Dirty Beauty - Popelka v říši strojů, část 1.

Podobu krytování – a tím celého stroje – formuje svými požadavky uživatel, tedy zákazník. Dodavatel stroje a tvůrce krytování se snaží splnit přání a vytvořit pro zákazníka hodnotu. Hodnota krytování vyjádřená finančně se pohybuje až do čtyř milionů korun. Návrh krytů má za úkol správně pochopit a splnit veškeré známé i skryté požadavky ve funkčních souvislostech s estetickým výsledkem a tím definovat přesnou hodnotu pro zákazníka. Další motivací pro správný návrh krytů je snižování rizik a zajištění shody s platnými normami.

Každý produkt vizuálně ovlivňuje naše emoce – a emoce je potřeba udržet vysoko. Krytování musí přinášet maximální možnou estetickou hodnotu v definovaných nákladech. A to je design. Design krytování strojů je skvělou investicí do budoucnosti z pohledu všech zúčastněných.

Podle funkční analýzy rozdělujeme krytování do dvou základních skupin:

Vnitřní krytování plní hlavní funkci ochránit stroj. Tomuto účelu slouží základní funkce: odvádí kapalinu, shrnuje třísky, tlumí vibrace, umožňuje pohyb a umožňuje přístup.

Vnější krytování má jako hlavní funkci ochránit okolí. Tato funkce se skládá ze základních funkcí: chrání obsluhu, zachycuje nebezpečné látky, odsává látky, odvádí kapalinu, zachycuje třísky, odvádí třísky, zachycuje tělesa, zachycuje záření, zachycuje energii, pohlcuje hluk, umožňuje prostup obrobku, prostup nástrojů, průhled obsluhy, kontroluje přístup obsluhy, kontroluje přístup servisu, nese ovládání.

Základní normou pro ochranné kryty je ČSN EN 953. Norma mimo jiné všeobecné požadavky na konstrukci krytů určených k ochraně osob před mechanickým nebezpečím uvádí, že kryty budou navrženy tak, aby je obsluha používala. Pro zvýšení bezpečnosti je nutno používat spoje odolné vibracím – tento požadavek normy zdůrazňuji, neboť jeho opomenutí způsobí havárii. Případná zbytková rizika musejí být vyznačena na přístupových místech do nebezpečného prostoru.

Norma ČSN EN ISO 14119 – Bezpečnost strojních zařízení – blokovací zařízení spojená s ochrannými prvky definuje zásady pro konstrukci a výběr blokovacích zařízení spojených s ochrannými kryty a uvádí, jak minimalizovat motivaci pro jejich ochromení rozumně předvídatelným způsobem. Nebezpečné funkce stroje nemohou být spuštěny, dokud není ochranný kryt uzavřen. Motivace k ochromení blokovacího zařízení se snižuje vhodnou konstrukcí krytů a alternativními režimy pro seřízení stroje. Důležitou funkcí popisovanou v normě je únikové uvolnění jištění ochranného krytu, vhodné zejména u kapotáží velkých strojů.

Při návrhu ochranných krytů mají nejvyšší prioritu normy typu C, určené pro konkrétní typy strojů. Z dalších norem potřebných pro návrh uvedu výběr: ČSN EN 349+A1 – Bezpečnost strojních zařízení – Nejmenší mezery k zamezení stlačení částí lidského těla, ČSN EN ISO 12100 – Bezpečnost strojních zařízení – Všeobecné zásady pro konstrukci, ČSN EN ISO 13849-1 – Bezpečnost strojních zařízení, ČSN EN ISO 13857 – Bezpečnost strojních zařízení – Zamezení dosahu k nebezpečným místům horními a dolními končetinami, ČSN EN ISO 14122-3 – Bezpečnost strojních zařízení – Trvalé prostředky k přístupu ke strojním zařízením – Část 3 Schodiště, žebříková schodiště a ochranná zábradlí.

Znalost stávajících norem je základem pro vývoj a inovace krytování strojů. Intenzivně se zabýváme pěti oblastmi vývoje krytování s cílem optimalizovat splnění požadovaných funkcí.

Bezpečnostní prosklení krytů – aktuálním trendem je zajistit funkci průhledu obsluhy kamerovým systémem. Prosklené plochy se snažíme minimalizovat. Náklady na bezpečné prosklení jsou vysoké. Přinášejí provozní komplikace se špiněním průhledů, popř. nutností instalovat další zařízení pro vizualizaci – rotační visiport.
Tlumení vibrací a hluku – při konstrukci krytů pevně spojených s pohyblivými částmi stroje je nutné předvídat vibrace a eliminovat je.
Aplikace nových materiálů pro výrobu krytování – optimálním materiálem pro konstrukci krytování je stále ocelový plech DC01. Alternativně lze využívat sendvičové materiály, nerez, hliník, GFK laminát, technické tkaniny.

