Efecto stick-slip
La empresa Bornemann Gewindetechnik fabrica desde hace más de 25 años husillos y tuercas roscados para prácticamente todas las aplicaciones existentes en todos los sectores industriales. Uno de los puntos fuertes de la producción es la fabricación de transmisiones de rosca trapezoidal listas para montar, compuestas por husillos y juegos de tuercas para sistemas de elevación de carga pesada, como los que se utilizan en el ámbito de los sistemas de elevación para vehículos ferroviarios, en la construcción de teatros y escenarios y en la construcción de maquinaria especial.
Para el funcionamiento fiable de los equipos de elevación, las superficies de los husillos roscados, así como la selección del lubricante adecuado, revisten una gran importancia. Es fundamental evitar el conocido efecto stick-slip. Hans Gereke-Bornemann (Bornemann-Gewindetechnik, dirección): «Cuando se nos informan de problemas en los sistemas de elevación por husillo, por lo general se puede suponer que uno de los siguientes factores forma parte de la causa: la calidad de la superficie de los husillos, las impurezas, la posición de montaje del sistema o, en especial, la elección del lubricante. Sin embargo, en muchos casos el problema es una combinación compleja de varios de estos factores. Por lo tanto, es necesario tener en cuenta cada uno de ellos de forma adecuada durante el diseño».
El efecto stick-slip
El efecto stick-slip (del inglés «stick», «adherirse», y «slip», «deslizarse»), también conocido como efecto de adherencia y deslizamiento, describe el deslizamiento a saltos de cuerpos sólidos que se mueven uno contra otro. Este efecto puede producirse siempre que la fricción estática sea mayor que la fricción cinética.
Dependiendo del sistema tribológico, esto provoca la generación de vibraciones que se transmiten como ruido a través de una superficie resonante (husillos que «chirrian» y «chillan»). El efecto suele desaparecer en cuanto los elementos en fricción se separan mediante un lubricante o un material intermedio. El efecto stick-slip suele ser indeseable en aplicaciones técnicas. Las influencias negativas del efecto stick-slip pueden observarse, entre otros, en rodamientos, guías en la tecnología lineal o en husillos roscados en la tecnología de elevación.
Ralph Wuertele (Klüber Lubrication, director de ingeniería de aplicaciones): «Precisamente en instalaciones de tecnología de elevación de cargas pesadas, los lubricantes inadecuados pueden provocar fácilmente situaciones de lubricación insuficiente, lo que causa un mayor desgaste y, por lo tanto, conduce a un fallo prematuro de la instalación». Como efecto secundario directamente perceptible de esta lubricación insuficiente, suelen producirse los mencionados chirridos y crujidos.
En el peor de los casos, estas condiciones de lubricación insuficiente pueden incluso provocar micro-soldaduras o soldaduras en frío en sistemas de elevación completos, lo que se conoce como «agarrotamiento» de las tuercas, con graves daños derivados que pueden llegar a provocar averías en las instalaciones afectadas.
En este sentido, la combinación de materiales del sistema de husillo y tuerca desempeña un papel decisivo. En las combinaciones de fundición gris y acero, el contenido de hierro en los materiales puede favorecer la soldadura en frío. En una combinación de bronce y acero, la soldadura en frío puede descartarse por lo general. ¿Qué hay que tener en cuenta, pues, para evitar estas temidas situaciones de lubricación insuficiente o el denominado efecto stick-slip?
Compatibilidad de materiales
Debe demostrarse que el lubricante es compatible con los materiales del fuelle y de las juntas. De no ser así, el lubricante podría afectar a dichos materiales y provocar, por ejemplo, porosidad, grietas o abombamientos. La consecuencia serían fugas con pérdida de lubricante o la entrada de suciedad. En ambos casos, el fuelle o el sistema de sellado ya no podrían cumplir su función como se desea. Para garantizar la seguridad, deben realizarse ensayos de compatibilidad entre el lubricante y los materiales del fuelle y de las juntas a la temperatura máxima de uso admisible durante al menos 168 horas.
Según el fabricante de fuelles MFB-Technik, la elección correcta del material del fuelle, así como la consideración de las influencias ambientales externas, son criterios importantes que influyen en la vida útil de los fuelles, pero que a menudo son descuidados por los clientes.
Superficie de los husillos roscados
Hay varios factores que garantizan que el lubricante permanezca donde se necesita. Entre ellos se encuentra la topografía de la superficie de los husillos roscados y las tuercas, que la empresa Bornemann-Gewindetechnik fabrica mediante un proceso de torbellinización. De este modo se crean cavidades de lubricación microscópicas en la superficie roscada. Estas cavidades de lubricación garantizan que, ante una elevada carga superficial, el lubricante no sea expulsado, sino que permanezca en los «valles» de la superficie, ya que no entra en contacto con los flancos de apoyo de los perfiles roscados.
