ES2308756T3 - Metodo para la produccion de una jaula de rodamiento. - Google Patents

Metodo para la produccion de una jaula de rodamiento. Download PDF

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Abstract

Un método para la producción de una jaula de rodamiento, que comprende las etapas: - proporcionar un material en banda con base metálica con una superficie inferior y una superficie superior, - proporcionar una cinta de película basada en un material de recubrimiento para disminuir el índice de rozamiento y una cinta de película de un material de adhesión, sinterizando el material de adhesión y el material de recubrimiento respectivamente hasta un producto semiacabado y procesando los mismos posteriormente en un torno respectivamente de tal forma que mientras que el producto semiacabado se traslada a rotación, en un proceso de punzonado mediante cuchillas peladoras se genera respectivamente una cinta de película correspondiente, - unir el material en banda con base metálica, la cinta de película basada en el material de recubrimiento para la disminución del índice de rozamiento y de la cinta de película del material de adhesión en una prensa de banda doble a una temperatura en el intervalo de 300 a 330ºC y con una presión de 2 a 20 N/mm 2 , de tal forma que al menos sobre la superficie superior del material en banda se disponga una capa intermedia del material de adhesión y, sobre la misma, el recubrimiento para la disminución del índice de rozamiento, por lo que se forma una banda híbrida de metal y plástico correspondiente, donde el recubrimiento para la disminución del índice de rozamiento comprende al menos un fluoropolímero y el grosor total de la capa intermedia del material de adhesión y el recubrimiento para la disminución del índice de rozamiento se sitúa en el intervalo de 10 a 100 mum y procesar la banda híbrida de metal y plástico hasta la forma de una jaula de rodamiento, donde el al menos un lado de la superficie de la jaula de rodamiento, que comprende el recubrimiento, se dispone de tal forma que está orientado hacia los cuerpos de rodamiento a guiar o a apoyar.

Description

Método para la producción de una jaula de rodamiento.
La presente invención se refiere a un método para la producción de una jaula de rodamiento que es adecuada para la guía o el apoyo de cuerpos de rodamiento en un rodamiento así como al uso de la jaula de rodamiento obtenida de este modo.
En la técnica se usan de forma habitual rodamientos para transferir movimientos rotatorios entre piezas móviles entre sí de máquinas. En los rodamientos ruedan cuerpos de rodamiento con forma de bolas o rodillos sobre trayectorias de rodadura con alta rigidez, calidad superficial y fidelidad de forma, que se incluyen en el anillo interno o externo del rodamiento. Al grupo de los rodamientos pertenecen, por ejemplo, los rodamientos de bolas, de agujas, de rodillos cónicos, de rodillos oscilantes y de rodillos cilíndricos. Los cuerpos de rodamiento se guían o apoyan la mayoría de las veces en una jaula de rodamiento (denominada en lo sucesivo también simplemente jaula).
En el estado de la técnica se describen, como materiales adecuados para jaulas de rodamientos, particularmente materiales metálicos como latón duro, bronce, aluminio, acero o acero inoxidable y materiales de plástico o compuestos, como resina fenólica reforzada con tejido, Hostaform (POM) o poliamida reforzada con fibra de vidrio. A modo de ejemplo se describe en el documento DE 80 29 266 U1 una jaula de acero que está recubierta con un plástico, preferiblemente nylon. Adicionalmente se conoce a partir del documento DE 296 02 481 U1 una jaula de plástico de tipo peine para rodamientos de bolas, donde un plástico está reforzado con fibra de vidrio o fibra de carbono. El documento DE 203 06 436 U1 describe jaulas de una poliariletercetona rellena de PTFE. Uno de los problemas esenciales en jaulas de materiales de plástico o materiales compuestos, por ejemplo, una resina fenólica reforzada con tejido con un tejido fino de algodón, consiste en que estos materiales, la mayoría de las veces, solamente son térmicamente estables hasta aproximadamente 120ºC y, por lo tanto, no es posible una esterilización por vapor a presión a 136ºC. Sin embargo, esto representa un gran problema, particularmente para usos en el ámbito médico.
