Ložiska nesnášejí kompromisy

Kluzných ložisek je na soudobém trhu k dispozici nepřeberné množství. Podle čeho lze vybrat optimální typ ložiska? Jaká jsou specifika jejich hlavních skupin?
Protože kluzná ložiska pro spalovací motory patří vzhledem k jejich provoznímu zatížení vůbec k nejvíce namáhaným kluzným ložiskům, je výběr poměrně jednoduchý, jelikož náročné technické požadavky je schopno splnit pouze několik málo výrobců a v řadě případů pouze jeden až dva. Pochopitelně pro starší, méně výkonné motory nabízí pro opravárenství své výrobky více dodavatelů.

Je kvalita ložisek opravdu tak důležitá, že se vyplatí investovat do výrobků renomovaných značek výrazně vyšší částky, než by vyžadovalo pořízení standardních produktů či prémiových produktů méně renomovaných výrobců? Nabízejí špičkové značkové výrobky skutečné tak zásadní rozdíl v parametrech ložiska, nebo je to spíše jen marketingová záležitost?
Kluzná ložiska nepatří mezi standardní aftermarketové produkty jakými jsou například filtry, zapalovací svíčky nebo brzdové destičky. Jsou konstruovány na celou životnost motoru a ta se například v oblasti nákladních automobilů pohybuje i v řádu milionů km. Náklady spojené s generální opravou a náklady při prostoji vozidla při opravě jsou tak vysoké, že zde není místo pro kompromisy.

Důležitou roli u ložisek hraje i jejich správná montáž. Lze specifikovat hlavní, klíčové zásady, které je nutno respektovat? Jaká rizika případně hrozí při neodborné montáži nebo použití nesprávně zvolených ložisek pro danou aplikaci?
Správná montáž je pochopitelně velmi důležitá, protože ložiska nejsou samostatným dílem, ale jsou součástí celku, tj. jsou na jedné straně podepřeny v pouzdru ložiska a z druhé strany zajišťují kluzné uložení hlavního, ojničního a pístního čepu nebo čepu vačkového hřídele. Vždy je nutné respektovat doporučení výrobce motoru a dodavatele ložisek.
Doporučené vůle pro uložení příslušných čepů hřídelí jsou jedním z parametrů, které zásadním způsobem ovlivňují mazání, tj. vytvoření olejového filmu a tím i třecí ztráty a opotřebení ložisek i souvisejících dílů, tedy životnost celku. Tyto vůle se pohybují v setinách mm až mikronech a např. minimální povolená vůle ojničního ložiska je několikrát menší než tloušťka lidského vlasu.
ložiskových vůlí jsou speciální plastové měrky Plastigage, umožňující zkontrolovat i takovéto malé vůle
Na druhé straně je velmi důležité i správné uložení pánví ložisek v pouzdrech. S tím je spojeno množství dotazů od uživatelů z řad servisů. V prvovýrobě jsou totiž stále častěji používány ložiskové pánve, které nemají z důvodu symetrie a snahy neomezit velikost třecích ploch, ale i úspoře výrobních nákladů, polohovací výstupky, tzv.“zámky“. A mechanici se domnívají, že jde o výrobní vadu, a že hrozí nebezpečí "protočení" pánví v pouzdrech. Tato obava však není na místě, protože polohovací výstupky slouží pouze k ustavení pánví v pouzdrech zejména v případě, že jsou ložiska asymetrická (olejové kanály a drážky) nebo je použit jiný materiál na spodní a horní ložiskovou pánev. Pánve jsou do uložení vtlačeny obrovskou silou, která vzniká při dotažení ložisek v důsledku tzv. „výšky stlačení“. Výška stlačení zvětšuje vnější průměr/obvod ložiskových pánví oproti vnitřnímu průměru uložení. Výška stlačení se zmenšuje pod tlakem svěrných šroubů a jejich tlakem se vytváří svěrné uložení ložiska, které spolehlivě zabraňuje protočení nebo posunu ložiska v uložení.

