Hoofdstuk 13
Koelmiddelen
Algemene functie koelmiddel: afvoeren warmte Voorbeelden: • koelmiddel in verbrandingsmotor • koel/ smeermiddel bij verspaning
Specifieke functies van koelsmeermiddel bij verspaning: • afvoeren van ontstane warmte; • verminderen wrijving tussen snijgereedschap, product en spaan; • wegspoelen spanen en gruis.
Eisen (secundair) aan het koelsmeermiddel: • mag geen hinderlijke dampen of schadelijke gassen veroorzaken; • moet stabiel zijn (mag niet ontbinden); • mag niet schuimen; • mag niet giftig zijn of huidirritatie veroorzaken; • moet universeel toepasbaar zijn (verschillende verspaningsprocessen); • mag verf of blanke delen van de machine niet aantasten; • mag geen voedingsbodem voor bacteriën vormen. ROC Oost Nederland
Pagina 1
Materialenleer
Soorten - Niet met water mengbaar; - Met water mengbaar. Vergelijking koelvermogen Soortelijke warmte [kJ/°C/kg] Warmtegeleidingscoëfficiënt [kJ/°C/m/h] Verdampingswarmte [kJ/kg]
Water 4 2,5 2300
Olie 2 0,5 230
Niet met water mengbare koelmiddelen zijn meestal snij-oliën. Samenstelling: minerale + dierlijke olie (gecompoundeerd). Dierlijke olie vormt een zeer sterke oliefilm maar bederft snel. Worden toegepast wanneer smering belangrijker is dan koeling. Voorbeelden: frezen van tandwielen, trekfrezen van geweerlopen, honen van cilinders. Met water mengbare koelmiddelen zijn emulsies. Het water koelt en de olie smeert. Emulsie bevat 2 tot 4% synthetische olie.
Om de emulsie in stand te houden, worden er emulgatoren toegevoegd.
ROC Oost Nederland
Pagina 2
Materialenleer
Verdere toevoegingen, die bepaalde eigenschappen verbeteren: • Anti-corrosiemiddelen (beschermen blanke machinedelen tegen roest); • Stabilisatoren (bevorderen oplosbaarheid en houden emulsie in stand); • Anti-schuimmiddelen; • EP, Extreme Pressure-toevoegingen (verminderen wrijving doordat het middel beter op het materiaaloppervlak hecht) • Biostatica (bacteriën-doders) Bewaking kwaliteit bij emulsies Tijdens het aanmaken: - Olie aan water toevoegen (en niet omgekeerd, anders valt de emulsie spoedig uiteen). - Onthard water gebruiken van kamertemperatuur. Tijdens het gebruik: - Vaste verontreinigingen onderscheppen door filteren. - Vloeibare verontreinigingen onderscheppen door afromen of skimmen (leibaanolie) - Zuurgraad meten (pH-waarde is graadmeter voor bederf). - Bacteriëngroei meten. - Concentratie van emulsie meten.
ROC Oost Nederland
Pagina 3
Materialenleer
Hoofdstuk 14
Smeermiddelen
Algemene functie smeermiddel: wrijving verminderen door gescheiden houden van samenwerkende onderdelen (oliefilm) Smeeroliën Soorten: - Mineraal - Halfsynthetisch - Synthetisch - Dierlijk - Plantaardig Minerale oliën Vormen basis van smeermiddelen waaraan niet al te hoge eisen worden gesteld. Onder meer toegepast in tandwielkasten, hydraulische systemen en lagerconstructies. Synthetische oliën Zijn beter bestand tegen extreme omstandigheden zoals hoge temperaturen. Soort
Temperatuur- Eigenschappen gebied Di-ester oliën -60 tot +120º C Lage viscositeit corrosiewerend Siliconenoliën -70 tot +200º C Verbeterde smering en corrosiewering SHC-oliën -50 tot +160º C Viscositeit onafhankelijk van temperatuur Poliglycolen Boven 90º C Hoge bestendigheid tegen oxidatie Zeer hoge standtijd Verdikken niet Nemen geen water op Gefluorideerde Goede EPoliën eigenschappen ROC Oost Nederland
Pagina 4
Toepassingen Instrumentlagers Instrumentlagers
Bij hoge belastingen Materialenleer
Dierlijke en plantaardige oliën Hebben uitstekende smerende eigenschap door goede hechting aan oppervlakken. Bederven echter snel (verzuren). Worden als toevoeging in minerale olie toegepast. (max. 10%) Toevoegingen aan olie Worden toegepast om bepaalde eigenschappen van de basisolie te verbeteren. - Anti-oxidanten: bestrijden oxidatie bij hogere temperaturen; - Anti-corrosiemiddelen: beschermen blanke metaaldelen tegen roest; - Anti-schuimmiddelen: bestrijden schuimvorming (schuim smeert n.l. niet); - EP-toevoegingen: bestrijden verdringing van de olie bij hoge druk; - Anti-slijtagemiddelen: hechten aan het metaaloppervlakken en maken deze slijtvaster; - Vaste smeermiddelen: MoS2 en Teflon® verhogen smerende eigenschappen; - Detergenten (schoonmaakmiddelen): houden vaste vuildeeltjes in oplossing totdat ze door een filter worden afgevangen. Viscositeit Dunvloeibaarheid van olie bepaalt mede het smerende vermogen. Om tussen samenwerkende onderdelen te dringen, mag de olie namelijk niet te stroperig zijn. Viscositeit wordt, onder andere, uitgedrukt in Centistokes (cST). De SAE hanteert aanduidingen voor multigrade-oliën. (houden gelijkblijvende viscositeit over een bepaald temperatuurgebied)
ROC Oost Nederland
Pagina 5
Materialenleer
ROC Oost Nederland
Pagina 6
Materialenleer
ROC Oost Nederland
Pagina 7
Materialenleer
Viscositeitindex (VI) Geeft de relatie weer tussen temperatuur en viscositeit. Hoe hoger de VI, hoe minder de viscositeit varieert met de temperatuur. Hiermee wordt bepaald of olie binnen een bepaald temperatuurgebied goed smeert.
ROC Oost Nederland
Pagina 8
Materialenleer
De bedrijfstemperatuur is bepalend voor de levensduur van de olie. Iedere 10ºC verhoging geeft halvering van de levensduur.
Olie A: goed verloop van viscositeit Olie B: ongunstig verloop van viscositeit
ROC Oost Nederland
Pagina 9
Materialenleer
Standaardolie 1: lijn A-B Standaardolie 2: lijn A-C Onderzochte olie: lijn A-D
Viscositeit van onderzochte olie wordt gemeten bij 40 en bij 100 °C Vergelijking met 2 standaard oliën die bij 100 °C dezelfde viscositeit hebben Eigenschappen smeerolie Stolpunt: temperatuur waaronder de olie niet meer vloeit (denk aan stollend kaarsvet); Vlampunt: temperatuur waarop ontvlambare damp ontstaat; Brandpunt: temperatuur waarop olie tenminste 5 seconden blijft branden. Zelfontbranding: temperatuur waarop olie spontaan ontbrandt. Speelt bij smeerolie nauwelijks een rol. Is wel belangrijk bij dieselolie en bij hardingsolie.
ROC Oost Nederland
Pagina 10
Materialenleer
Soorten olie
ROC Oost Nederland
Pagina 11
Materialenleer
Smeervetten Worden gebruikt wanneer olie niet toepasbaar is. Consistentie (dikte) bepaalt voor een groot deel het smerende vermogen. Wordt aangegeven met NLGI-getal. 00, 0, 1, 2, 3, 4, 5 (dun dik). Voor algemeen gebruik wordt Multi Purpose vet met een dikte van 2 genomen. (MP-2) In een vet is de olie opgeslagen in een netwerk van een metaalzeep. Bij temperatuurverhoging komt de olie vrij. Vaak toegepaste metaalzepen in minerale vetten zijn gebaseerd op calcium, natrium of lithium. (oplopende kwaliteit) Complexzeepvetten bevatten naast een metaalzeep ook nog een metaalzout (op basis van het hetzelfde metaal). Vetten, op basis van synthetische olie, zijn bestand tegen meer extreme omstandigheden. Als verdikker worden hier lithiumzeep, betoniet en PTFE (Teflon®) toegepast. Toevoegingen aan vetten Worden ook hier toegepast om bepaalde eigenschappen te verbeteren. - Anti-oxidanten: bestrijden oxidatie bij hogere temperaturen; - Anti-corrosiemiddelen: beschermen blanke metaaldelen tegen roest; - EP-toevoegingen: bestrijden verdringing van het middel bij hoge druk; - Stabilisatoren: houden mengsel van verdikker en basisolie in stand.
