ES2336325T3 - Elemento deslizante. - Google Patents
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Abstract
Elemento deslizante compuesto por un cuerpo de base (1), recubierto con una capa deslizante (2, 2'') de un material deslizante, en el que la capa deslizante (2, 2'') está formada al menos en parte por una estructura de soporte (3) que forma espacios intermedios de una espuma metálica de poros abiertos en combinación con un metal deslizante (4), el volumen de los espacios intermedios es mayor que el 70% de la parte del volumen de la estructura de soporte (3), los espacios intermedios de la estructura de soporte (3) están llenos del metal deslizante (4) y el propio material de la estructura de soporte (3) tiene características tribológicas adecuadas y una resistencia mayor que la del metal deslizante (4).
Description
Elemento deslizante.
La invención se refiere a un elemento deslizante
compuesto por un cuerpo de base, recubierto con una capa deslizante
de un material deslizante.
Tales elementos deslizantes se utilizan por
ejemplo como cojinetes de deslizamiento para grandes máquinas, por
ejemplo para motores de combustión de marcha lenta. La capa
deslizante está compuesta usualmente entonces por un material
deslizante, que puede estar compuesto por aleaciones de distinta
composición, para asegurar las características tribológicas
deseadas. Las características tribológicas en cuestión, para las que
se realiza una optimización de la capa deslizante, son por ejemplo
capacidad de adaptación, capacidad de alojamiento de cuerpos
extraños, buenas características de marcha en emergencia,
resistencia al desgaste y elevada resistencia a la fatiga.
Un grupo de metales deslizantes utilizados
frecuentemente, compuesto principalmente por estaño, plomo,
antimonio y cobre, se designa en su conjunto bajo el concepto
"metales blancos". Los metales blancos poseen, debido a la
composición del material, una resistencia relativamente baja, pero
por el contrario una excelente capacidad de adaptación y una muy
buena capacidad de alojamiento de partículas cuando existe un
espesor de capa suficiente. En las capas de deslizamiento de metal
blanco convencionales, el espesor de capa del metal deslizante es
usualmente de aprox. 0,5 a 5,0 mm. La muy buena capacidad de
adaptación y capacidad de alojamiento de estos metales deslizantes
da lugar no obstante, cuando se trata de espesores de capa
relativamente gruesos, a una baja cargabilidad dinámica.
En base a los desarrollos en el campo de la
construcción de motores de combustión, se realizan potencias de
motores cada vez mayores y más elevadas presiones en la cámara de
combustión. De ello resulta una exigencia claramente creciente a la
cargabilidad de los cojinetes de deslizamiento. El cojinete de
deslizamiento determina en gran medida, debido a la limitada
cargabilidad dinámica de la capa deslizante y a las dimensiones
geométricas que de ello resultan, el tamaño constructivo de una
máquina y con ello los costes de fabricación. Por lo tanto el
objetivo del desarrollo de los cojinetes de deslizamiento consiste
en lograr cojinetes de deslizamiento con elevada cargabilidad
dinámica y dimensiones correspondientemente reducidas, que pese a
ello presenten elevada capacidad de adaptación y capacidad de
alojamiento para partículas. La capacidad de alojamiento es
importante para que la capa del cojinete de deslizamiento no quede
dañada funcionalmente por las partículas arrastradas en el aceite
lubricante.
Es sabido que con la clara reducción del espesor
de la capa deslizante por debajo de aprox. 0,2 mm en metales
blancos resulta un claro aumento de la cargabilidad dinámica de la
capa deslizante. En particular en cojinetes de deslizamiento para
los citados grandes motores de combustión y otras máquinas, en los
que encuentran aplicación ejes sin templar, y en los que se
formulan exigencias relativamente altas a la capacidad de adaptación
y a la capacidad de alojamiento de partículas, no es posible no
obstante la reducción del espesor de la capa de metal deslizante o
la utilización de metales deslizantes con elevada resistencia y
dureza y con ello mayor cargabilidad dinámica.
En el documento DE 44 06 191 A está dispuesto en
un bloque del motor un cuerpo conformado con forma de cilindro
hueco, que está atravesado por espacios huecos y canales unidos
entre sí y que está compuesto por un material duro, por ejemplo una
aleación de metal con una proporción en volumen del 5 al 50%. Los
espacios huecos están llenos de metal ligero como metal deslizante
y asumen en un ejemplo de ejecución un volumen de aprox. 75%.
