ÜZEMFENNTARTÁSI TEVÉKENYSÉGEK 3.03
A korszerű gépkenés sajátos gondjai és megoldásai Tárgyszavak: minimálkenés; kenőanyag-megválasztás; kenési hibák; kenőrendszerek.
A minimálkenés elve és gyakorlata A svájci Vogel AG mint az un. minimálkenés (Minimalschmierung, MMS) eszközeinek specialistája a külső és belső gépkenés céljára gyártja a „Lubri Lean” termékcsaládot fúró-, maró-, eszterga- és fimommegmunkáló gépek korszerű kenéséhez. A cégnél a gépoldali feltételekre összegyűlt tapasztalatok alapján neves gyártók (Heckert, Stama, Traub, Okuma) a legkülönfélébb szerszámgépeiket tudták az MMS- vagy MMS/nedves megmunkálórendszernek megfelelően átalakítani. 2003-ban már új konstrukciók készültek a minimálkenés elvén.
Egycsatornás kenőanyag-bevitel Az egycsatornás kenőanyag-beviteli eszközök a kétcsatornás megoldáshoz képest lényegesen megkönnyítik a gépek tengelyorsójának finomkenését. Kopásuk és karbantartási igényük csekély és beépíthetők bevált és műszakilag kiérlelt szerszámgépelemekbe. Kissorozatgyártó szerszámgépeknél csak az egycsatornás rendszer alkalmazása célszerű. A gyártóspektrum átállítása minimálkenésre hosszú időt vesz igénybe, mert feltételeit csak lépésenként lehet megteremteni (a számjegyvezérlésű programokat átírni, szerszámot választani, folyamatokat optimálni). Kétcsatornás rendszerrel ellátott gépet nem lehet minimálkenésű/nedves megmunkálású vegyes üzemben működtetni. Csak egycsatornás rendszerek engedik meg mindkét üzemmódot, és teszik ezáltal lehetővé a folyamatos váltást a minimálkenésű technológiára. Az egycsatornás kivitelű teljes rendszer különböző gyártóknál készült részekből áll, amelyeknek együttműködése által jön létre a kellő kenés a forgácsolás helyén. Forgalomban vannak már összehangolt működésű elemek, így a felhasználó részéről csak kisebb mértékben szükséges az adott forgácsolási feladatához szabott optimálás.
A gyártók olykor mégis azt tapasztalják, hogy a felhasználó csupán egyetlen komponens (éppen a minimálkenés) optimálásától várja a jó használati eredményt, figyelmen kívül hagyva pl. a tengelykonstrukciót vagy az érintkezési pontokat (1. ábra). forgácsolás
aeroszol
tengely golyósszelep
sűrítettlevegőcsatlakozás
szerszámbefogó
adatátvitel
számítógépes programrendszer
kenőrendszer
szerszám töltőberendezés
leszívás
1. ábra A minimálkenés rendszerének elemei
A kenőanyag-aeroszol kivezetése A szerszámon aeroszol formájában kilépő kenőanyag mennyisége a rendszerben beállított kenőanyag/levegő aránytól, valamint az aeroszolszállítás útvonalán – a minimálkenés eszközétől a szerszám kivezető nyílásáig – található vezetékek keresztmetszetétől függ. Ezt a mennyiséget mint veszteséget elsősorban a szükséges olajmennyiség gyors bejuttatásával lehet csökkenteni. Ennek érdekében a bevitel útjában kerülni kell a nagy keresztmetszet-változásokat és szűkületeit, ahol a kenőanyag részben le is válhat. A nélkülözhetetlen keresztmetszet-változásoknál az átmenetet áramlástechnikailag kedvezően kell kialakítani, ideális megoldásként 150 foknál nagyobb átmeneti szöggel. Az aeroszolvezetéknek minél rövidebbnek és lehetőleg egyenesnek kell lennie, kevés szögmegtöréssel. Ha a görbületek nem kerülhetők el, akkor sugaruk legalább 200 mm-es legyen, a rendszerben érintkező felületek simák legyenek kiálló élek, mélyedések, „zsebek” nélkül.