Aplikace nových technologií – zejména v oblasti spojování materiálu zavádíme lepení, pro dělení materiálu využíváme možnost řezání na 3D laseru.
Optimalizace pohonu a řízení dveří a vrat kapotáží strojů – cílem je vytvořit nástroj pro automatizovaný návrh pohonných jednotek.

Bezpečnostní prosklení krytů

Prosklení se výrazně podílí na bezpečnosti obsluhy stroje v průběhu obráběcího procesu. Jsou na něj kladeny přísné požadavky na odolnost vůči odletujícím částím nástroje a obrobku. Současně musí odolávat vnějším vlivům, jako je působení řezné kapaliny, UV záření a změna teploty. Hlavním prvkem bezpečnostního prosklení je polykarbonát. Dokáže absorbovat velké množství energie, která je uložena v odletující částici a velikost energie je úměrná jeho tloušťce. Jelikož není odolný vůči otěru a podléhá degradaci vlivem působení řezné kapaliny, montuje se vždy z venkovní strany krytování. Při návrhu prosklení je nutné počítat s jeho poměrně velkou tepelnou roztažností. Výrobce udává součinitel teplotní roztažnosti α = 0,065 mm/m° (co to je za jednotku? Metr na stupeň? Takhle se to používá?). Platí, že polykarbonát o délce 1 m se při změně o 1 °C protáhne o 0,065 mm.

Obr. Konstrukce bezpečnostního prosklení (Hema)

Ze strany obráběcího prostoru je umístěno sklo. Slouží zejména jako ochrana polykarbonátu před vlivem teploty odletujících třísek a působením řezné kapaliny. Prosklení se jako celek montuje do krytování přes hliníkový nebo ocelový rámeček. Překrytí rámečku a bezpečnostního skla musí podle ČSN EN ISO 23125 mít nejméně 25 mm, aby prosklení vlivem nárazu odletující části nevypadlo ze svého uložení. Velikost překrytí není pevně dána a odvíjí se od velikosti a tloušťky skla.

Výpočet odolnosti prosklení

Určující veličinou pro výpočet je dopadová energie částice. Ta je závislá na její hmotnosti a rychlosti. Se zvětšováním průměru nástroje roste její obvodová rychlost, dopadová rychlost a energie nárazu podle vztahu:

kde m = hmotnost částice, B = průměr nástroje, n = otáčky stroje.

Zkoušení bezpečnostního prosklení

Firma Hestego používá bezpečnostní prosklení odpovídající normám podle ČSN EN 13 128+A2, ČSN EN ISO 23 125 A ČSN EN ISO 12 417. Zkoušky podle příslušných norem jsou v základu stejné. Liší se pouze hmotností a tvarem zkušebního projektilu a ve vyhodnocení zkoušky.

Obr. Ukázka zkušebního zařízení pro bezpečnost prosklení (ČSN EN 12417+A2)

Zkušební zařízení udělí projektilu požadovanou rychlost a ten s určitou energií dopadne na bezpečnostní prosklení. Zkouška dopadne kladně, pokud nedoje k proniknutí zkušebního projektilu, prasknutí v celé tloušťce nebo uvolnění okna z jeho připevnění.

Praktické zkušenosti s aplikací krytů na pohyblivé části strojů se zdrojem buzení nás přinutily zabývat se optimalizací konstrukčního návrhu plošných dílců. V květnu 2015 jsme spustili ve spolupráci s VUT a ČVUT projekt „Vibrace“. Provedli jsme měření tvarů kmitání na krytování stojanu WHN 13 při reálném obrábění. Nyní je vytvořen výpočtový model a provedena harmonická analýza. Výsledkem bude výběr kritických míst a návrh jejich tlumení. V rámci projektu probíhá rešerše tlumicích materiálů a konstrukčních prvků pro zvýšené tlumení krytování strojů.

Analýzou se podařilo odhalit slabé místo v konstrukci nosného rámu krytů, které odstraníme konstrukční úpravou. Znázorněné tvary kmitání č. 4 a 5 na obrázku jsou závislé, lze je tedy eliminovat aplikací jednoho tlumicího prvku. Další oblastí, kterou se zabýváme, je aplikace materiálů absorbujících hluk. Vhodné použití je zejména na krytech motorů a převodovek.

Velice si vážím trendu posledních let, kdy je krytování strojů věnována intenzivní péče. Neváháme investovat úsilí a proměnit stroje jako kouzlem do skutečné a praktické krásy. V oboru krytování pracuji 13 let a stále nacházím nové výzvy. Krytování strojů vyžaduje synergii mnoha profesí – konstruktéra strojního a elektro, výpočtáře, technologa a zejména designéra. Významný podíl na výsledku díla má řemeslné zpracování a precizní provedení finální montáže.

V druhé části příběhu o Popelce se budeme zabývat aplikací nových materiálů a technologií a vývojem vlastní pohonné jednotky.

Ing. Josef Vosolsobě
vosolsobe@hestego.cz
Hestego

Umístění na MSV 2015: pavilon P, stánek 109