Ložiska s českou značkou

Sedím v zasedací místnosti brněnského ZKL spolu s Ing. Liborem Nohálem, Ph.D., vedoucím konstrukce, abych se dozvěděl něco o vývoji a výrobě ložisek v koncernu ZKL. Ale přeci jen, co má společného současné ZKL s podnikem, který znali naši strojaři ještě před 30 lety?

„To, co máme společného, jsou historické kořeny. Právě díky nim patří ZKL mezi nejstarší české značky,“ vysvětluje Ing. Nohál. „V bývalém Československu existoval velký československý ložiskový koncern, který zastřešoval různé české a slovenské výrobní podniky se zaměřením na výrobu ložisek a komponent pro automobilový průmysl. Po rozpadu Československa a v důsledku probíhajících privatizací státních podniků nastaly zásadní změny.“

Koncern ZKL vznikl v roce 1999 integrací českých výrobců ložisek pod ochrannou známkou ZKL. Zajišťuje výzkum, vývoj, výrobu a prodej ložisek ZKL a navazuje tak na téměř stoletou tradici. „Každá z našich společností má svou hlubokou historii,“ doplňuje Ing. Nohál. „První ložiska se v České republice začala vyrábět v malém městečku Perštejn poblíž Klášterce nad Ohří již počátkem 20. let 20. století, později pod hlavičkou známého švédského výrobce.“ O počátcích výroby ložisek v Brně můžeme hovořit od roku 1947, což souvisí s poválečnou obnovou československého průmyslu. Výrobní závod v Brně byl součástí společnosti Agrozet Zetor, jehož jedna část se zabývala výrobou traktorů a druhá výrobou soudečkových ložisek. Novodobý koncern pak vznikl privatizací této ložiskové části a byly do něj začleněny další podniky.

ZKL ve svých propagačních materiálech uvádí, že je největším výrobcem velkorozměrových soudečkových, speciálních a dělených ložisek ve střední Evropě. Jaký je tedy jeho výrobní program? „Většinu našich výrobků stále tvoří katalogový sortiment, což ostatně vyplývá z charakteru této komponenty,“ odpovídá na mou otázku L. Nohál. „Jedná se o standardizovaná provedení určená ponejvíce pro průmyslové a železniční aplikace.“ ZKL se ale současně jako menší výrobce zaměřuje také na výrobu ložisek optimalizovaných pro různé zákaznické aplikace. Jedná se například o velkorozměrová ložiska, dělená ložiska nebo jiná speciální ložiska. „Jejich podíl ve výrobě činí kolem 30 %,“ doplňuje šéfkonstruktér. „V této oblasti máme jako středně velká firma výhodu oproti velkým výrobcům, kteří vyrábějí ve velkých sériích a výroba speciálních provedení v menších počtech kusů pro ně není zajímavá.“

K významným odběratelům ložisek se značkou ZKL patří železniční průmysl, pro který jsou v závodě v Klášterci nad Ohří vyráběna nápravová ložiska, ložiska do trakčních motorů anebo do převodovek kolejových vozidel. Pro zákazníky z oblasti všeobecného strojírenství jsou v brněnském závodě vyráběna soudečková axiální i radiální ložiska. Třetí hlavní oblast tvoří dodávky pro energetiku, slibně narůstá výroba velkorozměrových ložisek pro hlavní rotory větrných elektráren.

Výzkumně vývojovými aktivitami se v koncernu ZKL prioritně zabývá společnost ZKL – Výzkum a vývoj. V rámci této společnosti pracují tři oddělení, která se tematicky zaměřují na určitou oblast. První se zabývá aplikačním inženýrstvím, to znamená, že zajišťuje technickou podporu zákazníkům, provádí školení a pomáhá optimalizovat uložení. Druhá skupina se zabývá vlastním vývojem produktů, technologií a konstrukcí nových ložisek. Třetí částí je zkušebna ložisek, která zajišťuje metalurgické a metrologické analýzy zejména prototypů, ale i ložisek z běžné výroby. Ve výrobních závodech spolupracují na technickém rozvoji provozní technologové, především implementací vyvinutých technologií a komponent do výroby.

