MXPA00000832A - Cojinete autolubricado - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere a un cojinete libre de mantenimiento, caracterizado porque comprende:un substrato que tiene una superficie;una pluralidad de estructuras dispuestas en relación espaciada a lo largo, y que se extiende de manera sustancialmente ortogonal de dicha superficie, formando dicha pluralidad de estructuras una configuración geométrica tridimensional, sustancialmente uniforme, que se extiende a lo largo de dicha superficie;y una capa de cojinete de carga sobrepuesta con dicha superficie en acoplamiento con dicha pluralidad de estructuras, en donde dichas estructuras están empotradas en dicha capa de cojinete de carga.

Description

COJINETE AUTOLUBRICADO ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN 1. Campo de la invención Esta invención se refiere a cojinetes y, más particularmente, a un cojinete libre de mantenimiento que tiene una capa de desgaste lúbrico que es resistente al arrastre. 2. Información antecedente Se conocen cojinetes deslizantes libres de mantenimiento que comprenden un soporte de metal y una capa de plástico. Tales cojinetes proveen medios convenientes para conectar unos a otros miembros múltiples de manera girable, sobre pivote o deslizable y libre de mantenimiento. Las aplicaciones de tales cojinetes incluyen los que utilizan movimiento rotacional continuo tales como muñones para soportar un eje impulsado. Estos cojinetes son también adecuados para aplicaciones que emplean movimiento en pivote repetido tales como bisagras para puertas de automóvil, topes para puertas, pedales de freno y acelerador. Las aplicaciones adicionales incluyen las que utilizan el movimiento recíproco repetido, tales como amortiguadores y puntales de automóvil. Se pueden usar estos cojinetes también en aplicaciones de trabajos más ligeros, tales como articulaciones de barras múltiples utilizadas comúnmente en la industria automotriz de bisagras para ^^^^^^^i^^^^^^^^^^^^^^^m^^i^^^^^^^^^i^^^^^^^^^^^ tapas de portaequipajes y para cubiertas de motor. Tales cojinetes libres de mantenimiento pueden comprender una variedad de configuraciones, tales como, por ejemplo, bujes o cojinetes de muñón, cojinetes de empuje o arandelas, almohadillas de ubicación, placas para puertas de válvula y 5 componentes de desgaste para una variedad de mecanismos. Se hace referencia en particular a tal cojinete en la presente como cojinete "DU", obtenible de The Glacier Metal Company Limited, Argule House, Joel Street, Northwood Hills, Middlesex HA6 1 LN, Inglaterra. El cojinete DU consta de material mixto en el cual está unida una capa de bronce porosa a un refuerzo de metal. La capa de bronce porosa está impregnada con un polímero tal como PTFE (politetrafluoroetileno), con una capa o revestimiento superior de polímero dispuesto sobre la misma. Un aspecto de esta construcción es que la relación del polímero al bronce tiende a cambiar con la profundidad, estando el bronce relativamente más concentrado cerca del refuerzo de metal. Este provee una concentración reducida de material de baja fricción cerca del metal de refuerzo. Así, el coeficiente de fricción tiende a variar (aumentar) desventajosamente con la duración del cojinete. Un inconveniente adicional de este gradiente de concentración es que cualquier no se puede efectuar operación que elimine material de la capa del cojinete, tales como las prácticas comunes de barrenar, escariar o pulir los cojinetes a su tamaño después de la instalación, generalmente sin una reducción del rendimiento del cojinete. ^^^^^^^^^^^j^^^^^^^^^^^^^^^^Uljl^^g^^^^^^^^^7^ *f ^^^^^ Un cojinete desarrollado para superar estas limitaciones, vendido con la designación "Norglide" obtenible de Norton Pampus, GmbH, de Willich, Alemania. Norglide comprende una hoja delgada de material para cojinete, tal como, por ejemplo, un compuesto PTFE unido a un refuerzo de acero usando 5 películas termoplásticas de alta temperatura (por ejemplo PFA y ETFE), calor y presión. Puesto que se fabrica la capa de cojinete como hoja separada, más bien que como dispersión, como en el caso de los cojinetes DU mencionados anteriormente, la capa de cojinete Norglide es homogénea. Este aspecto provee ventajosamente un coeficiente de fricción que permanece nominalmente constante a través de toda la duración del cojinete. Además, el coeficiente de fricción del cojinete Norglide puede ser más bajo que otros cojinetes de la técnica anterior, debido a la capacidad de utilizar el contenido reducido de llenador o llenadores que tienen impacto menos negativo en el coeficiente de fricción. Por ejemplo, el cojinete Norglide puede utilizar llenador de grafito más bien que de bronce, como se discute anteriormente en la presente. También, tal homogeneidad hace posible que se barrene, escarie o pula la superficie de cojinete de los cojinetes Norglide a su tamaño después de la instalación sin reducir nominalmente el rendimiento de los mismos. Esta construcción no está, sin embargo, sin limitaciones. En particular, el grosor relativamente alto del compuesto PTFE y el bajo contenido de llenador tiende a hacer posible que la tapa de cojinete se arrastre o asiente adentro bajo esfuerzo pesado. Además, la capa de cojinete puede tender a deslaminarse del refuerzo de metal en caso de que el material laminado se ^^^^^^^^^^^^^^^Á^^^^^^^^^^^^^^^^^ doble a un radio particularmente pequeño. Los compuestos PTFE tienden a ser conductores deficientes de calor. Como tales, estos cojinetes, incluso cuando se fabrican usando hojas de PTFE rellenas de bronce (véase la consideración sobre cojinetes "Norglide M" posteriormente en la presente), 5 tienden a exhibir transferencia de calor relativamente baja. Finalmente, aunque se puede hacer el PTFE eléctricamente conductor, la película caliente usada para unir la capa de cojinete al refuerzo de metal es eléctricamente aislante. Este aspecto tiende a hacer indeseables los cojinetes Norglide para su uso en aplicaciones que se basan en la continuidad eléctrica, tal como, por ejemplo, pintura electrostática en la industria automotriz y otras de fabricación de metal. Se pueden atacar los problemas de arrastre y deslaminación, haciendo áspera la superficie de refuerzo de metal, por ejemplo por limpiadura con chorro de arena, etc., antes de la aplicación de la superficie de cojinete.

