüeñal en dirección axial.
Si la principal preocupación es que el cojinete
tenga una buena calidad de resistencia, se prefieren las
realizaciones del elemento con cojinete de deslizamiento de la
invención en las que los alambres de los bordes y/o los alambres
intermedios tienen un corte transversal circular. Dentro del campo
de la presente invención el término "corte transversal
circular" también abarca los cortes transversales ovalados o los
cortes transversales redondeados en general. En el peor de los
casos esto conduce a un contacto lineal entre el cigüeñal y el
cojinete. En mayor detalle, el cigüeñal entrará en contacto con los
alambres en un punto en su circunferencia circular.
Las realizaciones preferentes del elemento con
cojinete de deslizamiento se caracterizan porque los alambres de
los bordes y los alambres intermedios tienen el mismo diámetro. Si
se produce el contacto entre el cigüeñal y el cojinete debido a la
ausencia de una película de aceite o a un funcionamiento de alta
carga, los alambres de los bordes y los alambres intermedios pueden
soportar el cigüeñal dado que los alambres son parte de la
superficie de deslizamiento.
Las realizaciones preferentes del elemento con
cojinete de deslizamiento se caracterizan porque los alambres de
los bordes y los alambres intermedios tienen un diámetro de entre
100 y 500 \mum, preferiblemente un diámetro de entre 200 y 400
\mum, en particular un diámetro de entre 250 y 350 \mum.
Los elementos con cojinete de deslizamiento cuya
aleación para cojinete, es decir el material del alambre, es una
alineación de cobre, preferiblemente cobre-estaño o
cobre-estaño-fósforo, presentan
ventajas.
Dada la construcción de la invención del
cojinete en cuestión es posible evitar el uso de plomo. Debido al
hecho de que la aleación para cojinete forma, sólo en parte, la
superficie de deslizamiento, no es necesario que la aleación para
cojinete sea de una alta calidad
anti-agarrotamiento. Las capas a base de cobre
-cobre-estaño o
cobre-estaño-fósforo- cuentan con
suficiente capacidad de carga y junto con el estaño o el estaño más
el fósforo, alcanzan una suficiente calidad de soporte, por lo que
el contenido de estaño en la aleación de cobre es preferiblemente
menor al 12% y mayor al 4% por peso, y el contenido de fósforo de la
aleación de cobre es preferiblemente menor al 1,0% por peso,
preferiblemente entre un 0,01% y un 1% por peso.
Ventajosos son los elementos con cojinete de
deslizamiento cuyo soporte está recubierto, preferiblemente, con
cobre o níquel. Es más fácil unir los alambres a un soporte, así
preparado, teniendo en cuenta que se hará mediante un procedimiento
térmico.
Las realizaciones preferentes de los elementos
con cojinete de deslizamiento están caracterizadas por que el
material blando es un metal o una aleación de metal y adicionalmente
porque el material blando es a base de estaño o bismuto, por lo
cual el contenido de estaño y el contenido de bismuto del material
blando es mayor al 50% (porcentaje por peso), respectivamente. Se
ha comprobado que el bismuto tiene buenas cualidades de resistencia
y que puede ser utilizado como sustituto del plomo. El material
blando a base de estaño podría estar en la forma de una aleación de
estaño-antimonio-cobre (metal blanco
o antifricción).
Las realizaciones del elemento con cojinete del
desplazamiento en las que el material blando es una composición a
base de polímero tiene la ventaja adicional de ser más livianas.
Esto será útil, si el elemento con cojinete de desplazamiento
pertenece a los componentes acelerados en el motor de
combustión.
"A base de" significa al menos el 50% por
volumen del respectivo componente. Consecuentemente, "composición
a base de polímero" significa al menos un 50% por volumen de
polímero. Se prefiere que la composición a base de polímero se base
en sulfuro de polifenileno, polifenilsulfona,
poli-éter-eter-cetona, poliamida
imida o poliéster aromático. A continuación, se proporcionan
algunos ejemplos, pero la invención no se reduce a estas
composiciones.
Además, se prefiere que una composición a base
de polímero incorpore al menos un lubricante sólido orgánico o un
lubricante sólido inorgánico. El lubricante mejora las cualidades de
resistencia de la composición a base de polímero y de esta manera
mejora también todo el cojinete.
