Escobillas para aplicacionesindustriales y de tracción

Fallos en el comportamiento de marcha

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Cuando se habla de fallos oproblemas de servicio en elcomportamiento de las escobillas,hay que pensar que no todaanomalía del estado ideal significaun fallo.

Hay que diferenciar entre fenómenosque representan un peligro para lamáquina y el servicio (p.ej. chispeofuerte en las escobillas) o querequieren un mantenimiento fuerade lo común (p.ej. desgaste deescobilla elevado y desigual) yproblemas que más o menos sepueden ver como fallos de aspecto(p.ej. pátina irregular). Tales“anomalías” no se debensobrevalorar, si una máquina a pesarde ello trabaja sin problemas.

En el caso de que las escobillasmuestren un comportamiento demarcha que haya que considerarcomo no satisfactorio, hay quepensar que no siempre es laescobilla la causa del problema. Elencontrar la fuente real del fallo es amenudo una tarea difícil, porquepueden darse varios factores de fallopara el comportamiento existente.

A continuación vamos a irbrevemente a algunos de los fallosmás corrientes y mencionamos lasposibles fuentes de los mismos:Las soluciones a tomar se daninevitablemente según los motivosde los fallos, en los que por ejemplouna presión inadecuada de escobilladebe corregirse o hay que rectificarun colector excéntrico. Por lo tanto,no se va a hacer mención especial asoluciones a tomar.

Ampliaremos las instrucciones através de representaciones deimágenes típicas de escobillas ycolectores.

Con ello queremos conseguir quetanto los que utilicen nuestrosproductos como nosotrosmismos, hablemos un mismoidioma en lo que a los problemasde escobillas se refiere. No cabeduda de que esto reducirá elpeligro de malos entendidos yfacilitará el valorar un caso.Naturalmente eindependientemente de loexpuesto, ponemos a sudisposición nuestros ingenierosespecializados, tanto de nuestraempresa como de nuestra casamadre, para solucionar cualquierproblema que se les puedapresentar.

Chispeo de escobillas

Solo podemos hablar de chispeocuando por culpa de éste seestropee la escobilla y/o elcolector.

Un chispeo perlado débil en elcolector es prácticamenteinofensivo en todos los casos, ytambién puede ser admitido enservicio continuo. Pero si se danchispas rojizas es que ya ha sidoatacado el material del carbón ypueden darse cambios de color enla pátina de las aristas de lasdelgas. En el caso de chispas quesaltan, se debe buscar unasolución rápidamente mientrasque en el caso de arco voltaicocon chispas verdes, la solucióntiene que ser inmediata.

Para tener una tabla comparativa,hemos tomado una valoración hastala cifra 5.5 y se ha ordenado cadacifra con un grado de chispa (véasepágina 12).

Posibles fuentes de fallo queocasionan fuerte chispeo deescobilla son:

• El colector o el anillo estánexcéntricos

• Fuertes vibraciones

• Presión de escobilla muy baja

• El juego de la escobilla en elporta es demasiado grande

• El aislamiento de las delgas noes lo suficientemente profundo,o por el contrario, sobresale

• La distancia del soporte no escorrecta

• La escobilla cubre muchas o muypocas delgas

• Defecto en el devanado delinducido

• Mala posición del puente deescobilla

• Campo de conmutación malajustado

• La máquina está sobrecargada

• Colector o anillos sucios

• Conexiones defectuosas entredelgas y devanado

• Distribución de corrientedesigual, escobillassobrecargadas

• Escobillas mal asentadas

• Tipo de escobilla inadecuado

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Desgaste de escobillasdemasiado alto y desigual

Ante todo hay que decir que esmuy difícil saber sinconocimientos de las condicionesde servicio exactas, qué desgaste(disminución de longitudes porunidades de tiempo, por lo tantovelocidad de desgaste) se puedeconsiderar normal y cuál muyalto.

El consumidor de escobillasdesea el menor desgaste posibleporque con ello hay intervalos demantenimiento más distanciados,poca suciedad de la máquina y ,naturalmente, menos gastos demantenimiento.

