Historia de la arandela
Desde la invención de las tuercas y los pernos, el aflojamiento o la pérdida de fuerza de amarre han sido problemas intrínsecos. Por lo tanto, aunque las arandelas pueden no ser la innovación mecánica más glamurosa, ciertamente juegan un papel crítico. Independientemente de si es para asegurar la rueda de un vagón de madera del siglo XVII o el ala aerodinámica de un avión, las arandelas han sido la solución preferida para asegurar las uniones empernadas.
El concepto de unir objetos es, sin duda alguna, casi tan antiguo como la humanidad. No tuvo que pasar mucho tiempo, relativamente hablando, para que alguien uniera dos palos, o un palo y una roca. No solo ver la necesidad de tener que hacerlo, sino también encontrar una forma de hacerlo.
Durante miles de años, presumiblemente, varios tipos de cuerdas y cordeles primitivos fueron la solución preferida para fabricar herramientas y armas, así como varias construcciones, como edificios primitivos y balsas. El hombre neolítico (aproximadamente del 9000 a. C. al 5000 a. C.) sin duda sacó el máximo partido de los materia-les que tuviera disponibles durante la llamada «Nueva Edad de Piedra», probablemente inclu-yendo partes de plantas y animales.
Más adelante en nuestra evolución, la carpin-tería y la ebanistería incorporaron consigo una amplia gama de ingeniosas uniones. El pegamento y las fijaciones sencillas, como pasadores y clavos, fueron desarrollos críticos.
Hacemos un seguimiento del primer uso de las arandelas
El uso y desarrollo de las arandelas están estrechamente entrelazados con los pernos de acero roscados y las uniones atornilladas. Sin embargo, nadie sabe a ciencia cierta cuándo un antepasado de la ingeniería vio la ventaja que suponía añadir algún tipo de arandela a una unión empernada o atornillada.
Aunque las opiniones difieren, la invención de las roscas de los tornillos probablemente se remonta a unos 400 a. C. La técnica se utilizó, por ejemplo, en prensas. Esta invención dio el pistoletazo de salida para el desarrollo del tornillo cónico, tal vez por parte de los egipcios o los romanos, y sentó las bases para una revolución en las uniones de carpintería y otras aplicaciones de sujeción.
El perno de acero roscado con una tuerca con la que encajase probablemente se remonte al siglo XV. Aunque las máquinas de corte de rosca habían tenido un uso relativamente amplio desde el siglo XVII, no fue hasta la primera revolución industrial, comenzando a mediados del siglo XVIII, cuando las cosas comenzaron a cobrar impulso. El desarrollo estuvo impulsado por la oportunidad de fabri-car y utilizar máquinas para la producción en masa.
Una arandela para cada uso
La etimología de la palabra «arandela» en el ámbito de las uniones empernadas también se pierde en las nieblas del tiempo. Sin embargo, el término aparece escrito a partir de 1346. Otra fuente, de 1611, utiliza la palabra y describe su uso: reducir el desgaste de un buje axial en una aplicación de artillería.
Los usos actuales de las arandelas nos dan una pista sobre su invención. Los principales usos posibles fueron evitar que los pernos se aflojaran, lo que debía de haber causado enor-mes problemas con las ruedas en la época en la que había vagonetas tiradas por animales, y reducir el desgaste. Otros usos modernos incluyen la distribución de la carga en una superficie más grande, la actuación como separador o dispositivo de bloqueo, la reducción de las vibraciones y la protección contra los líquidos.
Hoy en día, las arandelas están disponibles en una gran cantidad de variantes, materiales, trata-mientos y recubrimientos superficiales y tamaños, muchos de los cuales obedecen a aplicaciones muy específicas. En general, se pueden dividir en tres grupos principales:
- arandelas planas, que distribuyen la carga y protegen contra el desgaste;
- arandelas elásticas, que utilizan la flexibili-dad axial para reducir el aflojamiento del perno debido a las vibraciones;
- arandelas de bloqueo, que evitan que el perno o la tuerca se aflojen o pierdan fuerza de amarre.
La aparición del método de bloqueo más eficaz
Evidentemente, los ingenieros han probado otros métodos que no sean las arande-las para evitar que las uniones empernadas se aflojen y pierdan fuerza de amarre, como los adhesivos y varios tipos de tuercas. Y en lo relativo a las arandelas de bloqueo, se han probado muchas variantes, incluidas las arandelas cónicas (Belleville), el resorte de disco curvado, las arandelas onduladas, las arandelas abiertas/de bloqueo por resorte, las arandela de bloqueo dentadas/de sierra, las arandelas con lengüeta y las arandelas de bloqueo por cuña.
Las arandelas de bloqueo por cuña se consideran las más eficaces para evitar que los pernos se aflojen. Las solicitudes de patentes datan de principios del siglo XX, pero se puede afirmar que el avance se produjo cuando Nord-Lock comenzó a refinar el diseño y a comercializarlas en la década de 1980.
La historia de las arandelas de bloqueo por cuña de Nord-Lock
Después de operar con quemadores de combusti-ble, carretes portamangueras, sierras ingletado-ras y otras herramientas desde 1953, la empresa sueca Nobex trasladó su producción a Mattmar (a unos 600 kilómetros al noroeste de Estocolmo) en 1960. En 1982, adquirieron la patente de las arandelas de bloqueo por cuña y comenzaron a fabricarlas bajo la marca Nord-Lock.
Kurt Persson, hijo de los fundadores de la empresa, Bengt y Mary Persson, y durante 26 años presidente de Nord-Lock, jugó un papel activo en el desarrollo de las arandelas de bloqueo por cuña. Nos continúa contando la historia: «Con el negocio de las arandelas en nuestras manos, podríamos decir que nos lanzamos a la piscina sin saber si tenía agua. No sabíamos nada sobre la producción, como el prensado, el endure-cimiento y el tratamiento de superficies».