„Konstrukce ložisek je specifická v tom, že oproti konstrukci velkých strojů nemá mnoho komponent,“ uvádí L. Nohál. „Cílíme na několik oblastí, které mají významný vliv na přidanou hodnotu ložiska a jeho funkční parametry. Jde především o vnitřní geometrii ložiska, ale i o nové konstrukční koncepce, například pro některé speciální případy nebo novou generaci ložisek. Optimalizací vnitřní geometrie se snažíme zlepšit funkční vlastnosti, zejména jde o integritu povrchu, silové působení, podmínky mazání atd. Využíváme přitom moderní přístupy, jako jsou generické modely, simulace metodou konečných prvků, ale pro simulaci vnitřních silových účinků používáme i fyzikální model ložiska, který jsme si sami vyvinuli.“

Důležitým faktorem je materiál a jeho tepelné zpracování. V rámci vývoje se tak stanoví i to, jak má vypadat vstupní polotovar a jeho tepelné zpracování. Ve výrobě pak na to navazují investice do nových technologií. V neposlední řadě jde i o oblast tribologie. Pracovníci vývoje se tak zabývají i prouděním maziva v ložisku a doporučují, jaké typy maziv se mají pro konkrétní aplikace použít.

„Zabýváme se i vývojem ložiskových jednotek, tedy kompaktních řešení pro zákazníky v různých oblastech,“ dodává L. Nohál. „Jsme například jedním z mála výrobců těsněných soudečkových ložisek, která mají vyšší odolnost v prašném prostředí. Také pro oblast kolejové dopravy vyrábíme těsněná krytovaná ložiska – jedná se o jednotky, které zákazník dostane a přímo nainstaluje na nápravu. Co se týká dalších aplikací, naše jednotky mohou využívat monitoring vibrací nebo teplot. V této oblasti spolupracujeme s externími dodavateli.“

ZKL nabízí kompletní pokrytí rozsahu služeb, které zákazník může v souvislosti s ložisky požadovat – od pomoci s konstrukční úpravou uzlu uložení přes analýzy uložení, nabídku vhodných ložisek včetně výpočtu trvanlivosti a spolehlivosti a v případě složitější konstrukce také úpravu nebo návrh ložiska pro danou aplikaci. Firma rovněž zajišťuje servisní dohled podle potřeb zákazníka a celou řadu školení – od základních školení v oblasti uložení až po specifická školení například pro údržbu a provoz ložisek. Technici ZKL také mohou asistovat u montáže ložiska. „Dále můžeme nabídnout pomoc v případě problémů,“ říká L. Nohál. „V rámci zkušebny máme tři soudní znalce: v oblasti metalurgie, metrologie a všeobecného strojírenství a jsme certifikováni jako znalecký ústav – můžeme dodat znalecké posudky, například pro soudní řízení. Nebo obecně můžeme najít příčinu problému, který zákazníka trápí, a pomoci mu ho vyřešit.“

Zajímalo mě, kam vývoj ložisek ZKL směřuje či jaké se v něm projevují trendy. „To záleží na oboru, pro který jsou ložiska určena,“ informuje mě L. Nohál. „V oblasti železničních ložisek směřujeme k ložiskům, která jsou kompaktní a zajišťují prodloužení servisních intervalů. To přináší snížení nákladů pro koncového uživatele. U kolejových vozidel se jedná o sjednocení intervalu údržby kol a ložisek – ložiska mají standardně kratší servisní interval, jde tedy o jeho prodloužení. V této oblasti jsme zahájili vlastní vývoj, který znamená úpravu geometrie, snížení třecích ztrát a ve výsledku provozních teplot. Museli jsme vyvinout i nový design klece a použít nové typy maziv, která umožní servisní interval prodloužit. Zde úzce spolupracujeme s dodavateli maziv.“

U průmyslových ložisek se jedná o zvýšení spolehlivosti a výkonnosti ložisek. „Máme prémiovou značku New Force pro radiální a axiální soudečková ložiska. Výrobců, kteří axiální soudečková ložiska vyrábějí, je poměrně málo, neboť se jedná o geometricky složité ložisko. V naší výrobě jde o snížení ekologické zátěže, což se týká zejména energetické účinnosti a odpadu. V dlouhodobém horizontu sledujeme cíl vyvinutí chytrých ložisek, která budou zákazníkovi dávat zpětnou vazbu, na jejímž základě může stanovit optimální interval údržby, který nebude pevně předepsán.“