Una problemática adicional en el uso de rodamientos consiste en el requerimiento de rodamientos con poco lubricante o sin lubricante. Precisamente en aplicaciones en la técnica médica y en la industria alimentaria se requieren disposiciones de rodamientos en los que no haya ningún lubricante o solamente un lubricante seco.
Para cumplir el requerimiento de una disposición de rodamiento con poco lubricante o sin lubricante se ha propuesto, entre otras cosas, recubrir las trayectorias de rodadura del anillo interno o externo del rodamiento o los cuerpos de rodamiento con un recubrimiento que disminuya el índice de rozamiento. Para esto se usaron, entre otras cosas, sulfuro de molibdeno, oro, plata, nitruro de titanio y cianuro de titanio.
En este contexto también se ha propuesto usar una jaula de rodamiento con base de plástico en el que se incluye un material con características autolubricantes. En primer lugar se proporciona la jaula de rodamiento y a continuación se aplica el recubrimiento por pulverización o inmersión de la jaula de rodamiento en una solución o dispersión de recubrimiento. Esta aplicación posterior del recubrimiento sobre la jaula de rodamiento, sin embargo, es muy poco económica y conduce a recubrimientos con un grosor de capa no constante. Además, generalmente la adherencia del recubrimiento obtenido no es satisfactoria.
Adicionalmente se conoce, compárese con el documento DE-A-10110915, que forma el estado de la técnica más cercano, fijar una jaula de rodamiento partiendo de un material en banda con base metálica con una superficie plana inferior y una plana superior, que comprende un recubrimiento para la disminución del índice de rozamiento con al menos un fluoropolímero y una capa de adherencia (de plástico).
Por lo tanto, la presente invención tiene el objetivo de proporcionar un método adecuado para la producción de una jaula de rodamiento que sea sencillo y económico y que suministre jaulas de rodamiento que se puedan someter a un tratamiento de esterilización sin empeorar la rigidez de la jaula de rodamiento de forma significativa y que presenten, por lo demás, una vida útil mejorada y una adecuación para el uso en rodamientos de alto rendimiento.
Este objetivo se resuelve por las realizaciones caracterizadas en las reivindicaciones.
Particularmente se proporciona un método para la producción de una jaula de rodamiento que comprende
-
proporcionar un material en banda con base metálica con una superficie inferior y una superficie superior,
-
proporcionar una cinta de película basada en un material de recubrimiento para disminuir el índice de rozamiento y una cinta de película de un material de adhesión, sinterizando el material de adhesión y el material de recubrimiento respectivamente hasta un producto semiacabado y procesando los mismos posteriormente en un torno respectivamente de tal forma que mientras que el producto semiacabado se traslada a rotación, en un proceso de punzonado mediante cuchillas peladoras se genera respectivamente una cinta de película correspondiente,
-
unir el material en banda con base metálica, la cinta de película basada en el material de recubrimiento para la disminución del índice de rozamiento y de la cinta de película del material de adhesión en una prensa de banda doble a una temperatura en el intervalo de 300 a 330ºC y con una presión de 2 a 20 N/mm^{2}, de tal forma que al menos sobre la superficie superior del material en banda se disponga una capa intermedia del material de adhesión y sobre la misma el recubrimiento para la disminución del índice de rozamiento, por lo que se forma una banda híbrida de metal y plástico correspondiente,
donde el recubrimiento para la disminución del índice de rozamiento comprende al menos un fluoropolímero y el grosor total de la capa intermedia del material de adhesión y el recubrimiento para la disminución del índice de rozamiento se sitúa en el intervalo de 10 a 100 \mum y
procesar la banda híbrida de metal y plástico hasta la forma de una jaula de rodamiento, donde el al menos un lado de la superficie de la jaula de rodamiento, que comprende el recubrimiento, se dispone de tal forma que está orientado hacia los cuerpos de rodamiento a guiar o a apoyar.
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La jaula de rodamiento obtenida de acuerdo con la invención es adecuada para todos los rodamientos convencionales en los que se puede utilizar una jaula de rodamiento para la guía o el apoyo de los cuerpos de rodamiento. Preferiblemente, la jaula de rodamiento obtenida de acuerdo con la invención está destinada a rodillos de bolas, de agujas, de rodillos cónicos, de rodillos oscilantes o de rodillos cilíndricos, y de forma particularmente preferida, a rodamientos de bolas con bolas como cuerpos de rodamiento.
