Stick-slip-effekten
Virksomheden Bornemann Gewindetechnik har i mere end 25 år fremstillet gevindspindler og -møtrikker til stort set alle anvendelsesformål inden for alle industrigrene. Et af hovedfokusområderne i produktionen er fremstilling af monteringsklare trapezgevind, bestående af spindler og møtriksæt til tunge løfteanlæg, som de anvendes inden for løfteanlæg til jernbanekøretøjer, i teater- og scenebyggeri samt i specialmaskinbyggeri.
For at løfteanordninger kan fungere pålideligt er overfladerne på gevindspindlerne samt valget af det rette smøremiddel af stor betydning. Det gælder om at undgå den berygtede stick-slip-effekt. Hans Gereke-Bornemann (Bornemann-Gewindetechnik, direktør): „Når vi får rapporter om problemer med spindelhejsanlæg, kan man generelt gå ud fra, at en af følgende faktorer er en del af årsagen: spindlernes overfladekvalitet, forureninger, systemets monteringsposition eller i særlig grad valget af smøremiddel. I mange tilfælde er problemet dog en kompleks blanding af flere af disse faktorer. Det er derfor vigtigt at tage tilstrækkeligt hensyn til hver af disse faktorer ved konstruktionen.“
Stick-slip-effekten
Stick-slip-effekten (fra engelsk »stick« = »klæbe« og »slip« = »glide«), der også kaldes klæbe-glide-effekten, beskriver det rykvise glid mellem faste legemer, der bevæger sig mod hinanden. Effekten kan opstå, når klæbefriktionen er større end glidefriktionen.
Afhængigt af det tribologiske system fører dette til svingninger, der udstråles som støj fra en resonansdygtig overflade (»skrigende« og »knirkende« spindler). Effekten forsvinder som regel, så snart friktionspartnerne adskilles af et mellem- eller smøremiddel. Stick-slip-effekten er ofte uønsket i tekniske anvendelser. Negative påvirkninger fra stick-slip-effekten kan bl.a. observeres ved lejer, føringer i lineærteknik eller ved gevindspindler i løfteteknik.
Ralph Wuertele (Klüber Lubrication, Manager Application Engineering): ”Især i anlæg til tunge løfteopgaver kan uegnede smøremidler let føre til smøreunderskud, hvilket forårsager øget slitage og dermed fører til for tidligt udfald af anlægget.” Som en direkte mærkbar følgevirkning af dette smøreunderskud opstår der som regel de nævnte skrigende og knirkende lyde.
I værste fald kan sådanne tilfælde af utilstrækkelig smøring endda føre til mikrosvejsninger eller koldsvejsninger af hele løftesystemer – det såkaldte »fastklemning« af møtrikkerne – med alvorlige følgeskader, der kan gå så langt som til nedbrud af de berørte anlæg.
Her spiller materialekombinationen i spindel-møtriksystemet en afgørende rolle. Ved materialekombinationer af gråt støbejern og stål kan jernindholdet i materialerne fremme koldsvejsning. Ved en kombination af bronze og stål kan koldsvejsning generelt udelukkes. Hvad skal man så være opmærksom på for at undgå disse frygtede smøreproblemer eller den såkaldte stick-slip-effekt?
Materialekompatibilitet
Smøremidlet skal påviseligt være kompatibelt med materialerne i bælgen og tætningen. Hvis dette ikke er tilfældet, kan smøremidlet påvirke disse materialer og f.eks. føre til porøsitet, revner eller udbulinger. Konsekvensen ville være lækager med smøremiddeltab eller indtrængning af snavs. I begge tilfælde kan bælgen eller tætningssystemet ikke længere udføre sin funktion som ønsket. Kompatibilitetsundersøgelser mellem smøremidlet og bælge- og tætningsmaterialerne bør udføres ved den tilladte øvre brugstemperatur i mindst 168 timer for at opnå sikkerhed herom.
Ifølge bælgproducenten MFB-Technik er det rigtige valg af bælgmateriale samt hensyntagen til ydre miljøpåvirkninger vigtige kriterier, der påvirker bælgenes levetid, men som ofte overses af kunderne.
Overfladen på gevindspindlerne
Flere faktorer sikrer, at smøremidlet forbliver der, hvor det skal bruges. Heriblandt er overfladetopografien på gevindspindlerne og møtrikkerne, som firmaet Bornemann-Gewindetechnik fremstiller ved hjælp af hvirvelformningsmetoden. Dermed skabes der mikroskopisk små smørelommer på gevindoverfladen. Disse smørelommer sikrer, at smøremidlet ikke presses væk ved høj overfladebelastning, men forbliver i »dalene« på overfladen, da det ikke berøres af gevindprofilernes bærende flanker.