ZKL v současnosti buduje divizi, která se zabývá větrnou energetikou. Zde se jedná o vývoj a výrobu velkorozměrových ložisek od průměru díry přes 900 mm. „Byli jsme osloveni zákazníkem, který potřeboval velkorozměrová ložiska pro menší, 2MW větrné elektrárny. Jedná se o párová ložiska, větší a menší, pro hlavní hřídel rotoru elektrárny,“ uvádí L. Nohál. Jelikož vše dopadlo k plné spokojenosti zákazníka, ZKL již dodává ložiska i pro středně velké 3MW elektrárny. V létě byl vyroben prototyp pro velké 5MW elektrárny, který již byl u zákazníka otestován, a v současnosti se tato ložiska začínají dodávat. Výrobní závod nyní opouští 50 sad těchto velkých ložisek měsíčně.

Kromě ložisek pro větrnou energetiku jsou rovněž dodávána velkorozměrová ložiska s dírou přes 900 mm pro předehřívače vzduchu tepelných elektráren, která odebírá významná mezinárodní společnost pro své elektrárny v Indii. V neposlední řadě jsou dodávána také dělená ložiska pro rypadla, důlní výtahy a další zařízení. „Vyrábíme i ložiska, která v tomto provedení naše konkurence nemá,“ pokračuje L. Nohál. „Zmíněná dělená ložiska lze z hřídele rychle sejmout, provést údržbu a zase je oproti konvenčním ložiskům relativně rychle namontovat. Jiným typem ložiska je těsněné soudečkové ložisko určené pro dopravníky uhlí v maďarské elektrárně. Konkurence tento typorozměr v těsněném provedení nevyrábí. Použitím těsněného ložiska jsme trojnásobně prodloužili servisní interval.“
Jiným zajímavým výrobkem ZKL jsou velkorozměrová ložiska do vodních elektráren pro uložení klapky, která uzavírá přívod vody pro Francisovu turbínu. Jsou použita například v Dalešicích, ale i v jiných elektrárnách v Evropě. „Je to nejhmotnější ložisko, které jsme kdy vyrobili, má kolem 3 tun a letos bylo vystaveno na MSV. Rozměrově se sice nejedná o naše největší ložisko, ale je velmi masivní,“ uvádí vedoucí konstrukce.

Letos byla na MSV prezentována produktová řada ložisek pro domíchávače betonu s objemem od 3 m³ do 16 m³, v čele se speciálním zákaznickým ložiskem. To zde získalo také Zlatou medaili za unikátní konstrukční řešení. Za novou konstrukcí stál požadavek zákazníka na vyšší spolehlivost a delší životnost. Tato ložiska jsou axiálně přetěžovaná a pracují v extrémních podmínkách, přičemž na ně působí síly od bubnu i od jízdy. Řešením byla speciální asymetrická konstrukce, kdy jedna řada na více zatížené straně má delší soudečky. Soudečky ložiska jsou navíc povlakovány DLC povlakem. Výsledkem je zvýšení dynamické únosnosti a výkonnosti a prodloužení životnosti až o 80 %.

Jiným příkladem speciální konstrukce jsou ložiska vyvinutá pro Škodu Motorsport. Slouží pro uložení kol na nápravách sportovního vozu Škoda Fabia R5, resp. nyní Fabia R5 evo. „Tato ložiska byla navržena a vyrábějí se v závodě v Klášterci nad Ohří. Ve spolupráci se ZKL – Výzkum a vývoj byla provedena optimalizace uložení spočívající v nalezení geometrie a nejvhodnějších tolerancí tak, aby se prodloužila životnost ložiska podle požadavků zákazníka. Tím však vývoj nekončí, produkt stále zlepšujeme na základě odezvy od koncových uživatelů,“ doplňuje L. Nohál.

