Polymer

Výrobky a díly SKF z polymeru

Skupina SKF je známa jako přední světový výrobce ložisek s rozsáhlými znalostmi v oblasti výrobků z ložiskové oceli a řešení polymerových těsnění. Méně známa je však skutečnost, že se již mnoho let věnuje také vývoji výrobků a dílů z polymerů. Tento článek podává přehled kompetencí SKF právě v této oblasti.

Autor:
Thomas Krause, knowledge area manager pro polymerní materiály, SKF Schweinfurt, Německo

Další segment Další výrobky Další služby

Souhrn

V průběhu několika desetiletí skupina SKF na základě svých rozsáhlých zkušeností vyvinula širokou nabídku polymerů a kompozitů pro návrh a výrobu hospodárných řešení, která nacházejí uplatnění ve výrobě. Jde například o valivá ložiska, kluzná ložiska, ložiskové jednotky a ložisková tělesa s ložisky obstříknutými polymery určená pro mnoho aplikací ve strojírenství a v automobilovém a leteckém průmyslu.

Obchodní kontakty

Walter Verhaert, Walter.Verhaert@skf.com

Polymerové díly valivých ložisek
Polymerová klec SKF se vyznačuje mnoha jedinečnými charakteristickými vlastnostmi, které přispívají k dlouhé provozní trvanlivosti. Patří k nim například nízká hmotnost, nízká hlučnost, dobré kluzné vlastnosti ve spojení s nízkým třením a minimálním opotřebením, vysoká odolnost proti korozi a vynikající vlastnosti za podmínek nouzového chodu. K dalším přednostem polymerů určených k výrobě ložiskových klecí patří možnost navrhovat složité geometrie klece spolu s rychlým vstřikováním velkého objemu roztaveného materiálu v jednom pracovním kroku.

Klece pro vysoké teploty a/nebo prostředí s agresivními médii vyrábí SKF většinou z chemicky odolného polyéteréterketonu (PEEK) zesíleného vlákny (obr. 1). Klece PEEK jsou často používány v ložiskách například pro šroubové kompresory, které využívají čpavek jako chladivo, nebo pro zařízení na odstraňování kyselých plynů. Klecemi tohoto typu jsou dále osazena ložiska pro vysokootáčková vřetena, vibrátory betonu, procesní čerpadla mazaná uhlovodíky, zkapalněnými plyny či nehořlavými hydraulickými kapalinami, automobilové alternátory chlazené kapalinou a převodovky tichých výtahů. Nacházejí rovněž uplatnění v mnoha součástech závodních vozidel Formule 1, například motoru, převodovky, hnacího ústrojí a ramen nápravy. Vzhledem k vysoké odolnosti v náročných provozních podmínkách se segmenty klece PEEK prosadily také ve velkých ložiskách SKF Nautilus pro větrnou energetiku (obr. 2).

Polymerové klece SKF pro standardní aplikace jsou vyráběny především z polokrystalického polyamidu (PA) zesíleného skelnými vlákny, která zvyšují mechanickou pevnost a tuhost polymerní matrice. Tyto polyamidové klece jsou používány v mnoha typech ložisek určených pro běžná uložení, například v kuličkových ložiskách a kuličkových ložiskách s kosoúhlým stykem, a dále ve válečkových, jehlových a kuželíkových ložiskách a toroidních ložiskách CARB.

Pro kolejová vozidla jsou klece ložiskových jednotek s kuželíkovými ložisky SKF (TBU) vyráběny z vysoce pevného polyamidu, který zlepšuje jejich odolnost proti rázovému zatížení. Dále je používán rozpěrný kroužek z polyamidu, zesíleného vlákny s vysokou tuhostí a odolností proti tečení a stlačení. Kroužek zabraňuje vzniku stykové koroze v případě oddálení čela vnitřního kroužku TBU od opěrného kroužku, které je vyvoláno průhybem nápravy (obr. 3).

Jak napovídá jejich název, válečková ložiska s plným počtem valivých těles nemají klec. Tato ložiska mají velmi vysokou únosnost, avšak kontakt mezi válečky může způsobit prokluzování, oděr a opotřebení. Zabránit tomu lze nákladově účinným řešením, které spočívá v použití speciálních polymerových oddělovacích segmentů SKF vložených mezi válečky (obr. 4). Výsledkem je nižší prokluzování, vyšší mezní otáčky a delší provozní trvanlivost.

Při vývoji nových lineárních kuličkových ložisek SKF LBC řady D byl důraz kladen především na snadnou montáž, vyšší únosnost a delší trvanlivost. Optimalizované provedení polymerové klece se vyznačuje menším počtem dílů, segmenty s delšími dráhami, optimalizovanými recirkulačními zónami a větším zásobníkem plastického maziva (obr. 5). Spojení těchto vlastností zaručuje výjimečně hladký chod s nízkým třením a sníženou hlučností. Kuličková ložiska SKF LBC nové řady D jsou obzvláště vhodná pro citlivé aplikace, jako například lékařská zařízení.