«Podíamos ver que la funcionalidad básica era fantástica», continúa diciendo. «Pero, al mismo tiempo, el producto que teníamos era una catás-trofe debido al material y al diseño incorrectos. Aprendimos esto a base de equivocarnos, tuvimos que desecharlo todo y, literalmente, volver a la mesa de dibujo».
Perfeccionamiento de la funcionalidad de bloqueo por cuña
Nobex contrató a un ingeniero para que redi-señara la arandela de bloqueo por cuña y, con el tiempo, la empresa fortaleció sus competen-cias internas de diseño y producción. Persson comenta lo siguiente:
«Una vez perfeccionada la funcionalidad básica de bloqueo por cuña de la arandela, los siguientes desarrollos y mejoras se centraron más en nuevos materiales, tamaños y tratamientos de superficies para soportar la corrosión, el calor y la acidez».
Desde entonces, el punto de mira ha estado en mejoras constantes y continuas y en la especiali-zación. Para Nobex, mejorar la técnica de produc-ción y rediseñar sus máquinas para garantizar una alta calidad en grandes lotes de arandelas era algo fundamental. Además, los ensayos exhausti-vos eran, y siguen siendo, esenciales para mante-ner un nivel de calidad alto y homogéneo.
En 1984, como primer proveedor, Nobex estaba en situación de ofrecer arandelas de bloqueo por cuña de acero inoxidable multiusos, lo que, según Persson, «supuso una gran mejora en la solidez del producto y la resistencia a la corrosión. Antes del lanzamiento, las arandelas habían pasado unos exhaustivos ensayos de pulverización de sal».
Un año más tarde, la empresa comenzó a ofre-cer arandelas de bloqueo por cuña pegadas por parejas. Este desarrollo no solo garantizó la cali-dad del producto, sino que también simplificó el montaje para los clientes.
La solidez de la producción y la ampliación de la gama en el punto de mira
En 2001, Nobex se convierte en Nord-Lock, con un enfoque singular en la comercialización de arandelas de bloqueo por cuña en todo el mundo. La empresa introdujo arandelas especiales de bloqueo por cuña de aleación en 2003, inclu-yendo arandelas en 254 SMO® para aplicaciones de agua salada y cloruro y aleaciones con base de níquel para aplicaciones a altas temperaturas y entornos corrosivos.
En 2007, se instalaron nuevas líneas de endureci-miento y tratamiento de superficies en Mattmar, lo que llevó a la introducción de los recubrimien-tos Delta Protekt®. Los cambios en el recubri-miento aplicado no electrolítico permitieron aumentar la dureza, mejorando el rendimiento con pernos de alta calidad.
El marcado láser se añadió en 2011 para garan-tizar una trazabilidad completa, seguido de un importante desarrollo de las arandelas de la serie X de Nord-Lock, lanzadas en 2012. Esta gama combina la tecnología original de bloqueo por cuña con un innovador efecto elástico. Como resultado de ello, reduce significativamente el riesgo de aflojamiento espontáneo del perno debido a vibraciones o la pérdida de fuerza de amarre, como en aplicaciones con una longitud de sujeción corta y juntas de piezas sujetas múlti-ples, metales blandos, compuestos de plástico, revestimientos o ciclos térmicos.
A día de hoy, la planta de Mattmar fabrica una gama de cientos de arandelas y puede producir productos especiales hechos a medida para el cliente. El objetivo ha sido ampliar la capacidad, mejorar continuamente los principales productos y procesos, y ampliar aún más la gama con nuevas arandelas y productos combinados.
En 2021, Nord-Lock Group celebró la inaugura-ción de una planta de producción modernizada y ampliada en Mattmar, erigida para garantizar una capacidad de producción a largo plazo en medio de la creciente demanda de los clientes de todo el mundo.
El futuro potencial de las arandelas
En términos generales, hay muchas oportunidades interesantes para la supervisión remota de la precarga de las uniones empernadas utilizando tecnologías inteligentes habilitadas mediante sensores. Son muchas las que ya existen, como Superbolt LST o Superbolt LSF, y las que se están utilizando para supervisar las uniones más críticas en industrias como la eólica marítima y la ferroviaria.
Sin embargo, Pierre Kellner, director de desarrollo de negocio, productos y servicios inteligentes de Nord-Lock Group, señala que la mayoría de los productos inteligentes existentes en la industria del atornillado supervisan la elongación del perno o espárrago para medir la precarga. Existen algunas arandelas inteligentes, pero no son las preferidas porque requieren mucho más espacio que una tradicional.
«Las arandelas de Nord-Lock no miden la precarga, aunque la función de bloqueo por cuña está diseñada para eliminar cualquier pérdida de precarga con el paso del tiempo», explica Pierre.
Añade que «hemos sido testigos de usos experimentales de cristales piezoelectrónicos en arandelas muy finas, pero, a escala comercial, las oportunidades más inmediatas de la industria 4.0 están en la producción. Ahí se puede mejorar la eficiencia y la calidad de la producción de las arandelas investigando las inspecciones automa-tizadas, reduciendo los desperdicios y mejorando la velocidad con datos integrados a lo largo del proceso».
La arandela de bloqueo por cuña
Las arandelas de bloqueo por cuña utilizan tensión en lugar de fricción para fijar las uniones empernadas. En cada unión, hay un par de arandelas de bloqueo con levas en un lado y dientes radiales en el otro. El efecto de bloqueo por cuña evita el aflojamiento espontáneo del perno.