A részecskekibocsátásra vonatkozó szabályozás a gumiabroncsokra és fékekre is kiterjed, mely ösztönzi az innovációt a fejlesztő- és gyártópartnerek körében. A GrindingHub kiállítás bemutatja azon szereplőket, akik a köszörülési ágazat jövőbeli technológiáit fejlesztik.
visznek fel a féktárcsára nagy adagolási sebességgel és nagy lézerteljesítménnyel.
A közlekedés – különösen a városokban – magas károsanyag-kibocsátást eredményez. Az Európai Bizottság szerint az értékek túl magasak, melyet az Euro 7-es kibocsátási norma bevezetésének jelentős sürgetése is bizonyít. A részecskekibocsátást elsősorban a gumiabroncsok és a fékek kopása okozza. A károsanyag-kibocsátás elleni küzdelem hatékony módja ezért a kemény bevonatú féktárcsák használata, amelyek akár 90 %-kal is csökkenthetik a kopás mértékét. Ezek gyártása azonban különleges kihívások elé állítja a köszörüléstechnológiát. Az új törvények által támasztott jelentős nyomás miatt különösen fontos a folyamattervezés és a fejlesztés hatékony összehangolása. Az erős elvárások az ágazat számára is előnyösnek bizonyulhatnak, különösen most, hogy a beruházások az elektromos járművek irányába tolódnak el.
Ezen elvárások azonban különleges kihívások elé állítják a szakértőket. A 2024. május 14. és 17. között megrendezésre kerülő GrindingHub köszörüléstechnológiai kiállítás az ipar legjobbjait vonultatja fel Stuttgartban. A rendezvényen nem csak az egyes gyártók mutatják be termékeiket, de a szervező, a VDW (Német Szerszámgépgyártók Szövetsége) olyan trendekre, és megoldandó problémákra is rávilágít, melyeket csak az ágazat kutatói és legnagyobb szakértői is csak együtt képesek megoldani. Az új törvények által támasztott jelentős nyomás miatt különösen fontos a folyamattervezés és a fejlesztés hatékony összehangolása. Az erős elvárások az ágazat számára is előnyösnek bizonyulhatnak, különösen most, hogy a beruházások az elektromos járművek irányába tolódnak el.
A Stuttgart-Fellbachban tartott legutóbbi „Schleiftagung” köszörülési konferencián Eckart Uhlmann professzor, a TU Berlin Szerszámgép- és Gyárirányítási intézetének (IWF) munkatársa kiemelte az energia- és mobilitási átállásnak a termelési és gyártási technológiákra – köztük a köszörülésre – gyakorolt hatását. A konferencia a WGP, a német gyártástechnológiai akadémiai szövetség által szervezett magas színvonalú rendezvény. Az elektromos járművek alkatrészeit, mint a motorok, az alacsony károsanyag-kibocsátású fékrendszereket és a nagy hatékonyságú, alacsony zajszintű hajtásrendszereket, hatékonyan és magas minőségbiztosítással kell gyártani, a gazdasági és ökológiai követelményeknek megfelelően. Ez csak akkor sikerülhet, ha a köszörülés technológiájában rejlő teljes optimalizálási potenciált kihasználják.
Összetett köszörülési folyamat az új anyagok miatt
Jannik Röttger elmagyarázza a kemény bevonatú féktárcsák megmunkálásával járó különleges kihívásokat: „Egyszerűen fogalmazva, a kemény bevonatú féktárcsák ugyanazt teszik a köszörűben, mint amit egy alacsony károsanyag-kibocsátású járműben is. Erős fékhatást érnek el, anyagveszteség nélkül” – mondja Röttger. „A köszörülési folyamat során azonban pont az ellenkezőjét kell elérnünk. A cél az, hogy a lehető legrövidebb idő alatt távolítsunk el anyagot, hogy a kívánt geometriát és felületi tulajdonságokat létrehozhassuk”.
A kemény bevonat egy viszonylag lágy mátrixból áll, melyben a karbidok adják a felület keménységét. Mindkét anyag alapvetően eltérő megmunkálási tulajdonságokkal rendelkezik. A köszörűszerszámokat általában vagy az egyik, vagy a másik anyaghoz optimalizálják. Az új szerkezet nagy kihívássá teszi a megfelelő köszörűkorongok kifejlesztését. A statikus és dinamikus géptulajdonságok és az orsóhajtások kialakítása a folyamat alatt ébredő erők miatt igen összetett feladat.
Továbbá nemcsak a keménység és a mátrix összetétele befolyásolja az anyagréteg megmunkálási tulajdonságait, hanem a bevonatolási eljárás is. A lézeres hegesztés esetében a lézerteljesítmény és a relatív sebesség megválasztása kritikus, mivel a lézer hőenergiája a féktárcsa torzulását okozhatja. Ezt a későbbi köszörülési folyamat során figyelembe kell venni. Ezért az alkatrész öntése után a teljes folyamatláncot – az esztergálást, a lézeres bevonatolást és a köszörülést – egyszerre kell figyelembe venni és optimalizálni.