Sin embargo, un desgaste bajo deescobilla puede llevarcircunstancialmente a problemas,tras largos tiempos de servicio,porque como consecuencia de laescasa abrasión se forman en laescobilla superficies lisas ydensas, que en velocidadesperiféricas altas puedendesencadenar efectosaerodinámicos y con ello se llegaa averías de contacto. Envelocidades periféricas bajas ysuperficies lisas, puede tenerlugar, en casos desfavorables,deslizamiento de adherencia, conlo que la escobilla puede llegar avibrar.

Para un paso de corriente seguro,es necesario un número mínimode puntos de contacto, loscuales, como consecuencia delproceso de deslizamiento, sedesgastan inevitablemente. Estedesgaste depende de lascondiciones de servicio, de lascondiciones ambientales y delmaterial de escobilla empleado.

Por lo tanto, debido a las múltiplesinfluencias, es difícil o casiimposible comprometerse a dardatos sobre el desgaste que se va aoriginar en cada caso en particular.

Según las prestaciones, condicionesde servicio y material de escobillaempleado, los valores de desgasteen máquinas estacionarias estánnormalmente en un margen de 2-7mm/1.000 horas. En una longitudutilizable de una escobilla de p.ej.20 mm, esto da un margen para laduración de vida útil de la escobillade entre 2.600 y 10.000 horas.

En servicio de tracción, se dará eldesgaste normalmente en mm por1.000 km. de recorrido. Como valorde desgaste normal se dará, segúnla prestación, en el orden de 0,2-0,35 mm por 1.000 kms.

Se podrá hablar de desgaste deescobilla desigual sólo cuando hayadiferencias de longitudes grandestras largos períodos de marcha.Diferencias pequeñas, p.ej. <10% dela longitud, se considera undesgaste normal.

Los siguientes fallos pueden llevara desgaste alto y/o desigual:

• Colector o anillo excéntrico• Manchas en el colector o anillo• Flujo de aceite y suciedad• Aire con polvo• Micas salientes• Vibraciones• Gases y vapores agresivos en el

ambiente• Muy poca humedad del aire• Mala conmutación• Máquina sobrecargada• Presión de escobilla desigual o

muy baja• Distribución de corriente

desigual• Tipos de escobillas diferentes

• Tipos de escobillasinadecuados

Manchas y puntos quemadosen anillos y colectores

Manchas y puntos quemados, sedeben en la mayoría a fallosmecánicos de la marcha de laescobilla, las cuales producenchispas, debido a lasinterrupciones de contacto, quellevan a un deterioro de lasuperficie del colector o anillo.

Primeramente se manifiestanmanchas débiles, que se hacenmás fuertes con un tiempo largode servicio. El materialdescascarillado del colector y/oanillo forma, en unión con laabrasión de la escobilla, trasalgún tiempo los llamadospuntos quemados.

Una forma especial de laformación de manchas semuestra en colectores o anillosparados, si como consecuenciade la alta humedad del aire, elconjunto escobilla/rotor formaun elemento galvánico. Paraevitar tales manchas hay queponer debajo de la escobilla unaplaquita de material aislante, enel caso de que existan lascondiciones expuestas.

Fallos que pueden llevar amanchas y puntos quemados:• Colector o anillo excéntrico• El aislamiento de las delgas

sobresale• Delgas sobresalientes o

sueltas• Inducido desequilibrado• Baja presión de escobilla• Vibraciones u oscilaciones en

el porta y escobilla• Averías en el devanado

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Formación de estrías

Hay una gran serie de condicionesde servicio y de influenciasexteriores que llevan a que elmaterial del colector o del anillo seaatacado en delgadas pistas, lasllamadas estrías. En casosdesfavorables, estas estrías puedenensancharse formando acanaladurasrelativamente profundas y anchascubriendo toda la superficie de laescobilla.

Estas estrías no representan enprincipio un peligro inmediato parala seguridad de servicio de unamáquina. Pero desgastan cobre delcolector, de manera que hay queimpedir una formación de estríasadaptando la calidad de escobilla ocambiando las condiciones deservicio y las condicionesambientales. Al valorar laprofundidad de las estrías hay queconsiderar que la fuerte diferenciade color y/o claridad entre las pistascuproso-brillantes y las zonas conpátina, a menudo hace creer que hayestrías, mientras que en realidad setrata solamente de una fuerteformación de rayas coninsignificante profundidad depenetración.

