W nowoczesnej konstrukcji maszyn coraz częściej poszukuje się elementów, które łączą sprężystość, odporność na przeciążenia i trwałość w trudnych warunkach pracy. Właśnie do tej grupy należą nowe elementy elastomerowe Elesa+Ganter: sprężyny PES oraz tuleje elastomerowe PEB. Oba rozwiązania powstały z myślą o zadaniach, w których tradycyjne sprężyny metalowe lub klasyczne elementy gumowe okazują się niewystarczające. Nowe produkty nadają się szczególnie tam, gdzie liczy się tłumienie uderzeń, odporność chemiczna oraz możliwość dopasowania charakterystyki do konkretnej aplikacji.

Rys. 1. Sprężyny i tuleje elastomerowe Elesa+Ganter

“To rozwiązania szczególnie wartościowe tam, gdzie klasyczna sprężyna metalowa nie zapewnia wystarczającej odporności, bezpieczeństwa lub elastyczności zastosowania. W praktyce oznacza to szersze możliwości projektowe, większą trwałość układu i lepsze dopasowanie komponentu do realnych warunków pracy maszyny.” – mówi Filip Granowski, Dyrektor Zarządzający Elesa+Ganter Polska.

Sprężyny elastomerowe PES (rys. 2) to gotowe do użycia elementy wykonane z poliuretanu, dostępne w wersjach o twardości 80, 90 i 92 Shore A. Wyróżnia je przelotowy, gładki otwór oraz przewidywalna charakterystyka ugięcia. Każda średnica ma własną krzywą obciążenia, co ułatwia dobór elementu do konkretnego obciążenia i wymaganego skoku pracy.

Rys. 2. Sprężyny PES

Tuleje elastomerowe PEB (rys. 4) również wykonano z poliuretanu i także oferowane są w tych samych trzech twardościach: 80, 90 i 92 Shore A. Są to pręty drążone z otworem przelotowym, które można stosować bezpośrednio lub poddawać dalszej obróbce. Dzięki temu PEB stanowią bardzo elastyczną bazę do wykonania elementów o nietypowym kształcie, wymiarze lub funkcji.

W obu przypadkach zastosowany materiał (poliuretan o określonej twardości i znanej charakterystyce ugięcia) zapewnia połączenie sprężystości i odporności mechanicznej, a także dobrą odporność na działanie kwasów, smarów i olejów.

Poliuretan, z którego wykonano zarówno PES, jak i PEB, jest materiałem szczególnie cenionym tam, gdzie potrzebna jest odporność na ściskanie, ścieranie oraz zmęczenie materiałowe. W praktyce oznacza to długą i stabilną pracę w aplikacjach dynamicznych, bez typowych dla metalu problemów takich jak korozja, konieczność smarowania czy ryzyko nagłego pęknięcia.

Sprężyny PES występują jako elementy o zdefiniowanej geometrii i parametrze pracy. W dokumentacji katalogowej podawane są nie tylko klasyczne wymiary, takie jak d1, d2 i h, lecz także parametry funkcjonalne: siła F1, maksymalne ugięcie h1 oraz maksymalne odkształcenie d3 (rys. 3). To bardzo ważne z punktu widzenia konstruktora, ponieważ pozwala dobrać sprężynę w oparciu o rzeczywiste zachowanie elementu pod obciążeniem.

Rys. 3. Podczas przyłożenia obciążenia F1 sprężyna ma strefę nieodkształcalną h1 i maksymalne odkształcenie d3 proporcjonalne do przyłożonej siły F1

W przypadku PEB największą zaletą jest elastyczność zastosowania. Pręty drążone można ciąć, toczyć i obrabiać, uzyskując z nich sprężyny do form, tuleje, rolki, amortyzatory lub inne detale specjalne. To daje projektantowi dużą swobodę przy tworzeniu rozwiązań niestandardowych, zwłaszcza wtedy, gdy liczy się szybka adaptacja materiału do konkretnego zadania.

Oba produkty dostępne są w identycznych stopniach twardości, które oznaczone są kolorami (rys. 2 oraz rys. 4):

• 80 Shore A, kolor niebieski;
• 90 Shore A, kolor pomarańczowy;
• 92 Shore A, kolor czerwony.