Megoldások a teljes folyamatlánc számára
A GrindingHubon kiállító Emag Group az öntés utáni folyamatlánc minden egyes láncszeméhez kínál gyártási megoldásokat. Ez lehetővé teszi, hogy saját esztergagépein, lézer- és köszörűgépein felmérje a különböző gyártási folyamatok közötti kölcsönhatásokat. Jannik Röttger szerint a tervezők, a gyártástechnológusok és az anyagtechnológusok csapatban dolgozhatnak együtt a kutatás-fejlesztésben, hogy megértsék a paraméterek közötti ok-okozati összefüggéseket. Külső szakértők, például az RWTH Aachen Egyetem tudósai és a HPL Technology, az RWTH Aachen Egyetem start-up vállalkozásának bevonatrendszer-fejlesztői is részt vesznek a munkában.
Michael Wöhrle, a Wolfachi Supfina Grieshaber kutatási és fejlesztési vezetője szintén meg van győződve az együttműködés előnyeiről. A vállalat már 2019-ben elkezdte a kemény bevonatú féktárcsák köszörülésének fejlesztését.
„Kezdettől fogva úgy éreztük, hogy a fejlesztési partnereinkkel való szoros együttműködés az egyetlen módja annak, hogy az EU Euro 7-es követelményeket a szükséges határidőn belül teljesíteni tudjuk” – mondja Wöhrle. „Bele kellett látnunk a folyamatba. Meg kellett néznünk, hogy például a porgyártók milyen kínálattal rendelkeznek, meg kellett fontolnunk, hogy a különböző bevonatolási eljárások mivel járnak, és végül el kellett döntenünk, hogy mi az, ami reális a tömeggyártást figyelembe véve”.
A Supfina nem zár ki egyetlen technológiát sem, de elsősorban a lézeres hegesztésre és a hidegszórásos eljárásra összpontosít. Kezdetben szinte minden héten találkoztak a bevonatkészítő szakemberekkel. „Az innováció soha nem látott ütemben fejlődik” – mondja Wöhrle. A részecskeszennyezés csökkentése mind az emberi egészség, mind a környezet szempontjából elengedhetetlenül fontos. „Az új előírások nélkül nem jutottunk volna olyan messzire, mint ahol jelenleg vagyunk”.
Kétoldalas köszörülés a gazdaságos megmunkáláshoz
Európában évente közel 100 millió féktárcsát gyártanak; ennek mintegy felét a járműgyártóknak adják el, míg a másik felét a pótalkatrészpiacra szánják. Szakértők feltételezik, hogy a járműiparnak milliárdos beruházásokra lesz szüksége ahhoz, hogy olyan féktárcsákat gyártson, amelyek csökkentik a finom por mennyiségét és ezáltal környezetbarátabbak.
„A közelmúltban egyes féktárcsák olyan olcsók voltak, hogy tonnaszámra adták el őket” – mondja Michael Wöhrle. „Mostanra drága nyersanyagok és eljárások kerültek a képbe, és velük együtt a tömegpiacra alkalmas termék kifejlesztése is nagy kihívásnak bizonyul.”
A kétoldalas köszörülést Wöhrle szerint azért kedvelik a gépgyártók, mert ez garantálja mindkét súrlódó felület egyidejű megmunkálását, mivel ez nagyban lerövidíti a ciklusidőt. A Supfina nemrég mutatta be új gépét, a Planet BD-t, amelyet már számos neves ügyfél használ. Michael Wöhrle elmondása alapján ez egy olyan köszörűgép, amelyet a jövő féktárcsájához fejlesztettek ki.
A géptípust ezután elektromos autók féktárcsáinak megmunkálására is használják majd. A tisztán elektromos járműveknél sokkal ritkábban és kisebb erővel fékeznek, mivel a motor rekuperációja gyakran elegendő fékerőt biztosít. Ez azonban azzal a kockázattal jár, hogy a „kihasználatlan” fékrendszer rozsdásodni kezd, különösen nedves időjárási körülmények között. A bevonatos féktárcsák ezt a problémát is megoldhatják. Michael Wöhrle, a Supfina fejlesztési vezetője biztos benne, hogy a bevonat a fékteljesítmény és a fékezési ciklusok száma tekintetében kissé alacsonyabb követelményekhez igazítható. A bevonatokban lévő alkotóelemek mennyisége csökkenthető vagy helyettesíthető, így a rendszer valamivel költséghatékonyabb lehet, kissé csökkentett teljesítmény mellett. Az Euro 7 normáknak való megfelelés miatt szerzett tapasztalatok biztosítják a köszörülési szakemberek felkészültségét, így magabiztosan oldhatják meg a feladatokat, mire a szabályok hatályba lépnek.
A jövőre megrendezendő GrindingHub-ra látogató érdeklődők már most is láthatják, hogy az ipar különböző szereplői a kutatóintézetekkel karöltve modern problémákra modern megoldásokat képesek nyújtani. Május 14. és 17. között az innovatív fejlesztések testközelből is megtekinthetőek lesznek Stuttgartban.
További információ: