16EVO2-Explorer

Nový design těsnění

Od okamžiku, kdy byla do ložisek poprvé namontována těsnění, vzrostla jejich spolehlivost, a to především ve znečištěných prostředích. V současné době nabízí vývoj v oblasti provedení těsnění pro malá soudečková ložiska SKF Explorer další výhody z hlediska zvýšení výkonnosti v různých aplikacích.

Autor: Henrik Wickberg, projektový manažer pro naklápěcí ložiska, AB SKF, Göteborg, Švédsko

Další segment Ložiska třídy SKF Explorer Další služby

Souhrn

Výsledkem nového přístupu k návrhu těsnění a jeho zdokonalení je lepší těsnění pro malá soudečková ložiska. Nové těsnění nahrazuje tři různá řešení jedinou univerzální konstrukcí. Nová hospodárná konstrukce těsnění představuje budoucnost nabídky malých soudečkových ložisek SKF do vnějšího průměru cca 180 mm, neboť klade nižší nároky na údržbu, prodlužuje domazávací intervaly a zlepšuje celkovou účinnost v nejrůznějších aplikacích.

Technici SKF se rozhodli podívat se na provedení těsnění SKF pro soudečková ložiska novýma očima. Zaměřili se na dva hlavní cíle – další zvýšení výkonnosti těsnění a zdokonalení výrobního procesu v rámci společnosti (obr. 1).

Před zahájením vývojové fáze projektu stanovili technici SKF funkční požadavky na nové ložisko s těsněními, především na funkci ložiska a vzájemnou interakci s těsněním. Pro modernizaci těsnění spolupracovali specialisté na konstrukci soudečkových ložisek a jejich funkci s odborníky na provedení a funkci těsnění, přičemž využívali konstrukční a vývojové nástroje včetně počítačové simulace a stavby prototypů a ověřovacích testů.

Společnost SKF uvedla na trh první soudečková ložiska s těsněním na začátku devadesátých let minulého století. Tato ložiska zaznamenala tak velký úspěch, že je v současné době do nabídky SKF zařazeno více než 100 standardních výrobků. Na základě kladných výsledků programu zlepšování uvádí SKF na trh těsnění nového provedení, které představuje standardní řešení pro většinu malých soudečkových ložisek. Tato ložiska s těsněním mohou najít uplatnění v celé řadě aplikací – od výtahů a jeřábů přes ventilátory až po zařízení pro potravinářský a nápojový průmysl. K typickým aplikacím patří rovněž letištní dopravníky zavazadel.

Z hlediska výkonnosti se nové těsnění vyznačuje až o 50 procent nižším třením a až o 20 procent nižším celkovým třením v ložisku. Provozní teploty mohou klesnout až o 20 °C. Ložiska s těsněním nového provedení mohou pracovat s přibližně dvojnásobnými mezními otáčkami ve srovnání se stávajícími ložisky SKF s těsněním srovnatelné velikosti. Nová těsnění dále přispívají ke snížení nároků na údržbu díky delší životnosti maziva. V mnoha aplikacích není nutné takové ložisko domazávat.

Dosud SKF používala tři hlavní typy těsnění pro malá ­soudečková ložiska. Tato těsnění jsou nyní nahrazena těsněními nového provedení, která mají přídavná označení RS. Novým těsněním bude opatřeno 37 velikostí ložisek až do vnějšího průměru cca 180 mm (obr. 2).

Vlastnosti konstrukce nových těsnění
Těsnění jsou vyráběna ze dvou pryžových směsí – z nitrilové pryže (NBR) a hydrogenované nitrilbutadienové pryže (HNBR). NBR má velmi dobré vlastnosti pro technické využití a představuje univerzální materiál pro výrobu těsnicích břitů. Tento kopolymer vyrobený z akrylonitrilu a butadienu se vyznačuje dobrou odolností proti většině minerálních olejů a plastických maziv na bázi minerálních olejů, proti palivům, jako například benzínu, naftě a lehkým topným olejům, a dále proti živočišným a rostlinným olejům a tukům i horké vodě. HNBR je saturovaný kopolymer z akrylonitrilu a butadienu, vhodný pro aplikace s alifatickými uhlovodíky, minerálními oleji a fyzikálními a chemickými vlastnostmi, které se mění v závislosti na složení polymerů.

