ES2293033T3 - Cojinetes de friccion para ingenieria civil y material para los mismos. - Google Patents
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Abstract
Utilización de UHMWPE (Ultra High Molecular Weight PolyEthylen), que cumple en los ensayos de idoneidad los valores de fricción según EN 1337-2:2000, en la que al menos con respecto a la presión superficial, a la trayectoria de deslizamiento y/o a la velocidad de deslizamiento se utiliza un valor, que es mayor que el valor normalizado correspondiente establecido y probado de acuerdo con EN 1337-2:2000, a saber, en lo que se refiere a la presión superficial mayor que 30 MPa, en lo que se refiere a la trayectoria de deslizamiento mayor que 10242 m y con relación a la velocidad de deslizamiento mayor que 2 mm/s, en la que se utiliza el UHMWPE como material de deslizamiento en forma de un disco de fricción en cojinetes en ingeniería civil, a saber en cojinetes según EN 1337-1:2000 tal como cojinetes de fricción para puentes.
Description
Cojinetes de fricción para ingeniería civil y
material para los mismos.
La presente invención se refiere a un cojinete
de fricción para ingeniería civil, especialmente cojinete de
fricción para puentes, para solicitaciones elevadas y/o duraciones
de vida útil prolongadas, que se emplean especialmente en puentes y
en soportes de mecanismos de traslación de trayectos de alta
velocidad o tranvías funiculares magnéticos, así como a un material
de fricción y a la utilización en cojinetes de fricción de este
tipo.
Los materiales de fricción para el empleo de
ingeniería civil y especialmente en la construcción de puentes
están normalizados en la Norma Europea EN 1337/Parte 2 "Elementos
de fricción" en lo que se refiere a sus propiedades y
especificaciones constructivas. De acuerdo con el estado de la
técnica, para elementos de fricción correspondientes se emplean,
como materiales de fricción, con frecuencia materiales
termoplásticos y especialmente Teflón (PTFE). Éstos cumplen los
requerimientos correspondientes de la Norma.
Sin embargo, en virtud del desarrollo técnico en
ingeniería civil y especialmente también en la construcción de
obras de puentes, se han incrementado considerablemente también los
requerimientos planteados al material de fricción en lo que se
refiere a la presión absorbible, la resistencia a la fricción en
función de la temperatura ambiente, la velocidad de deslizamiento
admisible así como la trayectoria de deslizamiento añadida admisible
y la resistencia al desgaste. Una modificación de estos parámetros
o bien una trasgresión de determinados valores límite para estos
parámetros permitiría, en efecto, encontrar otras soluciones
constructivas más sencillas y mejores.
Un punto de partida es la lubricación de la
superficie de fricción con un lubricante. Aquí se han previsto en
el pasado bolsas de lubricante en las superficies de fricción. En el
documento GB 2 359 345 A se ha propuesto entonces distribuir el
lubricante todavía más fino sobre la superficie de fricción,
utilizando material poroso, especialmente HMWPE y UHMWPE para la
superficie de fricción, en cuyos poros se puede insertar el
lubricante distribuido de una manera especialmente fina. Sin
embargo, esta solución conduce a valores de fricción altos no
deseados incluso en trayectorias de deslizamiento cortas.
Requerimientos especialmente altos en lo que se
refiere a los materiales de fricción se plantean especialmente en
las construcciones de puentes de trayectos de alta velocidad, por
ejemplo trayectos ferroviarios de alta velocidad así como en
tranvías funiculares magnéticos, etc. En las construcciones de
puentes para tales trayectorias de alta velocidad, los cojinetes
están expuestos, en virtud de las altas velocidades de los trenes
que circulan sobre los puentes, a solicitaciones repentinas altas y
aparecidas con frecuencia. Por lo tanto, para satisfacer estas
solicitaciones, deben prepararse materiales de fricción
mejorados.
Por lo tanto, un cometido de la invención es
preparar un cojinete de fricción o bien un material de fricción
para el mismo, que presenta un perfil de propiedades mejorado frente
a los materiales de fricción utilizados hasta ahora. En particular,
debe garantizarse a través del material de fricción una combinación
de propiedades necesarias, adecuada para cojinetes para puentes para
trayectos de alta velocidad.
Este cometido se soluciona a través de la
utilización de un material de fricción de acuerdo con la
reivindicación 1 o bien a través de un cojinete de fricción de
acuerdo con la reivindicación 9 así como a través del material de
fricción de acuerdo con la reivindicación 16. Las configuraciones
ventajosas son objeto de las reivindicaciones dependientes.
