Sledování opotřebení

Přibližně sedm procent hrubého národního produktu představují každoročně škody způsobené opotřebením v průmyslových zemích. Platí zde následující: čím dříve je kritický stav zjištěn, tím menší je jeho dopad - jak z hlediska bezpečnosti, tak z hlediska ekonomické efektivity. Právě to zkoumají vědci a studenti katedry všeobecného strojírenství na univerzitě v Leobenu / Štýrsku. Výzkum, který je často prováděn i na zakázku mezinárodních průmyslových kooperací, se zaměřuje na stroje z oblasti mobility a energetiky a jejich mechanické komponenty. Aby bylo možné předem posoudit a vypočítat opotřebení součástí, provádějí (budoucí) inženýři analýzy poškození součástí vystavených tribologickému namáhání v modelovém měřítku - například ozubených kol, systémů ventilového rozvodu, klikových hřídelí, ojnic, drah válců nebo pístních čepů. Druhé zaměření na katedře se týká únavové pevnosti součástí. Za tímto účelem se zkoumá především jejich vibrační pevnostní chování pomocí malých zkušebních objektů. "K testování únavové pevnosti například provádíme propracované zkoušky na vibračních testovacích strojích," vysvětluje Dr. mont. Michael Pusterhofer, vedoucí vědecký pracovník katedry. "Při tomto procesu je součást, jako je ojnice nebo kliková hřídel, navržena pro provoz a podrobena zkouškám tahem a tlakem." Cílem je optimalizovat technické systémy, ať už z hlediska nosnosti, chování při opotřebení, účinnosti nebo výrobních nákladů.

Testování vzorků pomocí přístroje MarSurf VD 140

Po sérii testů se vzorky podrobně prozkoumají. Důležitým nástrojem je přístroj MarSurf VD 140, který již přibližně rok podporuje práci v laboratoři. Stanice pro měření drsnosti a kontur se snímací vzdáleností 140 mm nabízí vysokou rychlost a velkou flexibilitu. To se projevuje především velkým měřicím rozsahem, hmotností obrobku max. 80 kg a velmi jednoduchým upínacím systémem, s nímž lze obrobky bezpečně, rychle a správně polohovat. "Ten také podporuje vysokou opakovatelnost a přesnost měření a díky rychlým CNC osám a softwaru MarWin lze proces také automatizovat," vysvětluje Michael Parzer, Field Sales Engineer společnosti Mahr Austria GmbH. Měření s přístrojem MarSurf VD 140 provádějí hlavně studenti od čtvrtého semestru a diplomanti, říká Pusterhofer. Rozsah měření v institutu je 70 milimetrů pro obrys a asi půl milimetru pro drsnost. Vzhledem k tomu, že měřicí zařízení lze automatizovat, lze v jednom cyklu změřit až 100 vzorků a využít je k vypracování otázek - například pro pozdější diplomové práce. S dotykovým přístrojem Allrounder od společnosti Mahr je možné paralelně měřit více profilů, a to 30 až 40. "Přístroj to dělá automaticky, například v intervalech po 0,5 milimetru. Rozptyl je u tohoto přístroje extrémně nízký," zdůrazňuje inženýr. Vlastní software pak z měření vytvoří 3D povrch, který umožňuje určit úroveň opotřebení.

Hmatové vs. optické

Výsledky měření jsou nakonec převedeny na reálné komponenty pomocí různých metod a modelů. Jak uvádí Pusterhofer, v ústavu se používá také optické 3D měření. "Pomocí 3D zařízení lze řešit i výše popsané úlohy měření, ale tak rozsáhlá měření často nejsou nutná pro všechny otázky. S konfokálním mikroskopem by člověk na tuto úlohu potřeboval asi osm hodin - s dotykovým VD 140 naopak jen pět minut při špičkovém rozlišení. Pro tento případ by neexistovalo lepší zajištění kvality," shrnuje výzkumník. S přístrojem Mahr je velmi spokojen, protože se ideálně hodí pro rychlé a opakující se měřicí úlohy. To zatím oceňují i kolegové z jiných oddělení, kteří přístroj rádi využívají například ke kontrole teplotní roztažnosti vrstvených kompozitů nebo ke zkoumání vlivu různých parametrů odlévání na morfologii povrchu.

Přímá služba vzhledem k blízké poloze

Zařízení je nyní v ústavu v provozu přibližně rok a rozšiřuje tak rozsáhlý fond zařízení na katedře všeobecného strojírenství. Jak uvádí Pusterhofer, strojní vybavení bylo rozšířeno v roce 2021 a on sám se o dotykové zařízení silně zasazoval. "Udělali jsme interní výběrové řízení, které Mahr vyhrál. Kromě velmi vysoké přesnosti nás přesvědčila také cena. A výhodou je pro nás také blízkost závodu Mahr, která umožňuje přímý servis," vysvětluje inženýr. Michael Parzer byl podle něj vždy k dispozici a poskytoval skvělou podporu. "VD 140 funguje zatraceně dobře a s nákupem jsem velmi, velmi spokojen, stejně jako moji kolegové." - Pusterhofer a technik z institutu absolvovali dvoudenní školení u společnosti Mahr Austria a od té doby se ujali předávání znalostí kolegům a studentům v institutu. Výzkumný tým vybavený touto výkonnou 2D technologií se nyní může plně soustředit na své hlavní kompetence a konkrétně na boj proti opotřebení a únavě materiálu. A v konečném důsledku také pohánět vpřed revoluci v oblasti energie a mobility.