Hoe behouden Skeleton-olieafsluitingen een stabiele afdichting onder ±180 graden grote hoek heen-en-weer beweging in industriële robots?

Industriële robots werken onder hoge precisie- en hoge belastingsomstandigheden, waardoor de afdichtingsprestaties van elke verbinding kritiek zijn. Wanneer de verbindingsas een heen-en-weer gaande rotatie van ±180° uitvoert, staan traditionele afdichtconcepten voor grote uitdagingen. De hoogfrequente, beperkte hoekomkering heeft de neiging het smeermembraan te verstoren, waardoor de afdichtlip regelmatig contact maakt met het asoppervlak. Dit leidt tot verhoogde wrijving, versnelde slijtage, wisselende koppelwaarden en warmteontwikkeling die uiteindelijk het afdichtmateriaal kan doen verslechteren. Het aanpakken van dit probleem vereist een integrale aanpak die materiaalkeuze, lipontwerp, warmtebeheersing en installatienauwkeurigheid combineert.

Materiaalkeuze: Zorgen voor lage wrijving en slijtvastheid

Materiaalkeuze is fundamenteel om problemen met wrijving en slijtage op te lossen. Voor dit type beweging geldt het principe om lage-wrijvingsmaterialen te gebruiken voor de primaire afdichting en materialen met hoge elasticiteit voor de secundaire afdichting.

Primaire afdichtmateriaal

Voor de primaire afdichtlip worden PTFE-composietmaterialen aanbevolen. PTFE biedt een uitzonderlijk lage wrijvingscoëfficiënt (zo laag als 0,02–0,1), uitstekende zelfsmering en sterke slijtvastheid, waardoor het ideaal is voor langdurige heen-en-weer beweging.

Hulpafdichtmaterialen

FKM en HNBR zorgen voor elasticiteit, afdichtvermogen en weerstand tegen olie en temperatuur. Ze functioneren betrouwbaar van –50°C tot +150°C en worden veel gebruikt voor stoflippen, statische O-ringen of als elastische ondersteunende elementen voor PTFE-primaire afdichtingen.

Speciale Materialen

Voor extreme omstandigheden zoals hoge temperaturen of corrosieve media biedt FFKM ongeëvenaarde chemische en thermische weerstand. Vanwege de hoge kosten wordt het meestal voorbehouden voor gespecialiseerde toepassingen in chemische of halfgeleideromgevingen.

Lipontwerp: Van passief blokkeren naar actief dynamisch afsluiten

Traditionele lipontwerpen zijn gebaseerd op passief fysiek contact. Voor heen-en-weer roterende beweging is echter een actievere afdichtingsmechanisme vereist.

Hydrodynamische lipgeometrie

Het gebruik van lipprofielen van het type Z, K of S kan een micro-pompeffect genereren tijdens de asbeweging. Dit effect voert kleine hoeveelheden smeermiddel terug naar de afdichtingskamer, waardoor de smering behouden blijft en wrijving wordt verminderd.

Dubbele-lipstructuur

Een dubbele-lipconfiguratie verdeelt de functies duidelijk:

De primaire lip zorgt voor de afdichting van het smeermiddel.

De secundaire lip, meestal gemaakt van elastisch rubber, voorkomt het binnendringen van stof en vocht.

Deze verdeling verbetert de algehele afdichtbetrouwbaarheid.

Veer-voorbelasting: stabilisatie van contactdruk

Het handhaven van een constante contactdruk is essentieel bij heen-en-weer gaande toepassingen. Een interne veer zorgt voor de nodige voorbelasting om continu contact tussen de lip en de asoppervlakte te garanderen. Naarmate de lip slijt, compenseert de veer automatisch, waardoor prestatiedaling wordt voorkomen. Veren moeten hoge vermoeiingsweerstand en chemische stabiliteit bieden om ontspanning of breuk op de lange termijn te voorkomen.

Slijtvastheid en lage-wrijving ontwerp

Slijtvastheid hangt niet alleen af van materiaaleigenschappen, maar ook van het algehele systeemontwerp.

Zelfsmerende materialen

PTFE heeft de eigenschap om een overdrachtsfilm te vormen, wat slijtage aanzienlijk vermindert. Coatings met vaste smeermiddelen, zoals molybdeendisulfide (MoS₂), kunnen de initiële inlooptijd en prestaties op lange termijn verder verbeteren.

Geavanceerde optie: Rollende afdichtingsstructuren

Voor uiterst veeleisende toepassingen kan een rollende afdichting worden gebruikt. Door rollementen in de afdichtingsring te integreren, wordt glijwrijving omgezet in rollende wrijving, waardoor het koppel met meer dan 70% wordt verminderd en slijtage vrijwel wordt geëlimineerd. Deze oplossing is kostbaarder en wordt meestal ingezet in systemen met hoge betrouwbaarheid.

Thermisch beheer: Omgaan met warmteontwikkeling

Hoge temperaturen zijn gebruikelijk bij heen-en-weer gaande bewegingen, dus het afdichtsysteem moet bestand zijn tegen hitte en warmteontwikkeling minimaliseren.

Materialen voor breed temperatuurbereik

PTFE, FKM en HNBR behouden een stabiele prestatie van –50°C tot +150°C, wat zorgt voor betrouwbare afdichting bij wisselende temperaturen.

Ontwerp met geringe warmteontwikkeling

Het gebruik van lage-wrijvingsmaterialen en het optimaliseren van contactdruk verlagen de wrijvingswarmte bij de bron, waardoor thermische veroudering van de afdichting wordt voorkomen.

Installatie en systeemintegratie: precisie is essentieel

Zelfs het beste afdichtontwerp vereist een nauwkeurige installatie om optimale prestaties te bereiken.

Installatieprecisie

Het asoppervlak moet voldoen aan hardheids- en ruwheidseisen, en er dienen gespecialiseerde gereedschappen te worden gebruikt om correcte uitlijning te garanderen en vervorming van de lip te voorkomen.

Modulaire afdichtcomposities

Veel leveranciers bieden tegenwoordig vooraf gemonteerde en vooraf gesmeerde afdichtmodules. Deze vereenvoudigen de installatie, verminderen variabiliteit en verbeteren de consistentie.

Lange levensduur

Langdurige afdichtingsprestaties zijn afhankelijk van structurele stijfheid en elastisch ontwerp. Een robuust metalen behuizing voorkomt vervorming tijdens installatie, terwijl de elastische onderdelen een balans moeten bieden tussen compensatie van asuitlijning en een stabiele afdichtkracht.

Voor industriële robotgewrichten die werken onder ±180° reciprocerende rotatie, is een systeemgerichte aanpak vereist voor effectieve afdichting. Door het selecteren van geschikte materialen zoals PTFE en FKM, het optimaliseren van de lipgeometrie en veervoorspanning, en het waarborgen van correct thermisch en installatiebeheer, kan wrijving aanzienlijk worden verlaagd, slijtage worden geminimaliseerd en langdurige afdichtstabiliteit worden behouden. Voor extreme omgevingen kunnen geavanceerde constructieontwerpen of speciale materialen worden overwogen om betrouwbare prestaties te garanderen bij hoge belasting en hoogfrequente bediening.