Sin embargo, el procedimiento es relativamente pesado, consumidor de tiempo y añade gastos al procedimiento. Como se menciona anteriormente en la presente, se conoce una variación de Norglide también obtenible de Norton Pampus, como "Norglide M". Norglide M es substancialmente similar al Norglide, pero utiliza una capa de cojinete que tiene un refuerzo textil metálico de malla abierta, dispuesto dentro del mismo. El uso de este refuerzo tiende a superar los inconvenientes mencionados anteriormente de arrastre y conductividad, pero no ataca las cuestiones de deslaminación y conductividad eléctrica. frisafcatt -*>':- 'Visa- ,„,/.

Así, existe una necesidad de un cojinete mejorado libre de mantenimiento que ataque los problemas de la técnica anterior. El documento DE 29 44 052 expone un elemento de cojinete deslizante, que tiene una capa de cojinete de metal y una capa deslizante de plástico. La superficie superior de la capa de metal está perfilada por medio de un tratamiento mecánico o químico, que provee picos que se elevan y que se extienden desde su superficie superior. Como se muestra en los dibujos, la superficie superior de dicha capa provee una configuración arbitraria cuando se trata químicamente y parece proveer ranuras abiertas paralelas cuando se trata mecánicamente.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN De acuerdo con un primer aspecto de la presente invención, un cojinete deslizante libre de mantenimiento incluye un substrato que tiene una superficie y una pluralidad de estructuras dispuestas a lo largo en relación espaciada, y que se extienden substancialmente en sentido ortogonal desde la misma. Una capa de cojinete de carga está sobrepuesta con la superficie en entrelazamiento con la pluralidad de estructuras, de modo que las estructuras están empotradas en la misma. En un segundo aspecto de la presente invención, un método de fabricación de un cojinete deslizante libre de mantenimiento incluye los pasos de: (a) proveer un substrato queJjjÉ¡te una superficie; (b) disponer integralmente una pluralidad de estructuras en relación espaciada a lo largo de la superficie y que se extienden substancialmente en dirección ortogonal desde la misma; y (c) disponer una capa de cojinete de carga en alineación sobrepuesta con la superficie de entrelazamiento con una pluralidad de estructuras, en donde las estructuras están empotradas a la capa de cojinete de carga. Las anteriores y otras características y ventajas de esta invención serán más fácilmente evidentes con una lectura de la siguiente descripción detallada de varios aspectos de la invención considerada en conjunto con los dibujos que acompañan.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La figura 1 es una vista extrema esquemática de un cojinete libre de mantenimiento de la técnica anterior, fabricado como cojinete de muñón y soportando un eje en el mismo; La figura 2 es una vista en perspectiva, a escala agrandada, de porciones de un cojinete de la presente invención; y La figura 3 es una vista en sección transversal tomada a lo largo de 3-3 de la figura 2, que ilustra las porciones de un cojinete mostrado en la figura 2, con una capa deslizante o de cojinete expuesta sobre el mismo. üJBi DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LACTIODALIDADES PREFERIDAS Descrita brevemente, como se muestra en los dibujos, la presente invención comprende un cojinete autolubricante 110 fabricado como un material laminado de un refuerzo, soporte o substrato metálico 112, una serie de estructuras en relieve 113 que se extiende ortogonalmente desde el mismo y una capa polimérica de cojinete 114 de deslizamiento, desgaste o carga, sobrepuesta sobre la misma. Las estructuras en relieve 113 están fabricadas preferiblemente de bronce, fijadas integralmente al substrato 112 y empotradas a la capa de cojinete de carga 114. Las estructuras 113 sirven para mantener en su lugar la capa de cojinete de carga 114 para ayudar a impedir que se deslice a lo largo de la superficie de substrato 112 durante la operación de soporte. Este anclaje mejorado al substrato hace posible que se utilice la capa de cojinete relativamente gruesa con una tendencia reducida a arrastrarse. Alternativamente, las estructuras 113 proveen un cojinete 110, fabricado con una capa de cojinete de carga 114 relativamente delgada, con un coeficiente de fricción que permanece relativamente constante a lo largo de su duración. Además, las estructuras 113 actúan como puentes térmicos y eléctricos para la conductividad de calor y eléctrica relativamente alta entre el soporte 112 y un artículo soportado tal como un eje giratorio. Las estructuras de relieve pueden actuar entonces como límites que rodean y retienen receptáculos separados de material autolubricante disponibles localmente para la lubricación pero incapaz de escapar de los mismos durante la operación de cojinete. Las estructuras 113 pueden estar también en contacto directo con el artículo soportado para ayudar a impedir el asentamiento. Así, los cojinetes 110 están provistos ventajosamente de un coeficiente de fricción relativamente bajo, larga duración de cojinete, resistencia al arrastre y a los esfuerzos mecánicos, y son eléctrica y térmicamente conductores. A través de toda esta exposición, los términos "autolubricado" o "autolubricante" se referirán al uso de un material que exhibe suficiente lubricidad para eliminar nominalmente la necesidad de aplicación de un lubricante separado a una superficie de cojinete. Haciendo referencia ahora a los dibujos detallados, se muestra en la figura 1 el efecto del arrastre en relación con el cojinete de muñón 9 de la técnica anterior fabricado con un alojamiento de metal 11 y un cojinete libre de mantenimiento 10 que incluye una capa de cojinete de carga de plástico como se describe en general anteriormente en la presente. El cojinete 10 está adaptado para soportar un eje 15 que está aumentado de peso para aplicar una carga en la dirección indicada por la flecha 16. En respuesta a esta carga, la capa de cojinete de carga tiende a arrastrarse o desplazarse en la dirección indicada por las flechas 18 y 20 ("arrastre radial") así como en la dirección axial ("arrastre axial", no mostrado) en donde el eje "se asienta" efectivamente en el cojinete 10. Desventajosamente, esta acción genera una pérdida de la alineación de centro del eje 16 como se muestra con el 22.

