Témata
Reklama

Uhlíkové povlaky ložisek

13. 11. 2002

Uhlíkové povlaky podobné diamantu se vyznačují vysokou tvrdostí a nízkým třením, čímž přispívají k nižšímu opotřebení a k prodloužení trvanlivosti ložisek

Tvrdý povrch jednotlivých dílů ložisek ve spojení s nízkým třením přispívá k potlačení oděru a jiným projevům opotřebení, a tedy k podstatnému prodloužení životnosti ložisek. Tyto požadované vlastnosti má diamant, nejtvrdší známý materiál, avšak výroba celodiamantového ložiska je příliš drahá. Řešení představuje nanesení tvrdého tenkého povlaku na používanou ložiskovou ocel. Takový povlak se nazývá DLC (diamond - like carbon) neboli uhlík podobný diamantu. Spojením odolnosti a pevnosti běžné oceli s výjimečně nízkým třením a vysokou tvrdostí povlaku DLC vznikne ložisko, které se vyznačuje vysokou tvrdostí povrchu i nízkým součinitelem tření.
Reklama
Reklama
Reklama

Tvrdost povlaku

DLC je obecný název pro amorfní směs grafitu a uhlíku s vazbou podobnou diamantu. Nanesením DLC lze do určité míry přizpůsobit budoucí vlastnosti ložiska konkrétním požadavkům. V současné době lze povlak nanášet ve velmi tenkých vrstvách o tloušťce několika mikronů na jakékoliv ložisko SKF. Tvrdost povrchu prakticky nezávisí na zvoleném procesu. Typické hodnoty tvrdosti povlaků DLC u ložisek SKF se řádově pohybují kolem 1200 HV, zatímco tvrdost ložiskové oceli je 650 až 850 HV. Zásadní význam pro funkci dílů opatřených povlakem má sladění mechanických vlastností povlaku a oceli.

Součinitel tření

Vhodný součinitel tření ložisek opatřených povlakem závisí na prostředí, v němž se mají používat. Jelikož povlakem mohou být opatřeny buď kroužky nebo valivá tělesa, případně kroužky i tělesa, lze volit různé hodnoty součinitele tření. Nejnižší hodnoty se dosáhne u ložiska, jehož jeden kroužek a valivá tělesa jsou opatřena povlakem DLC. Životnost při zkoušce prokluzem při suchém tření se totiž výrazně prodlouží i tehdy, je-li povlak DLC nanesen pouze na jednom povrchu.
Důvod, proč ložiska s povlakem DLC dosahují delší životnosti, spočívá v nízkém součiniteli tření takových povlaků a velmi vysoké tvrdosti povrchu. Hodnoty součinitele tření se v podstatě blíží hodnotám součinitelů materiálů s nízkým třením, jako PTFE a MoS2, fungujícím jako pevná maziva. Mezi DLC a pevnými mazivy je však podstatný rozdíl: DLC se při vyšších tlacích neotírá. Další jedinečnou vlastnost DLC představuje charakteristika při zabíhání povlaku. I když je povlak velmi tvrdý, jeho malá část vytvoří stykovou oblast s nízkým třením. Tento jev rovněž chrání související plochy z oceli, které by jinak tvrdší povlak poškodil. Ve spojení s tvrdostí tak DLC zajišťuje ideální stav jako při mazání pevnými mazivy.

Výhody ložisek s povlakem DLC

Vyhodnocení laboratorních a praktických aplikací ložisek s povlakem DLC ukazují na nižší provozní teploty a delší trvanlivost ložiska, která se zpravidla prodlouží až 10x v závislosti na provozních podmínkách. To platí především pro případy s nízkým a nulovým zatížením, kdy za normálních okolností dochází k haváriím způsobeným oděrem. Nízké tření dále brání opotřebení a zadření ložisek a umožňuje tak provoz při nižších teplotách v případech s nedostatečným mazáním anebo při vysokých otáčkách. Této vlastnosti lze využít při zmenšování rozměrů systémů a návrhu řešení, která jsou mnohem příznivější pro životní prostředí.
Vysoká tvrdost povrchu ve spojení s chemickou povahou uhlíku umožňuje dosáhnout vyšší odolnosti proti abrazivnímu a adhezivnímu opotřebení, a tedy prodloužit životnost ve velmi náročných a znečištěných prostředích. Kromě toho efekt mazání pevnými mazivy u ložisek s povlakem DLC umožňuje používat tato ložiska v uloženích s mazivy s nízkou viskozitou, v uloženích vystavených vibracím nebo vykonávajícím oscilační pohyby, které se projevují "nepravým brinellováním" nebo stykovou korozí. Většinou lze tyto obtíže odstranit nanesením povlaku pouze na jeden povrch.