En los husillos roscados fabricados mediante el proceso de laminación, la ausencia de cavidades de lubricación en el flanco de apoyo del perfil roscado impide a menudo que el lubricante aplicado permanezca en su sitio cuando los perfiles de las tuercas se deslizan sobre el husillo con una elevada carga superficial. O bien el lubricante es expulsado del flanco, o bien es empujado hacia delante de la tuerca. En cualquier caso, se produce una ruptura de la película lubricante que, inicialmente, provoca un aumento de la temperatura y un efecto stick-slip con ruidos en parte ensordecedores, y que posteriormente conduce a la destrucción del mecanismo roscado. Moritz von Soden (director de ventas, Bornemann-Gewindetechnik): «Muchos de nuestros clientes provienen del sector de la tecnología de elevación de cargas pesadas. En este ámbito se utilizan sistemáticamente husillos roscados de diseño vorticial para evitar los conocidos problemas derivados de una lubricación insuficiente».
Además, la capacidad de adherencia del lubricante en sí mismo desempeña un papel importante. Esta viene determinada por la fórmula del lubricante, concretamente por el tipo y la cantidad de espesante. Por otra parte, la limpieza de la superficie antes de la aplicación del lubricante es fundamental. Los residuos de líquidos para el mecanizado de metales, por ejemplo, no favorecen la adherencia.
Comportamiento de fluidez
La geometría adecuada de la rosca de la tuerca garantiza que esta no empuje el lubricante hacia delante, sino que, por así decirlo, lo atraiga hacia el espacio de lubricación. No obstante, el lubricante puede ser desplazado o expulsado rápidamente del punto de fricción; sin embargo, debería volver a fluir lo antes posible. Por este motivo, Klüber Lubrication recomienda utilizar grasas fluidas de la clase de consistencia NLGI 0, o mejor aún, 00. Por supuesto, los sistemas de husillo deben estar debidamente sellados. La cantidad de grasa debe llenar al menos el 30 % del volumen entre el husillo y el fuelle.
Liberación de aceite
Debido a las velocidades de deslizamiento relativamente bajas y a las elevadas presiones superficiales en el sistema tribológico de la tuerca del husillo de los sistemas de elevación por husillo, no se puede formar una película lubricante de tipo hidrodinámico, lo que podría provocar una lubricación insuficiente. En esta situación de funcionamiento, los aditivos determinan de manera decisiva el rendimiento del lubricante. Dado que los aditivos se encuentran disueltos en la fase oleosa de la grasa lubricante, esta debe liberar suficiente aceite bajo carga. Gracias a su buena fluidez, el aceite, incluidos los aditivos, llega fácilmente al punto de fricción propiamente dicho, garantizando así una lubricación fiable.
Protección contra la corrosión
Otro requisito que debe cumplir el lubricante se deriva de la estanqueidad del sistema: dado que el fuelle no suele estar sellado herméticamente, en principio no se puede descartar la formación de condensación en su interior. Por este motivo, el lubricante debe presentar una alta resistencia al agua y ofrecer una excelente protección contra la corrosión.
Marc Schillig (director general de MFB-Technik Schillig GmbH & Co. KG): «Nosotros también nos enfrentamos regularmente al problema del «agua de condensación». En principio, «el sellado hermético no funciona». El intercambio de aire debe estar garantizado durante los movimientos, ya que, de lo contrario, el fuelle sufrirá daños con toda seguridad. Para solucionar este problema se utilizan tamices o válvulas de alta calidad. El agua de condensación se transporta al exterior a través de un separador gracias a la sobrepresión que se genera al comprimirse el fuelle. Ya hemos implementado diversas soluciones con nuestros clientes».
La empresa Bornemann-Gewindetechnik GmbH, situada en Delligsen, cerca de Hildesheim, lleva 25 años fabricando, con una plantilla de 40 empleados y en unas instalaciones de 3800 m², roscas de todo tipo de formas especiales, así como piezas torneadas y fresadas. Como materia prima se utilizan todos los materiales que admiten el mecanizado por arranque de viruta. Además, la empresa ofrece un servicio de reparación de husillos defectuosos. Los tamaños estándar de los husillos roscados oscilan entre 10 y 180 milímetros de diámetro y alcanzan una longitud de hasta 6 metros. En los modernos centros de mecanizado se pueden mantener tolerancias dimensionales de h6. En el caso de un husillo con un diámetro de 100 milímetros, h6 correspondería a una tolerancia de entre 99,978 y 100 milímetros, de modo que los rodamientos de bolas pudieran montarse correctamente en él. Mediante el proceso de torneado, se consigue que las superficies roscadas alcancen una calidad de rectificado. El plazo de entrega es de 2 a 3 semanas tras la recepción del pedido.