De acuerdo con la presente invención se propone
como material de fricción en cojinetes en ingeniería civil,
especialmente en cojinetes de fricción para puentes, con preferencia
para puentes de trayectos de alta velocidad, la utilización de
UHMWPE (Ultra High Molecular Weight
PolyEthylen). En virtud de ensayos extensos con
diferentes materiales de cojinetes se ha determinado, en efecto, que
el UHMWPE (Ultra High Molecular
Weight
PolyEthylen) cumple las propiedades necesarias para la utilización en cojinetes en ingeniería civil, especialmente en cojinetes de fricción para puentes, que corresponden a los requerimientos mencionados anteriormente. A través del peso molecular muy alto con preferencia de 3 a 6 M g/mol, el UHMWPE presenta una viscosidad de la colada extremadamente alta, prácticamente infinita alta y posee una tenacidad excelente así como una resistencia al corte y una resistencia al desgaste excelentes. Se ha mostrado ahora que también los otros parámetros de aplicación requeridos, como presión superficial absorbible, resistencia a la fricción en función de la temperatura ambiente, velocidad de deslizamiento admisible así como trayectoria de deslizamiento admisible están por encima de los que pueden ser prestados por materiales de fricción conocidos para la aplicación industrial. A este respecto, se utiliza como referencia la Norma Europea EN 1337/Parte 2 de acuerdo con la edición actualmente vigente y se incorpora de una manera correspondiente en toda su extensión en el contenido de la publicación. En efecto, se ha mostrado que los parámetros de aplicación requeridos en la norma EN 1337/Parte 2 y que deben verificarse de una manera correspondiente pueden ser excedidos ampliamente tanto de forma individual como también en combinación, especialmente también a bajas temperaturas.
PolyEthylen) cumple las propiedades necesarias para la utilización en cojinetes en ingeniería civil, especialmente en cojinetes de fricción para puentes, que corresponden a los requerimientos mencionados anteriormente. A través del peso molecular muy alto con preferencia de 3 a 6 M g/mol, el UHMWPE presenta una viscosidad de la colada extremadamente alta, prácticamente infinita alta y posee una tenacidad excelente así como una resistencia al corte y una resistencia al desgaste excelentes. Se ha mostrado ahora que también los otros parámetros de aplicación requeridos, como presión superficial absorbible, resistencia a la fricción en función de la temperatura ambiente, velocidad de deslizamiento admisible así como trayectoria de deslizamiento admisible están por encima de los que pueden ser prestados por materiales de fricción conocidos para la aplicación industrial. A este respecto, se utiliza como referencia la Norma Europea EN 1337/Parte 2 de acuerdo con la edición actualmente vigente y se incorpora de una manera correspondiente en toda su extensión en el contenido de la publicación. En efecto, se ha mostrado que los parámetros de aplicación requeridos en la norma EN 1337/Parte 2 y que deben verificarse de una manera correspondiente pueden ser excedidos ampliamente tanto de forma individual como también en combinación, especialmente también a bajas temperaturas.
De una manera correspondiente, está prevista la
utilización de UHMWPE, especialmente de acuerdo con las
reivindicaciones dependientes, para campos de aplicación, en los que
aparecen valores correspondientes en lo que se refiere a la presión
superficial, la trayectoria de deslizamiento, la velocidad de
deslizamiento y las temperaturas de aplicación. Esto tiene de nuevo
ventajas con relación a la configuración y a la utilización del
cojinete de fricción, por ejemplo con relación a desgastes de los
cojinetes, tipo de aplicación (temperaturas), etc. Puesto que el
desgaste se incrementa con el producto de la velocidad y la presión,
esto repercute también sobre la duración de la vida útil del
material de fricción y, por lo tanto, del cojinete de fricción.
Con preferencia, el material de fricción se
puede proveer todavía con una substancia de relleno para la mejora
de la estabilidad de forma. A este respecto, han dado buen resultado
especialmente las fibras de vidrio, microperlas de vidrio y
microperlas de cerámica. De la misma manera, se pueden añadir
también otros aditivos para la mejora de otras propiedades,
especialmente para la mejora de las propiedades de fricción. A tal
fin se utiliza especialmente negro de carbón, MoS_{2} o con
preferencia aceite. Las propiedades de deslizamiento del material
de fricción UHMWPE se pueden mejorar todavía también porque están
previstas en el material de fricción, que puede estar presente en
cualquier forma, especialmente en forma de un disco de fricción o
placa de fricción lisos o curvados, unas bolsas de lubricante para
el alojamiento de lubricantes adicionales.
Para ajustar propiedades definidas, totalmente
determinadas, es ventajoso, además, mezclar diferentes UHMWPE con
diferente peso molecular en proporciones correspondientes.
