ELEMENTO DE COJINETE.

Elemento de cojinete (1) con un cuerpo de apoyo (2) metálico, una capa de metal antifricción (3) dispuesta por encima, así como una capa de polímero (4) dispuesta sobre ésta, en el que la capa de polímero (4) comprende una resina de poliamidimida, disulfuro de molibdeno (MoS 2) y grafito, en el que la capa de polímero (4) esta dispuesta directamente sobre la capa de metal antifricción, caracterizado porque la capa de polímero (4) está formada por una laca antifricción que en el estado húmedo se compone del 60 % en peso al 80 % en peso de resina de poliamidimida, del 15 % en peso al 25 % en peso de disulfuro de molibdeno (MoS2) y del 5 % en peso al 15 % en peso de grafito, conteniendo la proporción de resina de poliamidimida húmeda del 60 % en peso al 80 % una proporción del 40 % en peso al 80 % en peso de un disolvente orgánico, como por ejemplo xileno.

Elemento de cojinete.

La invención se refiere a un elemento de cojinete con un cuerpo de apoyo metálico, una capa de metal antifricción dispuesta por encima, así como una capa de polímero dispuesta sobre ésta, comprendiendo la capa de polímero una resina de poliimida, disulfuro de molibdeno (MoS2) y grafito, un motor con un árbol que está montado sobre un elemento de cojinete, comprendiendo el elemento de cojinete al menos un cuerpo de apoyo metálico y una capa de metal antifricción dispuesto por encima. Un elemento de cojinete genérico se conoce, por ejemplo, del documento GB 2345095

A. El documento EP 1 764 522 A, estado de la técnica según el artículo 54 (3) del CPE, muestra otro elemento de cojinete.

Los revestimientos de componentes o superficies solicitados tribológicamente deben satisfacer los requerimientos más diferentes. Por un lado, se desea un revestimiento con el menor rozamiento posible, que sea relativamente suave y se pueda adaptar por consiguiente adecuadamente a la abrasión condicionada por el desgaste, así como al compañero de deslizamiento. Por otro lado, se debe dar una estabilidad y rigidez mecánica suficientemente elevadas para poder absorber junto a las cargas de vibración estáticas también las dinámicas y aumentar por consiguiente la resistencia a la fatiga y la vida útil. Los desarrollos, por ejemplo en la industria de motores, discurren en la dirección de mayores potencias específicas a fin de, en particular con miras a las normas para gases de escape que cada vez son más estrictas, aumentar el rendimiento y por consiguiente la productividad y la compatibilidad ambiental de las máquinas motrices por combustión. Una pluralidad de componentes de un motor de combustión se ven afectados por este desarrollo, como por ejemplo los cojinetes de deslizamiento radiales muy solicitados por los pares de fuerzas muy elevados y las presiones de ignición, que aumentan continuamente para la optimización del proceso de combustión, por ejemplo, de un motor turbodiesel de inyección directa. A estas elevadas cargas se someten así los componentes de las bombas de inyección y sus instrumentos de medida debido a los sistemas de inyección de gran potencia de estos motores, o bien también otros componentes, como varillas, pernos o rodillos debido a las potencias más elevadas. Con frecuencia se usan aleaciones de aluminio para estos componentes, ya que se puede conseguir por consiguiente básicamente una buena relación entre propiedades obtenibles y costes a invertir.

Los desarrollos más recientes en este sector muestran, aunque su uso principal se conoce en este ámbito ya desde hace algunos años, de forma creciente el uso de así denominadas lacas antifricción.

Así, por ejemplo, el documento DE 22 06 400 A describe un material compuesto con cuerpo de apoyo metálico y una capa de fricción o deslizamiento conectada mediante un adhesivo con el cuerpo de apoyo y hecha de plásticos altamente solicitables térmicamente, la cual contiene resinas de poliimida endurecibles térmicamente y aditivos que mejoran las propiedades de marcha del cojinete, como politetrafluoretileno, aleaciones metálicas para cojinetes o similares, conteniendo la capa de fricción o deslizamiento las resinas de poliimida y los aditivos que mejoran las propiedades de marcha como mezcla en forma de grano fino o polvo fino, y como aglutinante de laca de poliamida que une tanto la mezcla de grano fino o polvo fino en la capa de fricción o deslizamiento, como también conecta la misma capa de fricción o deslizamiento con el cuerpo de apoyo. La capa de deslizamiento puede contener en este caso entre un 70 y un 20 % en peso de resinas de poliimida endurecible térmicamente y aproximadamente un 30 a un 80 % en peso de aditivos autolubricantes. Como aditivos autolubricantes se mencionan grafito, disulfuro de molibdeno así como óxidos.