Příklady aplikace

Až dosud se ložiska s povlakem DLC s úspěchem používala v zařízeních, jako jsou kompresory, papírenské stroje a hydraulické motory. V těchto aplikacích přispívá povlak k ochraně proti poškození ložisek s oděrem. Například v kompresorech patří oděr vyvolaný nulovým zatížením, vibracemi a mazivy s nízkou viskozitou k problémům, které lze řešit jen obtížně. U ložisek s povlakem DLC tyto problémy odpadají. Příkladem je šroubový kompresor pro dopravu čpavku, v němž ložiska s povlakem DLC vyřešila problémy s oděrem. Kromě toho ložiska s povlakem DLC umožňují vyloučit velké vnější mazací systémy a tím dosáhnout úspory místa, hmotnosti, a co je nejdůležitější, i nižšího dopadu na životní prostředí.
U měkkých kalandrů, což jsou obrovské válce v koncové části papírenského stroje, se často vyskytují problémy způsobené neobyčejně velkým rozsahem zatížení a častým výskytem nulového zatížení. Výsledkem jsou prokluzy v ložisku, mikrosvary a nakonec poškození ložiska oděrem. Ve strojích vybavených ložisky s povlakem DLC dochází k nízkému vývinu tepla a ložiska jsou odolná proti mikrosvarům. Při odstraňování uvedených obtíží u papírenských strojů se ukázalo toto řešení jako velmi dobré a mnohem lepší než povlaky TDC (tenká vrstva chromu s vysokou hustotou). Současně bylo dosaženo i delší trvanlivosti ložiska.
Další významnou oblast použití ložisek s povlaky DLC představuje hydraulika, např. čerpadla a motory. V hydraulických motorech nachází uplatnění nízké tření povlaku a podstatné snížení opotřebení ložiska. V současné době se většina hydraulických zařízení maže olejem o nízké viskozitě, který za určitých okolností způsobuje tření a opotřebení. U ložisek s povlaky DLC se uplatnil mazací efekt tuhého maziva, který prodloužil životnost ložisek v některých hydraulických zařízeních až desetkrát. Jiná hydraulická zařízení vyžadují nákladné uzavřené a samostatné mazací systémy, které zajišťují potřebné provozní podmínky. Ložiska s povlakem DLC odstraňují nutnost použití takových systémů.

Budoucnost ložisek s ochranným povlakem

Povlak DLC představuje poměrně novou technologii. Skupina SKF zaměřuje velkou část výzkumných prací na další vývoj této řady výrobků. Jedním z nejdůležitějších požadavků je, aby povlak přilnul k povrchu ložiska i při vysokém stykovém napětí. Povlaky se nanášejí napařováním fyzikálním nebo chemickým způsobem. Tyto technologie směřují k osvědčeným mokrým chemickým postupům, které se pro nanášení povlaků na ložiska používají. Výzkum a vývoj v této oblasti postupuje velmi rychle a neustále se objevují nové koncepce a nové typy povlaků.
V současné době se pro většinu aplikací nanáší povlak DLC skupiny SKF pouze na valivá tělesa. To v mnoha případech postačuje pro řešení určitého problému. Většina ložisek by však mohla být v zájmu dosažení optimální funkce povlakem potažena úplně.
Řešení založená na povlacích nacházejí stále širší uplatnění. Tato technologie je obzvláště dobře zavedená v průmyslových odvětvích, např. při řezání, tváření a v potravinářském průmyslu. V poslední době začal povlaky DLC pro snížení celkové spotřeby energie u svých výrobků používat i automobilový průmysl. Současný vývoj povlaků u SKF představuje pouze začátek celé řady druhů povlaků.
Anna Hultmanová
Hans Sjöström
Reklama
Vydání #11
Kód článku: 21145
Datum: 13. 11. 2002
Rubrika: Trendy / Ložiska
Autor:
Firmy
Související články
Optimalizace péče o ložiska zabraňuje odstávkám výroby

Ložiska jsou vysoce namáhanými součástmi pohonů, které v průběhu času podléhají opotřebení. S ohledem na to je zvláště důležité zahrnout je do plánů údržby, protože tato strategie pomáhá prodloužit životnost strojů nebo zařízení.

Monitoring stavu ložisek zlepšuje proces broušení

Sledování stavu ložisek není jen způsob, jak včas zjistit potřebu jejich výměny, ale také způsob, jak si udělat obrázek o stavu celého stroje nebo zařízení. Pro ilustraci výhod služby CMS (Condition Monitoring Service) od firmy NSK budou uvedeny dva příklady jejího využití pro brousicí stroje.