Haciendo referencia ahora a las figuras 2 y 3, la presente invención comprende un cojinete 110 que tiene un refuerzo o substrato 112 fabricado de material metálico o de otro capaz de proveer el cojinete 110 con la integridad estructural requerida para una aplicación deseada. Como se muestra, las estructuras en relieve 113 se fabrican preferiblemente como componentes integrales de una capa intermedia 116 que se extiende continuamente de manera sobrepuesta sobre una superficie 118 del soporte 112. En una modalidad preferida, las estructuras 113 comprenden un patrón generalmente en forma de panal substancialmente como se muestra, pero se pueden fabricar, sin embargo, substancialmente con cualquier patrón geométrico suficiente para proveer anclaje para la capa de desgaste, como se discutirá posteriormente en la presente. Por ejemplo, las estructuras 113 pueden comprender una serie de polígonos conectados o discontinuos, tales como cuadrados, círculos, triángulos, etc., o pueden comprender una serie de postes separados (no mostrados) que se extienden aproximadamente en dirección ortogonal en relación con la superficie 118 del soporte 112. Como se muestra, en una modalidad preferida, la capa 116 tiene un grosor de aproximadamente 60 mieras (µ), las estructuras 113 tienen una altura h de aproximadamente 100 µ, un ancho w de aproximadamente 50 µ y están espaciadas para definir una dimensión interior d de aproximadamente 300 µ. Además, el artesano experto reconocerá que se prefiere un pequeño grado de conicidad de las estructuras 113 para facilitar la manufactura de las estructuras que usan un estampador en relieve o un molde.

Como se muestra en la figura 3, la capa de cojinete de carga 114 está laminada formando las estructuras 113 y la capa intermedia 116, estando unida a las mismas por una capa de material adhesivo 120. Así, como se muestra, las estructuras 113 están empotradas dentro de la capa de cojinete de carga 114, teniendo la capa de cojinete una superficie más exterior 122 substancialmente lisa, dispuesta a una distancia v octagonal predeterminada de las estructuras 113. Se puede variar la distancia v dependiendo de la aplicación deseada para el cojinete 110. El substrato 112 puede estar fabricado de varios metales, incluyendo acero o aluminio, así como materiales adicionales tales como acero inoxidable, acero convencional en hoja de calidad para estirado en frío, latón u otras aleaciones, o de plásticos, cerámicas o cuerpos mixtos que utilizan vidrio y fibras de carbón. Se puede dejar la superficie 118 del mismo sin tratar, o tratar usando varias técnicas tales como galvanización, tratamientos con cromato o fosfato, anodización (en el caso de un substrato de aluminio), limpiadura mecánica con chorro de arena y/o de decapaje químico. Se contempla también que se puede utilizar un substrato de acero revestido con bronce poroso, tal como se utiliza en el cojinete DU mencionado anteriormente, en la fabricación de la presente invención. Además, el substrato 112 puede estar provisto de las estructuras 113 mediante un haz de láser el cual, golpeando selectivamente la superficie 118 y fundiéndola sobre un área relativamente pequeña, crea cráteres regularmente espaciados sobre la superficie 118 del mismo.

