Pneumatické upínací hřídele z karbonu
Upínací hřídele pro navíjení a odvíjení
Lehké upínací hřídele z karbonu pro navíjení a odvíjení rolí
Navrhujeme a vyrábíme lehké a tuhé karbonové upínací hřídele se středovou pneumatickou hadicí pro navíjení a odvíjení rolí.
Karbonové pneumatické upínací hřídele používáme v aplikacích, kde je důležitá nízká hmotnost, vysoká tuhost a stabilní chování při rotaci. Karbonové těleso může usnadnit manipulaci při výměně rolí, snížit zatížení ložisek a pohonu a omezit moment setrvačnosti rotující sestavy.
Každou hřídel navrhujeme podle vnitřního průměru dutinky, pracovní délky, hmotnosti a rozměrů role, přenášeného krouticího momentu, provozních otáček a způsobu uložení ve stroji. Můžeme vyrobit nový funkční celek nebo zachovat připojovací rozměry původní ocelové či hliníkové hřídele.
Standardní upínací hřídele - technická data
- délka až 5 000 mm, přesné obrábění
- jmenovitý upínací průměr podle vnitřního průměru dutinky přibližně 30–203,2 mm
- tloušťka kompozitní stěny se navrhuje podle zatížení a požadované tuhosti,
- tuhost karbonového kompozitu obvykle 85-230 GPa (Hliník 70 GPa, Ocel 210 GPa)
- kusová výroba, prototypy i opakované série,
- kovové koncovky a funkční části podle výkresu nebo původního dílu.
Konkrétní rozměry, únosnost a maximální provozní otáčky vždy ověřujeme podle dané aplikace.
Karbonová hřídel není vhodná pro každou aplikaci. Pokud technické posouzení ukáže, že bude výhodnější ocelové nebo hliníkové řešení, doporučíme jej. Naším cílem není prodat karbon za každou cenu, ale navrhnout nejvhodnější řešení pro konkrétní provoz.
Jak pneumatická upínací hřídel funguje
Pneumatická upínací hřídel se zasune do dutinky role v nenatlakovaném stavu. Po přivedení stlačeného vzduchu se pružný pneumatický prvek roztáhne a vysune upínací segmenty nebo lišty směrem k vnitřnímu povrchu dutinky.
Tím dojde k vystředění a pevnému spojení role s hřídelí. Hřídel následně přenáší krouticí moment při navíjení, odvíjení nebo brzdění role.
Po ukončení práce se tlak uvolní, upínací prvky se zasunou a hřídel lze z dutinky vyjmout.
Kde se karbonové upínací pneumatické hřídele používají
Karbonové upínací hřídele jsou vhodné zejména pro stroje s těžkými nebo širokými rolemi, častou výměnou návinu a požadavkem na nízký průhyb nebo snadnější manipulaci. Typické aplikace:
- navíjecí a odvíjecí zařízení,
- plastové fólie a flexibilní obaly,
- papírenské a polygrafické stroje,
- textilie, netkané a technické materiály,
- kompozitní a průmyslové pásové materiály,
- speciální výrobní a zpracovatelské linky.
Kdy se vyplatí nahradit kovovou upínací hřídel karbonovou
Karbonové provedení dává největší smysl tam, kde původní hřídel omezuje provoz svou hmotností, průhybem nebo dynamickým chováním. Typicky jde o dlouhé hřídele, těžké role, častou ruční manipulaci, rychlé rozběhy a brzdění nebo aplikace s požadavkem na přesný chod při vyšších otáčkách.
- příliš velký průhyb hliníkové hřídele,
- vysoká hmotnost ocelové hřídele,
- nadměrné zatížení obsluhy, ložisek nebo pohonu,
- požadavek na vyšší tuhost při zachování nízké hmotnosti.
Náhrada hliníkové upínací hřídele
Hliníkové pneumatické upínací hřídele představují ekonomické řešení pro běžné zatížení. Pokud se však zvětší pracovní délka, hmotnost role nebo požadovaná rychlost stroje, může původní hřídel přestat svou tuhostí vyhovovat.
Nadměrný průhyb může negativně ovlivnit vystředění role, kvalitu navíjení, stabilitu při rotaci i životnost navazujících částí stroje.
Vyšší tuhost při zachování nízké hmotnosti
Pro aplikace s vysokými nároky na tuhost používáme vysokomodulová uhlíková vlákna s modulem pružnosti až 650 GPa. Vhodně navržená skladba kompozitu může dosahovat podélného modulu pružnosti až 230 GPa, tedy více než trojnásobku běžných hliníkových slitin.
Výsledkem je výrazně tužší konstrukce při současném zachování velmi nízké hmotnosti.
U běžných materiálů se vyšší tuhost obvykle dosahuje za cenu vyšší hmotnosti. Karbonový kompozit umožňuje zvýšit tuhost konstrukce při současném snížení její hmotnosti, což je jedna z jeho největších předností.
Náhrada ocelové hřídele
Výrazné snížení hmotnosti
U ocelových pneumatických hřídelí je hlavním důvodem přechodu na karbon jejich vysoká hmotnost.
Karbonové těleso má několikanásobně nižší hustotu než ocel, díky čemuž lze výrazně snížit hmotnost celé hřídele. Nižší hmotnost usnadňuje manipulaci při výměně rolí, snižuje zatížení ložisek i pohonu a omezuje fyzickou námahu obsluhy.