Preferiblemente, la cantidad de polímeros que
forman la matriz termoplástica es del 50% al 95% por volumen, la
cantidad de lubricante sólido es del 5% al 40% por volumen y
óptimamente pueden agregarse aditivos que reduzcan el desgaste en
una cantidad de hasta el 25% por volumen.
Como lubricantes sólidos puede utilizarse
grafito, grafito de molibdeno, tungsteno, disulfuro, nitruro de
boro hexagonal y/o sulfuro de zinc.
Los aditivos reductores del desgaste preferidos
son poli(parafenileno tereftalamida) en polvo o fibras
cortas, óxido de hierro (III), alúmina y/o óxido de titanio.
Una composición de polímero preferente podría
contener un 80% por volumen de sulfuro de polifenileno y un 20% por
volumen de politetrafluoroetileno, o un 70% por volumen de sulfuro
de polifenileno, un 20% por volumen de politetrafluoroetileno y un
10% por volumen de polifenilsulfona.
Además, la composición a base de polímero podría
tener un 70% por volumen de
poli-éter-eter-cetona, un 20% por
volumen de poli-p-fenileno
tereftalamida (fibra corta) y un 10% por volumen de grafito.
Una cuarta composición está dada por un 70% por
volumen de poliamida imida, un 20% por volumen de
politetrafluoroetileno, 15% por volumen de MoS2 y 15% por volumen
de BN. Podría preferirse una composición a base de polímero del 80%
por volumen de poliéster aromático, un 15% por volumen de
politetrafluoroetileno y 15% por volumen de Fe2O3.
En el caso de que los espacios entre los
alambres sean llenados con un material no conductor térmicamente,
como un polímero, los alambres tienen la función secundaria de
eliminar el calor friccional generado en la superficie o en el
cojinete. Desde este punto de vista, cuantos más alambres haya,
mejor.
Si el material blando es a base de polímero, el
área cubierta por los alambres es preferiblemente de al menos un
30% del área total cubierta por el material blando y los
alambres.
Un uso preferente del elemento con cojinete de
deslizamiento es su uso como casquillos. Además, es preferible usar
los elementos con cojinete de deslizamiento como cojinetes de
cigüeñal.
Un método para producir un elemento con cojinete
de deslizamiento, en particular para producir un elemento con
cojinete de deslizamiento del tipo mencionado con anterioridad, se
proporciona también dentro de la presente invención y consta de los
siguientes pasos de procesamiento:
- -
- proporcionar una cinta de acero o de cualquier otro material que tenga el grado de resistencia requerido, el cual forma el soporte del cojinete a producir,
- -
- unir al menos un alambre a cada uno de los dos bordes de la cinta de refuerzo, disponiendo los alambres de tal manera que dichos alambres se dispongan generalmente en dirección circunferencial,
- -
- llenar los espacios entre los alambres con material blando.
Un método preferente para producir un elemento
con cojinete de deslizamiento se caracteriza porque los alambres
están unidos por un proceso de sinterización, preferiblemente por
sinterización de inducción.
Las ventajas ofrecidas por un método, en el cual
los alambres son sinterizados por un proceso de sinterización que
consta de los siguientes pasos de procesamiento:
- -
- alimentar constantemente la cinta a través de una bobina de inducción de calor en la cual el acero es calentado en una atmósfera no oxidante a una temperatura a la cual ocurre la sinterización y
- -
- distribuir los alambres en la superficie de la cinta dentro de la bobina de inducción de calor, de modo tal que los alambres entren en contacto con la superficie de la cinta a medida que ésta alcanza la temperatura de sinterización.
Para producir un cojinete con al menos un
alambre intermedio, se recomienda un método en el cual
- -
- al menos un alambre intermedio es distribuido desde los dispensadores, reciprocando a ángulos rectos a la cinta.
- Si el material blando es un metal o una aleación de metal, se prefiere un método caracterizado porque
- -
- el llenado de los espacios entre los alambres se realiza por medio de fundición o laminación a una temperatura elevada.
- Si el material blando es una composición a base de polímero, se prefiere un método cuyo procedimiento de llenado se caracteriza porque
- -
- el llenado de los espacios entre los alambres con el material blando se realiza produciendo una composición a base de polímero en forma de cinta moldeando y enrollando la cinta a una temperatura correspondiente a su punto de reblandecimiento en los espacios.
- Alternativamente, puede utilizarse un método con el siguiente proceso de llenado, en el cual
- -
- el llenado de los espacios entre los alambres con el material blando se realiza produciendo una composición de polímero en forma de pasta, por medio de un solvente orgánico y haciendo rodar la pasta en los espacios y subsiguientemente tratando el área con calor para quitar el solvente y consolidar la composición de polímero.
Una tercera alternativa para llenar los espacios
con una composición a base de polímero se caracteriza porque:
- -
- el llenado de los espacios entre los alambres con el material blando se realiza produciendo una composición a base de polímero en forma de polvo o una mezcla de polvos, y
- -
- la distribución del polvo o la mezcla de polvos en la cinta debe realizarse de tal manera que llene los espacios entre los alambres, y
- -
- La consolidación del polvo o la mezcla de polvos debe realizarse mediante tratamiento con calor o mediante calentamiento y laminado.
Debido a la baja conductividad térmica de las
composiciones a base de polímero, es preferible que una pluralidad
de alambres sean sinterizados al soporte de acero, de modo tal que
el calor friccional generado en la película de aceite entre el
cigüeñal y el cojinete pueda ser eliminado con efectividad a través
del cojinete.
A continuación, la invención se ilustra en mayor
detalle por medio de las Figuras 1 a 8 y se describe más
detalladamente por la especificación correspondiente. En referencia
a esto muestra
Fig. 1: una primera realización del elemento con
cojinete de deslizamiento como producto intermedio en la vista
transversal en perspectiva,
Fig. 2a,b: una segunda y tercera realización del
elemento con cojinete de deslizamiento como producto intermedio en
la vista transversal en perspectiva,
Fig. 3a: el producto intermedio mostrado en la
Fig. 2a en la vista superior,
Fig. 3b,c: el producto intermedio de una cuarta
realización en la vista superior,
Fig. 4: la segunda realización del elemento con
cojinete de deslizamiento como producto terminado (del tipo
semicilíndrico) en una ilustración en perspectiva,
Fig. 5: la cuarta realización del elemento con
cojinete de deslizamiento como producto terminado (del tipo
casquillo) en una ilustración en perspectiva,
Fig. 5a: una quinta realización del elemento con
cojinete de deslizamiento como producto terminado (del tipo
casquillo) en una ilustración en perspectiva,
Fig. 6: una sexta realización del elemento con
cojinete de deslizamiento como producto intermedio en una vista
transversal y,
Fig. 7: los pasos del proceso de unión de los
alambres a la cinta de soporte dentro de una primera realización
del método de producción de la invención.
La Fig. 1 muestra un producto intermedio 1 a de
un elemento con cojinete de deslizamiento 1. Este producto a medio
terminar 1 a consta de una cinta de soporte 2a hecha de acero o de
cualquier otro material que tenga el grado de resistencia
requerido. Dicha cinta de soporte 2a está recubierta con una
aleación para cojinete 3, y un material blando 4, en donde la
aleación para cojinete 3 es capaz de sostener una carga del cojinete
y el material blando 4 es de calidad
anti-agarrotamiento.
La aleación para cojinete 3 unida a la cinta de
soporte 2a está dispuesta a los bordes de la cinta de soporte 2a en
forma de alambres 5 en dirección circunferencial o
longitudinalmente, y el material blando 4 está ubicada en el
espacio entre dichos alambres de los bordes 5.
Los alambres 5 son unidos al soporte de acero
elevando la temperatura de la cinta de acero a medida que pasa por
la bobina de inducción de calor a una temperatura cercana al punto
de fusión del alambre (ca. 800ºC en el caso de alambres de bronce).
El alambre 5 es calentado por la radiación del acero caliente, se
ablanda y entra en contacto con el acero. Se establece la
sinterización del alambre al acero y se produce una firme
unión.
La Fig. 2a muestra una segunda realización del
cojinete de la invención como producto intermedio 1a en la vista
transversal en perspectiva. Además de la primera realización
mostrada en la Fig. 1, la segunda realización está provista de un
alambre intermedio 6.
El alambre intermedio 6, el cual se dispone
generalmente en dirección circunferencial como los alambres de los
bordes 5, oscila regularmente en dirección axial, es decir del
izquierdo al lado derecho y hacia atrás formando una onda regular
(Fig. 3a).
Al contrario de la realización mostrada en la
Fig. 2a los extremos frontales 7 de la cinta de soporte 2a y los
alambres 5 mostrados en la Fig. 1 y 2b no son mecanizados después de
ser recubiertos con la aleación para cojinete 3 y material blando
4. Consecuentemente, los extremos frontales 7 no tienen una
superficie plana, preferiblemente una forma rectangular, sino una
superficie curvada.
La Fig. 2b muestra una tercera realización en la
vista transversal en perspectiva. El área entre los alambres de los
bordes 3, 5 es llenada completamente con los alambres intermedios 6.
Todos los alambres 5 y 6 son paralelos entre sí y los espacios
entre los alambres son llenados con material blando.
La Fig. 3a muestra una vista superior de una
cinta de material de acuerdo a una segunda realización de la Fig.
2a que consta de un alambre intermedio 6 que forma una onda
rectangular que puede entrar en contacto con los alambres de los
bordes 5. El material blando 4 se muestra parcialmente para mayor
claridad.
En la Fig. 3b se muestra una cuarta realización
alternativa donde dos alambres intermedios 6 están dispuestos entre
los alambres de los bordes 5. Los alambres intermedios 6 se tocan
entre sí en sus ápices, y sus ápices también entran en contacto con
los alambres de los bordes 5. Otro patrón de alambres es posible,
donde por ejemplo los ápices no entran en contacto uno con el otro
(Fig. 3c). El material blando 4 se muestra parcialmente para mayor
claridad.
La Fig. 4 muestra la segunda realización del
elemento con cojinete de deslizamiento de la invención como producto
terminado en una ilustración en perspectiva, en donde el elemento 1
es del tipo semicilíndrico 1'. El soporte 2 revestido con la
aleación para cojinete 3 en forma de alambres 5, 6, y el material
blando 4 están curvados hacia un cojinete de forma semicilíndrica
1.
\global\parskip0.960000\baselineskip
La Fig. 5 ilustra una cuarta realización del
elemento con cojinete de deslizamiento como casquillo 1'', en una
ilustración en perspectiva. La estructura es similar a la del
elemento mostrado en la Fig. 3b. Esto significa que el elemento con
cojinete de deslizamiento 1 tiene un soporte 2, en el cual dos
alambres de los bordes 5 y dos alambres intermedios 6 compuestos de
aleación para cojinete 3 son unidos. Un material blando 4 (que se
muestra parcialmente) está ubicado en los espacios entre los
alambres 5, 6. Este material blando 4 junto con los alambres 5, 6
forman la superficie de deslizamiento del elemento con cojinete de
deslizamiento 1''.
La Fig. 5a ilustra una quinta realización del
elemento con cojinete de deslizamiento como casquillo 1''' en una
ilustración en perspectiva. Los ápices de las ondas de los alambres
intermedios 6 no entran en contacto con los alambres de los bordes
5. Las ondas de los alambres intermedios 6 son sincrónicas. El
material blando 4 se muestra parcialmente.
La Fig. 6 muestra una sexta realización del
elemento con cojinete de deslizamiento 1 como producto intermedio
1a en una vista de corte transversal. Esta realización se
caracteriza por una capa intermedia 12, la cual es preferiblemente
de cobre o níquel. Esta capa 12 es galvanizada encima de la cinta de
soporte 2a en un primer paso de producción antes de que la cinta de
soporte 2a sea revestida con una aleación para cojinete 3 y una
aleación blanda 4. La capa adicional 12 facilita el proceso de
sinterización. La cinta de soporte 2a es mecanizada en sus extremos
frontales 7 después del revestimiento con la aleación para cojinete
3 y el material blando 4. Otra de las diferencias con respecto a
las realizaciones descritas anteriormente, es que la superficie de
deslizamiento está constituida sólo por el material blando 4 el cual
cubre los alambres 5. Los alambres 5, 6 compuestos de la aleación
para cojinete 3 no son parte de la superficie de deslizamiento. Pero
si la superficie de deslizamiento es parcialmente desgastada
durante el funcionamiento del motor, los alambres 5, 6 podrían
pasar a formar parte de la superficie.
La Fig. 7 muestra los pasos del proceso de unión
de los alambres 5, 6 a la cinta de soporte 2a, dentro de una
primera realización del método de la invención para la producción de
un elemento con cojinete de deslizamiento.
Los alambres 5, 6 son bobinados en un carretel
10, el cual sirve como dispensador, e ingresan junto con una cinta
de soporte 2a de acero a una bobina de inducción de calor 11, en
dirección axial desde un lado.
La cinta 2a es alimentada constantemente a
través de una bobina de inducción 11, en la cual el acero es
calentado en una atmósfera no oxidante a una temperatura a la cual
ocurre la sinterización. El carretel 10 está provisto de un ligero
freno para tensar los alambres hacia atrás.
Los alambres 5, 6 entran en contacto con la
superficie de la cinta 2a dentro de la bobina de inducción 11, una
vez que se aproxima a la temperatura de sinterización. La cinta de
soporte 2a con los alambres unidos 5, 6 abandona la bobina de
inducción de calor 11 en el extremo opuesto de la bobina 11.
Si así se desea, todos los alambres 5, 6 -los
alambres de los bordes 5 y los alambres intermedios 6- se
sinterizan a la cinta de soporte 2a en uno o varios pasos. Si el
alambre intermedio 6 forma una onda (es decir, el alambre oscila en
dirección axial), el carretel 10, que sirve como dispensador,
alterna a ángulos rectos a la cinta 2a de manera
correspondiente.
- 1
- elemento con cojinete de deslizamiento
- 1a
- producto intermedio
- 1'
- casquillo semicircular
- 1''
- casquillo
- 1'''
- casquillo
- 2
- soporte
- 2a
- cinta de soporte
- 3
- aleación para cojinete
- 4
- material blando
- 5
- alambres de los bordes
- 6
- alambres intermedios
- 7
- extremo frontal
- 10
- carretel
- 11
- bobina de inducción de calor
- 12
- capa intermedia
Claims (33)
1. Elemento con cojinete de deslizamiento (1)
que consta de un soporte (2), especialmente hecho de acero, dicho
soporte (2) está revestido con un material de cojinete (3) y un
material blando (4), en donde el material de cojinete (3) es capaz
de soportar una carga del cojinete y el material blando (4) es de
calidad anti-agarrotamiento
caracterizado porque
el material de cojinete (3) unido al soporte (2)
está dispuesto al menos en los bordes del soporte (2) en forma de
alambres (5, 6) en dirección circunferencial, y el material blando
(4) está ubicado al menos en el espacio entre dichos alambres (5,
6).
\vskip1.000000\baselineskip
2. Elemento con cojinete de deslizamiento (1) de
acuerdo a la reivindicación 1, caracterizado porque el
material blando (4) cubre los alambres (5, 6) en la parte superior
con el fin de formar una superficie de deslizamiento por sí
mismo.
3. Elemento con cojinete de deslizamiento (1) de
acuerdo a la reivindicación 2, caracterizado porque el
revestimiento de los alambres mencionados arriba (5, 6) tiene un
grosor de <30 \mum.
4. Elemento con cojinete de deslizamiento (1) de
acuerdo a la reivindicación 2 ó 3, caracterizado porque el
revestimiento de los alambres mencionados arriba (5, 6) tiene un
grosor de <5 \mum.
5. Elemento con cojinete de deslizamiento (1) de
acuerdo a la reivindicación 1, caracterizado porque la
superficie de deslizamiento está formada por los alambres (5, 6) y
el material blando (4).
6. Elemento con cojinete de deslizamiento (1) de
acuerdo a una de las reivindicaciones 1 a 5,
caracterizado porque al menos un alambre
intermedio (6) está unido al soporte (2) entre los dos alambres de
los bordes (5) que generalmente se disponen en dirección
circunferencial.