Nastává čas podívat se do výroby. Výroba ložisek ZKL je rozdělena do dvou výrobních závodů. V Klášterci jsou vyráběny nejmenší typy ložisek a také plechové klece pro celý koncern, tedy i pro závod v Brně. Pro typy, které se tam vyrábějí, tam také probíhá výroba kroužků včetně tepelného zpracování. V brněnském závodě probíhá jednak sériová výroba ložisek menších až středních rozměrů, jednak kusová výroba velkorozměrových ložisek (s vnitřním průměrem přes 500 mm) a speciálů. V Brně jsou pro oba závody vyráběny valivé elementy, tj. válečky, kuželíky a soudečky. Masivní klece pro větší ložiska, které se obrábějí z mosazných odlitků, jsou vyráběny rovněž v Brně. Po načerpání základních informací se s panem Nohálem vydáváme do nedalekého brněnského výrobního závodu.
Při výrobě kroužků se technologie liší podle velikosti a typu ložisek: rozvalky z trubek si společnost vyrábí buď sama, nebo je nakupuje od svých dodavatelů. Ty se potom soustruží a po tepelném zpracování probíhá obrábění funkčních ploch. Při výrobě větších ložiskových kroužků bývá polotovarem výkovek nebo osoustružený výkovek, který je následně tepelně zpracován. Další operací je obrábění funkčních ploch, to znamená broušení, případně u některých výrobků také soustružení po kalení. Pro dokončování valivých ploch a hran se využívá superfinišování.

Výroba válečků nebo soudečků začíná z tyčoviny, která se nařeže na polotovary, nebo svitku drátu, který je vtažen do kovacího lisu, kde se provádí předkování polotovaru. U větších elementů se provádí lisování v lisu a u velkorozměrových ložisek se valivé elementy obrábějí z výkovků. Využívají se přitom obdobné operace jako u výroby ložiskových kroužků, v některých případech ještě také omílání.

„Kuličky jsou navíc normalizované a jejich výroba nevyžaduje nějaké zvláštní know-how. Ostatní elementy si vyrábíme sami, jelikož se často provádějí různé modifikace oběžných drah, které si chceme udržet jako vlastní know-how.“ U některých speciálních aplikací nebo u železničních ložisek se provádějí povrchové úpravy a v této oblasti firma spolupracuje s externími dodavateli. Mohou to být speciální povlaky jako DLC (diamond like carbon), anebo fosfátování, zinkování apod.

Výrobní závod v areálu původního Zetoru je postupně modernizován a působí přívětivým a upraveným dojmem. Sériová výroba probíhá v jedné z hal na automatických linkách, kde jsou obráběny kroužky nebo valivé elementy. Pro některé operace jsou však využívány i starší, vysoce přesné speciální stroje. Vyrobené díly se proměří a podle naměřených hodnot se roztřídí do skupin, které jsou pak odeslány na montáž. Důvodem je, aby se vhodným způsobem sečetly výrobní tolerance v rámci skupinové zaměnitelnosti a smontovaná ložiska měla správnou radiální vůli. Po montáži je proveden popis ložisek a automatická kontrola kompletnosti. Ke kontrole jsou používány dva stroje (jeden pro menší, druhý pro větší ložiska), kde jsou ložiska vyfotografována a porovnána se vzorem. Pro každé vyrobené ložisko jsou tak zpětně dohledatelná všechna výrobní data, což je důležité zejména u ložisek speciálních nebo nápravových. Na další lince probíhá mytí a konzervace ložisek, která jsou pak balena do fólie nebo zapáskována, uložena do krabic nebo beden a odeslána do expedičního skladu.

Hala sériové výroby ložisek

Velkorozměrová ložiska jsou vyráběna v samostatné hale. K obrábění kroužků se využívají tři karuselové soustruhy a jedno soustružnicko-frézovací centrum, na němž jsou obráběny například mosazné klece. Obrobené díly jsou proměřeny na 3D souřadnicovém měřicím stroji. Montáž největších ložisek provádějí zkušení pracovníci pomocí manipulátorů, neboť nejtěžší ložisko může mít hmotnost až tři tuny. Probíhá zde i montáž ložisek do větrných elektráren. Tato ložiska jsou párována, sada obsahuje jedno menší a jedno větší. Takto se zde pro rotory větrných elektráren smontují desítky kusů ložisek měsíčně. Po montáži ložisek následuje odmagnetování a opět značení, kontrola, mytí, konzervace a balení.

Chloubou podniku je nový centrální sklad, odkud ložiska míří do celého světa. Exportováno je cca 80 % výroby. Česká ložiska se tedy ve světě neztratí.

Pavel Marek, Brno

Foto: autor

pavel.marek@mmspektrum.com

www.zkl.cz