La jaula de rodamiento se fabrica de acuerdo con la invención a partir de una banda híbrida de metal y plástico generada en primer lugar de una parte o una pieza, que comprende un material en banda con base metálica con una superficie inferior y una superficie superior y un recubrimiento aplicado sobre al menos la superficie superior del material en banda para la disminución del índice de rozamiento, intercalando una película de un adhesivo. La banda híbrida de metal y plástico tiene habitualmente una anchura de 1 a 800 mm y un grosor de 0,05 a 3 mm y se puede procesar a continuación hasta la forma de una jaula de rodamiento.
El material en banda con base metálica puede ser cualquier metal adecuado para el uso en jaulas de rodamiento o cualquier aleación metálica adecuada para el uso en jaulas de rodamiento. Preferiblemente, el material en banda es un acero de acuerdo con la DIN 10088-3 (195-8). Son aceros especiales de acuerdo con la DIN 10088-3 (195-8), que se pueden usar en el marco de la presente invención, los aceros con los números de material 1.4310 (abreviatura DIN: X 10 CrNi 188), 1.4016 (X 6 Cr 17), 1.4319 (X 3 CrNiN 178), 1.4567 (X 3 CrNiCu 189), 1.4305 (X 12 CrNiS 189), 1.4301 (X 5 CrNi 189), 1.4401 (X 5 CrNiMo 17 122), 1.4571 (X 6 CrNiMoTi 17 122), 1.4404 (X 2 CrNiMo 17 132), 1.4429 (X 2 CrNiMoN 17 133), 1.4435 (X 2 CrNiMo 18 142), 1.4539 (X 1 NiCrMoCu 25 20 5), 1.4547 (X 1 CrNiMoCu 20187), 1.4563 (X 1 NiCrMoCuN 31 27 4), 1.4591 (X 1 CrNiMoCuN 33 32 1), 1.4652, 1.4362 (X 2 CrNiN 23 4), 1.4460 (X 3 CrNiMoN 27 5 2), 1.4462 (X 2 CrNiMoN 22 5 3), 1.4410 (X 2 CrNiMo 25 7 4), 1.4501 (X 2 CrNiMoCuWN 25 74), 2.4616 (EL NiMo 29), 2.4612 (EL NiMo 15 Cr 15 Ti), 2.4602 (NiCr 21 Mo 14 W), 2.4819 (NiMo 16 Cr 15 W), 2.4856 (NiCr 22 Mo 9 Nb), 2.4668 (NiCr 19 NbMo), 2.4857 (NiCr 21 Mo), 1.4847 (X 8 CrNiAlTi 2020), 1.4944/1.3980 (X 4NiCrTi 26 15), 1.4534 (X 3 CrNiMoA1 13 8 2), 1.4542, 1.4568, 1.4545 ó 1.4108 (X 30 CrMoN151). Se prefieren particularmente aceros con los números de material 1.4301, 1.4310 y 1.4016 de acuerdo con la DIN 10088-3 (195-8).
Habitualmente se aplica el recubrimiento para la disminución del índice de rozamiento junto con una capa intermedia del adhesivo solamente sobre la superficie superior del material en banda. Sin embargo, el recubrimiento, en determinadas circunstancias también se puede aplicar sobre la superficie superior y la inferior del material en banda. El recubrimiento aplicado para la disminución del índice de rozamiento comprende al menos un fluoropolímero. Un fluoropolímero adecuado para el recubrimiento para la disminución del índice de rozamiento es preferiblemente un polímero perfluorado. En el marco de la presente invención se prefiere particularmente politetrafluoroetileno (PTFE), preferiblemente uno con un peso molecular de 500.000 a 10.000.000 g/mol. También se pueden usar copolímeros de politetrafluoroetileno con otros monómeros que contienen fluoro adecuados o que no contienen fluoro adecuados que presenten un efecto que disminuye el índice de rozamiento.