A szükség szerinti olajmennyiséget 2–7 mm keresztmetszetű vezetéken lehet a kívánt gyorsasággal célba juttatni. A szokásosan használt „az időegység alatt szükséges kenőanyag-mennyiség”, kifejezés annyiban vitatható, amennyiben a mért mennyiségek semmilyen összefüggésben sincsenek az aktuális forgácsolóművelet helyén szükséges olajmennyiséggel. Ezért a fenti definíciót „a forgácsolt térfogatra számított olajtérfogattal kellene helyettesíteni (2. ábra), ebből kiderülne, hogy a forgácsolás közbeni kenőhatáshoz és a forgács eltávolításához az eddig számítottnál lényegesen kevesebb kenőanyagra van szükség. (Egy e célra kifejlesztett tribométerrel végzett vizsgálatok eredménye szerint a legjobb kenőhatást, más minimálkenéssel összehasonlítva, különböző fordulatszámok és olajmennyiségek mellett a Lubri Lean Digital nevű Vogel-AG-termékkel érték el.) 200
tesztkészülék a készülék belső átmérője, d
olajmennyiség, ml/h
150
különleges alkalmazások
80 mm
100
d=
• •d
2 mm 5 mm 7 mm
csiszolás
50
fúrás menetvágás
0 0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10 11 12 13 14 15 16
paraméterbeállítások
2. ábra Készülék minimálkenéshez – standard beállítások az igény szerinti kenőanyag-adagoláshoz Mivel nem ismeretesek a műveletek helyén ténylegesen szükséges kenőanyag-mennyiségek, továbbra is fenn kell tartani a korábban bevezetett mennyiségi szemlélet érvényességét. Gyakorlatilag viszont nincs értelme ±10 ml/h pontosságú beállításokat megadni, inkább megbízhatóan rendelkezésre kell bocsátani a különböző forgácsolási feladatokra a szükséges menynyiségeket.
A minimálkenés haszna A minimálkenés gazdasági és környezetügyi hasznát az eljárásra vonatkozó 2221 sz. VDI-irányelv alapján lehet értékelni. A szükséges gazdasági mutatók a „gyártási idő” és a „hűtő–kenő anyag felhasználása” című költségfejezetekből határozhatók meg. Egy megmunkáló üzemben a következő éves eredményeket könyvelték el: – 2350 munkaóra, azaz 42% megtakarítása, – szerszámok élettartamának kb. 300%-os meghosszabbodása, – tíz szerszámgép átállítása, közülük négy készíti a megmunkált alkatrészek 65%-át, – a hűtő–kenő anyag felhasználás csökkenése.
Gördülőcsapágyak kenése extrém igénybevételek esetén A kenés a gördülőcsapágyak élettartamát is döntően befolyásolja, szélsőséges alkalmazásokban – magas és alacsony hőmérséklet, nagy terhelés és fordulatszám, víz vagy agresszív közegek hatása – pedig különös gonddal kell megválasztani a kenőanyagot. Kenéstechnikai szempontból alapvetően különbözőek a golyós- és görgőscsapágyak. A golyóscsapágyak a legkevésbé érzékenyek a kenőanyag-választásra, köztük a rovátkolt változatok a csapágy geometriáját tekintve is a legegyszerűbb típusok. Ezzel szemben a tengelyterhelésű görgőscsapágyakat speciális gördülőcsapágy-zsírral kell kenni. Ezeknek a kenőanyagfajtáknak üzemi hőmérsékleten viszonylag nagy az alapolaj-viszkozitásuk, jók a folyási tulajdonságaik, kielégítő a nyírással szembeni stabilitásuk és csúszósúrlódási kopásvédelmük. A legkényesebb kenési problémák – Igen nagy fordulatszám. Az alkalmazott kenőzsírnak csak kis hányada vesz részt a kenésben, a többi kiszorul a csapágyból és oldalt gyűlik össze, vagy a tömítésen keresztül elhagyja a csapágyházat. A kenést voltaképpen az alapolaj végzi, amelyből a felhasználást az olaj viszkozitása, a zsír állaga, a csapágy működési közege és a hőmérséklet határozza meg. Nagy fordulatszám dinamikailag könnyű zsírt és csekély viszkozitású alapolajat kíván. Túl sok kenőzsír a gyúrómunka következtében megemeli a hőmérsékletet, az erős utókenés még a csapágy teljes kiesését is okozhatja. – Magas hőmérséklet. A közelmúltig igen magas hőmérsékleten csak konstrukciós megoldásokkal (köráramú olajkenés) lehetett gördülő-
