Efekt stick-slip
Společnost Bornemann Gewindetechnik vyrábí již více než 25 let závitové vřetena a matice pro téměř všechny možné aplikace ve všech průmyslových odvětvích. Jedním z hlavních zaměření výroby je výroba trapézových závitových převodů připravených k montáži, sestávajících ze šroubů a sad matic pro zvedací zařízení pro těžká břemena, jaká se používají v oblasti zvedacích zařízení pro kolejová vozidla, při stavbě divadel a jevišť a ve speciálním strojírenství.
Pro spolehlivou funkci zvedacích zařízení mají velký význam povrchy závitových vřeten a výběr vhodného maziva. Je třeba zabránit známému jevu stick-slip. Hans Gereke-Bornemann (Bornemann-Gewindetechnik, vedení): „Pokud nám jsou hlášeny problémy se zdvihacími zařízeními s vřetenem, lze obecně předpokládat, že součástí příčiny je jeden z následujících faktorů: kvalita povrchu vřeten, nečistoty, montážní poloha systému nebo také ve zvláštní míře výběr maziva. V mnoha případech je však problém komplexní kombinací několika z těchto faktorů. Při konstrukci je proto nutné každý z těchto faktorů dostatečně zohlednit.“
Efekt stick-slip
Efekt stick-slip (z angl. stick „přilnout“ a slip „klouzat“), nazývaný také adhezivně-kluzný efekt, popisuje trhavé klouzání pevných těles pohybujících se vůči sobě. K tomuto jevu dochází vždy tehdy, když je adhezivní tření větší než kluzné tření.
To vede v závislosti na tribologickém systému k vyvolání kmitání, které je rezonančním povrchem vyzařováno jako hluk („vřískající“ a „skřípající“ vřetena). Efekt většinou zmizí, jakmile jsou třecí partnery odděleny mezivrstvou nebo mazivem. Efekt stick-slip je v technických aplikacích často nežádoucí. Negativní vlivy způsobené efektem stick-slip lze pozorovat mimo jiné u ložisek, vedení v lineární technice nebo u závitových vřeten v zvedací technice.
Ralph Wuertele (Klüber Lubrication, manažer aplikačního inženýrství): „Zejména v zařízeních pro zvedání těžkých břemen mohou nevhodné mazací látky snadno vést k nedostatečnému mazání, které způsobuje zvýšené opotřebení a tím i předčasnou poruchu zařízení.“ Jako přímo vnímatelný doprovodný jev tohoto nedostatečného mazání se pak obvykle objevují zmíněné skřípavé a vrzavé zvuky.
V nejhorším případě mohou takové stavy nedostatečného mazání vést dokonce k mikrosvařování či svařování za studena celých zdvihacích systémů, k tzv. „zadření“ matic, což má za následek závažné následné škody až po výpadky dotčených zařízení.
Zde hraje rozhodující roli kombinace materiálů systému vřeteno-matice. U kombinací šedé litiny a oceli může podíl železa v materiálech napomáhat vzniku studeného svařování. U kombinace bronzu a oceli lze studené svařování obecně vyloučit. Na co je tedy třeba dbát, aby se předešlo těmto obávaným stavům nedostatečného mazání, resp. tzv. stick-slip efektu?
Materiálová snášenlivost
Musí být prokázáno, že mazivo je snášitelné s materiály vlnovců a těsnění. Pokud by tomu tak nebylo, mohlo by mazivo tyto materiály poškodit a způsobit například poréznost, praskliny nebo zvlnění. Důsledkem by byly úniky s ztrátou maziva nebo vniknutím nečistot. V obou případech by vlnovec nebo těsnicí systém již nemohly plnit svou funkci tak, jak je požadováno. Pro zajištění bezpečnosti by měly být provedeny zkoušky kompatibility mezi mazivem a materiály vlnovců a těsnění při povolené horní provozní teplotě po dobu nejméně 168 hodin.
Podle výrobce vlnovců MFB-Technik jsou správný výběr materiálu vlnovce a zohlednění vnějších vlivů prostředí důležitými kritérii, která ovlivňují životnost vlnovců, ale jsou často zákazníky opomíjena.
Povrch závitových vřeten
O to, aby mazivo zůstalo tam, kde je potřeba, se stará několik faktorů. Patří mezi ně topografie povrchu závitových vřeten a matic, které společnost Bornemann-Gewindetechnik vyrábí metodou víření. Tímto způsobem vznikají na povrchu závitu mikroskopicky malé mazací kapsy. Tyto mazací kapsy zajišťují, že mazivo není při vysokém povrchovém zatížení vytlačováno, ale zůstává v „údolích“ povrchu, protože se nedotýká nosných boků závitových profilů.
