Componentes de cojinete y cojinetes aislados frente a corriente.

Un componente de cojinete de acero (12) tal como un componente de un cojinete lineal de un cojinete de elementos rodantes y un cojinete de deslizamiento,

por ejemplo, un componente seleccionado de entre el grupo que comprende un anillo guía de cojinete, un elemento rodante tal como un rodillo cónico, un rodillo en forma de tonel, un rodillo de aguja, una bola de rodamiento y una jaula de elementos rodantes, teniendo el componente de cojinete al menos una capa (112; 112, 112'; 112, 112'; 112") que tiene una alta dureza y una alta propiedad de aislamiento de corriente aplicada mediante un procedimiento de PVD (deposición física en fase de vapor), mediante un procedimiento de CVD (deposición química en fase de vapor), o mediante un procedimiento de PECVD (deposición química en fase de vapor potenciada por plasma) pero excluyendo un procedimiento de ALD o un procedimiento de ALD potenciada por plasma en al menos una región superficial (110) de dicho componente (12), comprendiendo dicha al menos una capa (112; 112, 112', 112, 112'; 112") una capa de óxido no conductora seleccionada de entre el grupo de materiales que comprende una capa de Al2O3, una capa de TaxOy, una capa de SixOy, una capa mixta que comprende dos o más de los óxidos anteriores, una estructura de múltiples capas que comprende capas alternantes de dos o más de los óxidos anteriores y / o una capa de DLC tal como una capa de ta-C, habiendo al menos una capa de ALD (114) que comprende al menos una capa de un material depositado mediante un procedimiento de ALD (deposición de capa atómica) sobre dicha al menos una capa que tiene una alta dureza y una alta propiedad de aislamiento de corriente, teniendo la propia capa de ALD una alta propiedad de aislamiento de corriente y comprendiendo un material o una estructura de capas seleccionada de entre el grupo de materiales que comprende una capa de Al2O3, una capa de TaxOy, una capa de SixOy, una capa de TiO2 o una capa de HfO2, una capa mixta que comprende dos o más de los óxidos anteriores, y una estructura de múltiples capas que comprende capas alternantes de dos o más de los óxidos anteriores.

Componentes de cojinete y cojinetes aislados frente a corriente

La presente invención se refiere a componentes de cojinete y cojinetes aislados frente a corriente.

Los cojinetes de elementos rodantes se usan en muchas aplicaciones industriales, tal como en diversas máquinas, en juegos de ruedas y motores de tracción de vehículos sobre railes, en los motores de CC y eléctricos que se usan en trenes de accionamiento y en generadores, tales como los accionados por energía eólica.

Tales rodamientos pueden estar expuestos a una corriente eléctrica. En un escenario de caso más desfavorable, esto puede dañar las pistas de rodadura y elementos rodantes, lo que a su vez da lugar a que el motor o generador falle de forma prematura y sin avisar. Además de los gastos extraordinarios en que se incurre para las reparaciones, esto también quiere decir costes adicionales causados por el tiempo de parada de la máquina y las pérdidas de producción resultantes.

Una solución mucho más económica es prever el uso de cojinetes aislados frente a corriente en los productos en cuestión. Esto reduce los costes de mantenimiento y de reparación y aumenta la disponibilidad de la máquina. Todas estas son cuestiones importantes para el cliente.

En algunos casos, es suficiente con interrumpir el circuito eléctrico entre el alojamiento del cojinete y el eje asociado e instalar cojinetes aislados frente a corriente en una o más ubicaciones de cojinete entre el alojamiento del aparato y el eje, dependiendo de la aplicación.

Los cojinetes aislados frente a corriente, que con frecuencia están revestidos con cerámica, dan una resistencia significativamente más alta a la corriente eléctrica que los cojinetes convencionales.

Hablando en términos generales, es muy difícil eliminar las causas de las tensiones de cojinete que se inducen por el motor eléctrico. Es decir, expresado en términos más generales, eliminar las corrientes que tomen unas trayectorias no deseadas, estando tales corrientes relacionadas con el suministro de energía del dispositivo eléctrico en cuestión. Sin embargo, es posible evitar el daño al cojinete si el flujo de corriente puede o bien evitarse o bien por lo menos reducirse de forma significativa. Hoy en día se encuentran disponibles muchos tipos de rodamientos aislados frente a corriente. El tipo de componentes que es necesario aislar depende del tipo de tensiones involucradas y la aplicación o Instalación particular.