\vskip1.000000\baselineskip
7. Elemento con cojinete de deslizamiento (1) de
acuerdo a la reivindicación 6, caracterizado porque los
alambres intermedios (6) que generalmente se disponen en dirección
circunferencial además oscilan en dirección axial al elemento con
cojinete de deslizamiento (1).
8. Elemento con cojinete de deslizamiento (1) de
acuerdo a la reivindicación 6 ó 7, caracterizado porque el
alambre intermedio (6) oscila regularmente.
9. Elemento con cojinete de deslizamiento (1) de
acuerdo a la reivindicación 8, caracterizado porque el
alambre intermedio toma la forma de una onda.
10. Elemento con cojinete de deslizamiento (1)
de acuerdo a alguna de las reivindicaciones 1 a 9,
caracterizado porque los alambres de los
bordes (5) y/o los alambres intermedios (6) tienen un corte
transversal circular.
\vskip1.000000\baselineskip
11. Elemento con cojinete de deslizamiento (1)
de acuerdo a alguna de las reivindicaciones 1 a 10,
caracterizado porque los alambres de los bordes (5) y los
alambres intermedios (6) tienen el mismo diámetro.
12. Elemento con cojinete de deslizamiento (1)
de acuerdo a alguna de las reivindicaciones 1 a 11,
caracterizado porque los alambres de los bordes (5) y los
alambres intermedios (6) tienen un diámetro de entre 100 y
500 \mum.
500 \mum.
13. Elemento con cojinete de deslizamiento (1)
de acuerdo a alguna de las reivindicaciones 1 a 12,
caracterizado porque los alambres de los bordes (5) y los
alambres intermedios (6) tienen un diámetro de entre 200 y 400
\mum.
14. Elemento con cojinete de deslizamiento (1)
de acuerdo a alguna de las reivindicaciones 1 a 12,
caracterizado porque los alambres de los bordes (5) y los
alambres intermedios (6) tienen un diámetro de entre 250 y 350
\mum.
15. Elemento con cojinete de deslizamiento (1)
de acuerdo a alguna de las reivindicaciones 1 a 15,
caracterizado porque la aleación para cojinete (3) es una
aleación de cobre, preferiblemente cobre-estaño o
cobre-estaño-fósforo.
16. Elemento con cojinete de deslizamiento (1)
de acuerdo a la reivindicación 15, caracterizado porque el
contenido de la aleación de cobre es menor al 12% por peso y mayor
al 4% por peso.
17. Elemento con cojinete de deslizamiento (1)
de acuerdo a la reivindicación 15 o 16, caracterizado porque
el contenido de la aleación de cobre es menor al 1,0% por peso,
preferiblemente entre el 0,01% y el 1,0% por
peso.
peso.
18. Elemento con cojinete de deslizamiento (1)
de acuerdo a una de las reivindicaciones 1 a 17,
caracterizado porque el soporte (2) está revestido,
preferiblemente con cobre o níquel.
19. Elemento con cojinete de deslizamiento (1)
de acuerdo a una de las reivindicaciones 1 a 18,
caracterizado porque el material blando (4) es un metal o
una aleación de metal.
20. Elemento con cojinete de deslizamiento (1)
de acuerdo a la reivindicación 19, caracterizado
porque el material blando (4) es a base de
estaño.
21. Elemento con cojinete de deslizamiento (1)
de acuerdo a la reivindicación 19, caracterizado porque el
material blando (4) es a base de bismuto.
22. Elemento con cojinete de deslizamiento (1)
de acuerdo a alguna de las reivindicaciones 1 a 18,
caracterizado porque el material blando (4) es una
composición a base de polímero.
23. Elemento con cojinete de deslizamiento (1)
de acuerdo a la reivindicación 22, caracterizado porque la
composición a base de polímero es a base de sulfuro de polifenileno,
polifenilsulfona,
poli-éter-eter-cetona, poliamida
imida o poliéster poliaromático.
24. Elemento con cojinete de deslizamiento (1)
de acuerdo a la reivindicación 22 ó 23, caracterizado porque
la composición a base de polímero incorpora un lubricante sólido
orgánico.
