Klínové řemeny pro vysoké teploty

Materiál pryže EPDM se v posledních letech používá v širokém spektru výrobků od pneumatik a střešních krytin až po těsnění a stále více také při výrobě klínových řemenů. Řemenové pohony v automobilech, drážkované řemeny profilu PK pro složité serpentinové převody či jednoduší řemeny profilu AVX 10 a 13 pohánějící alternátor či ventilátor jsou zpravidla vystaveny vyšším teplotám, a proto se v těchto případech velmi často používají řemeny z EPDM pryže. V běžném průmyslu je jejich použití velmi široké – jak v prvovýrobě, tak při optimalizaci stávajících převodů.

Mezi hlavní výhody klínových řemenů zajisté patří snadná konstrukce převodů i pro větší osové vzdálenosti hřídelí, tichý chod, jednoduchá instalace a ve srovnání s jinými převody i celkem nízké náklady. Z historického hlediska byly klínové řemeny zaváděny jako výkonnostně lepší alternativa zprvu kožených, později pryžových plochých řemenů. Přenášení krouticího momentu z jedné řemenice na druhou se u klínových řemenů děje třením. Efekt klínu umožňující vedení a přenos většího krouticího momentu na menším zástavbovém prostoru při menším předepnutí postupně vytěsnil ploché řemeny. Zanedlouho tomu bude 100 let od doby, co Charles Gates patentoval první pryžový klínový řemen. Ford pak převod plochým řemenem na vodní pumpě automobilu Ford T nahradil převodem s řemenem klínovým. Od té doby vývoj klínových řemenů probíhal souběžně ve Spojených státech a v Evropě, a proto se i dnes (i přes unifikaci ISO normou) stále setkáváme s řemeny vyráběnými podle standardu RMA (vydávaného v USA, Rubber Manufacturers Association) a standardu DIN.

Tyto dva standardy se především liší v měrných jednotkách a také ve značení profilů, tolerancí rozměrů řemenů, způsobu zkoušení apod. V praxi bývají problematické rozdíly u řemenů násobných, které ve stručnosti popíšeme jako dva či více řemenů jednotlivých, které jsou shora spojeny gumovým pásem do řemene násobného. Rozteče jednotlivých klínů u násobných řemenů podle RMA a DIN či ISO standardu jsou různé a nelze je kombinovat. Celkem univerzální řemenice profilů SPZ, SPC, SPB a SPC jsou vhodné pro jednotlivé klínové řemeny všech standardů, ale ne vždy pro násobné.

Vibrace jsou záležitostí, kterou je vždy třeba řešit při konstrukci strojů s proměnlivými otáčkami. Řemeny přenesou krouticí moment, ale částečně i tlumí vibrace systému z jedné hřídele na druhou. To platí pokud nejde o otáčky v rezonančním pásmu, kde se vibrace klínovými řemeny umocňují a je třeba se tomuto pásmu vyhnout či změnit poměry převodu a rezonanční pásmo přesunout. Již bylo zmíněno, že se převody klínovými řemeny vyznačují tichým chodem. Není tomu ale úplně tak – klínové řemeny vytvářejí hluk kmitáním způsobeným tažnou silou, která vtlačuje řemen do klínu řemenice a následovně jej při výstupu vytahuje. Při oběhu řemen třením předá energii, krouticí moment, na další hřídel. Toto kmitání způsobuje nemalý hluk, naštěstí frekvence tohoto hluku je nízká a lidskému uchu neslyšitelná. Dalo by se říct, že je to tak v pořádku a dobře nastavené. Nicméně toto kmitání může způsobit potíže u citlivých měřicích zařízení či u přesných obráběcích strojů apod.

Dobré výsledky a nejmenší vibrace mají klínové řemeny tzv. řezané, neobalované, které jsou, až na výjimky, vyráběny jako řemeny vroubkované. U vroubkovaných řemenů lze zvolit řemeny přesně broušené a řemeny s vyztužením tažné vrstvy, kordů, zpravidla z polyesterových vláken. Vyztužení, podpěra kordů, zvyšuje příčnou tuhost řemene a zlepšuje výkonnost a přesnost profilu řemene při provozu. Právě tato skupina řemenů se v posledních letech vyrábí z EPDM pryže a patří k nejvýkonnějším klínovým převodům do délky řemenu 5 metrů. Toto omezení délky je dáno technologií výroby, vulkanizace ve formách, jejichž maximální velikost je v současnosti pouze do 5 m délky. Běžně používané označení vroubkovaných řemenů podle profilu bývá XPZ, XPA, XPB, XPC následované referenční délkou v milimetrech. Písmeno X značí vroubkovaný řemen, kdežto PZ až PC je profil řemene a ten určí vhodné profily řemenice SPZ až SPC. Krajní písmena Z, A, B, C jsou kódy roztečných šířek řemenic, 10, 13, 16 a 22 mm.