En un ejemplo de realización preferido se emplea
de acuerdo con la invención UHMWPE (Ultra High
Molecular Weight PolyEthylen) como
material de fricción en un cojinete de fricción para puentes. El
material de fricción ha sido recibido en este caso en forma de un
disco de deslizamiento plano por una placa de soporte, siendo
amarrado el disco de fricción hasta la mitad de su espesor en la
placa de soporte. Ensayos de idoneidad de acuerdo con la Norma
Europea EN 1336/Parte 2 han mostrado que, frente a PTFE, el UHMWPE
permite una presión superficial elevada al menos en un 50% así como
una trayectoria de deslizamiento al menos 3 veces mayor con una
velocidad de deslizamiento 5 veces mayor. Además, se ha encontrado
que a pesar de las solicitaciones elevadas mencionadas
anteriormente hasta el final del tiempo de marcha se han medido
valores de fricción según la Norma EN 1337/Parte 2, que se podían
mantener de la misma manera a temperaturas ambiente de gasta
-35ºC.
De acuerdo con una forma de realización
preferida, para la que se solicita también protección independiente
de acuerdo con otro aspecto de la invención, se ha revelado que es
especialmente ventajoso que el UHMWPE sea combinado con una grasa
lubricante a base de grasa de silicona. Esta combinación se ha
revelado como especialmente ventajosa en lo que se refiere a la
duración de vida útil y aquí especialmente en lo que se refiere a la
trayectoria de deslizamiento total que debe alcanzarse así como a
la resistencia al desgaste. A este respecto, se ha encontrado que
la incorporación de la grasa de silicona a través de presión y/o a
través de fricción, como se realiza especialmente durante la
incorporación de un cojinete de fricción de este tipo, conduce
probablemente a una separación de los componentes de jabón y de
aceite, siendo modificada de una manera favorable
correspondientemente la capa de la superficie. Las propiedades de
deslizamiento ventajosas o bien la resistencia al desgaste se
observan, en efecto, también todavía cuando la grasa lubricante ha
sido retirada ya de las superficies de deslizamiento a través de la
solicitación en el cojinete de fricción.
Como grasa de silicona ha dado buen resultado
especialmente un aceite de silicona saponificado con litio a base
de aceite de metilfenilsilicona. Pero es concebible utilizar también
otras grasas de silicona, si presentan una o varias de las
propiedades requeridas. En particular, las grasas de silicona
empleadas deberían presentare un punto de goteo
de > 200ºC, especialmente de 210ºC, según DIN ISO 2176, una penetración de bataneo de 20-35 mm, especialmente de 25-30 mm, con preferencia de 26,5 a 29,5 mm según DIN ISO 21378, una presión de fluencia de < 200 hPa a 20ºC o bien < 100 hPa a -40ºC según DIN 51805, así como una separación de aceite de < 1,5%, especialmente < 1% a 40ºC y durante 18 horas según DIN 51817.
de > 200ºC, especialmente de 210ºC, según DIN ISO 2176, una penetración de bataneo de 20-35 mm, especialmente de 25-30 mm, con preferencia de 26,5 a 29,5 mm según DIN ISO 21378, una presión de fluencia de < 200 hPa a 20ºC o bien < 100 hPa a -40ºC según DIN 51805, así como una separación de aceite de < 1,5%, especialmente < 1% a 40ºC y durante 18 horas según DIN 51817.
Claims (19)
1. Utilización de UHMWPE (Ultra
High Molecular Weight
PolyEthylen), que cumple en los ensayos de idoneidad
los valores de fricción según EN 1337-2:2000, en la
que al menos con respecto a la presión superficial, a la
trayectoria de deslizamiento y/o a la velocidad de deslizamiento se
utiliza un valor, que es mayor que el valor normalizado
correspondiente establecido y probado de acuerdo con EN
1337-2:2000, a saber, en lo que se refiere a la
presión superficial mayor que 30 MPa, en lo que se refiere a la
trayectoria de deslizamiento mayor que 10242 m y con relación a la
velocidad de deslizamiento mayor que 2 mm/s, en la que se utiliza el
UHMWPE como material de deslizamiento en forma de un disco de
fricción en cojinetes en ingeniería civil, a saber en cojinetes
según EN 1337-1:2000 tal como cojinetes de fricción
para puentes.
2. Utilización de UHMWPE (Ultra
High Molecular Weight
PolyEthylen) de acuerdo con la reivindicación 1,
caracterizada porque el material de fricción está expuesto
en este caso a solicitaciones, que están por encima de los valores
de medición de la Norma EN 1337-2:2000, a saber, en
los que se refiere a la presión superficial un valor mayor que 60
MPa, en lo que se refiere a la trayectoria de deslizamiento añadida
un valor mayor que 10242 y con relación a la velocidad de
deslizamiento un valor mayor que 2 mm/s.