ROC Oost Nederland
Pagina 12
Materialenleer
Eigenschappen van smeervetten Viscositeit basisolie: bepaalt maximale toerental waarbij de olie in lagers kan worden gebruikt. Drukvastheid: is een graadmeter voor de sterkte van het vet bij zware belasting. Consistentie: is afhankelijk van hoeveelheid en soort verdikker. Bepaalt waar het vet toegepast kan worden. Temperatuurbereik: Bepaalt in welk temperatuurgebied het vet toepasbaar is. LT MT HT
- 50 tot + 70º C - 30 tot + 110º C + 80 tot + 150º C
Hoofdstuk 15
Isolatie- en afdichtingsmaterialen
Warmte-isolatie Is gebaseerd de vorming van een stilstaande luchtlaag of een vacuüm. (denk aan thermopane glas) Hoe lager het warmtetransport in de luchtlaag, hoe beter de isolatie. Warmte-isolatie bij geleiding Media of ruimten worden gescheiden gehouden door de volgende materialen Isolatiemateriaal Kurk, kunststof
Toepassing Lage tot middelmatige temperaturen Glaswol, steenwol, Foamglass ® Middelmatige tot hoge temperaturen Keramiek (o.a. Alumiumoxide en Zeer hoge temperaturen (ovens) Chamotte) ROC Oost Nederland
Pagina 13
Materialenleer
Warmte-isolatie bij straling Stralingswarmte wordt weerkaatst door lichtgekleurde en gepolijste oppervlakken. Geluids-isolatie Geluidstransport dempen door toepassing van poreuze, inhomogene materialen. De geluidsgolven worden hierbij gedeeltelijk geabsorbeerd. Een goed materiaal is kunststofschuim. Trillings-isolatie Trillingsenergie absorberen m.b.v. een poreus of veerkrachtig materiaal. • Gietijzer bij machineframes; • Rubber in trillingsdempers voor machines; • Gas- of oliedempers bij motoren en auto’s. Elektrische isolatie Voorkomen van ongewenst elektrisch contact. Vloeistoffen Dienen in transformatoren voor koeling, isolatie en voorkoming van vonkoverslag. Natuurlijke producten - Papier en textiel (met lak geïmpregneerd) - Mica (bij verwarmingselementen) Keramiek en glas - Porselein (bougies, geleiders schrikdraad) - Glas (gloeilampen en geleiders hoogspanningsleidingen) Kunststoffen Thermoplasten PVC, PE en PP (Draad en kabelisolatie) Thermoharders PF, UF, MF en UP (behuizingen schakelkasten, ingegoten componenten) Synthetische elastomeren (draad- en kabelisolatie)
ROC Oost Nederland
Pagina 14
Materialenleer
Afdichting Zonder doelmatige afdichting kunnen technische installaties niet lang functioneren. (denk aan verbrandingsmotor) Mogelijke functies voor en afdichting: • media gescheiden houden (koelmiddel en smeerolie in een verbrandingsmotor) • media insluiten (smeerolie in de versnellingsbak houden) • vervuiling buitensluiten (stof en modder bij een wiellager) • drukverschil handhaven (cilinder in een verbrandingsmotor) Eigenschappen van afdichtingmateriaal • Plasticiteit om oneffenheden tussen de afdichtingvlakken op te vullen (koppakking) • Elasticiteit om te blijven afsluiten (O-ring in pneumatiekcilinder)
Statische afdichting Meestal wordt hier pakkingplaat toegepast. Eisen: - Voldoende elasticiteit - Hoge kruipsterkte - Goed afdichtend vermogen - Chemische en thermische bestendigheid ROC Oost Nederland
Pagina 15
Materialenleer
Tabel 15.1 Afdichtingmaterialen en gebruikstemperatuur Materiaal Gebruikstemperatuur Rubber (natuur / synthetisch) Tot 260 °C Plantaardig mat.: papier, katoen hennep Tot 100 – 120 °C Dierlijk mat.: leer, talk, haar Tot 100 °C Keramiek (Al2O3) Tot 1000 °C Grafiet (C) In oxiderend milieu Tot 500 °C In inert milieu Tot 15000 °C Metalen: Cu, Al en Pb Tot 700 °C Dynamische afdichting Afdichting tussen translerende of roterende onderdelen. Dynamische afdichting onder druk Roterende componenten waarbij een medium (vloeistof, gas) onder hoge druk moet worden gehouden. (Pompen, compressoren) Stopbuspakking: klassieke afdichting voor roterende assen Wrijvingswarmte moet door koelmiddel worden afgevoerd. Gebruikte afdichtingmaterialen: grafietringen, PTFE, witmetaal. Stopbuspakking wordt steeds meer verdongen door: Mechanical Seal: moderne afdichting die is gebaseerd of twee gladgepolijste ringen met een dunne vloeistoffilm ertussen.
ROC Oost Nederland
Pagina 16
Materialenleer
De Mechanical Seal is een gevoelig component, bij doorbreking van de vloeistoffilm lopen de ringen stuk. De ringen kunnen zijn vervaardigd uit, metaal, koolstof, keramiek of kunststof)
ROC Oost Nederland
Pagina 17
Materialenleer
Dynamische afdichting, drukloos Vaak gaar het hier om de afdichtingen bij assen en lagers. Roterend: Meestal afdichtingen voor wentellagers. Toegepast worden V-ringen, O-ringen, oliekeer-ringen. Vaak gemaakt uit synthetische rubbers die oliebestendig zijn en goede loopeigenschappen hebben.
Translerend: • Zuigerafdichtingen bij verbrandingsmotoren (gietijzer of chroomstaal) • Stangenafdichtingen bij pneumatische en hydraulische componenten. (speciale rubbersoorten en PTFE)
ROC Oost Nederland
Pagina 18
Materialenleer
