Algunos de nuestros mejores ingenieros trabajan con los cojinetes

Los cojinetes protegen a los ejes rotativos, como el cigüeñal, el árbol de levas, el eje de balancines o el eje de compensación en el bloque de motor o en la biela. Sus cargas mecánicas en el motor de combustión son extremadamente altas. Por ello, nuestros cojinetes tienen que cumplir una serie de características cualitativas, tienen que ser resistentes a la fatiga, aptos para la adaptación, con gran capacidad de carga, resistentes al desgaste y a la corrosión.

Conjuntamente con los fabricantes de motores desarrollamos y testamos los cojinetes para cada tipo de motor en particular. Una investigación fundamental y un perfeccionamiento continuo de materiales y tecnologías de fabricación garantizan productos óptimos económica y técnicamente y con la máxima calidad. Nuestra gama de productos comprende semicojinetes y arandelas de tope dentro de un rango de diámetro de 27 a 140 mm, así como casquillos de cojinete con diámetros de 6 a 105 mm.

Materiales y procedimientos de fabricación

Para que los cojinetes puedan cumplir sus altas exigencias, el desarrollo de materiales tiene una importancia capital. Gracias a la experiencia y a los desarrollos de muchos años, MAHLE dispone de una multitud de aleaciones para cojinetes de alta calidad, como aleaciones de aluminio y de bronce. Nuestros cojinetes se componen, según la aplicación, de un casquillo de apoyo de acero altamente resistente, que está recubierto con diferentes metales antifricción. Los materiales de los cojinetes se seleccionan en vista de su aplicación, de forma que sus propiedades se complementen de forma óptima.

En la fabricación de los cojinetes introducimos diferentes procedimientos de recubrimiento, que dependen, entre otras cosas, de la carga relativa del cojinete.

Tipos constructivos

Cojinete macizo
Los cojinetes macizos se componen exclusivamente de metal antifricción, que se elabora a partir de aleaciones especiales.

Cojinete de dos materiales
Los cojinetes de dos materiales se aplican en motores de gasolina y diésel atmosféricos para turismos sometidos a cargas que vayan de baja a media. Se componen de un semicasquillo de apoyo de acero, una capa intermedia y una capa de metal antifricción. Como metal antifricción se utilizan principalmente aleaciones de aluminio.

Cojinete de tres materiales
En motores sometidos a cargas elevadas se utilizan preferentemente cojinetes de tres materiales. Se componen de un semicasquillo de apoyo de acero, una capa de deslizamiento, una capa de bloqueo y una capa deslizante. Los cojinetes de pulverización iónica son cojinetes de tres materiales especiales, los cuales disponen de una dureza y de una resistencia al desgaste notablemente superiores, gracias a un proceso de producción especial (pulverización o atomización iónica). Por ello, estos cojinetes de pulverización iónica son apropiados para motores sobrealimentados con refrigeración del aire de carga y se encuentran cada vez con más frecuencia en motores diésel de turismos.

Sputtern
(en inglés: pulverizar, atomizar)
Procedimiento de recubrimiento según el principio de la atomización de cátodos, en el que los átomos del cátodo de metal son atomizados por medio de los iones de una descarga de gas que chocan contra él. El metal ionizado de este modo se precipita sobre la superficie de rodadura del semicasquillo de cojinete como una capa uniforme.

Cojinetes Sputter: Alta tecnología para motores sometidos a grandes cargas

Un cojinete sputter de MAHLE se reconoce por el troquel „SPUTTER“ en el dorso – y la „m“ conocida para el taller.

En los motores diesel y gasolina de alto rendimiento son imprescindibles los cojinetes sputter. ¿Pero qué quiere decir realmente sputter? ¿Cómo se hace? ¿Y por qué? MAHLE aftermarket news contesta aquí las principales preguntas sobre el tema.

Sputtering – ¿qué es eso?
En primer lugar: ¿De dónde procede este concepto? El diccionario inglés confunde: „to sputter“ viene traducido como „balbucear, chisporrotear“. ¿Cojinetes balbuceantes? No. „to spatter“, sin embargo, ya nos acerca más a la verdad del asunto, y quiere decir „salpicar“. Pero ahora lo queremos saber con exactitud. Y bajo „Sputtering“ tenemos éxito en nuestra búsqueda: „Pulverizar“ aparece aquí… y a continuación la explicación física: pulverización catódica. ¿Y qué es esto exactamente?

