Uso de tecnologías plásticas innovadoras para la reducción de contaminantes en automóviles

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Bajo la presión de reducir las emisiones contaminantes y el consumo de combustible en los vehículos, la industria automotriz tiene el reto de usar piezas de peso reducido con igual o mejor desempeño que las normales. Esta es la razón por la cual las piezas plásticas con un gran componente innovador y con alta resistencia a la abrasión se han vuelto cada vez más importantes.

Winkelmann Powertrain Components, una compañía con base en Ahlen (Alemania), anticipó los desarrollos técnicos asociados con esta tendencia y apostó por los polímeros termoestables para la producción de poleas de transmisión, proceso que para su desarrollo cuenta con las máquinas de Wittmann Battenfeld.

La producción de poleas de transmisión en la compañía tuvo su origen en la tradición del formado en frío de láminas metálicas, una de las competencias centrales de Wilkenmann.  En 1992, la producción de piezas plásticas fue agregada a la tradicional fabricación en acero o, posteriormente, en aluminio.  Tres decisiones fundamentales fueron tomadas en ese entonces para dar el paso de conversión tecnológica: 1) Se escogió una resina fenólica reforzada con fibra de vidrio y rellenos minerales como el material constitutivo; 2) El material sería procesado a través de una sola etapa de moldeo por inyección-estampado, especialmente desarrollada para este propósito (con la marca registrada WIN:DUR); y 3) Battenfeld suministraría las máquinas de moldeo por inyección.

Los primeras poleas de transmisión fabricados en resina termoestable fueron suministrados a BMW. Al día de hoy, Winkelmann ha manufacturado cerca de 50 millones de poleas de transmisión para bombas hidráulicas, bombas de potencia y árbol de levas. Winkelmann augura un enorme potencial para esta última aplicación dada la reducción en peso y el ahorro en costos cuando se compara con la fabricación en metal. Adicionalmente, esta compañía es una de las pocas que ofrece poleas de transmisión híbridas que están fabricadas con resina termoestable en combinación con otros materiales tales como metales, termoplásticos y elastómeros.

La fórmula del éxito: procesamiento de resinas termoestables con tecnología de moldeo por inyección-estampado.

Durante el proceso de moldeo por inyección-estampado, la resina fenólica novolac es inyectada dentro del molde a baja presión con el fin de prevenir una extrema orientación de las fibras de vidrio. Posteriormente, la placa de estampado es accionada al interior del molde con el objetivo de incrementar la presión en la cavidad y dar la forma final a la pieza. La presión es sostenida hasta que el proceso de reticulación de la resina fenólica se haya completado. De esta última etapa depende la estabilidad dimensional del producto final frente a los gradientes térmicos en operación.

Adicionalmente a los aspectos de reducción del peso y de disminución de los costos, las piezas en resina ofrecen una alta absorción de las ondas sonoras, una superficie de buena resistencia frente a la abrasión, alta homogeneidad gracias a la orientación cuasi-isotrópica de las fibras de vidrio, así como una elevada resistencia química frente a las diversas sustancias que se pueden encontrar en el compartimento motor. Debido a que la capa superficial de las piezas está constituida exclusivamente de resina gracias al proceso de fabricación, se garantiza igualmente una larga vida de servicio para las correas.

Básicamente también es posible fabricar poleas de transmisión con termoplásticos reforzados con fibra de vidrio. Sin embargo, los materiales termoplásticos con propiedades mecánicas comparables son demasiado costosos debido a la composición especial que requerirían con el fin de asegurar la estabilidad térmica necesaria. Por esta razón, esta opción resulta no competitiva y Wilkenmann nunca ha contemplado tales materiales como alternativa.

Las poleas de transmisión en resina termoestable se utilizan actualmente en la fabricación de compresores de aire acondicionado, bombas de agua y sistemas de control de potencia. Principalmente, gracias a la enorme reducción en peso en comparación con las piezas metálicas, Winkelmann ve futuros campos de aplicación en sistemas de árbol de levas, amortiguadores de cigüeñal o sistemas de correa para control de potencia que se encuentran actualmente en fase de prototipo. Por otra parte, Winkelmann está trabajando en el desarrollo de otros componentes híbridos fabricados con metales, termoestables y elastómeros que podrían tener aplicación en el campo de la amortiguación. En este caso, las llamadas poleas de transmisión “decupladas”, cuyo nombre proviene del diseño y una función especial, ofrece la posibilidad de desengranar la correa de transmisión y los diferentes componentes conectados de la rotación vibracional producida por el cigüeñal del motor de combustión.

Winkelmann confía en las máquinas de inyección suministradas por Wittmann Battenfeld

Winkelmann actualmente opera una planta de producción de piezas en resina termoestable con una batería de 23 máquinas de inyección (con fuerzas de cierre entre 100 y 150 t) en Ahlen, todas suministradas por Wittmann Battenfeld. Dipl.-Ing. Axel Neukirchen, ingeniero graduado y Director de Producción de Termoestables en Winkelmann comentó que “durante nuestra puesta en marcha en 1990, Battenfeld emergió como el fabricante de maquinaria con la mayor competencia para adaptar sus máquinas al proceso de moldeo por inyección-estampado, y por lo tanto, fácilmente demostró ser el socio correcto para nosotros”. La producción se inició con los modelos predecesores de la actual serie de máquinas hidráulicas HM, las máquinas de 3 placas de las serie CDC con cilindros de cierre centrales.

En 2013, las dos primeras máquinas de la serie HM fueron entregadas. Estos son los modelos HM 15/1000 ServoPower con fuerza de cierre de 150 t, equipada con unidades de transmisión de alta eficiencia energética, el robot W821 de Wittmann, con el moderno sistema de remoción de piezas y de inserción de anillos metálicos R8, y los controladores de temperatura en barril de la serie TEMPRO plus D (Wittmann). Además, las máquinas están equipadas con todos los accesorios necesarios para el procesamiento de termoestables. Secuencias especiales requeridas por el tipo de proceso en Winkelmann han sido instaladas, incluyendo el monitoreo de las funciones más relevantes. Con el fin de asegurar piezas con bajos niveles de esfuerzos superficiales y con alta estabilidad dimensional, un cilindro adiciona de inyección-estampado ha sido montado en la unidad de inyección, con el efecto de aplicar fuerza adicional en la cavidad a través del cilindro hidráulico central durante el proceso de inyección.

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