Causas más frecuentes para laformación de estrías:

Cuerpos extrañosLas partículas de polvo duras y finas,que se introducen en el airerefrigerante, pueden llegar adepositarse entre la superficie de laescobilla y el colector yeventualmente incluso puedenfijarse en la escobilla. Estas

partículas rayan la pátina y enmarcha prolongada llevan al estriadode la superficie del colector.

Componentes minerales en calidadesde grafito natural y al carbono,también llevan a un ataque débil delrotor y/o formación de estrías. Peropuesto que hoy se montan, lamayoría de las veces, en máquinasgrandes escobillas electrografíticas,este punto no es importante aexcepción de algunos casos.

Carga débil y nido de cobre en lasuperficie de la escobilla

Si una máquina trabaja a baja carga,la temperatura del colector en lamayoría de los casos es muy baja.Esto mismo vale también para unaventilación intensa en carga normal.En todos estos casos, la pátina serámala conductora, de manera que latransmisión de corriente se realiza através de puntos preferenciales. Latemperatura en estos pequeñospuntos es tan alta que el metal delcolector se evapora y se depositanpartículas finas de metal en lasuperficie de la escobilla, que en suforma extrema son conocidas comolos llamados nidos de cobre.

Causante de esta formación deestrías son las escobillas catódicas,porque la dirección del campoeléctrico juega un papel en eldesplazamiento del cobre. Encorriente alterna, prácticamente nose observa esta clase de estrías. Laspartículas de cobre depositadas enlas superficies de las escobillas rayanla pátina y llevan a la formación deestrías.

El estriado es favorecido cuandose emplean escobillas que sóloforman una débil pátinaenriquecida al carbono.Fácilmente aparece la formaciónde estrías, especialmente encorriente continua, cuando lasescobillas funcionan en pistasdiferentes según la polaridad.Las estrías se forman por tantosólo en las escobillas catódicas.

Humedad ambiental alta

La humedad del aire favorece laoxidación del metal del rotor, demanera que se forman espesascapas extrañas. Esta situaciónpuede llevar a producirlocalmente el efecto fritting,sobre todo en colectores quetrabajan a poca temperatura, conlo cual se nos produce laformación de estrías. Perotambién con humedades altasjuega un papel importante laelectrólisis.

Estrías por impurezas de gasen el ambiente

Los gases agresivos químicosforman muy rápidamenteextrañas capas de malaconducción en las superficies delcolector.

Las capas y/o películas finasserán destruidas por el efectofritting, con lo que se lleva a laformación de estrías. En estoscasos es conveniente utilizarmateriales de escobillas queformen una pátina grafítica ydensa.

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Vibraciones de escobillas ytraqueteo de escobillas

Dependiendo de la intensidad de lasoscilaciones de las escobillas sepuede llegar a daños relativamenterápidos en los cables de las mismas,así como a la formación de zapatasen la base de las escobillas y, eltraqueteo puede llevar a roturas yastillamientos especialmente en lazona de la superficie de rodadura.Las vibraciones y especialmente eltraqueteo de las escobillas llevan ainterrupciones de contacto entre laescobilla y el colector.

Si el colector o el anillo de unamáquina están totalmenteconcéntricos y las escobillas vibran(naturalmente las excentricidades,micas sobresalientes, etc. llevan avibraciones), la causa esgeneralmente un valor de abrasióndemasiado alto.

Una pátina muy lisa y pulida, cuyaformación se favorece en marchacontinuada con carga débil o inclusoen marcha en vacío, lleva a que eldeslizamiento de la escobilla seasimilar al rozamiento poradherencia. En otros sistemas seforma el llamado “efecto stick-slip”.

