A Slip-Stick jelenség elleni küzdelem: Menetes profilok mikroszkopikus kenőanyag-tartályokkal

A csigakerekes csavarhajtások menetes profiljai, amelyek terhelés alatt > 20 N/mm2 felületi nyomásnak vannak kitéve, és amelyek alacsony kerületi sebességgel működnek, folyamatos kenést igényelnek. A Bornemann precíziós menetek a megoldás egy részét kínálják.

A hirtelen csikorgó szálak riasztást váltanak ki a tapasztalt gépkezelőkből. A tapasztalatok azt mutatják, hogy nem sok idő telik el addig, amíg egy rendszer meghibásodik. A csikorgás a kopás jele, és különösen a nagy teherbírású emelőtechnika területén a csapágyakon, vezetőkön és menetes orsókon fordul elő. Az ok: a kenés hiánya. Az eredmény: botcsúszás. Két szilárd test – menet esetén az orsó és az anya – rángatózó mozgással érintkezik egymással. Legrosszabb esetben mikrohegesztés vagy hideghegesztés alakulhat ki. Tehát a kenőanyag gyártója a hibás?

„Nem” – mondja Moritz von Soden, a Bornemann Gewindetechnik ügyvezető igazgatója. „Ez nem ilyen egyszerű. A stick-slip jelenségnek számos oka van. Gyakran különböző hatások kombinációjáról van szó. Véleményem szerint azonban a menet optimális élettartamának biztosításához az alap a tervezésben rejlik. A menetfelület minősége fontos tényező.”

Optimális kenés a menetszélekhez – kenőanyagzsebek a stick-slip jelenség ellen

A stick-slip jelenség, vagy egyszerűen stick-slip, általában megszűnik, amint egy köztes anyag vagy kenőanyag elválasztja az érintkező felületeket. Hatása függ a kenőanyag elasztomer anyagokkal való kompatibilitásától, a visszaáramlási viselkedéstől, az olaj adagolásától és a korrózióvédelem szintjétől is.

Egy másik döntő tényező az orsó-anyarendszer anyagkombinációja. Például a gömbölyű öntöttvas és acél párosítása esetén a két anyag vastartalma elősegítheti a hideghegesztést.

A Bornemann Gewindetechnik a kenőanyag-ellátás, a kenőanyag-kompatibilitás és az anyagkombinációk helyett a pontosságra helyezi a hangsúlyt a menetes orsók és anyák felületi topográfiájának kialakításában. Precizitás mikroszkopikus szinten: mikroszkopikus kenőanyagzsebek – mélyedések a menetes felületen – segítik a kenőanyag megtartását ott, ahol arra szükség van (1a. és b. ábra), még a legnagyobb felületi terhelés esetén is.

A Bornemann által gyártott szálak megbízhatóan rendelkeznek ezekkel a fontos kenési zsebekkel. A menethengerlési módszer nem képes mélyedéseket létrehozni a menet felületén, ezért nem kínál ilyen alternatívát. Ezért a Bornemann menetes orsók különösen népszerűek a nehéz emelőtechnika területén. A menetes orsók gyártására szolgáló szerszám egy hajtott gyűrűből áll, amelyhez egy sor profilszerszám tartozik. A megmunkálás során profilvágásokat végez, miközben a munkadarab a szerszámgyűrűn belül forog.

A szerszámkészlet több különálló vágóélből áll, amelyek egymás után működnek, hogy megszakított vágást végezzenek. E folyamat során az egyes vágások között mikroszkopikus mélyedések keletkeznek a munkadarab felületén, amelyek sokszögletű, homorú, mindössze mikrométeres fazettákat képeznek. Első pillantásra ezek a mélyedések gyártási hibáknak tűnnek. Valójában ezek a megmunkálási nyomok javítják a menetes orsók működési viselkedését. A mikroszkopikus mélyedések a kenőanyaggal való súrlódásos érintkezés során mikro-zsákokként működhetnek. Ezek a zsebek megtelnek kenőanyaggal, és így ellensúlyozzák a kenőfilm megszakadását. Amint a 2a. ábrán látható, a kenési mikrozsebek hidrodinamikai nyomásfelépülést okoznak a két szilárd test közötti kenéses csúszó érintkezés során. Ez a nyomásfelépülés a felületre merőlegesen hat, és megakadályozza a szilárdtest-súrlódást.