Por el documento GB 664 651 A se conoce un
cojinete de deslizamiento en el que sobre una cubierta de soporte
está formada una capa deslizante compuesta por una estructura de
soporte que forma espacios intermedios de un enrejado de alambre de
cobre y un metal deslizante para rellenar los espacios intermedios.
La proporción en peso del enrejado de cobre es del 10% al 70% y en
una forma constructiva preferente (para motores diesel) está
previsto aproximadamente un 30% del enrejado de cobre en una matriz
de metal deslizante basada en plomo o estaño.
Por el documento JP 06 141 514 A se conoce un
material para cojinetes de deslizamiento en el que como estructura
de soporte está prevista una espuma metálica con una porosidad de al
menos un 90%. Para la estructura de soporte se proponen cobre,
níquel, plomo y estaño. Como material deslizante se prevé plástico,
por ejemplo a base de fenol, pudiendo añadirse dado el caso plomo
como sustancia de relleno.
La presente invención tiene como base la
problemática de perfeccionar un elemento deslizante, que en
particular puede utilizarse como cojinete de deslizamiento para
grandes máquinas, tal que quede asegurada una buena capacidad de
alojamiento de partículas y también se logre una mejor cargabilidad
dinámica.
Partiendo de esta problemática, se prevé en el
marco de la invención un elemento deslizante compuesto por un
cuerpo de base que está recubierto con una capa deslizante de un
material deslizante, en el que
- -
- la capa deslizante está formada al menos en parte por una estructura de soporte que forma espacios intermedios de una espuma metálica de poros abiertos en combinación con un metal deslizante,
- -
- el volumen de los espacios intermedios es mayor que el 70% de la parte del volumen de la estructura de soporte,
- -
- los espacios intermedios de la estructura de soporte están llenos del metal deslizante y
- -
- el propio material de la estructura de soporte tiene características tribológicas adecuadas y una resistencia mayor que la del metal deslizante.
La capa deslizante correspondiente a la
invención está compuesta así por dos componentes, de los cuales uno
es un metal deslizante y el otro es una estructura de soporte que
forma espacios intermedios de una espuma metálica de poros
abiertos. El metal deslizante llena entonces los espacios
intermedios de la estructura de soporte. Complementariamente, puede
estar cubierta la estructura de soporte mediante una capa de
rodadura. El material deslizante puede presentar las propiedades
tribológicas favorables deseadas, mejorando la cargabilidad
dinámica de la capa deslizante mediante la estructura de soporte que
estabiliza la resistencia. Juntamente con la capa de rodadura que
cubre la estructura de soporte, posibilita la estructura de soporte
la formación de una capa delgada del material deslizante, con lo
que ya mediante un delgado espesor de la capa de rodadura puede
lograrse una mejora de la cargabilidad dinámica. La elevada
resistencia de la estructura de soporte puede darse en el aspecto
mecánico estático, pero también en el aspecto dinámico, térmico y/o
químico.
El llenado de los espacios intermedios de la
estructura de soporte mediante el material deslizante puede
realizarse con diversos procedimientos, por ejemplo con el
procedimiento de fundición o con el procedimiento de inyección. Al
respecto es conveniente que el material de la estructura de soporte
presente un punto de fusión más elevado que el del material
deslizante alojado en los espacios intermedios.
La configuración correspondiente a la invención
de la capa deslizante con una estructura de soporte puede estar
limitada dado el caso de manera razonable a una o varias zonas, por
ejemplo una o varias zonas especialmente cargadas, de la capa
deslizante.
La proporción en volumen del material de la
estructura de soporte es en la capa deslizante preferiblemente de
menos del 10%, con lo que la proporción en volumen de los espacios
intermedios de la estructura de soporte respecto a la parte del
volumen del material es mayor que el 90%. Cuando los espacios
intermedios están entonces llenos con el material deslizante,
predomina el material deslizante en la superficie de la capa
deslizante y determina así, de la manera deseada, las propiedades
tribológicas de la superficie de la capa deslizante.
Cuando la estructura de soporte queda cubierta
por una capa de rodadura de material deslizante, puede estar
formada esta capa de rodadura preferiblemente por un material que
se combina bien con el material del que están llenos los espacios
intermedios de la estructura de soporte. Preferiblemente es éste el
caso cuando la capa de rodadura está formada por el mismo material
que el material deslizante con el que están llenos los espacios
intermedios de la estructura.