La capa de cojinete de carga 114 puede comprender cualquier número de substancias lúbricas adecuadas, tal como un material de polímero o plástico, incluyendo un fluoropolímero, por ejemplo, los compuestos expuestos en la patente de E.U.A. no. 5,573,846, titulada POLYFLUOROCARBON COATED METAL BEARING, que se expidió el 12 de noviembre de 1996 y que se incorpora por este medio por referencia. Los materiales de plástico preferidos incluyen generalmente sistemas poliméricos tolerantes de la temperatura que contienen polímeros orgánicos con alta temperatura de fusión y/o los sistemas caracterizados por un coeficiente de fricción relativamente bajo. Los materiales tienen que ser adecuados para su aplicación o laminación del material con el cual se fabrica el substrato. Con respecto a esto, los fluoropolímeros son los materiales adhesivos preferidos. Por ejemplo, seleccionando una capa adhesiva 120 apropiada, se puede laminar nominalmente cualquier polímero orgánico como en la capa de cojinete de carga 114 a un substrato de metal. Algunos ejemplos de materiales poliméricos útiles en la capa de cojinete de carga 114 incluye (fluoropolímeros) por ejemplo, fluorotetrapolitileno (PTFE), etil-propileno fluorado (FEP), fluoruro de polivinileno (PVDF), policlorotrifluoroetileno (PCTFE), etilo-clorotrifluoroetileno (ECTFE) y polímero perfluoro alcóxico (PFA), acetal, policarbonato, poliimidas, polieterimida, poliéter-étercetona (PEEK), polietileno, polipropileno, polisulfona (por ejemplo, poliétersulfona), poliamida (nylon), sulfuro de prolifenileno, polimetano, poliéster, óxido de polifenileno, y mezclas y aleaciones de los mismos. Además, se pueden utilizar PPS, PPSO2 y policetona/éteres aromáticos o alifáticos, PEÍ y/o nylon 46, como la matriz continua. Se pueden utilizar polímeros reactivos, tales como poliimidas, en forma sólida (película no hecha reaccionar) o en solución. Estos polímeros reactivos pueden constituir así la matriz continua. Se pueden utilizar también otros polímeros tales como polietileno de peso molecular muy alto (que se puede unir luego con materiales adhesivos de temperatura más baja, tales como vinilacetato de etileno (EVA), o poliamidas. Además, se contempla que la capa de cojinete puede estar perforada para su lubricación adicional por receptáculos de grasa dispuestos en la misma. Los lubricantes o llenadores son útiles. Estos incluyen varios aditivos que afectan las características del polímero, tales como lubricidad, resistencia mecánica, resistencia al desgaste y conductividad térmica y eléctrica. Los aditivos útiles incluyen, pero no se limitan a los mismos, un porcentaje en volumen (por ejemplo, del 0.5 al 49.5%) de vidrio y/o fibra de carbón, silicón, grafito, disulfuro de molideno, poliéster aromático, partículas de carbón, bronce, fluoropolímero y combinaciones de los mismos. Se puede hacer una selección de un material particular para una aplicación dada con base en el coeficiente de fricción (µ) del material. Se ha definido el coeficiente de fricción entre dos superficies, en el CRC Handbook of Chemistry and Physics (62 a Edición, 1981-1982), como la relación de la fuerza requerida para mover una superficie sobre la otra a la fuerza total que presiona las dos entre sí. Así, F es la fuerza requerida para mover una superficie sobre otra y W la fuerza que presiona las superficies entre sí, el coeficiente de fricción µ esta provisto por la fórmula µ = F/W. Para aplicaciones relativamente ordinarias o de trabajo ligero, los materiales aceptables incluyen aquéllos que tienen un coeficiente estático de fricción µ por lo menos inferior al de la acero sobre acero (0.58) y preferiblemente similar al de polietileno (0.2). En aplicaciones de trabajo más pesado tales como para uso automotriz o industrial general, se requieren materiales coeficientes relativamente más bajos. Los materiales preferidos para estas aplicaciones son aquéllos que tienen, por ejemplo, un coeficiente de fricción estática (µ) similar al de PTFE (aproximadamente 0.04-0.10). Aunque los anteriores coeficientes estáticos pueden ser útiles para su comparación general, los coeficientes de fricción dinámica o cinética (µ) son más significantes en el contexto de la presente invención desde el punto de vista de las aplicaciones de trabajo continuo y/o repetitivo, asociadas típicamente con los cojinetes. Se usó la prueba descrita posteriormente para determinar y comparar los valores de los coeficientes de fricción dinámica (µ) de varios materiales. Se fabrica en la prueba una serie de discos de dimensiones predeterminas, teniendo cada uno un plástico o una capa de cojinete de carga de un material particular que se ha de someter a prueba. Se presionan las capas de cojinete de carga de dos discos nominalmente idénticos, contra los lados opuestos de una placa de acero lisa a una presión o carga W predeterminada. Se saca luego la placa de acero de entre los discos a una velocidad predeterminada. Se mide la fuerza F requerida para quitar la placa y se divide luego entre W para obtener el coeficiente de fricción cinética (µ). Se obtuvieron los resultados de la prueba discutidos posteriormente en la presente, usando una carga W de 565 N y se sacó luego la placa de acero a una velocidad de 50 mm/min. Por ejemplo, este problema produce típicamente 5 un coeficiente de fricción cinética (µ) para PTFE lleno de aproximadamente 0.08 a 0.1. Como se mencionó anteriormente en la presente, la capa 114 puede incluir también llenadores comunes. Con respecto a esto, puesto que la presente invención