Zakres temperatur pracy jest także zbliżony: maksymalna temperatura pracy ciągłej wynosi 60°C, przy czym krótkotrwała praca w zakresie 60–100°C jest dopuszczalna, lecz wiąże się ze znacznym spadkiem właściwości. Warto też pamiętać, że długotrwałe użytkowanie w maksymalnej temperaturze pracy może prowadzić do zauważalnego pogorszenia właściwości mechanicznych względem wartości nominalnych.

Choć oba rozwiązania bazują na tym samym materiale i oferują podobne zakresy twardości oraz odporności chemicznej, różnice między nimi są istotne i to nie tylko wymiarowo.

PES to przede wszystkim sprężyna o gotowej, określonej funkcji, rodzaj tłumika obciążeń. Jej zadaniem jest kontrolowane sprężyste odkształcenie, tłumienie obciążeń osiowych i praca w aplikacjach, w których ważna jest powtarzalna charakterystyka ugięcia w funkcji przyłożonej siły. To gotowe rozwiązanie, w którym inżynier wybiera odpowiednią średnicę i twardość, a element ma już zdefiniowaną krzywą obciążenia.

Rys. 4. Tuleje PEB

PEB są natomiast materiałem wyjściowym do dalszej obróbki lub z potencjałem do innych zastosowań. To rozwiązanie bardziej uniwersalne, nastawione na dopasowanie i personalizację. Z PEB można wykonać elementy o specjalnym profilu, wymiarze lub geometrii, których nie dałoby się łatwo zastąpić standardową sprężyną katalogową. Innymi słowy: PES odpowiada za przewidywalną pracę sprężystą, a PEB za elastyczność projektową i produkcyjną.

Różnice dotyczą także obszarów zastosowań:

• PES przeznaczony jest do bezpośredniej pracy w formach, układach tłumiących i wypychaczach;
• PEB służą jako półfabrykat do wykonania tulei, rolek, amortyzatorów lub indywidualnych detali w maszynach i przenośnikach.

W porównaniu z tradycyjnymi sprężynami metalowymi, rozwiązania elastomerowe oferują kilka wyraźnych przewag. Po pierwsze, charakteryzują się wysoką odpornością na przeciążenia i mniejszą skłonnością do kruchego pękania niż elementy metalowe, co może mieć wpływ na podniesienie bezpieczeństwa pracy. Po drugie, nie wymagają smarowania i są mniej wrażliwe na korozję. Po trzecie, potrafią jednocześnie tłumić drgania i przenosić obciążenie osiowe, a więc łączą funkcję sprężyny i elementu amortyzującego.

W porównaniu z klasycznymi elementami gumowymi poliuretan ma zwykle lepszą odporność mechaniczną, lepszą trwałość w pracy dynamicznej oraz bardziej przewidywalną charakterystykę. To szczególnie ważne tam, gdzie liczy się powtarzalność procesu, dokładność działania i stabilność parametrów w czasie.

W praktyce PES i PEB stanowią więc atrakcyjną alternatywę dla sprężyn stalowych i odbojów gumowych.

Sprężyny PES przeznaczone są szczególnie do zastosowań w:

• narzędziach i formach do tłoczenia i wykrawania (rys. 5);
• formowaniu blach;
• systemach wypychaczy;
• amortyzatorach mechanicznych.

Tuleje PEB mogą znaleźć zastosowanie m.in. jako:

• elementy rolek do przenośników lub do pobierania etykiet;
• przewód rurowy;
• surowiec do obróbki w celu wykonania sprężyn do form, tulei i amortyzatorów;
• komponenty specjalne w maszynach produkcyjnych;
• półfabrykat do detali dla przemysłu narzędziowego i utrzymania ruchu.

Z punktu widzenia branż są to rozwiązania szczególnie interesujące dla:

• przemysłu metalowego i obróbki blach;
• produkcji form i narzędzi;
• automatyki przemysłowej.

Nowe sprężyny elastomerowe PES i tuleje elastomerowe PEB, łączą trwałość poliuretanu z wysoką odpornością na obciążenia osiowe, czynniki chemiczne i przeciążenia. PES oferują gotową, przewidywalną charakterystykę pracy sprężystej, natomiast PEB zapewniają większą swobodę obróbki i dostosowania do indywidualnych potrzeb konstrukcyjnych.

Rys. 5. Sprężyny PES mogą być stosowane jako tłumiki obciążeń lub jako elementy form, w szczególności w procesach takich jak tłoczenie