A mikro-zsákos kenéssel ellátott tribométertárcsákon végzett vizsgálatok azt mutatják, hogy a mikro-zsákos kenés csökkentheti a súrlódási együtthatót és ezáltal a súrlódási veszteségeket alacsony, 1,5 m/s-nál kisebb relatív sebességeknél a súrlódási érintkezés során a kenőanyag-ellátás javításával (2b. ábra).

A kenés ezen mikro-zsebeivel már számos kutatási projekt foglalkozik más területeken (például a hengerperselyek és a dugattyúk közötti súrlódásos érintkezésben). A belsőégésű motorokban ezeket a mélyedéseket arra használják, hogy megakadályozzák a kenőanyag kifolyását az érintkezési pontról, és csökkentsék a mechanikai kopás okozta súrlódási veszteségeket és kopást. A mélyedések a Bornemann-menetes orsók menettartó szárán is hasonló előnyöket biztosítanak. Különösen a súrlódási mozgásra merőleges irányuk segít a kenőanyagot a helyén tartani a súrlódási érintkezés során, és biztosítja a megfelelő kenési hatást.

„Természetesen más gyártási eljárások is kínálnak különleges előnyöket” – magyarázza Moritz von Soden – ”de a meneteink bizonyítottak a nagy igénybevételnek kitett gépészetben, különösen a nagy igénybevételnek kitett trapézcsavaros hajtásoknál. Sokkal kevesebb kenőanyag préselődik ki. Az általunk bevezetett kenési zsebek úgy működnek, mint a kenőanyag-tartályok.”

Az általánosan elterjedt vélemény, miszerint a hengerelt menetes orsók élettartama hosszabb, a Bornemann vezérigazgatója szerint a gyakorlatban nem igazolódott be. „A hengerelt orsók keményebb felülete nem vezet hosszabb élettartamhoz. Az emelőtechnikában általában bronz anyákat használnak kopó alkatrészként. Az orsók keménysége ezért technikailag nem jelentős tényező a kopás szempontjából. Továbbá korábbi tartóssági tesztek bebizonyították, hogy a menetes orsóink még sokéves működés után is csak minimális kopásjeleket mutatnak.”

A fonalminőség mellett a teljes rendszer is döntő fontosságú

Csak a menet, a kenőanyag és az üzem karbantartásának optimális kombinációja ellensúlyozhatja a csúszás-tapadás jelenségét. A felület tisztítása a kenőanyag felhordása előtt az egyik legfontosabb előkészítő feladat. Az NLGI 00 konzisztenciaosztályba tartozó folyékony zsírokat is erősen ajánljuk. A zsiradék mennyiségének legalább 30%-nak kell lennie az orsó és a fúvókák közötti térfogathoz képest. A kenőanyaggal szemben támasztott másik követelmény a rendszer tömítettségéből adódik: Mivel a fújtatók általában nem hermetikusan zártak, általában nem zárható ki a bennük kialakuló kondenzáció. A kenőanyagnak ezért magas szintű vízállósággal kell rendelkeznie, és nagyon hatékony korrózióvédelmet kell biztosítania.

Bornemannról

A Bornemann Gewindetechnik (www.bornemann-gewindetechnik.de) minden különleges formájú és méretű menetet gyárt. Egyedi megoldásokat gyártunk többek között emelőtechnikai és hidraulikus acélszerkezeti alkalmazásokhoz, valamint platformberendezésekhez és gátakhoz való zsilipekhez. A nagy kihívást jelentő, nagy pontosságú munkák mellett a tompa menet, az előtétcsavarok és a többszöri indítású menetek mellett a nagyméretű, beépítésre kész trapézmenetes orsók és anyakészletek gyártására is összpontosítunk. Bármilyen megmunkálható anyag használható kiindulási anyagként. A menetes orsók szabványos méretei 10 és 180 mm közötti átmérővel és akár 10 m hosszúsággal készülnek. A Bornemann optimalizált gyártási eljárásával olyan menetes felületeket állít elő, amelyek a csiszolt menetekkel egyenértékű minőséget érnek el.

A botcsúszás és a következmények: Szörnyű zajok és fokozott kopás

A bot-csúszás jelensége a mindennapi életben is gyakori. Amikor az ajtók nyikorognak, amikor a kerekek csikorognak a síneken, vagy amikor az ablaktörlő csikorog a szélvédőn, a statikus súrlódás nagyobb, mint a csúszósúrlódás. A műszaki alkalmazásokban, különösen ipari környezetben azonban a stick-slip jelenség gyorsan problémává válik: a fokozott kopást és a menetes profilok kenésének hiányát jelzi (3. ábra). Szélsőséges esetekben akár hideghegesztést is okozhat az egész orsó/anyajelző rendszerben.