25. Elemento con cojinete de deslizamiento (1)
de acuerdo a la reivindicación 22 ó 23, caracterizado porque
la composición a base de polímero incorpora un lubricante sólido
inorgánico.
26. Método para producir un elemento con
cojinete de deslizamiento (1), en particular para producir un
elemento con cojinete de deslizamiento (1) de acuerdo a una de las
reivindicaciones 1 a 25, el cual consta de las siguientes pasos de
procesamiento:
- -
- proveer una cinta (2a) de acero o de cualquier otro material que tenga el grado de resistencia requerido el cual forma el soporte (2) del cojinete (1) a producir,
- -
- unir al menos un alambre (5, 6) a cada uno de los dos bordes de la cinta de refuerzo (2a), disponiendo los alambres (5, 6) de tal manera que dichos alambres (5) corran generalmente en dirección circunferencial,
- -
- llenar los espacios entre los alambres (5, 6) con material blando (4).
27. Método para producir un elemento con
cojinete de deslizamiento (1) de acuerdo a la reivindicación 26,
caracterizado porque los alambres (5, 6) son unidos por un
proceso de sinterización.
28. Método para producir un elemento con
cojinete de deslizamiento (1) de acuerdo a la reivindicación 27,
caracterizado porque los alambres (5, 6) son unidos por un
proceso de sinterización que consta de los siguientes pasos de
procesamiento:
- -
- alimentar constantemente la cinta (2a) a través de una bobina de inducción de calor (11), en la cual el acero es calentado en una atmósfera no oxidante a una temperatura a la cual ocurre la sinterización y
- -
- distribuir los alambres (5, 6) encima de la superficie de la cinta, dentro de la bobina de inducción (11) de forma tal que los alambres entren en contacto con la superficie de la cinta a medida que se aproxima a la temperatura de sinterización.
29. Método de acuerdo a alguna de las
reivindicaciones 26 a 28 para producir un elemento con cojinete de
deslizamiento (1) de acuerdo a alguna de las reivindicaciones 6 a
25, caracterizado porque:
- -
- al menos un alambre intermedio (6) es distribuido desde los dispensadores (10) reciprocando a ángulos rectos a la cinta (2a).
30. Método de acuerdo a alguna de las
reivindicaciones 26 a 29 para producir un elemento con cojinete de
deslizamiento (1) de acuerdo a alguna de las reivindicaciones 1 a
21, caracterizado porque:
- -
- el llenado de los espacios entre los alambres (5, 6) se realiza por medio de fundición o laminación a una temperatura elevada.
31. Método de acuerdo a alguna de las
reivindicaciones 26 a 29 para producir un elemento con cojinete de
deslizamiento (1) de acuerdo a alguna de las reivindicaciones 22 a
25, caracterizado porque:
- -
- el llenado de los espacios entre los alambres (5, 6) con el material blando (4) se realiza produciendo una composición a base de polímero en forma de cinta moldeando y enrollando la cinta a una temperatura correspondiente a su punto de reblandecimiento en los espacios.
32. Método de acuerdo a alguna de las
reivindicaciones 26 a 29 para producir un elemento con cojinete de
deslizamiento (1) de acuerdo a una de las reivindicaciones 22 a 25,
caracterizado porque:
- -
- el llenado de los espacios entre los alambres (5, 6) con el material blando (4) se realiza produciendo una composición de polímero en forma de pasta por medio de un solvente orgánico y haciendo rodar la pasta en los espacios y subsiguientemente tratando el área con calor para remover el solvente y consolidar la composición de polímero.
33. Método de acuerdo a una de las
reivindicaciones 26 a 29 para producir un elemento con cojinete de
deslizamiento (1) de acuerdo a alguna de las reivindicaciones 22 a
25, caracterizado porque:
- -
- el llenado de los espacios entre los alambres (5, 6) con el material blando (4) se realiza produciendo una composición a base de polímero en forma de polvo o una mezcla de polvos,
- -
- la distribución del polvo o la mezcla de polvos en la cinta (2a) debe realizarse de tal manera que llene los espacios entre los alambres (5, 6), y
- -
- la consolidación del polvo o la mezcla de polvos debe realizarse mediante tratamiento con calor o mediante calentamiento y laminado.
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