Del documento EP 0 939 106 A se conoce un material para la capa de deslizamiento que contiene como material de matriz PTFE o PTFE en combinación con otros termoplásticos fluorados cuyo punto de fusión se sitúa por encima de los 260 º C, estando contenida al menos una poliaramida en polvo cuya proporción referida a la cantidad total de PTFE o de la mezcla de PTFE y otros termoplásticos fluorados y la poliaramida es del 10 al 50 % en volumen.

También en el documento EP 1 236 914 A se describe un cojinete de deslizamiento que presenta un revestimiento de resina sobre una capa de metal antifricción, presentando el revestimiento de resina una resina endurecible térmicamente con determinadas propiedades físicas en una cantidad del 70 al 30 % en volumen mezclado con aditivos antilubricantes en una medida del 30 al 70 % en volumen y no siendo mayor de 20 la dureza Vickers. La resina puede ser, por ejemplo, una resina de poliamidimida. Como aditivos autolubricantes se mencionan disulfuro de molibdeno, grafito, nitruro de boro, disulfuro de wolframio, politetrafluoretileno, plomo, etc.

Polímeros para el uso como material de revestimiento de los elementos de deslizamiento se describen también en los documentos siguientes:

US 5, 525, 246 A, JP 60-1424 A, EP 0 984 182 A, JP 04-83914 A, JP 07-247493 A, GB 2 337 306 A, JP 09-79262 A, JP 2001/173644 A, DE 20 00 632 A, DE 33 43 309, DE 32 21 785 A, WO 97/38046 A, EP 0 340 839 A, EP 0 044 577 A, EP 0 340 838 A, DE 24 15 327 A, EP 060 725 A, DE 198 14 756 A, US 4, 618, 270 A, DE 25 04 833 A, FR 21 33 320 A, GB 2 384 033 B, JP 53-007780 A.

La invención tiene el objetivo de poner a disposición un elemento de cojinete con un revestimiento de polímero que presente propiedades mejoradas.

Este objetivo de la invención se consigue con un elemento de cojinete según la reivindicación 1 o con un motor según la reivindicación 12.

En comparación a los revestimientos de lacas antifricción ya usados en el sector de los cojinetes de deslizamiento, la composición según la invención muestra, a pesar de la elevada proporción de MoS2 y grafito en la resina de poliimida, una mejora no esperada de la resistencia al desgaste del elemento de cojinete. No esperado ya que con resina de poliimida decreciente que se puede ver, entre otros, como aglutinante para los aditivos que evitan la fricción, sería de esperar que se empeorase la cohesión de la capa, que ésta por último “se desmoronase”. No ocurre esto por la proporción seleccionada de MoS2 y grafito, en particular la relación de la proporción de MoS2 respecto al grafito, no teniendo la solicitante para ello una teoría que lo explique en el momento actual. No obstante, se supone una interacción entre las partículas de MoS2 y grafito.

Además de la resistencia al desgaste mejorada, con el elemento de cojinete se consigue además una mejora de la resistencia a la cavitación. Más allá se ha determinado también una propensión a la corrosión reducida.

Según la invención la capa de polímero se aplica directamente sobre la capa de metal antifricción, es decir, no es necesaria una capa de níquel usada habitualmente en los cojinetes de deslizamiento convencionales conocidos del estado de la técnica como bloqueo de la difusión, de modo que un elemento de cojinete según la invención no sólo es al menos equivalente a los cojinetes de deslizamiento habituales multicapas respecto a sus propiedad mecánica, sino que además se puede obtener una ventaja correspondiente en costes en la fabricación del elemento de cojinete según la invención.

Además, es ventajoso que la capa de polímero según la invención no esté limitada a los elementos de cojinete especiales, sino que se pueda aplicar según el conocimiento actual a cada metal antifricción.

En el pasado en el caso de materiales de cojinetes de aluminio se produjeron fallos de cojinetes que se pueden atribuir presumiblemente a una transferencia de material y microsoldadura del material del cojinete sobre el árbol, provocado por micromovimientos. Las transferencias de material semejantes pueden ocurrir si el árbol descansa estáticamente sobre el cojinete, pero todo el sistema realiza micromovimientos, por ejemplo, durante el transporte de un motor ensamblado hacia el lugar de uso, o el funcionamiento de varios motores unos junto a otros, no funcionando todos al mismo tiempo. En el motor según la invención se impide esto de manera ventajosa por la capa de polímero, ya que esta capa no presenta prácticamente una afinidad con el acero. Pero incluso si tiene lugar una transferencia de material en pequeña medida, por ejemplo, por el embebido de la laca antifricción en el perfil de rugosidad... [Seguir leyendo]