Polymerová kuličková ložiska SKF jsou odolná proti korozi a chemickým látkám. Dále se vyznačují nízkou hmotností, tichým chodem a dobrými tlumicími vlastnostmi (obr. 6a a 6b). Ložiskové kroužky jsou standardně vyráběny z polypropylenu (PP) nebo polyoxymetylenu (POM), popřípadě na zvláštní přání i z jiných polymerů. Kuličky mohou být zhotoveny z polymeru, nerezové oceli, skla nebo jiných materiálů. Klece jsou vyrobeny z polyamidu nebo polypropylénu. Polymerová kuličková ložiska jsou samomazná, vyznačují se nízkým součinitelem tření a mohou běžet na sucho bez maziva. Jsou vhodná především pro uložení, v nichž nelze používat maziva například z hygienických důvodů. Vysoká specifická pevnost (poměr pevnosti a hmotnosti) představuje další důležitou vlastnost polymerových ložisek, zvláště v aplikacích, v nichž nízká hmotnost představuje důležitý konstrukční požadavek. Polymerová kuličková ložiska jsou běžně používána v uloženích, v nichž má zásadní význam odolnost proti vlhkosti nebo chemickým látkám, avšak není v nich možné použít ocelová ložiska, popřípadě je možné je použít jen s určitými omezeními.

Speciální ložiskové jednotky SKF nacházejí uplatnění v mnoha aplikacích. Ložiska SKF mohou být obstříknuta polymery a v jediném pracovním kroku spojena s ozubenými koly SKF vyrobenými práškovou metalurgií s vysokou hustotou a odolností proti opotřebení. Tímto způsobem vzniknou ložiskové jednotky s ozubeným kolem například pro napínací jednotky provazů v lisech na slámu (obr. 7). Z jiných ložisek SKF jsou touto technologií vyráběna polypropylénová ložisková tělesa, která se montují jako náboje do praček s horním plněním (obr. 8). Litý polyamid se používá k výrobě ložiskových těles odolných proti korozi (obr. 9).

Polymerové díly kluzných ložisek
Polymerové směsi a kompozitní materiály mají pro výrobu mnoha kluzných ložisek SKF zásadní význam. Všechny materiály obsahují polytetrafluoroetylen (PTFE) v přesně definované koncentraci a rozložení. Tato přísada zajišťuje samomazné vlastnosti, nízké tření kompozitního kluzného materiálu a jeho odolnost proti opotřebení.

Kloubová ložiska SKF s polymerem zesíleným skelnými vlákny jsou opatřena kluznou vrstvou z polyamidu/PTFE/vláken, která je buď přímo vstříknuta vstřikovacím lisem nebo přilepena k vnitřnímu povrchu vnějšího ocelového kroužku ložiska. Mezi touto vrstvou a ocelovým vnitřním kroužkem dochází ke kluznému pohybu (obr. 10). Především při působení vibrací nebo středně velkých rázových zatížení se projeví vynikající tlumicí vlastnosti této relativně silné vrstvy. V aplikacích, v nichž nelze zabránit průniku nečistot nebo vlhkosti, představuje schopnost do určité míry zachytit malé částice v polymerové matrici další přednost materiálu FRP, který SKF používá.

Kloubová ložiska SKF TX jsou opatřena kluznou vrstvou s obsahem vláken. Tato vrstva je vyrobena z PTFE tkaniny zesílené vlákny, která je uložena v trojrozměrné matrici z termosetové pryskyřice s chemickou vazbou (obr. 11). Kluzná vrstva TX si zachovává vysokou tuhost a nejnižší trvalé tření v průběhu celé provozní trvanlivosti. Dále se vyznačuje i vynikající odolností proti opotřebení a nejvyšší únosností. Kloubová ložiska SKF TX nesmějí být mazána a nevyžadují údržbu.

Pouzdra z vinutých vláken SKF se skládají z kluzné vrstvy z PTFE zesílené vlákny a opěrné plochy ze skelných vláken uložené v matrici z vytvrzené termosetové pryskyřice (obr. 12). Tato pouzdra si zachovávají vynikající tribologické vlastnosti i v náročných provozních podmínkách. Nejsou citlivá na hranové zatížení a nesouosost, přenášejí rázová zatížení a mají velmi nízké tření. Jsou tedy vhodná pro nejrůznější aplikace, které vyžadují ložiska bez nároků na domazávání.

Vzhledem k nízké tloušťce stěny mají polyamidová pouzdra PTFE SKF (obr. 13) dobrou tepelnou vodivost a umožňují dosáhnout vysokých kluzných rychlostí při středně vysokých tlacích. Vyznačují se odpovídající únosností, dobrou odolností proti opotřebení a velmi příznivou nákladovou efektivitou.

Kompozitní pouzdra, kroužky a pásky se skládají z ocelového plechu s nanesenou porézní slinutou vrstvou z bronzu a vrchní vrstvou z polyoxymetylenu (POM) nebo PTFE+MoS2 (obr. 14).

Polymerové díly pro automobilový trh
Polymerové díly SKF pro automobilový průmysl často spojují vynikající vlastnosti polymerů (například nízkou hmotnost, dobré tlumicí vlastnosti a odolnost proti korozi) s vysokou pevností a tuhostí ocele.