U závitových vřeten, která byla vyrobena válcováním, často chybějící mazací kapsy na nosné hraně profilu závitu brání tomu, aby nanesené mazivo zůstalo na místě, když profily matic kloužou po vřetenu s vysokým plošným zatížením. Mazivo je buď vytlačeno z hrany, nebo je posunuto před matici. V každém případě dochází k odtržení mazacího filmu, což zpočátku způsobuje zvýšení teploty a jev stick-slip s částečně ohlušujícím hlukem a později vede ke zničení závitového pohonu. Moritz von Soden (vedoucí prodeje, Bornemann-Gewindetechnik): „Mnoho našich zákazníků pochází z oblasti techniky pro zvedání těžkých břemen. Zde se důsledně používají závitové vřetena ve vířené provedení, aby se předešlo známým problémům při nedostatečném mazání.“
Důležitou roli hraje také přilnavost samotného maziva. Tu určuje složení maziva, konkrétně typ a množství zahušťovadla. Kromě toho je rozhodující očistění povrchu před nanesením maziva. Zbytky kapalin používaných při obrábění kovů například přilnavosti neprospívají.
Chování při stékání
Vhodná geometrie závitu matice zajišťuje, že mazivo neposouvá před sebou, ale v podstatě ho vtahuje do mazací mezery. Mazivo však může být rychle odvedeno nebo vymrštěno z místa tření – mělo by však co nejrychleji zpětně stékat. Z tohoto důvodu doporučuje společnost Klüber Lubrication používat mazací tuky konzistence NLGI 0, lépe ještě 00. Systémy vřeten musí být samozřejmě odpovídajícím způsobem dobře utěsněny. Množství mazacího tuku by mělo vyplňovat alespoň 30 % objemu mezi vřetenem a vlnovcem.
Uvolňování oleje
Vzhledem k poměrně nízkým kluzným rychlostem a vysokým tlakům na kontaktní plochu v tribologickém systému vřeteno-matice u vřetenových zdvihacích zařízení se nemůže vytvořit hydrodynamický mazací film, což by mohlo vést k nedostatečnému mazání. V této provozní situaci mají aditiva rozhodující vliv na výkonnost maziva. Jelikož jsou aditiva rozpuštěna v olejové složce mazacího tuku, musí mazací tuk pod zatížením uvolňovat dostatečné množství oleje. Díky své dobré tekutosti se olej včetně aditiv snadno dostává k samotnému místu tření a zajišťuje tak spolehlivé mazání.
Ochrana proti korozi
Další požadavek na mazivo vyplývá z těsnosti systému: jelikož vlnovec obvykle není vzduchotěsně uzavřen, nelze v zásadě vyloučit tvorbu kondenzátu uvnitř. Z tohoto důvodu musí mazivo vykazovat vysokou odolnost proti vodě a poskytovat velmi dobrou ochranu proti korozi.
Marc Schillig (ředitel společnosti MFB-Technik Schillig GmbH & Co. KG): „I my se pravidelně potýkáme s problémem „kondenzace“. V zásadě platí, že „vzduchotěsnost nefunguje“. Při pohybech musí být zajištěna výměna vzduchu, jinak by měch jistě utrpěl poškození. Pro řešení tohoto problému se používají vysoce kvalitní síta nebo ventilové klapky. Kondenzovaná voda je odváděna ven přes odlučovač pomocí přetlaku při stlačení měchu. S našimi zákazníky jsme již realizovali různé přístupy k řešení.“
Společnost Bornemann-Gewindetechnik GmbH se sídlem v Delligsenu u Hildesheimu vyrábí již 25 let se 40 zaměstnanci na ploše 3800 m² závity všech speciálních tvarů, jakož i soustružené a frézované díly. Jako výchozí materiál slouží všechny obrobitelné materiály. Kromě toho společnost nabízí opravy poškozených vřeten. Standardní rozměry závitových vřeten se pohybují v rozmezí průměrů 10 až 180 milimetrů a dosahují délky až 6 metrů. V moderních obráběcích centrech lze dodržet rozměrové tolerance h6. h6 by u vřetena o průměru 100 milimetrů odpovídalo toleranci 99,978 až 100 milimetrů, takže by na něj bylo možné správně namontovat kuličková ložiska. Pomocí vířivého procesu se dosahuje povrchu závitů v kvalitě broušení. Dodací lhůta činí 2 až 3 týdny od přijetí objednávky.