Kako oljne tesnilke tipa Skeleton ohranjajo stabilno tesnjenje pri ±180 stopinj velikem kotnem vrnljivem gibanju v industrijskih robotih?

Industrijski roboti delujejo v pogojih visoke natančnosti in visokih obremenitev, zaradi česar je tesnilna zmogljivost vsakega sklepa kritična. Ko se os sklepa giblje ±180° v vrnjajočem gibanju, tradicionalni koncepti tesnjenja naletijo na pomembne izzive. Gibanje z visoko frekvenco in omejenim kotom obratovanja razbija mazilni film, kar povzroča pogosto stikanje tesnilnih ustnic s površino osi. To vodi k povečanemu trenju, pospešenemu obrabljanju, nihanju navora in toplotnim nabiranjem, ki lahko sčasoma poslabša material tesnila. Reševanje tega problema zahteva celovit pristop, ki združuje izbiro materiala, obliko ustnice, upravljanje temperature in natančnost namestitve.

Izbira materiala: Zagotavljanje nizkega trenja in odpornosti proti obrabljanju

Izbira materiala je temeljna za reševanje problemov trenja in obrabljanja. Za ta tip gibanja velja načelo, da se za glavno tesnilo uporabljajo materiali z nizkim trenjem, za sekundarna tesnila pa materiali z visoko elastičnostjo.

Material glavnega tesnila

Za primarni tesnilni ustnici se priporočajo PTFE kompozitni materiali. PTFE ponuja izjemno nizek koeficient trenja (tako nizek kot 0,02–0,1), odlično samomaznost in visoko odpornost proti obrabi, kar ga naredi idealnim za dolgoročna vlečna gibanja.

Materiali za pomožna tesnila

FKM in HNBR zagotavljata elastičnost, tesnilne lastnosti ter odpornost proti olju in temperaturi. Zanesljivo delujeta od –50 °C do +150 °C ter se pogosto uporabljata za prahovne ustnice, statične O-obroče ali kot elastični nosilni elementi za PTFE primarna tesnila.

Posebne materialne izbire

Za ekstremne pogoje, kot so visoke temperature ali korozivna sredstva, FFKM ponuja nepremagovljen kemični in toplotni odpornost. Zaradi visoke cene se običajno uporablja le za specializirane aplikacije v kemični ali polprevodniški industriji.

Oblika ustnice: Od pasivnega blokiranja do aktivnega dinamičnega tesnjenja

Tradicionalne oblike ustnic se zanašajo na pasiven fizični stik. Vendar pa za vlečna vrtenja potrebujemo bolj aktiven tesnilni mehanizem.

Hidrodinamična geometrija ustnice

Uporaba ustnih profilov tipa Z, K ali S lahko povzroči mikropumpni učinek med gibanjem gredi. Ta učinek vrne majhne količine maziva nazaj v tesnilno komoro, s čimer ohranja podmazanost in zmanjšuje trenje.

Dvojni ustni profil

Dvojni ustni profil jasno loči funkcije:

Primarni usteni del tesni mazivo.

Sekundarni usteni del, ki je ponavadi iz elastične gume, preprečuje vdiranje prahu in vlage.

To ločitev izboljša skupno zanesljivost tesnjenja.

Pritisk s prednapetostjo: Stabilizacija stikalnega tlaka

Ohranjanje stalnega stikalnega tlaka je bistveno pri vracalnih aplikacijah. Notranja vzmet zagotovi potrebno prednapetost za neprekinjen stik med ustnim delom in površino gredi. Ko se usteni del obrablja, avtomatsko kompenzira obrabo, s čimer preprečuje poslabšanje zmogljivosti. Vzmeti morajo imeti visoko odpornost proti utrujanju in kemično stabilnost, da se izognemo ohlapljanju ali lomljenju s tekom časa.

Odpornost proti obrabi in konstrukcija z nizkim trenjem

Odpornost proti obrabi je odvisna ne le od lastnosti materiala, temveč tudi od celotnega konstrukcijskega sistema.

Samomazni materiali

PTFE ima sposobnost, da tvori prenosni film, kar znatno zmanjša obrabo. Trdi mazilni premazi, kot je molibdenov disulfid (MoS₂), lahko dodatno izboljšajo začetno obdelavo teka in dolgoročno zmogljivost.

Napredna možnost: valjaste tesnilne strukture

Za izjemno zahtevne aplikacije se lahko uporabi tesnilo valjnega tipa. S vgradnjo valjastih elementov znotraj tesnilnega obroča se drsno trenje pretvori v valjasto trenje, s čimer se zmanjša navor za več kot 70 % in skoraj popolnoma odpravi obraba. To rešitev je dražja in se običajno uporablja v visoko zanesljivih sistemih.

Upravljanje temperature: ravnanje z nastankom toplote

Visoke temperature so pogoste pri vratilnem gibanju, zato mora tesnilni sistem prenašati toploto in zmanjševati nastanek toplote.

Materiali za širok temperaturni razpon

PTFE, FKM in HNBR ohranjajo stabilne lastnosti od –50 °C do +150 °C, kar zagotavlja zanesljivo tesnjenje pri različnih temperaturah.

Konstrukcija z nizko proizvodnjo toplote

Uporaba materialov z nizkim trenjem in optimizacija kontaktnega tlaka zmanjšata proizvodnjo toplote zaradi trenja že v izvoru ter preprečita termično staranje tesnila.

Namestitev in integracija sistema: natančnost je ključna

Tudi najboljša konstrukcija tesnila zahteva natančno namestitev, da doseže optimalno delovanje.

Natančnost namestitve

Površina gredi mora ustrezati zahtevam glede trdote in hrapavosti, uporabiti pa je treba specializirana orodja, da se zagotovi pravilna poravnava in izognemo deformaciji ustnice.

Modularne sklope tesnil

Številni dobavitelji sedaj ponujajo predsestavljene in predmaščene tesnilne module. Ti poenostavijo namestitev, zmanjšajo variabilnost in izboljšajo doslednost.

Dolgotrajna vzdržljivost

Dolgoročna tesnilna zmogljivost je odvisna od togosti konstrukcije in elastične zasnove. Robustna kovinska ohišja preprečujejo deformacijo med namestitvijo, medtem ko morajo elastični elementi uravnotežiti kompenzacijo radialnega premika gredi s stabilno tesnilno silo.

Za tesnjenje sklepov industrijskih robotov, ki delujejo pri ±180° reciprocirnem vrtenju, je potreben sistemski pristop. Z izbiro primernih materialov, kot sta PTFE in FKM, optimizacijo geometrije ustnice in prednapetosti vzmeti ter zagotavljanjem ustrezne toplotne in montažne upravljanja, je mogoče znatno zmanjšati trenje, zmanjšati obrabo in ohraniti dolgoročno tesnilno stabilnost. Za ekstremne okoljske pogoje se lahko upoštevajo naprednejše konstrukcijske rešitve ali specialni materiali, da se zagotovi zanesljivo delovanje pri visokih obremenitvah in visokofrekvenčnem obratovanju.