3. Utilización de UHMWPE (Ultra
High Molecular Weight
PolyEthylen) de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2,
caracterizada porque se utiliza en cojinetes de fricción para
ingeniería civil en tranvías funiculares magnéticos.
4. Utilización de UHMWPE (Ultra
High Molecular Weight
PolyEthylen) de acuerdo con una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el
material de fricción puede absorber una presión superficial hasta
1,5 veces el valor máximo normalizado según EN
1337-2:2000.
5. Utilización de UHMWPE (Ultra
High Molecular Weight
PolyEthylen) de acuerdo con una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el
material de fricción puede absorber una trayectoria de deslizamiento
hasta 3 veces el valor máximo normalizado según EN
1337-2:2000.
6. Utilización de UHMWPE (Ultra
High Molecular Weight
PolyEthylen) de acuerdo con una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el
material de fricción puede absorber una velocidad de deslizamiento
hasta 5 veces el valor máximo normalizado según EN
1337-2:2000.
7. Utilización de UHMWPE (Ultra
High Molecular Weight
PolyEthylen) de acuerdo con una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el
material de fricción cumple el requerimiento según EN
1337-2:2000 a una temperatura de -35ºC.
8. Utilización de UHMWPE (Ultra
High Molecular Weight
PolyEthylen) de acuerdo con una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizada porque, junto con
UHMWPE, se emplea grasa de silicona para la lubricación inicial.
9. Cojinete de fricción, con preferencia para
puentes de trayectos de alta velocidad, caracterizado porque
en el cojinete de fricción se utiliza como material de fricción
UHMWPE (Ultra High Molecular Weight
PolyEthylen) como en una de las reivindicaciones
anteriores.
10. Cojinete de fricción de acuerdo con la
reivindicación 9, caracterizado porque el material de
fricción comprende una substancia de relleno, especialmente perlas
de vidrio y/o microperlas de vidrio y/o microperlas de cerámica,
para la mejora de la estabilidad de forma.
11. Cojinete de fricción de acuerdo con la
reivindicación 9 ó 10, caracterizado porque el material de
fricción comprende aditivos, especialmente negro de carbón y/o
MoS_{2} y/o aceite para la mejora de las propiedades de
fricción.
12. Cojinete de fricción de acuerdo con una de
las reivindicaciones 9 a 11, caracterizado porque el cojinete
de fricción comprende el material de fricción en forma de un disco
de fricción o placa de fricción lisos o curvados.
13. Cojinete de fricción de acuerdo con una de
las reivindicaciones 9 a 12, caracterizado porque el material
de fricción presenta bolsas de lubricante para la recepción de
lubricantes.
14. Cojinete de fricción de acuerdo con una de
las reivindicaciones 9 a 13, caracterizado porque en los
hilos de fricción, especialmente en las bolsas de lubricante, está
prevista grasa de silicona, con preferencia para la lubricación
inicial.
15. Cojinete de fricción de acuerdo con la
reivindicación 12, caracterizado porque el disco de fricción
o la placa de fricción están alojados en una placa de soporte,
siendo incrustados con preferencia al menos hasta la mitad de su
espesor.
16. Material de fricción en forma de un disco de
fricción para la utilización en un cojinete de fricción de acuerdo
con una de las reivindicaciones 9 a 15, de UHMWPE,
caracterizado porque la zona de la superficie está
modificada con grasa de silicona.
17. Material de fricción de acuerdo con la
reivindicación 16, caracterizado porque la grasa de silicona
está incorporada en la superficie, especialmente a través de carga
con presión y/o fricción, con preferencia a través de la
introducción del cojinete de fricción.
18. Material de fricción de acuerdo con la
reivindicación 16 ó 17, caracterizado porque la grasa de
silicona es un aceite de silicona saponificado con litio a base de
aceite de metilfenilsilicona.
19. Material de fricción de acuerdo con una de
las reivindicaciones 16 a 18, caracterizado porque la grasa
de silicona presenta las siguientes propiedades:
- Punto de goteo
- > 200ºC según DIN ISO 2176 y/o
- Penetración de bataneo
- de 20-35 mm, especialmente
- \quad
- de 25-30 mm, con preferencia
- \quad
- de 26,5-29,5 mm según DIN ISO 2137 y/o
- Presión de fluencia
- < 200 hPa a 20ºC según DIN 51805 y/o
- Presión de fluencia
- < 1000 hPa a .40ºC según DIN 51805 y/o una
- Separación de aceite
- < 1,5%, especialmente < 1% a 40ºC y durante 18 horas según DIN 51817.
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