Repase ložisek jako součást cirkulární ekonomiky

Během několika posledních let se o konceptu tzv. cirkulární ekonomiky hodně mluví. Je naprostým opakem ekonomiky lineární, ve které se získané zdroje použijí do produktů a nakonec vyřadí. Cílem cyklické alternativy je ekonomická produkce méně závislá na využívání zdrojů. Zaměřuje se na menší spotřebu materiálu, větší využití výrobků a lepší recyklaci materiálů.

Související články
Velmi přesná profilová lineární vedení s oběhem kuliček

Nová šestiřadá profilová lineární vedení s oběhem kuliček KUSE X-life jsou důkazem toho, že i v případě osvědčeného produktu lze dosáhnout dalších velkých pokroků ve vývoji. Nová lineární vedení značky INA z koncernu Schaeffler jsou tak přesná a mají natolik klidný chod, že je lze použít dokonce i v měřicích strojích.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Projekt výrobní linky pro inovovaná ložiska do převodovek Porsche

V souvislosti s vyššími požadavky odběratelů v automobilovém průmyslu na nižší výslednou hlučnost pro pasažéry plánuje olomoucký závod na výrobu ložisek Koyo Bearings zavedení technologických změn. Konkrétně se jedná o nákup nové linky, která umožní implementaci technologie vysoce přesných dokončovacích operací, mezi něž patří soustružení „za tvrda“, broušení a superfinišování pro ložiskové kroužky nově vyvinuté řady ložisek LNT (Low Noise Transmission).

Lineární vedení v robotizovaných svařovacích linkách

Výrobce dílů svařovaných z plechů hledal řešení, jak prodloužit krátkou životnost pohonů a vodicích prvků svých automatizovaných svařovacích zařízení, neboť lineární vedení robotizované svařovací pistole v jedné jeho výrobní lince muselo být vyměňováno každé dva nebo tři měsíce.

Nová radiální kuličková ložiska

Společnost Schaeffler prostřednictvím vysokých investic do výrobních kapacit určených pro radiální kuličková ložiska FAG generace C výrazně rozšiřuje svou obchodní nabídku v oblasti standardních valivých ložisek. Díky zdokonaleným vlastnostem produktů, nové logistické koncepci a optimalizovanému poměru ceny a výkonu jsou tato úspěšná radiální kuličková ložiska ještě atraktivnější.

Energetická účinnost mazaných ložisek

Energetická účinnost valivých ložisek se v posledních letech výrazně zvýšila. Přispívají k tomu zejména nové designy ložisek, pomocí nichž lze například snižovat ztráty třením. Jakou roli přitom hraje použité mazivo? Společnost Klüber Lubrication získala díky zkušebnímu zařízení, které sama vyvinula, nové poznatky o vlivu maziv na energetickou účinnost ložisek, a může tedy poskytovat uživatelům optimální poradenství.

Ložiska pro velká zatížení

Společnost Coroll jako významný dodavatel ložisek do všech hutních provozů včetně kontinuálního lití, válcoven, výroby surového železa, přepravy a úpravy rud i dalších materiálů využívá zázemí japonského výrobce ložisek NSK a jeho vývoj speciálních produktů pro hutní průmysl.

Prémiové nástroje pro výpočet ložisek

Společnost SKF své lety nabyté zkušenosti a znalosti předává svým zákazníkům nejen prostřednictvím seminářů, brožur či katalogů, ale také poskytováním výpočetních nástrojů.

Správné mazání předchází třetině selhání ložisek

Domazávání ložisek je naprostou nutností, pokud ložiska nepoužíváte výhradně v aplikacích, které domazávání nevyžadují. Nestačí však pouze domazávat, je důležité provádět domazávání vhodným množstvím a způsobem. Z důvodu nevhodného domazávání totiž selhává 36 % ložisek. Jak tedy správně domazávat?

Ložiska pro velmi náročné podmínky

Prostorové omezení představovalo pro firmu Papcel při navrhování nového papírenského stroje velký problém. Řešením byla unikátní toroidní ložiska CARB a inovativní mazací systém od společnosti SKF.

Inovace komponentů pro obráběcí stroje

Firma Coroll již od roku 1995 zastupuje na českém trhu společnost NSK. Opírá se o technické zázemí tohoto japonského výrobce, který nepřetržitě investuje do inovací a vývoje svých produktů – ložisek, kuličkových šroubů a lineárních vedení.

Průmysl 4.0 stojí i na ložiscích a datech

Společnost SKF je známá především jako výrobce ložisek a dodavatel technických řešení pro rotační stroje. O tom, jak může přispět k zavádění Průmyslu 4.0, si s Davidem Poláčkem, generálním ředitelem české pobočky, povídal Michael Málek.

Reklama
Předplatné MM

Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

Proč jsme nejlepší?

  • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
  • Vysoký podíl redakčního obsahu
  • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

a mnoho dalších benefitů.

... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

      Předplatit