csapágyakat megbízhatóan kenni, ugyanis a hagyományos ásványolaj-alapú lítiumszappan 150 °C-on csak 200 órán át kenőképes, a szilikonzsírok 200 °C-on gumiszerű tömeggé polimerizálódnak. Ma már forgalomban vannak 200 és 260 °C-os üzemi hőmérséklet-intervallumban használható kenőzsírok, de gördülőcsapágyak kenésére ezeken kívül alkalmas – egy szilárd kenőanyagokból álló keverék, nagy terhelésre, kis sebesség mellett, – csúszólakkrétegzés, ugyancsak nagy terhelés, de közepes sebesség esetére, valamint – galvánbevonás kis terhelésre, nagy sebességre. Nagy terhelés, lökésszerű üzem. Nagy csapágyterhelésre rendszerint kis fordulatszámon kell számítani. Extrém nyomás tűrésére adalékolt kenőanyagok erre az esetre is szavatolják a zavartalan működést. Nehézségek léphetnek fel azonban kevéssé viszkózus kenőanyagokkal, mivel a kémiai reakciók rétege nem mindig választja szét kellően a súrlódó felületeket, ami áttörést és sérülést vonhat maga után. A gyakorlat számára ebből az következik, hogy minél nagyobb a csapágy terhelése, annál viszkózusabbnak kell lennie a kiválasztott kenőzsír alapolajának. Vákuum. A csapágyakból vákuumban a hőmérséklettől, a nyomáscsökkenéstől és az olaj típusától függő mértékben párolog az alapolaj. Fedő- és tömítőtárcsa némileg visszatartja a párolgást és csökkenti az olajveszteséget, különleges, 10–11 hPa gőznyomású kenőzsírok a legtöbb esetben megfelelnek (1. táblázat). 1. táblázat Szélsőséges üzemi körülmények és következményeik Üzemi körülmények
Problémák a gördülőcsapággyal
Következmények
Nagy terhelés, rezgés, lengés
A kosártörés veszélye, anyagfáradás
A zsír szétválása olajra és sűrítőre, erősen megrövidült használati idő
Magas hőmérséklet
Anyagszerkezet-változások, keménységcsökkenés
A zsír gyors oxidálódása, az alapolaj párolgása, megrövidült használati idő
Alacsony hőmérséklet Folyékony közegek
A zsír és az olaj rossz továbbíthatósága, ill. folyása Korrózióveszély
Gáznemű közegek Erős szennyeződés
A zsír kimosható (kioldható) Olaj- és párolgási veszteség, a használati idő nagyfokú megrövidülése
Anyagkifáradás
Fokozott zaj
Utókenés, kenési időközök A kenőzsír használati idejét, vagyis a csapágy megkenésétől annak kieséséig eltelt időt laboratóriumi készülékben nagy valószínűséggel meg lehet
határozni és utókenést alkalmazni, amennyiben a kenőzsír élettartama ennél rövidebb. A gördülőcsapágyak és a kenőanyagok gyártói a viszonyokat közös táblázatokban tüntetik fel. Ha hosszú a kenési intervallum, célszerű utókenés helyett kenést cserélni. A kenés időközeit meghosszabbítják új kenőanyagfajták: – ásványi vagy szintetikus olaj alapú polikarbamid zsírok, – a jelenleg leghosszabb használati idejű perfluor-alkiléter bázisú zsírok, amelyek poli(tetrafluor-etilénnel) besűrítve magas hőmérsékleten és a legkülönbözőbb érintkező felületen igen tartósnak bizonyulnak, ami kiegyenlíti nagy költségüket.
A kenés jelentősége a statisztika tükrében A gördülőcsapágyak helyes kenésének jelentőségét mindennél jobban igazolja kiesési statisztikájuk. Eszerint a kiesés okai: – 27%-ban szakszerűtlen szerelés, – 8%-ban a szerkezeti anyag kifáradása, – 43%-ban helytelen kenés, – 24%-ban egyéb okok. A kenési hibák leggyakoribb okai: – rosszul választott kenőanyag és kenésmód, – kenőanyagok összekeverése, – a kenőzsír elszennyeződése, – zsírveszteség a csapágyban, – túl sok vagy túl kevés kenőanyag. (Dr. Boros Tiborné) Minimalmengenschmierung steigert Produktion. = SMM Schweizer Maschinenmarkt, 104. k. 20. sz. 2003. máj. 14. p. 9–11. Cornu, O.: Schmierung extrem beanspruchter Wälzlager. = SMM Schweizer Maschinenmarkt, 104. k. 20. sz. 2003. máj. 14. p. 9–10.