no utiliza una dispersión de PTFE para facilitar la penetración de los mismos en bronce poroso como se enseña en la técnica anterior, el tamaño de las partículas de los llenadores no es generalmente de importancia. Más bien, el uso de una hoja de PTFE adelgazada en una modalidad preferida de la invención permite el uso de llenadores substancialmente de cualquier tamaño de partícula y concentración, siempre que el PTFE sea la fase continua que une las partículas entres sí. Están disponibles varias alternativas para el material adhesivo 120. Los materiales adhesivos adecuados incluyen fluoropolímeros, tales como PFA, MFA, ETFE, FEP, PCEFE, PVDG, materiales adhesivos endurecibles tales como epoxi, materiales adhesivos de poliimida y baños 0 fundidos calientes de temperatura más baja tales como EVA y copolímero de polieter/poliamida (Pebax ™). Como modalidad alternativa adicional, se fabrican las capas 114 y 120 como capa única que comprende una mezcla de polimeros. Por ejemplo, ¿..- -.fe. ^ te Wfei>ttftaa^fc«^,^- ^^^^^^jSí&¡b^M¡¿¡s^^^? se puede utilizar una mezcla de PFA PTFE, producido por extrucción en fusión (si PFA es predominante) o por adelgazamiento de hoja (si PTFE es predominante), para servir tanto de material adhesivo 120 como de capa de cojinete de carga 114. La presencia de PFA aumentará la resistencia de arrastre del PTFE puro. Se puede aumentar este afecto añadiendo llenadores como se describe posteriormente en la presente. Además, se pueden llenar los huecos definidos por las estructuras 113 con una dispersión del polímero seleccionado (PTFE, PPS, una combinación de los mismos, etc, posiblemente con llenadores), secar la dispersión por completo, presionar luego para formar la capa de cojinete de carga 114. Por ejemplo, se puede aplicar como restimiento la polimida P84, obtenible de Lending Co., que contiene preferiblemente PTFE como llenador, directamente sobre las estructuras 113, separar el solvente por vaporización instantánea e imidizar completamente el polímero. Se fabrica preferiblemente el cojinete 110 de la presente invención, proveyendo un substrato 112 formado como una hoja metálica, con un revestimiento de bronce sobrepuesto con la misma para formar una capa intermedia integral 116. Se une este revestimiento o capa intermedia 116 al substrato 112 usando técnicas convencionales de revestimiento que implican la aplicación de calor y presión para formar un cuerpo mixto integrado. Se hace pasar luego este cuerpo mixto a través de un rodillo de calor convencional grabado con el negativo del patrón deseado de las estructuras 113, tal como el patrón de panal mostrado en la figura 2. Se puede formar subsiguientemente la capa de cojinetes 114, laminando una hoja convencional de material lúbrico, tal como PTFE, usando un material adhesivo adecuado como se describe anteriormente en la presente. Se inserta luego el material laminado entero preferiblemente a una prensa convencional bajo calor y presión, en donde se provee la capa de cojinete de carga 114 con la superficie más exterior 122 como se muestra en la figura 3. Según se forma, el cojinete 110 está substancialmente completo. Una vez fabricado así, se pueden transformar el cojinete en varias configuraciones de aplicación especifica, usando técnicas convencionales. Además, se puede laminar una capa de cojinete de carga 114 sobre ambas superficies del substrato 112 para proveer un cojinete con lados dobles. Se pueden transformar los cojinetes 110, fabricados como hojas planas de la manera descrita previamente, a cualquier número de tipos de cojinete, tales como bujes o cojinetes de muñón, arandelas de empuje y placas deslizantes, etc. Por ejemplo, se pueden formar bujes o cojinetes de muñón, cortando el cojinete 110 en tiras. Se puede transformar, a la vez, cada una de esas tiras a cilindros únicos, con la tapa de cojinete de carga 114 dispuesta sobre la superficie cilindrica interior de los mismos, similar a la mostrada en la figura 1 de la técnica anterior o, alternativamente, sobre la superficie exterior de los mismos, dependiendo de la aplicación particular. Se pueden embridar luego los cojinetes cilindricos, usando procedimientos familiares a los expertos en la técnica, tal como se describe, por ejemplo en el catalogo no. PPL-E-067-1 , "Norglide, Norton Performance Plastics" fechado en noviembre de 1993, (en ^jg^|||g ggj|te lo sucesivo el "Catálogo Norglide") el cual se incorpora por este medio por referencia en su totalidad. Aunque se ha descrito un método de fabricación preferido, se pueden modificar, eliminar o realizar en secuencia variante los pasos del mismo. Por ejemplo, se puede fabricar alternativamente el cojinete 110, transformando el substrato 112 a una configuración deseada, tal como, por ejemplo, un cilindro, antes de la aplicación de la capa de cojinete de carga 114 sobre el mismo. Con respecto a esto, se puede proveer el substrato con las estructuras 113 como se describe anteriormente en la presente, luego fabricar con un tubo usando cualquier método conveniente con las estructuras dispuestas sobre cualquier superficie cilindrica interior, exterior o ambas del mismo. Después de ello, se puede aplicar la capa de cojinete de carga 114 al tubo de cualquier manera conveniente, tal como, por ejemplo, revistiendo por aspersión o sumergiendo. Se puede realizar la aplicación de la capa de cojinete de carga ya sea antes o después embridar uno o ambos extremos de la misma. Como variación de esta técnica de fabricación, se puede fabricar el substrato 112 como tubo, por cualquier método convencional, tales como operaciones de formación en caliente o frío, incluyendo procedimientos de formación con rodillo, perforación, revenido o extrusión, para producir tubos con costura o sin costura. Una vez formadas así, se pueden proveer las estructuras 113, usando una técnica de texturización de superficie, tal como un procedimiento de ataque ácido químico o el tratamiento de láser mencionado anteriormente. Se puede aplicar la capa de cojinete de carga 114 después de ello, como se discute previamente. Se explica la invención con mayor detalle con los ejemplos y pruebas siguientes. 