Una tensión Inducida que se extiende a lo largo del eje del rotor del motor eléctrico o generador produce una corriente circular que se cierra por medio de los cojinetes que soportan el eje y el alojamiento que se extiende entre los mismos. Tales tensiones de eje son a menudo el resultado de una distribución asimétrica del flujo magnético en el interior del motor. Esto es evidente, en especial, en motores con solo unos pocos pares de polos. En un caso de este tipo, es suficiente con interrumpir el flujo de corriente mediante el aislamiento de uno de los dos cojinetes. También surgen situaciones en las que existen diferencias potenciales entre el eje y el alojamiento. En este caso, fluyen corrientes eléctricas a través de cada uno de los cojinetes que soportan el eje en el mismo sentido. La causa más probable de tales diferencias potenciales es la tensión de modo común de los convertidores. Este tipo de situación podría requerir el aislamiento de ambos cojinetes.

El tipo de aislamiento eléctrico que va a usarse depende de la respuesta de tiempo de las tensiones relevantes. Para las tensiones de CC y las tensiones de CA de baja frecuencia, la resistencia óhmica del cojinete es la propiedad determinante para el aislamiento de corriente. Con las tensiones de CA de una frecuencia más alta, que se hallan a menudo en los convertidores, la reactancia capacitiva del cojinete es un parámetro importante a considerar cuando se selecciona la propiedad de aislamiento de corriente del cojinete. Básicamente hablando, un cojinete aislado frente a corriente actúa como una resistencia y un condensador que están conectados en paralelo. Para garantizar un buen aislamiento, la resistencia debería ser tan alta como fuera posible y la capacidad debería ser tan baja como fuera posible.

Con independencia de si un cojinete ha estado expuesto a corriente continua o a corriente alterna, los cambios resultantes a la superficie del cojinete son invariablemente los mismos, por lo menos hasta unas frecuencias en el intervalo de los megahercios. En ambos casos, la corriente eléctrica forma unas marcas de color gris uniformemente mate en las pistas de rodadura sobre los elementos rodantes. Estas marcas no son muy específicas y también pueden estar causadas por otros factores (por ejemplo, por una película de aceites lubricantes que contienen sustancias abrasivas). También puede encontrarse un tipo de patrón de tabla de lavar que se desarrolla a lo largo de la superficie de la pista de rodadura de un cojinete que se extiende en el sentido de rotación. Este tipo de daño, al que se hace referencia como "estriado" indica que una corriente eléctrica ha pasado a través del cojinete. Si el daño que se halla en cojinetes como resultado del flujo de corriente se examina bajo un microscopio electrónico de barrido, entonces puede mostrarse que el daño se caracteriza por unos cráteres densamente agrupados causados por fusión local y cordones de soldadura con unos diámetros de dimensiones de del orden de micrómetros que cubren las pistas de rodadura. Tal daño puede aceptarse definitivamente como prueba de que ha pasado corriente eléctrica a través del cojinete. Los cráteres y cordones de soldadura son el resultado de descargas eléctricas entre los picos microscópicos que siempre se hallan en las pistas de rodadura y sobre las superficies de los elementos

rodantes. Cuando una chispa penetra en una película lubricante completamente desarrollada en un cuello de botella, esta da lugar a que la superficie adyacente se funda de forma momentánea. En el intervalo de rozamiento mixto (contacto de metal con metal) las superficies efectivas están temporalmente fundidas entre sí, a continuación se parte inmediatamente de nuevo, por la rotación del cojinete. En ambos casos, el material también se separa de las superficies en donde este se solidifica inmediatamente para formar cordones de soldadura. Algunos de estos cordones se mezclan con el lubricante, el resto se deposita sobre las superficies. Los cráteres y cordones de soldadura pueden aplanarse y alisarse a medida que los elementos rodantes continúan pasando por encima de los mismos. Si hay un flujo continuo de corriente, las capas superficiales habitualmente delgadas repiten el procedimiento de fusión y de solidificación una y otra vez con el transcurso del tiempo.