Potenciál pro vyšší kritické otáčky
Nižší hmotnost a vysoká specifická tuhost karbonového tělesa umožňují navrhnout hřídel s vyšší kritickou rychlostí než srovnatelné ocelové řešení. To je výhodné zejména u dlouhých hřídelí pracujících při vyšších otáčkách.
Další výhodou je nižší moment setrvačnosti, který může přispět ke klidnějšímu chodu při rozběhu i brzdění stroje.
Když běžná karbonová hřídel nestačí
U větších průměrů již samotná výměna ocelové trubky za karbonovou nepřináší maximální možný přínos. Významnou část hmotnosti totiž tvoří také velké koncové čepy, pneumatická hadice a další vnitřní komponenty.
Proto jsme vyvinuli vlastní konstrukci pneumatické upínací hřídele s voštinovým jádrem. Díky oddělení nosné konstrukce od pneumatického systému lze výrazně zmenšit nejen kovové části, ale také průměr pneumatické hadice. Výsledkem je další snížení hmotnosti při současném zvýšení tuhosti celé hřídele.
U tohoto řešení nenahrazujeme karbonem pouze vnější nosnou trubku. Celou konstrukci navrhujeme tak, aby se zmenšily také koncové kovové části a pneumatická hadice, které u velkoprůměrových hřídelí mohou tvořit významnou část celkové hmotnosti.
Největší přínos má toto řešení u hřídelí s větším průměrem a vyšším zatížením.
Příklad náhrady původní kovové hřídele
Požadavek zákazníka byl jednoduchý: navrhnout a vyrobit karbonovou upínací hřídel, která bude schopna přenášet minimálně stejné zatížení jako původní ocelová varianta, avšak při výrazně nižší hmotnosti.
Součástí zadání bylo rovněž zachování původních připojovacích rozměrů, aby bylo možné novou hřídel instalovat do stávajícího stroje bez nutnosti úprav uložení nebo dalších konstrukčních zásahů.
Hlavním důvodem pro vývoj nové hřídele byla potřeba navíjení materiálu různých šířek a v různých pracovních pozicích. Výrazné snížení hmotnosti usnadnilo obsluze manipulaci s hřídelí, zatímco zvýšená tuhost přispěla ke stabilnějšímu provozu a umožnila také mírné zvýšení rychlosti odvíjení materiálu.
Galerie pneumatických upínacích hřídelí
Časté dotazy ke karbonovým pneumatickým upínacím hřídelím
Kdy má smysl nahradit kovovou upínací hřídel karbonovou?
Karbonové provedení má největší přínos tam, kde je původní ocelová hřídel příliš těžká nebo hliníková hřídel nemá dostatečnou tuhost. Typickými důvody jsou obtížná manipulace, nadměrný průhyb, vysoké zatížení ložisek a pohonu nebo požadavek na stabilnější chování při vyšších provozních otáčkách.
Lze původní hřídel nahradit bez úpravy stroje?
Ve většině případů lze zachovat rozměry koncových čepů, způsob uložení i připojení pohonu. Novou karbonovou hřídel navrhneme podle výkresu, původního dílu nebo zaměření stávající hřídele tak, aby ji bylo možné instalovat do původního stroje bez rozsáhlých konstrukčních úprav.
Jak se stanovuje únosnost a maximální rychlost hřídele?
Únosnost, dovolený průhyb a maximální provozní otáčky závisí na pracovní délce, průměru hřídele, hmotnosti a rozložení role, přenášeném krouticím momentu, způsobu uložení a požadované rychlosti stroje. Proto neuvádíme jednu univerzální nosnost, ale každou hřídel posuzujeme a navrhujeme podle konkrétní aplikace.
Pro jaké průměry dutinek hřídele vyrábíte?
Upínací průměr navrhujeme podle vnitřního průměru dutinky a požadovaného způsobu upnutí. Vyrábíme provedení pro běžné i nestandardní rozměry dutinek podle konkrétního stroje a aplikace.
Je pneumatická upínací hřídel servisovatelná?
Ano, celá expanzní upínací hřídel servisovatelná. Podle konkrétního provedení lze vyměnit pneumatickou hadici, miskový plnící ventil, upínací elementy i koncové čepy
Co je karbonová pneumatická hřídel s voštinovým jádrem?
Jde o speciální sendvičovou konstrukci tvořenou vnitřní karbonovou trubkou, lehkým voštinovým jádrem a vnějším karbonovým pláštěm. U velkoprůměrových hřídelí umožňuje zmenšit pneumatickou hadici i kovové koncové části a dosáhnout velmi příznivého poměru tuhosti k hmotnosti.
Lze vyrobit karbonovou náhradu původní ocelové nebo hliníkové hřídele?
Ano. Můžeme navrhnout karbonovou náhradu původní ocelové nebo hliníkové hřídele při zachování jejích připojovacích rozměrů. U ocelových hřídelí bývá hlavním přínosem výrazné snížení hmotnosti, zatímco u hliníkových hřídelí lze dosáhnout vyšší tuhosti a menšího průhybu.
Jaké podklady potřebujete pro návrh a cenovou nabídku?
Ideálním podkladem je výrobní výkres původní hřídele. Pro první technické posouzení však obvykle stačí fotografie, celková a pracovní délka, vnitřní průměr dutinky, hmotnost a rozměry role, provozní otáčky, způsob uložení a informace o problému, který má nové řešení odstranit.
Poptáváte lehčí nebo tužší upínací hřídel?
Pošlete nám výkres nebo fotografie původní hřídele, rozměr dutinky, pracovní délku, hmotnost role a provozní otáčky. Posoudíme vhodnost karbonového řešení a navrhneme provedení pro váš stroj.