En un recipiente, en el que hay vacío, con la excepción de una pequeña cantidad de gas noble, se encuentra un ánodo con carga positiva, un cátodo negativo provisto de una capa metálica – y el cojinete de tres componentes a someter al sputtering. Entre el ánodo y el cátodo se instala una tensión. Los electrones son acelerados hacia el ánodo, ionizando los átomos de gas noble. Los ahora átomos positivos de gas noble son, a continuación, acelerados hacia el cátodo y eyectan por su lado átomos de la capa metálica que rodea al cátodo. En ello se liberan también electrones secundarios, los cuales por su parte ionizan otros átomos de gas noble. De esta forma se forma una mezcla de electrones libres, iones positivos y partes neutras del gas noble, un llamado plasma estacionario. Los átomos eyectados de la capa metálica de átomos se condensan entonces sobre la capa de rodamiento del cojinete en forma de recubrimiento delgado de metal, extremadamente resistente.

¿Qué función tienen los cojinetes?
En la carcasa del motor y en la biela trabajan ejes giratorios como el cigüeñal, el eje de balancines o el árbol de compensación. Los cojinetes les prestan a éstos apoyo. Como consecuencia, los cojinetes están sometidos a una alta carga mecánica, como por ejemplo a presiones de encendido de hasta 200 bares. Pero con esto no es suficiente: Los motores de combustión evolucionan constantemente, sus rendimientos específicos aumentan y se reducen sus tamaños de construcción, con la consiguiente reducción también de los espacios para los cojinetes. Al mismo tiempo, en las nuevas construcciones de motores, se prolongan sucesivamente los intervalos del cambio de aceite.

¿Qué es lo que carga especialmente a los cojinetes?
Las cargas superficiales específicas, especialmente de los cojinetes de biela y los cojinetes principales, han aumentado notablemente en los últimos años. En los motores con inyección directa diesel se tienen, por ejemplo, que controlar en los cojinetes presiones superficiales de hasta 120 N/mm2. Los cojinetes convencionales de dos y de tres componentes, cuyas capas de rodamiento han sido aplicadas por galvanizado alcanzan aquí su límite. Los motores modernos necesitan por ello materiales de cojinetes con una resistencia a la fatiga claramente más alta y menores tasas de desgaste, especialmente en la zona de rozamiento mixto. Al mismo tiempo se debe garantizar una resistencia frente a la corrosión, también con altas temperaturas.

Cojinetes macizos
Los cojinetes macizos están compuestos en su totalidad por metal antifricción, fabricado con aleaciones especiales.

Cojinetes de dos componentes
Los cojinetes de dos componentes se montan en turismos, en motores otto y diesel de aspiración sometidos a cargas bajas hasta medias. Dichos cojinetes constan de una capa protectora de acero, una capa intermedia y una capa de metal antifricción. Como metal antifricción se emplean principalmente aleaciones de aluminio.

Cojinetes de tres componentes
En los motores sometidos a cargas mayores se emplean principalmente cojinetes de tres componentes. Dichos cojinetes constan de una capa protectora de acero, una capa de rodamiento, una capa barrera y una capa de deslizamiento. Los cojinetes tipo Sputter son una versión especial de los cojinetes de tres componentes que, gracias a un proceso de producción especial (sputtering), tienen una dureza y resistencia al desgaste claramente superiores.

¿Por qué el cojinete Sputter es la solución correcta?

Un cojinete Sputter es un cojinete de tres componentes, en que la capa de rodamiento no ha sido aplicada por galvanizado, sino por pulverización por rayos catódicos o Sputtering. Dicho método de recubrimiento funciona sólo en un alto vacío. Con ayuda de alta tensión se arrancan partículas finísimas de un cátodo dispensador y se proyectan sobre la superficie de rodamiento del cojinete. El recubrimiento es de grano fino, finamente disperso y se adhiere extraordinariamente sobre el material de base. Debido al fino tamaño del granulado, la capa así obtenida muestra una considerable dureza, un alto límite elástico y excelentes propiedades de desgaste.

¿Dónde se emplean los cojinetes sputter?
En los cojinetes sometidos a altas cargas, las parejas de cojinetes están siempre compuestas de un cojinete sputter y un cojinete convencional de tres componentes. En el sitio sometido a una mayor carga, se emplea el cojinete sputter, en el otro lado, el cojinete de tres componentes que es más blando. En el cojinete de biela, por lo tanto, se monta el cojinete sputter en la dirección de la barra, el cojinete de tres componentes en dirección de la tapa del cojinete. En el cojinete principal esto es justamente al revés. Aquí se coloca el cojinete sputter en la tapa del cojinete y el cojinete de tres componentes en dirección del bloque de motor.