Typickým příkladem jsou ložiska, která jsou obstříknuta polymery odolnými proti vysokým teplotám. Vstříknutím plastické hmoty v jediném pracovním kroku do plechového ložiskového pouzdra je vyrobena lehká a tuhá ložisková jednotka určená například pro odstředivky pro čištění horkých plynů s obsahem oleje, které odcházejí z klikové skříně (obr. 15).

Polymerové výrobky SKF pro přenos výkonu, například vysokovýkonné polyuretanové řemeny zesílené vlákny, nacházejí uplatnění v mnoha aplikacích. Obstříknutím ložisek SKF polymery jsou vyráběny lehké řemenice odolné proti opotřebení, kupříkladu pro motorové pohony (obr. 16).

Axiální kroužky z polyamidu s malými kapsami s plastickým mazivem, které snižují tření a opotřebení, jsou používány pro uložení univerzálních kloubů hnacího hřídele nákladních vozidel (obr. 17).

SKF rovněž nabízí ložiskové jednotky pro nápravy MacPherson (MSBU) s polymerovým tělesem a vestavěným sedlem pružiny, které se vyznačují malou deformací a optimalizovaným těsnicím účinkem. SKF MSBU vydrží náročné provozní podmínky a přispívá k prodloužení provozní životnosti zavěšení (obr. 18).

Součásti řízení, například kroužky tlumiče vibrací z měkkých termoplastických elastomerů namontovaných na vnější ložiskový kroužek (obr. 19) nebo těleso řídicího ústrojí z polyamidu (obr. 20), představují další příklady užitečných polymerových dílů SKF pro automobilový průmysl.

Polymerové díly pro letecký průmysl
SKF Aerospace používá speciální polymerové kompozitní materiály vyrobené z termosetových pryskyřic zesílených vlákny. Z těchto materiálů jsou vyráběny lehké a vysoce pevné kompozitní tyče pro skříně křídla, vzpěry podlahových nosníků a táhla řízení (obr. 21).

Kloubová ložiska pro letecký průmysl bez potřeby domazávání jsou opatřena samomaznou kluznou vrstvou z polymerového kompozitu. Tato ložiska nacházejí uplatnění v systémech rotoru helikoptér, podvozcích, uchycení závěsného sloupku, uchycení motorového pylonu, ovládání řídicích ploch a upevnění příslušenství motoru (obr. 22).

Přesné elastomerové díly (PED) jako elastomerová ložiska, zavěšení/silentbloky, membránová těsnění a těsnicí manžety, jakož i tlumiče (obr. 23) představují další příklady polymerových dílů, které vyrábí SKF.

 

Obr. 1: Klece PEEK pro vysokoteplotní aplikace a/nebo náročné prostředí. Obr. 2: Velká ložiska Nautilus pro větrné elektrárny (s vnějším průměrem až 4000 mm) jsou opatřena segmenty z PEEK. Obr. 3: Ložiskové jednotky s kuželíkovými ložisky (TBU) se speciálním polymerovým rozpěrným kroužkem mezi čelem vnitřního kroužku jednotky a opěrným kroužkem, který zabraňuje vzniku stykové koroze. Obr. 4: Válečkové ložisko s plným počtem valivých těles a speciálními polymerovými oddělovacími segmenty Obr. 5: Nové lineární kuličkové ložisko SKF LBC řady D Obr. 6a: Polymerová kuličková ložiska Obr. 6b: Polymerová kuličková ložiska mohou být vyráběna z různých polymerů. Obr. 7: Ložisková jednotka s ozubeným kolem vyrobeným práškovou metalurgií a kuličkovým ložiskem obstříknutým polyamidem (tmavošedá část) Obr. 8: Náboje s tělesem z polypropylenu zesíleného skelnými vlákny pro pračky s horním plněním Obr. 9: Ložiskové jednotky - ložisková tělesa z litého polyamidu Obr. 10: Radiální kloubové ložisko s kluznou vrstvou z polyamidu/PTFE Obr. 11: Radiální kloubové ložisko s kluznou vrstvou z tkaniny bez nároků na domazávání (a těsnění) Obr. 12: Pouzdra z vinutých vláken z termosetové pryskyřice zesílené skelnými/PTFE vlákny Obr. 13: Polyamidová pouzdra PTFE Obr. 14: Kompozitní pouzdra a axiální kroužky s PTFE a POMObr. 15: Ložisková jednotka s lisovaným plechovým tělesem, smontovaná a obstříknutá polymerem

Obr. 16: Řemeny a řemeniceObr. 17: Ložisko pro univerzální klouby, axiální kroužek z polyamiduObr. 18: Robustní ložisková jednotka pro nápravy MacPherson (MSBU)Obr. 19: Tlumič vibrací řízení vyrobený z měkkého termoplastického elastomeruObr. 20: Řídicí ústrojí, těleso vyrobené z polyamiduObr. 21: Kompozitní tyče a příruby pro letecký průmyslObr. 22: Kloubová ložiska pro letecký průmyslObr. 23: Přesná elastomerová zařízení (PED) pro letecký průmysl

Související obsah