La mayor parte de las roturas de cojinete en la práctica resultan del "estriado" al que se hace referencia en lo que antecede que parece originarse como resultado del efecto combinado del flujo continuo de corriente eléctrica y las propiedades vibracionales de los componentes de cojinete. Cada vez que el elemento rodante entra en contacto con un cráter lo bastante grande, este queda desplazado en sentido radial; la magnitud del desplazamiento del elemento depende de la geometría interna y la velocidad del cojinete así como de las cargas que actúan sobre el cojinete. Cuando el elemento rodante bascula de vuelta, el grosor de la película lubricante se erosiona, dando como resultado más descargas disruptivas en esta área. Se ha desencadenado un procedimiento autosostenido. Después de tiempo, la totalidad de la circunferencia de la pista de rodadura del anillo puede estar cubierta por daño de estriado. Esto conduce a unas vibraciones de cojinete más acusadas, conduciendo finalmente a una rotura de cojinete. Se hace referencia a un criterio fiable para evaluar el nivel de peligro que plantea la corriente eléctrica en la técnica como la "densidad de corriente calculada", es decir, el amperaje efectivo dividido por el área total de contacto entre los elementos rodantes y el anillo interior y el anillo exterior del cojinete. La densidad de corriente depende del tipo de cojinete y de las condiciones operativas. De acuerdo con la experiencia actual, normalmente no hay riesgo alguno de estriado cuando las densidades de corriente son de menos de aproximadamente 0,1 Aef/mm2. Es probable que unas densidades que se encuentran por encima de 1 A®f / mm2, no obstante, den lugar a este tipo de daño.

La corriente eléctrica también afecta de forma negativa al lubricante. El aceite de base y los aditivos en el aceite tienden a oxidarse y se desarrollan grietas. Esto es claramente evidente bajo el espectro infrarrojo. Las propiedades lubricantes se ven deterioradas por el envejecimiento... [Seguir leyendo]

1. Un componente de cojinete de acero (12) tal como un componente de un cojinete lineal de un cojinete de elementos rodantes y un cojinete de deslizamiento, por ejemplo, un componente seleccionado de entre el grupo que comprende un anillo guía de cojinete, un elemento rodante tal como un rodillo cónico, un rodillo en forma de tonel, un rodillo de aguja, una bola de rodamiento y una jaula de elementos rodantes, teniendo el componente de cojinete al menos una capa (112; 112, 112'; 112, 112'; 112") que tiene una alta dureza y una alta propiedad de aislamiento de corriente aplicada mediante un procedimiento de PVD (deposición física en fase de vapor), mediante un procedimiento de CVD (deposición química en fase de vapor), o mediante un procedimiento de PECVD (deposición química en fase de vapor potenciada por plasma) pero excluyendo un procedimiento de ALD o un procedimiento de ALD potenciada por plasma en al menos una reglón superficial (110) de dicho componente (12), comprendiendo dicha al menos una capa (112; 112, 112', 112, 112'; 112") una capa de óxido no conductora seleccionada de entre el grupo de materiales que comprende una capa de AI2O3, una capa de TaxOy, una capa de SixOy, una capa mixta que comprende dos o más de los óxidos anteriores, una estructura de múltiples capas que comprende capas alternantes de dos o más de los óxidos anteriores y lo una capa de DLC tal como una capa de ta-C, habiendo al menos una capa de ALD (114) que comprende al menos una capa de un material depositado mediante un procedimiento de ALD (deposición de capa atómica) sobre dicha al menos una capa que tiene una alta dureza y una alta propiedad de aislamiento de corriente, teniendo la propia capa de ALD una alta propiedad de aislamiento de corriente y comprendiendo un material o una estructura de capas seleccionada de entre el grupo de materiales que comprende una capa de AI2O3, una capa de TaxOy, una capa de SlxOy, una capa de HO2 o una capa de Hf02, una capa mixta que comprende dos o más de los óxidos anteriores, y una estructura de múltiples capas que comprende capas alternantes de dos o más de los óxidos anteriores.

2. Un componente de cojinete de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la composición de la al menos una capa aplicada mediante un procedimiento de PVD (deposición física en fase de vapor), mediante un procedimiento de CVD (deposición química en fase de vapor), o mediante un procedimiento de PECVD (deposición química en fase de vapor potenciada por plasma) pero excluyendo un procedimiento de ALD o un procedimiento de ALD potenciada por plasma es al menos sustanclalmente la misma que la composición de la capa depositada mediante el procedimiento de ALD.