Las escobillas con alto rozamientollegan al oscilamiento,tambaleándose, lo que nosotrosllamamos traqueteo. El traqueteode las escobillas es aliviado si eldedo de presión del portaescobillaspresiona la cabeza de la escobilla,de manera que la dirección de lafuerza de apriete actúe en la zonade la cara de rodadura. En estecaso, el momento de retroceso dela escobilla, especialmenteimportante a la hora de estabilizar ycompensar las oscilaciones debidasa la fuerza de fricción, es muycorto.

También es una desventaja unadistancia grande de portaescobillas,puesto que con ello el par de giroprovocado por el rozamiento seríamuy elevado en la base delportaescobillas.

Las escobillas en posición dereacción tienden más fácilmente avibraciones que en posición dearrastre. Un aumento de la presiónde apriete no elimina la vibración,ya que al mismo tiempo también esmayor la fuerza de rozamiento.Por el contrario, el paso decorriente lleva a rugosidadesmicrofinas de la pátina y partículasde desgaste que disminuyen elrozamiento (la llamada lubricaciónde corriente). Por el mismo motivose normaliza también

un equipamiento vibrante si serectifica ligeramente el colector.También hay que indicar aquí unavez más que al rectificarexcesivamente los colectores yanillos no se debe dejar unasuperficie demasiado lisa.

Pequeñas cantidades de parafinaaplicadas con un trapo sobre elcolector o anillo, tambiéndisminuyen el rozamiento. Peroesta medida no siempre tiene unéxito duradero, ya que la parafinase volatiliza rápidamente y enespecial a altas temperaturas.

En el caso que, debido a lascondiciones de servicio, existapeligro que puedan darsevibraciones, hay que elegir para lasescobillas desde el primermomento las calidades resistentesa la marcha en vacío, teniendo encuenta los otros requisitos.

Pero si las condiciones de servicioson tales que, a pesar de elegir lacorrespondiente calidad deescobilla, no se puede evitar unavibración, es aconsejable limpiarligeramente la pátina de vez encuando.

Causa de las oscilaciones deescobilla y traqueteo de escobillas:• Colectores demasiado lisos• Baja carga de la escobilla• Polvo extraño en el ambiente• Separación de portas

demasiado grande• Juego en la caja del porta

demasiado grande• Portas radiales están en ligera

posición de reacción• Dedo de presión deformado• Colector excéntrico• Muy poca humedad en el aire• Mica de colector sobresale• Material de escobilla

inadecuado

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Causas eléctricas

1

Punteado dearco voltaico enla arista deentrada o desalida

5

Cometas

9

Rayasquemadas porchispa deconmutaciónen la arista desalida

2

Nubes difusasen el centro dela superficie 6

Fuertesquemadurasen la arista deentrada o desalida

10

Corrosionesen la airista deentrada o desalida

3

Superficiequemada yrajada 7

Quemaduraspor puntosincandescentes en la aristade entrada ode salida

11

Delgasmarcadas

4

Bandas sueltas,entre brillantes,lisas y mates 8

Concavidades

12

Rayasquemadas conbordepuntiagudo

Causas mecánicas

20

Superficie derodaduracorrecta

23

Pistas conestrías yacanaladuras

26

Astillamientosen la arista deentrada o desalida

21

Estrías deespesor capilar

24

Espejooscilante

27

Nidos decobre

22

Acanaladurasfinas

25

Varios espejososcilantes

28

Rayas de brillomate ymanchadas,debido a gotasde aceite

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30 33

a)ramificaciones porpolvo extraño

b)erosionada por ranurasde descarga de polvo

a) formación mecánica de

zapata

b) trituraciónsimultánea aconsecuencia depaso de corriente

Vista lateral

31

rotura aconsecuencia devibraciones

34

a) b) escamado desprendimiento en forma de capas en forma de conchaen el lado de salida en el lado de entrada

32 Superficie de la cabeza de la escobilla

Estado de la zona de presión

a) lisa por puro efecto mecánico

b) quemada a consecuencia de paso de corrienteadicional y chispas

Daños en los cables de las escobillas

35 36 37 38 39 40

en caso de vibración cortado quemado corrosión aplastado deshilachado suelto por gases

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Pátina regular marrón claro

P2

Pátina con rayas fuertes ypistas

P12Dibujo de pátina comohabitualmente aparecerá enfuertes cargas. Siempre y cuandono tengan efecto otrasinfluencias externas negativas,se puede mantener este estadode pátina.

