Aktuality

Dobrá chemie přispívá ke správnému fungování

13. September 2013

Dobrá chemie přispívá ke správnému fungování

Spolupráce mezi výrobcem maziva a strojních dílů hraje důležitou roli - příklad z oblasti pneumatiky

Velmi často se v mnoha průmyslových odvětvích stává, že se vývoj strojních dílů zbrzdí, protože specialisté zabývající se vlastnostmi materiálů nejsou v tomto procesu zapojeni již od začátku. Pokud bylo například vybráno mazivo bez kontroly, zda je vhodné pro daný tribosystém vyskytující se ve strojním dílu, může způsobit nepředvídatelné problémy a vyvolat dodatečné náklady po uvedení strojních dílů do používání. Tyto problémy lze snadno eliminovat, pokud konstruktér a specialista na mazání začnou spolupracovat již na začátku vývoje. Zákazníci tak mohou mít výhody ze strojních dílů, které fungují spolehlivě a se sníženými provozními náklady.

Nejenže se fáze vývoje nových dílů neustále zkracuje, ale výrobky také musí splňovat stále přísnější požadavky. U strojních dílů se očekává, že budou plnit několik funkcí současně, nesmí znečišťovat životní prostředí a v konečném důsledku by výrobní náklady měly být nižší než dříve. U těchto maziv se očekává, že budou bezproblémově fungovat po dlouhou dobu a v mnoha případech po celou dobu životnosti strojního dílu. To je možné pouze v případě, pokud tato maziva jsou bezproblémově pečlivě sladěna nejen s tribologickým systémem jako celek, ale také s podmínkami aplikace, kde mají být použita.

Pneumatické pohony a řídicí systémy v tomto ohledu představují náročné požadavky. Obsahují celou řadu různých součástí, jako jsou válce, motory a ventily, které jsou na druhou stranu vyrobeny z různých materiálů, takže vzniklý tribologický systém je často velmi komplikovaný. Jejich provozní spolehlivost a životnost jsou silně ovlivněny kontaktem mezi těsnicím prvkem a pohyblivými součástmi, většinou kovovými, jako jsou například pístnice nebo stěny válce. Rozhodujícím faktorem pro dosažení maximální životnosti a správné funkce je správné namazání všech dílů před spuštěním, které se pohybují vůči sobě navzájem, jako např. pístnice, stěny válců, šoupátko ventilu a těsnicí prvky. Kromě toho musí být maziva používaná pro snížení tření a opotřebení přizpůsobena také okolní teplotě, kluzné rychlosti a normálovým silám, abychom jmenovali alespoň některé.

Faktory ovlivnujici tribosystem 

V případě selhání pneumatických prvků při provozu mohou být následné náklady značné - náklady na opravu pneumatické jednotky mohou mnohonásobně převýšit náklady na mazivo, které je přesně přizpůsobeno použitému tribosystému, nebo náklady na výměnu poškozeného těsnění. Protože se provozní tlaky, teploty, kluzné rychlosti a frekvence zdvihů neustále zvyšují, ukázala se místa, kde procházejí hřídele nebo tyče stěnami pouzder, jako nejkritičtější oblasti pro konstruktéry a tribology.

Složité pneumatické součásti

Náročné podmínky

Výběr speciálního maziva, které vyhovuje konkrétní konstrukci a použití pro pneumatické díly, vyžaduje mnoho zkušeností a znalostí z oblasti tribologie. Existuje řada faktorů, které ovlivňují procesy v nejrůznějších otvorech a prostorách, které tvoří tribologický systém:

  • mezimolekulární síly
  • prostup a vedení tepla
  • tření a opotřebení
  • chemická a elektrochemická koroze.

Tyto faktory je třeba zvážit a zároveň je nutné mít na paměti:

  • materiály válců a tyčí
  • různé těsnicí materiály a tvary těsnicích chlopní
  • tlaky na kontaktních plochách a mikrogeometrie povrchů
  • působící tlaky
  • montážní polohu a situaci.

Kromě toho existují různé faktory prostředí působící na strojní díly a třecí místa, např. nízké a/nebo vysoké teploty, působení agresivních médií v tekuté, plynné nebo abrazivní formě, jako je např. písek, atd. Pouze včasná spolupráce mezi konstruktéry a specialisty z oblasti tribologie vede k vývoji spolehlivých produktů, ze kterých má zákazník skutečný prospěch.

Olejotěsnost znamená menší spotřebu energie

Hlavním požadavkem ve vývoji pneumatických dílů je zabránění průsakům. Zatímco je díl v chodu, může vzniklý průsak zůstat bez povšimnutí, například při úniku vody z čerpadla, která se odpaří na místě. Jsou však méně triviální druhy průsaků, které je nutné odstranit se značnými výdaji a časovou náročností. Například výroba stlačeného vzduchu je velmi nákladná a jeho úniky jsou proto velmi drahé. Ze zkušeností v tomto případě platí zjednodušující pravidlo, které říká, že je nutné počítat s jedním až dvěma eurocenty na každý krychlový metr vyrobeného stlačeného vzduchu. Na každý další bar stlačeného vzduchu lze očekávat zvýšení nákladů na energie o cca 10%. To znamená, že náklady mohou stoupat enormně, a to zejména u průsaků, které zůstanou bez povšimnutí, jako např. u spojovacích vedení, ovládacích a regulačních ventilů, rychlospojek, jednotek vyžadujících údržbu a koncových zařízení. Kromě profesionální údržby jde o vysoce kvalitní konstrukční prvky, zejména z hlediska použitých materiálů, těsnicí prvky a maziva, což je nezbytné pro ekonomický provoz s dlouhými intervaly výměny, nebo vůbec bez výměny. Pokud se proto podíváme na náklady, tak nezáleží ani tak na nákladech na stlačování vzduchu jako takových, ale spíše kolik energie je potřeba, aby stlačený vzduch byl k dispozici v místě použití. V průměru cca. 33% stlačeného vzduchu je vyráběno pouze proto, aby se ztratil skrze velký počet malých netěsností, což představuje velmi výraznou ztrátu.