Jakou roli hrají ve vývoji nových řešení v oblasti ložisek nové materiály a technologie? Co můžeme např. očekávat z tohoto pohledu v nadcházejícím období?
Konstrukce, technologie a použité materiály jsou pro splnění těch nejnáročnějších technických požadavků soudobých automobilových motorů naprosto zásadní. Dokáže je splnit jen velmi málo výrobců. Jedním z nich je Federal Mogul se značkou GLYCO. Tato původem německá značka má již 116letou tradici, široké vývojové zázemí ve Wiesbadenu, a je vlastníkem řady patentovaných řešení v oblasti ložisek.
Během posledních několika let zásadním způsobem vzrostly technické požadavky na všechna motorová ložiska, zejména však na ložiska ojniční. Ta patří společně s pouzdry v okách pístu k nejvíce namáhaným ložiskům z důvodu kombinovaného zatížení od spalovacích tlaků a setrvačných hmot. Zajímavé je, že nejnamáhavějšími nejsou ložiska benzinových motorů sportovního charakteru, ale ložiska dieselových vysoce přeplňovaných motorů osobních automobilů. Zatímco se litrové výkony benzinového a naftového přeplňovaného motoru pohybují na podobné úrovni, tj. až 95 kW/l (pozn. Ve vývoji jsou naftové motory o výkonu až 100-110 kW/l a benzinové až 130 kW/l), spalovací tlaky benzinových motorů se pohybují kolem 110 barů (ve vývoji až 160 barů). Spalovací tlaky naftových motorů se pohybují na úrovni 200 barů a ve vývoji jsou motory se spalovacími tlaky až 220 barů. Díky tomu všemu vzrostl specifický tlak v ojničním ložisku za posledních 15 let dvojnásobně - z 45 N/mm2 na 140 N/mm2. Tzv. downsizing, trend současné doby, přináší se zmenšováním objemů motorů a hmotnosti ještě větší zatížení všech motorových dílů včetně nárůstů teplot a vibrací. 
Uvedeným požadavkům vyhovují především trimetalická ložiska z nichž nejvyspělejší jsou tzv. inteligentní ložiska typu Sputter, která mají tu vlastnost, že během záběhu mění své fyzikální vlastnosti, tj. vytváří velmi tvrdý a vysoce únosný povrch. Ale proto, že jedním z požadavků na kluzná ložiska je i schopnost pohltit do svého povrchu tvrdé částice, používá se často materiál typu Sputter jen na vrchní pánev, zatímco na spodní, méně zatíženou pánev se použije měkčí materiál, který má funkci pohlcovače tvrdých částic.

Vyskytly se v poslední době nějaké „revoluční“ technologie, které by zásadně změnily situaci ve vývoji ložisek, nebo je technický rozvoj v této oblasti nyní spíše věcí postupné evoluce a vylepšování věcí již známých?
Nemůže existovat lepší příklad podpůrných řešení než vývoj v metalurgii. Ruku v ruce se snahami konstruktérů motorů snižovat emise CO2 získáním většího výkonu z menšího množství paliva narůstají teploty i zatížení; běžné materiály jsou proto extrémně namáhány. Jednou z několika řad nových materiálů jsou nové vysoce únosné bezolovnaté bronzy, jako například „inteligentní“ bezolovnatý materiál G-488, který představuje kombinaci slitiny cínu a mědi a nikl/cín - niklové vrstvy. Relativně měkký materiál v počátku záběhu umožňuje řádné přizpůsobení se čepu klikového hřídele a výsledkem je dokonale lícující povrch. V průběhu záběhu se působením tepla a zatížení vytvoří na povrchu pevná a vysoce odolná tvrdá cín-niklová vrstva, která zaručuje násobnou životnost.
Další pokrok ve snižování spotřeby a emisí, tzv. start/stop systém způsobil vrásky na čelech konstruktérů ložisek. Tento systém totiž způsobuje krátkodobý kontakt kov na kov v ložiscích předtím, než se po startu obnoví olejový ochranný film. Ložiska pracují v režimu suchého a polosuchého tření u běžných motorů krátkodobě, ale u systému start/stop velmi často. Tento problém je ještě umocněn použitím moderních méně viskózních olejů s tenčím olejovým filmem, který je nutný pro zvýšení účinnosti motorů a další snížení emisí. Nová patentovaná technologie povrchové vrstvy ložisek Glyco IROX vyvinutá společností Federal Mogul s polymerovou vrstvou dokáže odolávat dočasnému provozu bez dostatečného mazání. Kromě zvýšené absorpce rázů a odolnosti proti opotřebení technologie Glyco IROX zajišťuje dobrou tepelnou vodivost, usnadňující chlazení ložisek a dobrou schopnost povrchové vrstvy zachytit jakékoli tvrdé částice tak, aby nepoškodily ložiskové čepy. Povrchová vrstva Glyco IROX může prodloužit životnost klikových hřídelů a ložiskových pánví i více než 5krát a to i v těch nejnáročnějších aplikacích a jízdních režimech jako je např. start/stop systém.
 

Publikováno: 8. 8. 2013 | Počet zobrazení: 6975 765