Průmyslové klínové řemeny z EPDM pryže zavedla jako první firma Gates v roce 2009, a to jednotlivé QuadPower III řemeny. V letošním roce byly zavedeny i EPDM řemeny násobné, které jsou díky zvýšené hustotě přenášeného výkonu a malým vibracím velmi vhodné pro převody s oscilujícími hřídelemi.

U strojů, kde motor a hnaná hřídel nejsou uložené na stejné základně, dochází ke změnám osové vzdálenosti hřídele za provozu. Příkladem jsou autobusy a nákladní vozidla. Dalšími jsou obráběcí stroje, u kterých je nutné při obrábění měnit osovou vzdálenost hřídelí v řádu několika mm. Bývá to za účelem přísunu do záběru již opotřebeného obráběcího nástroje apod. Hlavními výhodami EPDM řemenů je dlouhodobá bezúdržbovost, odolnost na těžké provozní podmínky a na provoz při vysokých teplotách až do 130 °C. Velmi přesné broušené boky řemene v kombinaci s úzkou a neměnnou tolerancí řemenů jsou výhodou při použití řemenů v sadách či u řemenů násobných. Běžné klínové řemeny jsou použitelné do teplot kolem 90 °C, nicméně již nad 60 °C dochází ke zrychlenému stárnutí pryže a chceme-li dosáhnout stejné životnosti a výkonnosti převodu, pak při vyšších teplotách musíme převod značně předimenzovat. Za každých 10 stupňů nad 60 °C bychom měli předimenzovat o 50 %. To znamená, že pro pracovní teplotu kolem 90 °C bychom potřebovali 3,375krát více řemenů. EPDM řemeny oproti tomu mají stálou výkonnost od –40 °C do 110 °C a použitelnost i nad 130 °C.

Pro návrhy převodů nad 110 °C a pod –40 °C je vhodné kontaktovat výrobce EPDM řemenů. Pro standardní návrhy jsou k dispozici volně stažitelné výpočtové programy, např. DesignFlex Pro.

Samostatnou kapitolou jsou EPDM řemeny určené pro převody s pevnými osovými vzdálenosti hřídelí, bez jakékoliv možnosti dopínání, řemeny sloužící k přenosu výkonu blízko zdroje tepla nebo řemeny ve velmi omezeném prostoru. Tyto převody jsou řešeny drážkovanými řemeny profilu PJ či PK, které lze použít pro velké převodové poměry (1:20), vysoké otáčky a malé řemenice. Nazýváme je řemeny elastické a zpravidla jsou navrhované a vyráběné na zakázku, šité na míru geometrii a dynamickému zatížení určitého převodu stroje. Vzhledem k zakázkové výrobě se používají u sériově vyráběných strojů, kde v závislosti na velikosti bývá množství od několika stovek kusů po statisíce.

Díky jedinečným vlastnostem řemenů z EPDM pryže stále více evropských výrobců nabízí řemeny v tomto provedení jako své prémiové výrobky.

Vždy jde o technicky vyspělý výrobek, který je jednou z odpovědí na sílící tlak na cenu řemene, hlavně ze strany asijských výrobců. Bohužel čím dál víc relativně známých značek přenechává starost o výrobu řemenů na čínských dodavatelích a díky značce podepřené zajímavou cenou prodávají podprůměrný výrobek, jehož výrobu a kvalitu neovlivňují. Tento nešvar způsobuje zklamání zákazníků a další orientaci na cenu, poněvadž se značkový, čti dražší, řemen také neosvědčil. Pokud jde o řemeny určené pro přenos výkonu, je vždy vhodné požadovat výpočet převodu obsahující životnost a všechny technické parametry – pak je rozhodování mnohém snazší.

Sasha Kolouch

www.Gates.eu