¿Cómo se reconoce un cojinete sputter?
Con todo lo complejo que es el proceso de recubrimiento y lo impresionante que es su capacidad de rendimiento, qué poco se le advierte esto al cojinete sputter. Este cojinete tiene un aspecto nada espectacular. Para reconocer la mitad del cojinete pulverizada por rayos catódicos, se identifican los cojinetes sputter de MAHLE en el dorso con la marca „SPUTTER“. De esta forma se garantiza un montaje correcto – ya que la posición correcta de montaje del medio cojinete sputter es determinante para un funcionamiento fiable y para la duración de los cojinetes.

¿Por qué se combinan siempre por pares los cojinetes sputter y los cojinetes de tres componentes?

Un motivo son los altos costes de fabricación del recubrimiento sputter. Allí donde sólo se dan cargas bajas, éstos no son necesarios y por ello no se montan. El segundo motivo es la extrema dureza del recubrimiento sputter, la cual no permite la captación de suciedades del aceite de motor. El cojinete de tres componentes más blando, sin embargo, aloja posibles partículas de suciedad en su capa de rodamiento galvanizada, haciéndolas con ello inofensivas para el motor.

¿Por qué cojinetes sputter del experto?
Como mayor fabricante mundial de pistones y socio de desarrollo de la industria de automoción y motores, MAHLE dispone de una alta competencia en investigación, ensayos y fabricación de componentes del motor.

Los cojinetes sputter se montan entre otros en los siguientes motores:

Audi/VW Serie TDI: 1,9 / 2,0 / 2,5 / 4,0 / 5,0 l
Motores otto de Audi: 6,0 l (W12) / 1,8 l (225 CV)
MAN: D2865
Mercedes-Benz Camiones: BR 400, BR 500, BR 900
Mercedes-Benz Turismos: Motores CDI BR 600
PSA Serie HDI: 1,4 / 1,6 / 2,0 / 2,2 / 2,7 l

Fricción

EL BUEN FUNCIONAMIENTO DE LOS COJINETES ES UNA CUESTIÓN DE MATERIALES, ALEACIONES Y SUPERFICIES DE RODADURA.

Además de su función específica de alojamiento de piezas móviles, los cojinetes de fricción del motor tienen una función aún más importante: la recepción y la inclusión de partículas de desgaste. Este desgaste se produce durante el funcionamiento normal del motor y forma partículas que son tan pequeñas que no se pueden separar a través del filtro de aceite, pero lo suficientemente grandes como para acelerar aún más el desgaste si no quedan fijadas en el material. Esta función clave para el mantenimiento de la concentricidad y la reducción del desgaste del motor requiere una construcción especial.

Los cojinetes de fricción del motor están expuestos a distintos tipos de desgastes. Por esta razón están construidos de tal manera que puedan resistir tanto la fricción mixta que produce un intenso desgaste durante el arranque del motor en frío como las elevadas presiones de combustión. Debido a estos diferentes tipos de exigencias, los cojinetes suelen estar fabricados con varios materiales. Por una parte debe escogerse un material que sea muy resistente al desgaste, y por otro debe existir una capacidad de integración de partículas.

LO IMPORTANTE ES EL MATERIAL
Los cojinetes de fricción MAHLE están formados por un sólido casquillo de acero que, en función de las aplicaciones, puede estar recubierto de diferentes metales antifricción. Los materiales para cojinete se escogen de tal manera que las propiedades positivas de los diferentes materiales se complementen y que la combinación sea óptima para las condiciones de aplicación. El desarrollo de materiales juega un papel clave para poder satisfacer las exigencias a las que se ven sometidos los cojinetes de fricción hoy y en el futuro. Gracias a años de actividad y experiencia en el campo del desarrollo, MAHLE cuenta con un gran número de aleaciones de alta calidad, entre otras de aluminio y bronce.

EL TRABAJO POR CAPAS
Solidez, un asiento firme y buenas condiciones de rodadura son exigencias contradictorias en lo que se refiere a los materiales. La solución consiste en utilizar cojinetes de varias capas desarrollados según el principio de la división del trabajo. Las propiedades de funcionamiento de los cojinetes, en particular su capacidad de carga dinámica, no sólo dependen del material, sino también de la estructura y del grosor de la capa así como de las características constructivas de la superficie de fricción. Los cojinetes de fricción MAHLE están formados por un sólido casquillo de acero que, en función de las aplicaciones, puede estar formado por los correspondientes metales antifricción. A continuación un resumen de los tipos de construcción de cojinetes.