Ved gevindspindler, der er fremstillet ved rulleformning, forhindrer de manglende smørelommer på gevindprofilets bærende flanke ofte, at det påførte smøremiddel forbliver, når møtrikprofilerne glider over spindlen med høj overfladebelastning. Enten presses smøremidlet væk fra flanken, eller også skubbes det foran møtrikken. I begge tilfælde opstår der et brud på smørefilmen, hvilket i starten medfører temperaturstigning og stick-slip med til tider øredøvende lyde, og senere fører til ødelæggelse af gevinddrevet. Moritz von Soden (salgschef, Bornemann-Gewindetechnik): „Mange af vores kunder kommer fra området for tunge løfteanordninger. Her anvendes konsekvent gevindspindler i hvirvelbehandlet udførelse for at undgå de kendte problemer ved manglende smøring“.
Desuden spiller smøremidlets vedhæftningsevne en vigtig rolle. Den bestemmes af smøremidlets sammensætning, nærmere bestemt typen og mængden af fortykningsmidlet. Derudover er rengøring af overfladen inden påføring af smøremidlet afgørende. Rester af metalbearbejdningsvæsker er for eksempel ikke befordrende for vedhæftningen.
Efterløbsadfærd
Den passende gevindgeometri på møtrikken sikrer, at den ikke skubber smøremidlet foran sig, men nærmest trækker det ind i smørespalten. Alligevel kan smøremidlet hurtigt blive transporteret væk fra friktionsstedet eller slynget væk – det bør dog strømme tilbage så hurtigt som muligt. Af denne grund anbefaler Klüber Lubrication her at anvende flydende fedt i konsistensklasse NLGI 0, helst 00. Spindelsystemerne skal naturligvis være tilstrækkeligt tætnet. Fedtmængden bør udfylde mindst 30 % af volumenet mellem spindel og bælg.
Oliefrigivelse
På grund af de forholdsvis lave glidehastigheder og høje overfladetryk i tribosystemet mellem spindelmøtrik og spindel i spindelhejsanlæg kan der ikke dannes en hydrodynamisk smørefilm – hvilket kan medføre utilstrækkelig smøring. I denne driftssituation er det tilsætningsstofferne, der afgør smøremidlets ydeevne. Da tilsætningsstofferne er opløst i smørefettets olieandel, skal smørefettet afgive tilstrækkelig olie under belastning. Takket være sin gode flydeevne når olien, inklusive tilsætningsstofferne, let frem til det egentlige friktionssted og sikrer dermed en pålidelig smøring.
Korrosionsbeskyttelse
Et yderligere krav til smøremidlet følger af systemets tæthed: Da bælgen som regel ikke er lufttæt, kan dannelse af kondensvand indeni i princippet ikke udelukkes. Af denne grund skal smøremidlet have en høj vandbestandighed og yde meget god korrosionsbeskyttelse.
Marc Schillig (direktør for MFB-Technik Schillig GmbH & Co. KG): „Også vi bliver regelmæssigt konfronteret med problemet „kondensvand“. I princippet gælder det, at „lufttæt fungerer ikke“. Luftudskiftningen skal være sikret ved bevægelser, da bælgen ellers med sikkerhed vil blive beskadiget. Til dette problem anvendes højkvalitetsfiltre eller ventilklapper. Kondensvand transporteres udad via en separator ved hjælp af overtrykket, når bælgen kører sammen. Vi har allerede implementeret forskellige løsningsmodeller sammen med vores kunder”.
Virksomheden Bornemann-Gewindetechnik GmbH i Delligsen ved Hildesheim har i 25 år med 40 medarbejdere på et areal på 3800 m² fremstillet gevind i alle former samt drejede og fræsede emner. Alle bearbejdelige materialer anvendes som udgangsmateriale. Derudover tilbyder virksomheden reparation af defekte spindler. Standardstørrelserne for gevindspindler ligger i diameterområdet 10 til 180 millimeter og strækker sig op til en længde på 6 meter. I moderne bearbejdningscentre kan måltolerancer på h6 overholdes. Ved en spindeldiameter på 100 mm svarer h6 til en tolerance på 99,978 til 100 mm, så kuglelejer kan monteres korrekt på spindlen. Ved hjælp af hvirvelmetoden opnås gevindoverflader i slibekvalitet. Leveringstiden er 2 til 3 uger efter modtagelse af ordren.