Pátina regular marrón medio

P4Las tres muestras de pátina sedeben considerar normales. Entodos los casos existe un buencomportamiento de rodadura. Lasdiferentes tonalidades de pátinapueden ser debidas, entre otros, alas calidades de las escobillas.

Pátina rajada con ligeraformación de estrías

P14Si existe mala ventilación así comogases de aceites, polvos, gasesagresivos, etc. l aP12 se puedetransformar en P14. Una soluciónpuede ser mejorar las condicionesde funcionamiento o también elmontaje de una calidad deescobilla de grafito formadora depátina

Pátina regular marrónoscuro

P6

Pátina irregurlar conmanchas

P16Pátina irregular con manchas.Las causas pueden ser:colector excéntrico,oscilaciones y fricción, debidoa colectores extremadamentelisos, oscilación de lamáquina.

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Quemaduras medias enlas aristas de las delgas,todavía no se ve ningúncráter de fusión de cobre

B2Quemaduras en las aristas ala salida de las delgas, comoconsecuencia de unadefectuosa conmutación decorriente.

Quemadurasdescascarilladas confuerte formación típica depuntitos

B10Quemaduras en estadoadelantado comoconsecuencia de malaconmutación de corriente ychispeo debajo de lasescobillas. En funcionamientoreversible, las causas de losdaños de las aristas, soniguales a B2 y B6.

Quemadura fuerte dearista en una o tambiénvarias delgas, se ve cráterde fusión de cobre

B6Las causas más frecuentesson daños en el bobinado enun punto del devanado delrotor o fallos mecánicos,como por ejemplo: delgassobresalientes o bajas en elcolector, que originan porejemplo un chispeo localintenso de escobillas.

Quemaduras en medio delas delgas

B8Quemaduras de las delgasmotivadas por malaconmutación.

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Debido a los cantosgastados de escobilla seforman, en el sentido derotación de la aristagastada, amplias manchaso “rayas quemadas” (enparte con perlas de fusión)

T10

Como T10, pero sin perlasde fusión en la aristagastada

T16El factor desencadenante esla fuerte formación dechispas como consecuenciade una defectuosaconmutación de corriente.Esta puede tener diversascausas.

Marca débil en uno o varioscantos de delga con débilformación de puntitos

T12Es a menudo la características defallos mecánicos existentes eneste punto del colector (tambiéninclinación de escobillas, cambiosde valores de frotación, salto dedelgas), que aún no conducen afuerte chsipeo de escobillas.

Ligeras quemaduras en laarista gastada de la delga, enuna superficie de colectorrelativamente buena

T18

Conmutación en el límite. Utilizareventualmente mejoresmateriales de conmutación deescobillas.

Fuertes quemaduras dedelgas con superficiesdescascarilladas

T14Surgen por vibraciones y pormuy baja presión de lasescobillas. Las causastambién pueden ser fallos deexcentricidad del colector.

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Ataque de colector relativamente fuertecon surcos y formación de lomos

R2Funcionamiento muy largo a baja carga concolector frío. A menudo se encuentran escobillascon elevado contenido metálico.

Ataque de colector unido a pistas estriadasy quemaduras

R4Bandas quemadas debido a un contactodefectuoso (baja presión de escobillas) y asuciedad

delgas sobresalientes /hacia adentro

aislamiento de delgassobresalientes

rebaba en la arista dela delga

arrastre de cobre

En caso de preguntas,utilicen por favor lasdenominaciones abreviadas(P2, P4, etc), esto facilitaráuna opinión unificada y eldiálogo.

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1 sin chispas

1.5 chispeo de perla débil, intermitente

2 chispeo de perla débil, constante

2.5 chispeo de perla fuerte, en partede color rojo

3 chispeo de perla intenso conalgunos destellos

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3.5 chispeo de perla intenso condestellos de grandes chispas

4 chispeo con fuerte destello

4.5 chispeo con fuerte destello, enparte con chispas verdes

5 puntos de incandescencia aislados yerrantes

5.5 puntos de incandescencia fuertes

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