Preferiblemente, el recubrimiento para la disminución del índice de rozamiento puede comprender adicionalmente del 1 al 20% en peso de una carga, con respecto al peso total del recubrimiento. Más preferiblemente, el recubrimiento para la disminución del índice de rozamiento comprende del 2 al 10% en peso de carga, más preferiblemente del 4 al 6% en peso, con respecto al peso total del recubrimiento. Como carga se pueden usar para ello todos los materiales adecuados. Preferiblemente, la carga es polifenilensulfona (PPSO_{2}).
El grosor total de la capa intermedia del material adhesivo y del recubrimiento para la disminución del índice de rozamiento se sitúa en el intervalo de 10 a 100 \mum, preferiblemente en el intervalo de 20 a 80 \mum y más preferiblemente en el intervalo de 40 a 60 \mum.
El recubrimiento se aplica sobre al menos la superficie superior del material en banda, para que el mismo se oriente en la jaula del rodamiento obtenida de acuerdo con la invención hacia los cuerpos de rodamiento a guiar o a apoyar, es decir, sobre el lado interno orientado hacia los cuerpos de rodamiento de la jaula del rodamiento. De este modo se consigue que mediante el recubrimiento disminuya el índice de rozamiento para los cuerpos de rodamiento en el rodamiento.
Adicionalmente se dispone entre el material en banda y el recubrimiento para la disminución del índice de rozamiento una capa intermedia como adhesivo. Por la aplicación de esta capa intermedia adicional se mejora adicionalmente la adherencia entre el recubrimiento y el material en banda. Como capa intermedia se pueden usar todos los materiales adhesivos adecuados. Preferiblemente, la capa intermedia es una capa basada en copolímeros de tetrafluoroetileno-perfluoroalquilviniléter (PFA).
En la Figura 1 se muestra un ejemplo de una jaula de rodamiento de bolas obtenida de acuerdo con la presente invención.
La Figura 1 muestra una jaula de rodamiento de bolas fabricada de acuerdo con la invención para rodamientos ranurados de bolas, que se ha fabricado a partir de una banda híbrida de metal y plástico, donde el recubrimiento de la banda metálica comprende esencialmente politetrafluoroetileno.
En el marco de la presente invención se aplica tanto el adhesivo como el recubrimiento en forma de una película sobre el material en banda. Antes de la producción de la película se sinterizan los compuestos correspondientes para adhesivo y recubrimiento hasta un producto semiacabado. El procesamiento de los respectivos productos semiacabados se realiza en un torno, es decir, mientras que el producto semiacabado se traslada a rotación, habitualmente una cuchilla peladora especial genera en un método de punzonado una viruta sin fin que se enrolla finalmente sobre un cuerpo de bobina. Preferiblemente, el material adhesivo comprende el 30-50%, más preferiblemente aproximadamente el 40% del grosor total, y el material de recubrimiento para la disminución del índice de rozamiento, el 50-70%, más preferiblemente aproximadamente el 60%.
En una prensa de banda doble se suministran después habitualmente por tres cuerpos de bobina la banda metálica que se tiene que recubrir, el adhesivo y el recubrimiento. También es posible procesar anteriormente las dos películas para adhesivo y recubrimiento hasta formar una película híbrida, por lo que durante el recubrimiento en la prensa de banda doble se puede ahorrar una cinta de película.
La banda metálica se puede convertir en rugosa de forma definida antes del recubrimiento al menos en la superficie superior. Esto se puede realizar por pulido, cepillado o irradiación. Los valores medios de rugosidad Ra, que se producen por el procesamiento posterior, se sitúan habitualmente entre 0,5 y 1 \mum. En vez del procesamiento mecánico también se puede conseguir una activación de la superficie por un método de decapado. Habitualmente se produce el desengrasado de la banda metálica en una instalación de lavado posterior, que se puede accionar con detergentes acuosos-alcalinos. El baño de lavado se puede realizar con y sin ayuda de ultrasonidos. La temperatura en el baño de lavado se sitúa habitualmente en el intervalo de 50 a 90ºC, preferiblemente en el intervalo de 60 a 70ºC. Alternativamente, el desengrasado de la banda metálica también se puede realizar en una instalación de lavado con disolvente.