5 En un ejemplo de una modalidad preferida de la presente invención, se formó un soporte 112 como una aguja de acero de calidad St4 1.0338 LG de acuerdo con la Especificación Industrial Alemana (Deutsche Industrienorm) "DIN 1624". Se proveyó esta hoja con un grosor de 0.8 mm, incluyendo un revestimiento de bronce de aproximadamente 80 mieras de grueso (calidad de bronce CuSn6). Se formaron las estructuras 113 haciendo pasar el soporte 112 a través de un rodillo de calandria convencional grabado con el negativo del patrón de panal deseado mostrado en la figura 2. Las dimensiones de las estructuras 113 que forman el patrón de panal fueron substancialmente como se describe anteriormente en la presente y como se muestra en las figuras 2 y 3. Se formó luego la capa de cojinete de carga 114, laminando una hoja delgada convencional de compuesto PTFE (composición con el 25% de carbón/grafito, 75% de PTFE), usando un material adhesivo 120 de PFA convencional de 25 µ de grosor (Teflon® PFA de DuPont®). Se predeterminaron los parámetros de la capa de cojinete 114 para proveer un grosor v (figura 3) encima de las estructuras 113 de aproximadamente 30 µ. Se insertó luego este cuerpo mixto a una prensa convencional bajo una carga de 4 MPa y una temperatura de aproximadamente 375°C. Se mantuvieron constantes la temperatura y la presión durante aproximadamente 3 minutos, se ^ü^^^^^^^^^^^^j enfrió a aproximadamente 100°C bajo la misma carga, seguido por la liberación de la prensa. Se cortó un material laminado resultante, se recortó y se formó con las configuraciones geométricas deseadas. En otro ejemplo, el soporte 112 fue una hoja de 0.8 mm de grosor 5 de aluminio (calidad AIMg 04 Si 1.2) con ambas caras tratadas con ácido crómico de acuerdo con métodos bien conocidos en la técnica a los cuales se hace referencia comúnmente como revestimiento por conversión por formato, a 700-800 mg/m2. Los pasos de fabricación restantes fueron substancialmente idénticos a los del ejemplo discutido anteriormente en la presente para producir cojinetes 110 similares. Se ha llevado a cabo una serie de experimentos comparativos para mostrar los mejoramientos de la presente invención (Pl) en relación con los cojinetes DU y Norglide (NG) de la técnica anterior descritos anteriormente en la presente. El cojinete DU particular que se sometió a prueba fue uno al cual se hace referencia comúnmente como tipo "Nr PG252825F". Se fabricó el cojinete NG, usando hoja de acero típica laminada con hoja de PTFE adelgazada, de 230 µ de grosor (composición con el 25% de carbón/grafito, 75% de PTFE), usando PFA convencional de 25 µ de grosor en las condiciones descritas anteriormente en la presente con respecto a la presente invención. Se fabricó el cojinete de la presente invención (Pl), como se describe anteriormente en la presente. Se provee en el cuadro I un resumen de las pruebas conducidas. ^^¿ ^^^^^^^^s^sgfe^^ CUADRO I Se condujeron las pruebas para el coeficiente de fricción sobre discos pequeños (10 mm de diámetro) de cada uno de los cojinetes DU, NG y Pl. Se quitaron alternativamente cantidades predeterminadas de las superficies de cojinete de los mismos de la superficie más exterior 122 de los mismos, se midió luego el coeficiente de fricción. Esto proveyó un perfil del coeficiente de fricción de cada uno de los cojinetes a varias profundidades o grados de desgaste dentro de la duración del cojinete. Se condujeron las pruebas, utilizando la metodología de pruebas expuestas anteriormente en la presente. Se muestran los resultados en el siguiente cuadro II. ,»»ai a&Bafi&?=c»ifc.sa & ¿^a ¡7~7 : CUADRO II Los resultados indican que el coeficiente de fricción del cojinete DU comienza a aumentar relativamente al principio de su duración. Además, el coeficiente de fricción no es constante, de modo que el ensamble (por ejemplo, una eje giratorio y un alojamiento) no encontrará las mismas condiciones de operación, tales como lisura y desprendimiento de calor a lo largo de su duración. El valor de 0.19 a una profundidad de 60 µ es el coeficiente de fricción entre el bronce puro y el acero, lo cual indica así que la profundidad disponible del material lubricante desde la superficie más exterior 122 inicial es de aproximadamente 60 µ. Esta cantidad es considerablemente menor que la profundidad teórica total de la mezcla de PTFE/bronce de 250-350 µ del cojinete DU. La presente invención muestra, sin embargo, una meseta relativamente larga con valores de fricción bajos hasta de aproximadamente 80 µ. Este resultado es sorprendente porque se esperaría que esta meseta durara solamente para la profundidad de la capa superior libre de bronce (profundidad "v" en la figura 3) o 30 µ según se prueba. No se conoce el mecanismo específico que provee esta meseta sorprendentemente larga de fricción baja. Se concluye por hipótesis, sin embargo, que esta meseta se extiende a más de dos veces la profundidad v, debido a la disposición