1. Elemento de cojinete (1) con un cuerpo de apoyo (2) metálico, una capa de metal antifricción (3) dispuesta por encima, así como una capa de polímero (4) dispuesta sobre ésta, en el que la capa de polímero (4) comprende una resina de poliamidimida, disulfuro de molibdeno (MoS2) y grafito, en el que la capa de polímero (4) esta dispuesta directamente sobre la capa de metal antifricción, caracterizado porque la capa de polímero (4) está formada por una laca antifricción que en el estado húmedo se compone del 60 % en peso al 80 % en peso de resina de poliamidimida, del 15 % en peso al 25 % en peso de disulfuro de molibdeno (MoS2) y del 5 % en peso al 15 % en peso de grafito, conteniendo la proporción de resina de poliamidimida húmeda del 60 % en peso al 80 % una proporción del 40 % en peso al 80 % en peso de un disolvente orgánico, como por ejemplo xileno.

2. Elemento de cojinete según la reivindicación 1, caracterizado porque la laca antifricción presenta una composición en seco del 35 % en peso de resina de poliamidimida, 45 % en peso de MoS2 y 20 % en peso de grafito.

3. Elemento de cojinete (1) según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque están contenidas plaquitas de MoS2 con una longitud media seleccionada de un intervalo con un límite inferior de 10 !m y un límite superior de 40 !m y una anchura media seleccionada de un intervalo con un límite inferior de 10 !m y un límite superior de 40 !m y una altura media seleccionada de un intervalo con un límite inferior de 2 nm y un límite superior de 20 nm.

4. Elemento de cojinete (1) según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el grafito está contenido con un tamaño de grano seleccionado de un intervalo con un límite inferior de 2 !m y un límite superior de 8 !m.

5. Elemento de cojinete (1) según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la capa de metal antifricción (3) está formada por una aleación seleccionada de un grupo que comprende aleaciones a base de aluminio, aleaciones a base de estaño, aleaciones a base de plomo, aleaciones a base de cobre, aleaciones a base de CuPb, aleaciones a base de AlSn, aleaciones a base de AlZn, AlSi, AlSnSi, CuAl, CuSn, CuZn, CuSnZn, CuZnSn, CuBi así como AlBi.

6. Elemento de cojinete (1) según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque la capa de metal antifricción (3) está dispuesta directamente sobre el cuerpo de apoyo (2) .

7. Elemento de cojinete (1) según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque una superficie de la capa de polímero (4) presenta un rugosidad media aritmética Ra según la norma DIN EN ISO 4287, seleccionada de un intervalo con un límite inferior de 0, 2 !m y un límite superior de 1, 5!m.

8. Elemento de cojinete (1) según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque una superficie de la capa de polímero (4) presenta una altura máxima del perfil de rugosidad Rz según la norma DIN EN ISO 4287, seleccionada de un intervalo con un límite inferior de 0, 5 !m yun l ímite superior de 10 !m.

9. Elemento de cojinete (1) según una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque la capa de polímero (4) presenta un espesor medio seleccionado de un intervalo con un límite inferior de 1 !m y un límite superior de 40 !m.

10. Elemento de cojinete (1) según una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque la capa de polímero (4) presenta una dureza Vickers seleccionada de un intervalo con un límite inferior de 20 HV y un límite superior de 45 HV.

11. Elemento de cojinete (1) según una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque está configurado como semicojinete de deslizamiento o anillo de empuje o casquillo de cojinete.

12. Motor con un árbol que está montado sobre al menos un elemento de cojinete (1) , en el que el elemento de cojinete (1) comprende al menos un cuerpo de apoyo (2) metálico y una capa de metal antifricción (3) dispuesta por encima, en el que para impedir la transmisión de material del árbol al elemento de cojinete (1) cuando el árbol está inmóvil está dispuesta una capa de polímero (4) sobre la capa de metal antifricción (3) y/o el árbol, caracterizado porque la capa de polímero (4) está formada por una laca antifricción que en estado húmedo se compone del 60 % en peso al 80 % en peso de resina de poliamidimida, del 15 % en peso al 25 % en peso de disulfuro de molibdeno (MoS2) y del 5 % en peso al 15 % en peso de grafito, conteniendo la proporción de resina de poliamidimida húmeda del 60 % en peso al 80 % una proporción del 40 % en peso al 80 % en peso de un disolvente orgánico, como por ejemplo xileno.

13. Motor según la reivindicación 13, caracterizado porque el elemento de cojinete (1) está formado según una de las reivindicaciones 1 a 11.