Příklad výpočtu ozřejmuje očekávanou ztrátu, a tím potenciál pro zlepšení: středně velká firma provozuje 100 kW kompresorovou stanici s celkovou dobou provozu všech kompresorů cca. 6 000 hodin ročně. Na základě nákladů na elektrickou energii ve výši 6,5 eurocentů za 1 kWh budou vynaložené roční náklady na stlačený vzduch činit cca. 39 000 euro. V případě, že lze zabránit typickým únikům, bude provozovatel potřebovat o 30% méně stlačeného vzduchu, což vede k úspoře zhruba 12 000 euro za samotnou energii.

Olejotěsný více než 6 000 km

Produkt Klübersynth AR 34-402, syntetické speciální plastické mazivo pro pneumatické pohony a jejich těsnění, prošel testem na stanovení životnosti s velmi přesvědčivými výsledky. Při testu byly použity následující parametry:

  • montážní poloha: vodorovná
  • typ válce: válec VDMA
  • stlačený vzduch: suchý a zbavený oleje
  • teplota: +20 °C
  • tlak: 8 bar
  • rychlost: 1 m/s
  • zatížení: 0 kg hmotnost na pístnici
  • snížení výkonu: žádné
  • požadovaná vzdálenost: minimálně 6 000 km

Test byl proveden bez zatížení v příčném směru, aby se zabránilo opotřebení na vedení, které ovlivňuje výsledky tření.

Známým měřením pro životnost pneumatických těsnění je měření množství průsaku, ke kterému dochází po určité době provozu. Zkušební válce Pneuko M od společnosti Merkel-Freudenberg Fluidtechnic nevykazovaly žádné významné opotřebení po 6 500 km. Pneumatické válce byly kontrolovány na průsaky pravidelně v průběhu trvání testu. Žádný průsak nebyl zjištěn ani po 6 000 km. Teprve po cca. 6 500 km, byly zjištěny drobné průsaky cca. 0,6 l/h na straně pístu a cca. 0,9 l/h na straně pístnice.

Speciální syntetické plastické mazivo Klübersynth AR 34-402 je vysoce adhezní a neobsahuje těžké kovy nebo pevná maziva. Obsahuje balíček účinných látek, který je pečlivě přizpůsoben rozsahu možných aplikací, což v kombinaci s vysokou provozní spolehlivostí a dlouhou životností přispívá k vynikajícímu a vyváženému výkonu produktu.

Produkt Klübersynth AR 34-402 se často používá pro pneumatické ovládací a těsnicí prvky, jako jsou v ISO jednočinné a dvojčinné válce s pístnicí nebo bez ní, v pneumatických rotačních pohonech, válcích s krátkým zdvihem a kompaktních válcích, ventilech, jakož i pro související těsnicí prvky. Vedle relativně široké teplotní oblasti použití nejméně -30 °C až +130 °C jsou možné rychlosti pístu cca. 0,01 m/s až > 1 m/s, bylo také dosaženo uspokojivé provozní životnosti i při rychlostech vyšších než 5 m/s. Dalšími vlastnostmi produktu jsou minimální rozběhové momenty, které pomáhají eliminovat tzv. "efekt pondělního rána" při spouštění po delším klidu, jakož i zadrhávání mezi kluznými plochami (stick-slip efekt), což je velkou výhodou při nízkých rychlostech pístů a při polohování.

Produkt Klübersynth AR 34-402 se osvědčil v kombinaci s těsnicími profily různých tvarů a materiálů (např. NBR, HNBR, PU) pro těsnění pístů, pístnic a tlumičů. Klübersynth AR 34-402 lze snadno aplikovat pomocí známých postupů a dávkovacích zařízení. Pro pneumatické ovládací nebo těsnicí prvky se speciálními tvary je toto plastické mazivo k dispozici v měkčí třídě konzistence NLGI 1 (Klübersynth AR 34-401) pro zajištění dostatečného smáčení všech třecích míst.

Kombinované know-how

Pro eliminaci průsaků u křehkých těsnění je nezbytné, aby těsnění a mazivo byly kompatibilní. Společnosti Merkel Freudenberg Fluidtechnic a Klüber Lubrication, obě součástí skupiny Freudenberg, úzce spolupracují v oblasti pneumatických prvků po mnoho let. Tato spolupráce zahrnuje také známé výrobce pneumatických prvků a výzkumných pracovišť univerzit. Společnosti Klüber Lubrication a Merkel Freudenberg Fluidtechnic nabízejí svoje mechanicko-dynamická zkušební zařízení pro testy, které kopírují aplikace a strojní díly co nejvěrněji. Kombinované znalosti všech zúčastněných odborníků umožňuje vývoj kombinací těsnění a maziv pro různé podmínky, které se vyskytují v pneumatických systémech. Jejich provozovatelé budou nakonec těžit z propracované konstrukce pneumatických pohonů, ventilů a jejich těsnění. Mohou se tak spolehnout na svoje strojní zařízení, které bude fungovat spolehlivě po dlouhou dobu a výrazně tak sníží náklady ne energii.