del bronce en ubicaciones separadas, en lugar de estar intermezclado con el polímero. Se proveen los resultados de NG como referencia. Puesto que NG no utiliza bronce en la etapa de cojinete y es homogéneo, el coeficiente de fricción no varía a lo largo de su duración. Sin embargo, se espera que el cojinete Pl provea a lo largo del tiempo un mejor régimen de desgaste que el cojinete NG. En otras palabras, se espera que durante el uso real, el cojinete de Pl requiera substancialmente más tiempo para desgastarse a una profundidad dada que el cojinete NG. Se condujo la prueba de resistencia al arrastre mencionada anteriormente, como sigue. Se cortaron muestras planas de los cojinetes, que tenían grosores predeterminados, a las dimensiones de 30 mm x 30 mm y se presionaron entre dos placas circulares paralelas opuestas. Estas placas tenían una área de superficie de cojinete de 1 cm2 y se fabricaron de acero que tenía una dureza de 840 HV (dureza de Vicker) y una resistencia Rt = 1.3 µ de acuerdo con la norma ISO No 4287/1. Se aplicó una carga compresiva respectivamente de 10 y 30 kN/cm2 con las placas sobre la muestra durante 1 ^^?^^^^^^^^^^^^ ^^^á^¿^ hora tanto a 23°C como a 100°C. Se liberó luego la carga y se dejaron recuperar las muestras durante 15 minutos. Se midió luego el grosor de las muestras y se calculó la pérdida del grosor. Se compararon las muestras de la presente invención con el NG con grosor similar de capa de cojinete de PTFE. Se fabricó el NG usando llenador típico de carbón/grafito como se describe posteriormente en la presente. Se fabricó también una modalidad alternativa de la presente invención que tenía el 25% en peso de un llenador de poliéster aromático vendido por Carborundum Co., E.U.A., con la designación "Ekonol™, de tipo T101". Se muestran los resultados en el siguiente cuadro lll. 10 CUADRO lll Se sometieron a prueba los cojinetes de la presente invención en cuanto a conductividad de calor, usando el equipo obtenible de Semmier and Reihart Company, (Meitingen, Alemania) tipo WLM 20/112. Se insertaron discos con diámetro de 20 mm de los cojinetes entre dos cabezas de medición, puestas a 30°C y 50°C respectivamente. Se midió el valor de la ?ai^a^»iyati^a«ga»a_»»^fe^^Si---_Si&-^> . ....:-. ^ conductividad de calor de acuerdo con las instrucciones del fabricante. Los resultados mostrados a continuación en el cuadro IV muestran que los cojinetes de la invención (Pl) son aproximadamente tres veces mejores que los NG y también mejores que el DU con grosor completo. Esta conductividad de calor superior se debe aparentemente a que las estructuras 113 forman una conexión sólida al soporte de metal 112, para formar efectivamente una estructura de aleta que se extiende del soporte 112 hacia la superficie de la capa de cojinete de carga 114. Con respecto a esto, los valores de conducción son aún más altos una vez que la capa de cojinete 114 se desgasta hasta las estructuras 113 (se muestra la profundidad v en la figura 3 o aproximadamente de 30µ en la modalidad sometida a prueba). La utilización del substrato 112 limpiado con chorro de arena no originó resultados significantemente mejorados.

CUADRO IV . jm^^ sd.C'?n?tUtB?i,^ Se sometieron muestras de cojinetes a pruebas de conductividad eléctrica substancialmente de acuerdo con la norma convencional DIN 53482, pero con las siguientes variaciones. A saber, grosor = grosor total del cojinete, carga = 3000 N (igual a 10 N/mm2) y se hizo la medición después de 5 horas de tiempo de permanencia a temperatura ambiente. Se muestran los resultados en el cuadro V.

CUADRO V Los cojinetes de la presente invención son más resistentes a los esfuerzos mecánicos que el NG típico. Con respecto a esto, se fabricaron los cojinetes de la presente invención usando un substrato de acero de 0.8 mm de grosor con la capa intermedia 116 de bronce y la capa de cojinete 114 de PTFE de las dimensiones mostradas y descritas anteriormente en la presente con respecto a la figura 3. Se formaron luego estos cojinetes 110 como bujes cilindricos del tipo mostrado generalmente en la figura 1 de la técnica anterior y se embridaron. Tras una inspección, los bujes de la invención no mostraron ninguna deslaminación, pero las muestras de NG se deslaminaron. : --<*» Así, las estructuras en relieve 113 de la presente invención, formadas integralmente con el substrato 112 y empotradas a la capa de cojinete de carga 114 hacen posible que se utilice una capa de cojinete 114 relativamente gruesa de material autolubricante de baja presión. Esto provee 5 los cojinetes 110 con una duración de cojinete relativamente larga. Además, el coeficiente de fricción del cojinete sigue siendo bajo y nominalmente constante a lo largo de su duración, incluso, sorprendentemente, una vez que la capa de cojinete de carga 114 se desgasta hasta las estructuras 113 y hacia dentro de las mismas. Los cojinetes 110 son también ventajosamente resistentes a los 10 esfuerzos de arrastre y mecánicos, y son eléctrica y térmicamente conductores. Se propone la descripción precedente principalmente con propósitos de ilustración. Aunque se ha mostrado y descrito la invención con respecto a una modalidad ejemplar de la misma, deben entender los expertos 15 en la técnica que se pueden hacer en la misma los anteriores y otros varios cambios, omisiones y adiciones en forma y detalle de la misma, sin desviarse del espíritu y alcance de la invención. Habiendo descrito así la invención, lo que se reclama es: aj¿«tMi¿aa'.?. ?„ .-.¿;^:«feSiíw??t ía-,.,..-¿'--.. --• <-•-..