Para mejorar la unión entre el material
deslizante y el material de la estructura de soporte, puede ser
conveniente dotar al material de la estructura de soporte de un
recubrimiento intermedio que mejore la unión con el material
deslizante. Los materiales a considerar para ello, como por ejemplo
un recubrimiento de níquel, son conocidos sin más al
especialista.
La invención se describirá más en detalle a
continuación en base a ejemplos de ejecución representados en el
dibujo. Se muestra en:
figura 1: una sección a través de una primera
forma constructiva de un elemento deslizante correspondiente a la
invención
figura 2 una sección a través de una segunda
forma constructiva de un elemento deslizante correspondiente a la
invención.
El elemento deslizante representado en la figura
1 está compuesto por un cuerpo de base 1 y una capa deslizante 2,
estando formada la capa deslizante 2 por una estructura de soporte
3, que configura numerosos espacios huecos, que a su vez están
llenos de un material deslizante 4.
La estructura de soporte 3 está formada por un
metal que presenta, mediante espumado, una estructura a modo de
esqueleto con numerosos espacios huecos unidos entre sí.
En la figura 1 puede observarse que la
proporción en volumen de los espacios huecos es bastante mayor que
la proporción en volumen del material de la estructura de soporte 3,
con lo que en la correspondiente superficie 5 (que puede
modificarse debido al desgaste del material durante la utilización)
existe una proporción de superficie claramente predominante en
material deslizante 4. El material de la estructura de soporte 3
debería presentar igualmente propiedades tribológicas favorables,
ya que una parte de la superficie 5 está formada por el material de
la estructura de soporte.
Para optimizar el comportamiento en el arranque,
puede recurrirse a la forma constructiva según la figura 2. La
capa deslizante 2' allí representada se diferencia de la capa
deslizante 2 de la figura 1 sólo en que está prevista una capa de
rodadura 6 adicional que cubre la estructura de soporte 3.
Como capa de rodadura 6 pueden utilizarse todas
las capas de rodadura conocidas, tales como las capas de rodadura
ya conocidas sobre capas deslizantes de metal blanco. Juntamente con
el material deslizante 4 que rellena los espacios huecos sobre la
estructura de soporte 3, el material de la capa de rodadura 6 debe
poder combinarse bien con el material deslizante 3. Preferiblemente
puede estar formada la capa de rodadura 6 del mismo material del
que están rellenos los espacios huecos de la estructura de soporte
3.
El espesor de la capa de rodadura 6 puede
mantenerse en el marco de la invención tan pequeño que quede
asegurada una elevada cargabilidad dinámica también de la propia
capa de rodadura 6.
Claims (7)
1. Elemento deslizante compuesto por un cuerpo
de base (1), recubierto con una capa deslizante (2, 2') de un
material deslizante, en el que la capa deslizante (2, 2') está
formada al menos en parte por una estructura de soporte (3) que
forma espacios intermedios de una espuma metálica de poros abiertos
en combinación con un metal deslizante (4), el volumen de los
espacios intermedios es mayor que el 70% de la parte del volumen de
la estructura de soporte (3), los espacios intermedios de la
estructura de soporte (3) están llenos del metal deslizante (4) y
el propio material de la estructura de soporte (3) tiene
características tribológicas adecuadas y una resistencia mayor que
la del metal deslizante (4).
2. Elemento deslizante según la reivindicación
1,
caracterizado porque la proporción en
volumen de los espacios intermedios respecto a la proporción en
volumen del material de la estructura de soporte (3) es superior al
90%.
3. Elemento deslizante según la reivindicación 1
ó 2,
caracterizado porque el material de la
estructura de soporte (3) presenta un recubrimiento intermedio que
mejora la unión con el material deslizante (4).
4. Elemento deslizante según una de la
reivindicaciones 1 a 3,
caracterizado porque la estructura de
soporte (3) está recubierta por una capa de rodadura (6) de material
deslizante.
5. Elemento deslizante según la reivindicación
4,
caracterizado porque la capa de rodadura
(6) está formada por metal deslizante.
6. Elemento deslizante según la reivindicación
5,
caracterizado porque la capa de rodadura
(6) está formada por el metal deslizante con el que están llenos
los espacios intermedios de la estructura de soporte (3).
7. Elemento deslizante según una de las
reivindicaciones 4 a 6,
caracterizado porque la capa de rodadura
presenta un espesor de < 0,2 mm.
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