V zásadě se na lepší funkci těsnění podílejí především tři konstrukční prvky (obr. 3). Drážka ve vnějším kroužku byla přepracována s ohledem na bezpečné upevnění těsnění a snadnější montáž. Za prvé umožňuje dosáhnout vysokého zadržovacího momentu, který snižuje riziko otáčení těsnění v drážce. Za druhé má nové těsnění pogumované čelo, a je tedy odolnější proti korozi a poškrábání. V neposlední řadě byl vyvinut nový těsnicí břit s optimalizovaným přítlakem, který přispívá ke snížení třecího momentu těsnění. Řešení bylo standardizováno softwarem SKF Seal Designer.

Snížení třecího momentu umožňuje dosáhnout vyšších otáček bez poškození těsnicího břitu. Nová mezní rychlost pro těsnicí břit je stanovena na max. 10 m/s na rozdíl od mezní rychlosti stávajících těsnění, která činila cca 20 procent mezní rychlosti otevřených ložisek. Pro většinu ložisek to ve srovnání se stávajícími mezními otáčkami znamená přibližně dvojnásobné zvýšení otáček.

Při volbě soudečkového ložiska s těsněními pro vysoké provozní otáčky je důležité, aby provozní teplota nepřekročila maximální doporučenou teplotu pro materiál těsnění. Mezní teplota je 90 °C pro standardní materiál NBR (přídavné označení RS) a 150 °C pro HNBR (přídavné označení RS5). Snížený třecí moment těsnění ložiska se projevuje vznikem menšího množství tepla, a tedy nižší provozní teplotou. Při zkoušce v typických provozních podmínkách činí pokles teploty ložiska cca 15 až 20 °C (obr. 4). V praxi se tato nižší provozní teplota projeví pomalejším stárnutím plastického maziva, a tedy domazávací intervaly mohou být prodlouženy. Při snížení provozní teploty o 15 °C se domazávací interval zdvojnásobí. Další předností delšího domazávacího intervalu je skutečnost, že větší počet ložisek může pracovat bez domazávání.

Náročný zkušební program
SKF provedla velmi náročný zkušební režim, aby potvrdila vlastnosti nové konstrukce těsnění. Program zahrnoval měření třecího momentu těsnění při různých otáčkách na ložiskách třech různých velikostí (obr. 5). Tření těsnění klesne v průměru o cca 50 procent. Arizonský prachový test představuje velmi dobře zavedený zkušební postup pro posouzení účinnosti těsnění při zadržování nečistot. Test probíhá v prašné komoře a měří množství částic nečistot uvnitř ložiska. Výsledek zkoušky prokázal, že z hlediska zadržení suchých částic nečistot je nový těsnicí břit ve srovnání se stávající konstrukcí stejně účinný či ještě lepší.

Bezpečné uchycení těsnění k vnějšímu kroužku bylo ověřeno třemi zkouškami, které zjišťovaly spolehlivé upevnění. Testy prokázaly lepší upevnění těsnění (obr. 6).

Soudečková ložiska s těsněními jsou dodávána s náplní plastického maziva a připravena k okamžité montáži. Pryžová těsnění musí být mazána. V soudečkových ložiskách s těsněními jsou těsnění mazána plastickým mazivem z ložiska.

Lze tedy očekávat, že z ložiska bude unikat malé množství maziva. K faktorům, které ovlivňují únik plastického maziva, patří otáčky, teplota, nesouosost a směr montáže, a proto je obtížné předem odhadnout množství unikajícího maziva.

Nové těsnění bylo otestováno v typických podmínkách ve výtazích. Ukázalo se, že jeho schopnost zadržet mazivo je srovnatelná se stávajícími těsněními.

Nespočet předností
Těsnění nové konstrukce tedy nabízí možnost použití v mnoha dalších aplikacích, v nichž ložiska nevyžadují domazávání díky zlepšené účinnosti těsnění. Kromě splnění záměru SKF zjednodušit vlastní výrobu nabízí nové těsnění konečným uživatelům vyšší výkonnost a delší provozní trvanlivost.

Letištní dopravníky zavazadel představují typický způsob použití malých soudečkových ložisek SKF Explorer s těsněními. Obr. 1: Provedení nového těsnění pro menší soudečková ložiska.Obr. 2: Soudečková ložiska s novým těsněním RS, které je označeno modře, nahrazuje stávající ložiska s těsněním v provedení CS. Obr. 3: Přehled vlastností malých soudečkových ložisek SKF Explorer s těsněními nového provedení. Obr. 4: Provozní teplota ložiska 23011 s těsněními při různých otáčkách.Obr. 5: Zlepšená konstrukce těsnicího břitu snižuje tření a současně zajišťuje účinné utěsnění. Obr. 6: Konstrukce se třemi těsnicími břity zajišťuje dokonalejší upevnění těsnění ve vnějším kroužku. Nové těsnění rovněž usnadňuje montáž.

Související obsah