Durante la entrada de la prensa de banda doble, la banda metálica, el adhesivo y el recubrimiento se colocan mediante diversas poleas de inversión de forma superpuesta y a continuación se unen entre sí por presión y temperatura. La temperatura del proceso se sitúa en el intervalo de 300 o 330ºC, preferiblemente en el intervalo de 310 a 325ºC. En el intervalo de temperaturas indicado, el adhesivo se funde y une el recubrimiento con el sustrato. Se consigue una adhesión muy buena con una presión de proceso de 2 a 20 N/mm^{2}, preferiblemente de 5 a 10 N/mm^{2}. Las velocidades de paso por la prensa varían ampliamente, ya que las velocidades de calentamiento se diferencian claramente para el correspondiente intervalo de grosores de banda. La banda híbrida de metal y plástico obtenida de este modo se enrolla finalmente sobre un cuerpo de bobina y se pone a disposición para la fabricación de la jaula.
Después de la aplicación del recubrimiento se procesa la banda híbrida de metal y plástico con la forma de una jaula de rodamiento, por lo que el al menos un lado de la superficie de la jaula de rodamiento, que presenta el recubrimiento, se dispone de tal forma que está orientado en un rodamiento hacia los cuerpos de rodamiento a guiar o a apoyar.
El procesamiento de la banda híbrida de metal y plástico hasta la forma de una jaula de rodamiento se puede producir por todos los métodos adecuados, conocidos en el estado de la técnica. Preferiblemente, la banda híbrida de metal y plástico se procesa por corte y gofrado hasta la forma de una jaula de rodamiento. Este método tiene el efecto ventajoso de que el recubrimiento, durante el gofrado, fluye sobre el canto de corte generado durante el corte de la jaula y garantiza de este modo una separación de materiales con respecto al compañero de movimiento opuesto (hombro anular interno o externo). La consecuencia de esto es una disminución del rozamiento de rodadura dinámico en el rodamiento de bolas.
Las jaulas de rodamiento obtenidas mediante el método de acuerdo con la invención presentan la ventaja de que el recubrimiento que disminuye el índice de rozamiento presenta un grosor de capa constante así como una adhesión muy buena. Esto se manifiesta de forma ventajosa particularmente en la zona de contacto del cuerpo de rodamiento con la jaula de rodamiento. Adicionalmente, la aplicación del recubrimiento antes del procesamiento de la banda metálica hasta la forma de una jaula de rodamiento económicamente es considerablemente más adecuada que en métodos convencionales, en los que se recubren posteriormente jaulas de rodamiento ya fabricadas. Los recubrimientos aplicados de este modo presentan además un grosor de capa no constante y una menor fuerza de adhesión en comparación con los recubrimientos de acuerdo con la invención de jaulas de rodamiento.
Los ensayos con jaulas de aleta o remachadas de acuerdo con la invención con base metálica para rodillos ranurados de bolas han demostrado que la propiedad de funcionamiento de emergencia de estos rodamientos de bolas con falta de lubricante son en un múltiplo superiores al rodamiento de bolas convencional con una jaula de chapa de acero no recubierta. Adicionalmente se ha comprobado que el rozamiento en tales rodamientos de bolas que tienen falta de lubricante es extremadamente bajo en las jaulas obtenidas de acuerdo con la invención. También el comportamiento de desgaste es extremadamente adecuado en la situación de falta de lubricante en las jaulas obtenidas de acuerdo con la invención. Los rodamientos de bolas que están equipados con las jaulas obtenidas de acuerdo con la invención ruedan considerablemente más tiempo que los rodamientos de bolas que están equipados con jaulas de aletas convencionales.
Los rodamientos que están equipados con la jaula de rodamiento obtenida de acuerdo con la invención, de forma correspondiente a esto presentan características particularmente adecuadas con falta de lubricación. Además, el método de producción de acuerdo con la invención se puede realizar de forma relativamente sencilla y se puede llevar a la práctica con poca complejidad.
Finalmente, la presente invención se refiere al uso de una jaula de rodamiento obtenida de acuerdo con la invención en un rodamiento de bolas de alto rendimiento con un valor característico de revoluciones de n x dm > 1.000.000 mm/min, particularmente para usos industriales de rodamientos de huso y en el ámbito médico, particularmente en la técnica dental.