Los cojinetes macizos constan de un solo tipo de metal, normalmente una aleación de bronce dura. Estos cojinetes se suelen utilizar en grandes motores, aunque también se emplean en motores de automóviles como bujes de bulón en el pistón, anillos de ataque y cojinetes del árbol de levas.

Los cojinetes de dos materiales constan de una capa portante de acero, una capa intermedia y una capa de metal antifricción. Como metal antifricción se utilizan principalmente las aleaciones de aluminio. Los cojinetes de dos materiales se emplean en motores de explosión y motores diesel de aspiración de baja y mediana carga para automóviles. En función de la aleación, se utilizan como bujes de bulón, bujes de balancines, anillos de ataque, cojinetes de árbol de leva, cojinetes de bancada o cojinetes de biela.

Los cojinetes de tres materiales constan de una capa portante de acero, una capa de rodadura, una capa de bloqueo y una capa de deslizamiento. La capa de rodadura suele ser de base de plomo-bronce y se aplica por galvanizado. Los cojinetes de tres materiales se utilizan preferentemente en motores sometidos a esfuerzos mayores como bujes de bulón, cojinetes de biela, cojinetes de bancada, y cojinetes de cigüeñal.

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Los cojinetes tratados por bombardeo iónico son los más sofisticados. Su estructura corresponde a la de los cojinetes de tres materiales, utilizándose los mismos metales. No obstante aquí se ha aplicado una capa de aluminio extremadamente resistente sobre el material antifricción a través de un método de producción especial, el bombardeo iónico (véase el recuadro «Proceso de bombardeo iónico»). Gracias a este recubrimiento los cojinetes presentan una mayor dureza y resistencia al desgaste. Estos son especialmente adecuados para motores que trabajan con una elevada carga, como los motores turbo de automóviles y vehículos industriales, donde se utilizan como cojinetes de biela y de cigüeñal.

Proceso de bombardeo iónico

El proceso consiste en introducir los cojinetes formados por un casquillo portador de acero, una capa de rodadura y una capa de bloqueo en una máquina de bombardeo iónico en vacío. Mediante la pulverización del cátodo se aplica el material para la capa de deslizamiento sobre el cojinete. De esta manera se consigue una capa de deslizamiento extremadamente dura y resistente al desgaste.

COJINETES TRATADOS POR BOMBARDEO IÓNICO: LA DIVISIÓN DEL TRABAJO
La superficie de deslizamiento tratada por bombardeo iónico es extremadamente dura y resistente al desgaste, pero su capacidad de integrar partículas de desgaste es limitada. Para garantizar esta integración de partículas se trata por bombardeo iónico sólo una mitad del cojinete. La otra mitad es un cojinete de tres materiales con un galvanizado superficial que integra las partículas extrañas con gran eficiencia.

IMPORTANTE: SABER QUÉ VA ARRIBA Y QUÉ VA ABAJO
La mitad de cojinete tratada por bombardeo iónico deberá ubicarse en la posición expuesta a mayores esfuerzos. Así por ejemplo, en la biela la mitad tratada por bombardeo iónico deberá ubicarse en el semicírculo superior del cojinete de biela grande, ya que en esta zona incide la presión de combustión (véase la figura 1). En el cigüeñal por el contrario, la presión de combustión actúa sobre las mitades que están orientadas hacia abajo. Las mitades tratadas por bombardeo iónico se reconocen por la inscripción «Sputter» en el lado exterior. Muchas veces los cojinetes así tratados se embalan y sueldan por separado para mayor seguridad.

¡ATENCIÓN, ORIFICIO PARA PASO DE ACEITE!
Otra fuente de error en la instalación de cojinetes de fricción es la posición de montaje. En la mayoría de pares de cojinetes sólo una mitad está provista de un orificio. Si el cojinete se lubrica a través de un orificio (como en el caso del cigüeñal) deberá observarse que el orificio del cojinete coincida con el orificio del alojamiento. Si se instalan los cojinetes en una posición equivocada, esta no se lubricará correctamente. Como consecuencia de ello se producirá una fuerte degradación que puede dar lugar a la soldadura de los cojinetes con la muñequilla debido a la intensa generación de calor que ello provoca (en la figura 2 se muestra una soldadura del cojinete con el cigüeñal).

Figura 1

En la biela se instala la mitad tratada por bombardeo iónico en el semicírculo superior, donde actúa la presión de combustión.

Figura 2

Consecuencias de un error de montaje: por montaje erróneo de las mitades de cojinete se tapó el orificio para aceite y se produjo un gripado con el consecuente recalentamiento que provocó la soldadura del cojinete con el cigüeñal.