3. Un componente de cojinete de acuerdo con la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en el que la dicha al menos una capa aplicada mediante un procedimiento de PVD (deposición física en fase de vapor), mediante un procedimiento de CVD (deposición química en fase de vapor), o mediante un procedimiento de PECVD (deposición química en fase de vapor potenciada por plasma) pero excluyendo un procedimiento de ALD o un procedimiento de ALD potenciada por plasma tiene un grosor en el Intervalo de 0,5 mlcrómetros a 4 micrómetros y la capa de ALD tiene un grosor en el Intervalo de 1 nm a 1000 nm, en especial 10 a 50 nm.

4. Un componente de cojinete de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el acero del cual se fabrica el artículo es una calidad de acero martensítico.

5. Un componente de cojinete de acuerdo con la reivindicación 4, en el que una calidad de acero martensítico es al menos uno de un acero para cojinetes y un acero que puede trabajarse en frío.

6. Un componente de cojinete de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores 4 y 5, en el que la calidad de acero martensítico es uno de 100Cr6, 100CrMn6, 16MnCr5, C80 o X30CrMoN 15 1, o un acero de acuerdo con las normas Din: 1.4108 o SAE: AMS5898.

7. Un componente de cojinete de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la al menos una capa que tiene una alta dureza y una alta propiedad de aislamiento de corriente aplicada mediante un procedimiento de PVD (deposición física en fase de vapor), mediante un procedimiento de CVD (deposición química en fase de vapor), o mediante un procedimiento de PECVD (deposición química en fase de vapor potenciada por plasma) pero excluyendo un procedimiento de ALD o un procedimiento de ALD potenciada por plasma está provista con una capa de PVD adicional depositada mediante arco (arco filtrado, fuentes rectangulares, fuentes redondas, arco de láser, fuentes cilindricas), mediante un magnetrón de pulverización por bombardeo iónico, un magnetrón de pulverización por bombardeo iónico reactiva o por medio de un magnetrón de pulverización por bombardeo iónico doble (fuentes rectangulares, fuentes redondas, fuentes cilindricas), cualquiera de los anteriores opcionalmente con potenciación de plasma antes de la deposición de la capa de ALD.

8. Un cojinete que comprende un componente de cojinete de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores.

9. Una máquina que comprende un componente de cojinete de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores 1 a 7 o un cojinete de acuerdo con la reivindicación 8.

10. Un procedimiento de revestimiento de un componente de cojinete de acero (12) tal como un componente de un cojinete lineal de un cojinete de elementos rodantes y un cojinete de deslizamiento, por ejemplo, un componente seleccionado de entre el grupo que comprende un anillo guía de cojinete, un elemento rodante tal como un rodillo cónico, un rodillo en forma de tonel, un rodillo de aguja, una bola de rodamiento y una jaula de elementos rodantes,

que comprende depositar al menos una capa (112; 112, 112'; 112, 112'; 112") en al menos una reglón superficial (110) de dicho componente (12), teniendo la capa una alta dureza y una alta propiedad de aislamiento de corriente y aplicándose mediante un procedimiento de PVD (deposición física en fase de vapor), mediante un procedimiento de CVD (deposición química en fase de vapor), o mediante un procedimiento de PECVD (deposición química en fase 5 de vapor potenciada por plasma) pero excluyendo un procedimiento de ALD o un procedimiento de ALD potenciada por plasma, comprendiendo dicha al menos una capa (112; 112, 112'; 112, 112'; 112") una capa de óxido no conductora seleccionada de entre el grupo de materiales que comprende una capa de AI2O3, una capa de TaxOy, una capa de SixOy, una capa mixta que comprende dos o más de los óxidos anteriores, una estructura de múltiples capas que comprende capas alternantes de dos o más de los óxidos anteriores y / o una capa de DLC tal como una 10 capa de ta-C, depositar al menos una capa de ALD (114) sobre dicha al menos una capa que tiene una alta dureza y una alta propiedad de aislamiento de corriente, comprendiendo la capa de ALD al menos una capa de un material depositado mediante un procedimiento de ALD (deposición de capa atómica), teniendo la propia capa de ALD una alta propiedad de aislamiento de corriente y comprendiendo un material o una estructura de capas seleccionada de entre el grupo de materiales que comprende una capa de AI2O3, una capa de TaxOy, una capa de SixOy, una capa de 15 TÍO2 o una capa de Hf02 una capa mixta que comprende dos o más de los óxidos anteriores, y una estructura de múltiples capas que comprende capas alternantes de dos o más de los óxidos anteriores.