Claims (14)

1. Un método para la producción de una jaula de rodamiento, que comprende las etapas:
-
proporcionar un material en banda con base metálica con una superficie inferior y una superficie supe- rior,
-
proporcionar una cinta de película basada en un material de recubrimiento para disminuir el índice de rozamiento y una cinta de película de un material de adhesión, sinterizando el material de adhesión y el material de recubrimiento respectivamente hasta un producto semiacabado y procesando los mismos posteriormente en un torno respectivamente de tal forma que mientras que el producto semiacabado se traslada a rotación, en un proceso de punzonado mediante cuchillas peladoras se genera respectivamente una cinta de película correspondiente,
-
unir el material en banda con base metálica, la cinta de película basada en el material de recubrimiento para la disminución del índice de rozamiento y de la cinta de película del material de adhesión en una prensa de banda doble a una temperatura en el intervalo de 300 a 330ºC y con una presión de 2 a 20 N/mm^{2}, de tal forma que al menos sobre la superficie superior del material en banda se disponga una capa intermedia del material de adhesión y, sobre la misma, el recubrimiento para la disminución del índice de rozamiento, por lo que se forma una banda híbrida de metal y plástico correspondiente,
donde el recubrimiento para la disminución del índice de rozamiento comprende al menos un fluoropolímero y el grosor total de la capa intermedia del material de adhesión y el recubrimiento para la disminución del índice de rozamiento se sitúa en el intervalo de 10 a 100 \mum y
procesar la banda híbrida de metal y plástico hasta la forma de una jaula de rodamiento, donde el al menos un lado de la superficie de la jaula de rodamiento, que comprende el recubrimiento, se dispone de tal forma que está orientado hacia los cuerpos de rodamiento a guiar o a apoyar.
\vskip1.000000\baselineskip
2. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el material en banda con base metálica es un acero que se corresponde a la DIN 10088-3 (195-8).
3. El método de acuerdo con la reivindicación 2, en el que el acero es un acero con el número de material 1.4301, 1.4310 ó 1.4016 de acuerdo con la DIN 10088-3 (195-8).
4. Un método de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el grosor total de la capa intermedia del material adhesivo y del recubrimiento para la disminución del índice de rozamiento se sitúa en el intervalo de 40 a
60 \mum.
5. El método de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4, en el que el fluoropolímero es politetrafluoroeti-
leno.
6. El método de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5, en el que el recubrimiento para la disminución del índice de rozamiento comprende adicionalmente del 1 al 20% en peso de una carga con respecto al peso total del recubrimiento.
7. El método de acuerdo con la reivindicación 6, en el que el recubrimiento comprende del 4 al 6% de la carga con respecto al peso total del recubrimiento.
8. El método de acuerdo con la reivindicación 6 ó 7, en el que la carga es polifenilensulfona (PPSO_{2}).
9. El método de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 8, en el que la capa intermedia es una capa basada en copolímeros de tetrafluoroetileno-perfluoroalquilviniléter (PFA).
10. El método de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 9, en el que antes de la etapa de la unión del material en banda con base metálica, de la cinta de película basada en el material de recubrimiento para la disminución del índice de rozamiento y de la cinta de película del material adhesivo se realiza un proceso de convertir en rugosa al menos la superficie superior del material en banda.
11. El método de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 10, en el que la banda híbrida de metal y plástico se procesa por corte y gofrado hasta la forma de una jaula de rodamiento.
12. El método de acuerdo con la reivindicación 11, en el que la etapa de gofrado se realiza de tal forma que el recubrimiento, durante el gofrado, fluye sobre el canto de corte de la jaula generado durante el corte.
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13. El método de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 12, en el que antes de la etapa de la unión, la cinta de película basada en material de recubrimiento para la disminución del índice de rozamiento y la cinta de película del material adhesivo se procesan hasta una película híbrida.
14. El método de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 13, en el que el material adhesivo comprende el 30-50% y el material de recubrimiento para la disminución del índice de rozamiento, el 50-70% del peso total.
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