Claims (23)

1. NOVEDAD DE LA INVENCIÓN
2. REIVINDICACIONES 5 1.- Un cojinete libre de mantenimiento (110) que comprende: un substrato (112) que tiene una superficie; una pluralidad de estructuras (113) dispuestas a lo largo en relación espaciada; y una capa de cojinete de carga (114) sobrepuesta sobre dicha superficie en entrelezamiento con dicha pluralidad de estructuras; caracterizado además porque dicha pluralidad de 10 estructuras (113) se extienden ortagonalmente desde dicha superficie de dicho substrato (112), dicha pluralidad de estructuras (113) comprende un patrón poligonal que se extiende coextensivamente con dicha superficie, y dichas estructuras (113) están empotradas a dicha capa de cojinete de carga (114). 2.- El cojinete de conformidad con la reivindicación 1 , 15 caracterizado además porque dicha pluralidad de estructuras está dispuesta integralmente sobre dicho substrato.
3. 3.- El cojinete de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado además porque dicha pluralidad de estructuras está dispuesta en una capa intermedia (116), estando dispuesta dicha capa intermedia 20 integralmente sobre dichos substrato.
4. 4.- El cojinete de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque dicho substrato está fabricado de un material metálico. ¡¿^¡¿¡¿¿¿já^
5. 5.- El cojinete de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado además porque dicho substrato está fabricado de acero.
6. 6.- El cojinete de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado además porque dicho substrato está fabricado de aluminio.
7. 7.- El cojinete de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque dicha capa de cojinete de carga comprende un material plástico lúbrico.
8. 8.- El cojinete de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado además porque se selecciona dicha capa de cojinete de carga del grupo que consta de fluoropolímeros, poliimida y cetonas aromáticas, y combinaciones de los mismos.
9. 9.- El cojinete de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado además porque dicha capa de cojinete de carga comprende también por lo menos un llenador seleccionado del grupo que consta de carbón, grafito, óxido de aluminio, carburo de silicio, nitruro de boro, nitruro de silicio, vidrio, bronce, fluoropolímero, silicón, disulfuro de molibdeno y combinaciones de los mismos.
10. 10.- El cojinete de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado además porque dicha capa intermedia comprende un material metálico dúctil.
11. 11.- El cojinete de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado además porque dicha capa intermedia comprende bronce.
12. 12.- El cojinete de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque dicho substrato es substancialmente plano.
13. 13.- El cojinete de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque dicho substrato es substancialmente cilindrico. 5
14. 14.- El cojinete de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado además porque dicho substrato comprende un tubo hueco, por lo menos un extremo del cual está adaptado para ser embridado.
15. 15.- El cojinete de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado además porque se fabrica dicha pluralidad de estructuras 10 haciendo pasar dicho substrato, incluyendo dicha capa intermedia, a través de una calandria que tiene el negativo de un patrón deseado de estructuras dispuestas sobre el mismo.
16. 16.- El cojinete de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado además porque se aplica dicha capa de cojinete de carga a 15 dicho substrato por calor y presión.
17. 17.- El cojinete de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado además porque se aplica dicha capa de cojinete de carga a dicho substrato con un material adhesivo.
18. 18.- El cojinete de conformidad con la reivindicación 16, 20 caracterizado además porque se fabrica dicha capa de cojinete de carga y dicho material adhesivo como capa única que comprende una mezcla de polímeros. a¿fe¿-i
19. 19.- El cojinete «de ilWormidad con la reivindicación 18, caracterizado además porque la capa única comprende PFA y PTFE.
20. 20.- El cojinete de conformidad con la reivindicación 19, caracterizado además porque se produce dicha capa única con PFA por extrusión en fusión.
21. 21.- El cojinete de conformidad con la reivindicación 19, caracterizado además porque se produce dicha capa única con PTFE por adelgazamiento de hoja.
22. 22.- Un método de fabricación de un cojinete deslizante libre de mantenimiento (110), caracterizado además porque comprende los pasos de: (a) proveer un substrato (112) que tiene una superficie; (b) disponer integralmente una pluralidad de estructuras (113) en relación espaciada a lo largo de la superficie y extendiéndose substancialmente en dirección ortogonal desde la misma, y comprendiendo un patrón poligonal que se extiende coextensivamente con dicha superficie; y (c) disponer una capa de cojinete de carga (114) en alineación sobrepuesta con dicha superficie en entrelazamiento con dicha pluralidad de estructuras, caracterizado además porque dichas estructuras están empotradas a dicha capa de cojinete de carga.
23. 23.- El método de conformidad con la reivindicación 22, caracterizado además porque: dicho paso de disponer integralmente (b) comprende también los pasos de (i) disponer integralmente una capa intermedia (116) sobre el substrato entre el substrato y la capa de cojinete de carga, y (ii) formar la pluralidad de estructuras en la capa intermedia; y dicho paso de disponer una capa de cojinete de carga (c) comprende además el paso de aplicar la capa de cojinete de carga al substrato usando calor y presión ß^^^^^^^^gMd?saagíj?^^^