Koła ręczne bezpieczne – dobór i zasada działania

Koła ręczne bezpieczne to jedyne, dostępne na rynku produkty standardowe, umożliwiające spełnienie norm bezpieczeństwa stawianych śrubowym układom regulacji o napędzie mechanicznym i ręcznym jednocześnie. Normy bezpieczeństwa wymagają w takich przypadkach, aby element napędu ręcznego pozostawał sprzęgnięty ze śrubą napędową jedynie w trakcie obsługi ręcznej mechanizmu.

W ofercie Elesa+Ganter znajdziemy gotowe rozwiązania w postaci kompletnych kół napędu ręcznego ze sprzęgłem, które można bardzo łatwo dopasować do aplikacji. Znajdziemy również same zestawy sprzęgłowe, które można zaadoptować do istniejących już kół ręcznych, korb lub kołowrotów. W tym artykule pokażemy dlaczego trzeba ich używać, jak je dobrać oraz w jaki sposób podejść do zaprojektowania bezpiecznego mechanizmu z ich użyciem.

Zdjęcie 1. Na powyższym zdjęciu widoczne są różne koła ręczne bezpieczne.

Typową aplikacją dla kół ręcznych bezpiecznych jest napęd suportu tokarki, wyposażony w tzw. szybkie przejazdy. Suport tokarki może przemieszczać się wzdłuż łoża, napędzany silnikiem elektrycznym, który znacznie usprawnia pracę operatora i sprawia, że nie musi on wykonywać tej pracy ręcznie. Koła ręczne służą w tym wypadku do precyzyjnego doregulowania suportu oraz pozwalają na dużo większą kontrolę nad operacjami toczenia.

Mechanizm przesuwu sprzęgnięty na stałe z kołem ręcznym i napędzany silnikiem elektrycznym powodowałby obracanie się koła ręcznego podczas pracy silnika. Jest to bardzo niebezpieczne i wysoce niepożądane zjawisko. Obracające się z dużą prędkością obrotową koło ręczne z rękojeścią mogłoby z łatwością okaleczyć operatora, który znalazłby się w jego zasięgu. Zaplątanie się ubrania o rękojeść mogłoby spowodować jeszcze poważniejsze w swoich konsekwencjach skutki.

Zasada działania kół ręcznych bezpiecznych

Koła ręczne bezpieczne są wyposażone w specjalnie zaprojektowany do tego celu zestaw sprzęgłowy. W stanie spoczynku są normalnie wysprzęglone, czyli nie przenoszą momentu obrotowego. Obracają się one wtedy luźno, dzięki wbudowanemu sprzęgłu wyposażonemu w łożyskowanie. Zasprzęglenie odbywa się przez wciśnięcie lub odciągniecie (lepsza opcja) koła ręcznego. Takie rozwiązanie sprawia, że musimy świadomie i intencjonalnie chcieć użyć mechanizmu ręcznej regulacji.

Zasada działania sprzęgła oraz sposób zasprzęglania na przykładzie koła bezpiecznego serii VDN

Rys. 1. Rysunki przedstawiające zasadę działania sprzęgła oraz sposób zasprzęglania na przykładzie koła bezpiecznego serii VDN

Z lewej strony widzimy w jaki sposób powinien zostać wykonany wał dla wersji zasprzęglania przez pchnięcie lub odciąganie. Na środkowym rysunku przedstawiona jest procedura zasprzęglania koła. Z prawej strony widzimy ideę działania sprzęgła, dzięki zastosowaniu wielokarbu i sprężyny powrotnej. Zielonym kolorem zaznaczona jest tuleja sprzęgła, która osadzona jest na stałe w piaście koła ręcznego. Żółtym kolorem zaznaczono tuleję na stałe zamocowaną do wału (za pomocą wpustu). Ruch koła ręcznego powoduje przesunięcie piasty koła (przy poruszaniu kołem) wzdłuż nieruchomo osadzonej na wale piasty sprzęgła.

To właśnie dzięki tym elementom możemy pewnie przenieść moment obrotowy z koła ręcznego przez sprzęgło na wał napędowy. Sprężyna zapewnia powrót koła do pozycji wysprzęglonej po odjęciu siły osiowej, działającej na koło.

Koła bezpieczne do różnych zastosowań

Zasadniczo różnią się one od siebie rodzajem zastosowanego sprzęgła, materiałem z jakiego zostały wykonane oraz rodzajem wykończenia. Każde z nich jest w pewnych warunkach lepsze do zastosowania. Tematem sprzęgieł zajmiemy się szeroko w dalszej części artykułu, tutaj pokażemy jak sam kształt kół ręcznych, rodzaj materiału oraz użycie rękojeści obrotowej lub jej brak wpływa na użyteczność koła w danej aplikacji.

Koła ręczne serii GN 322.x – konstrukcja dwuramienna, aluminiowy polerowany wieniec z opcjonalną stalową rękojeścią obrotową. Preferowane do trudnych pozycji montażu (np. od góry), aby ułatwić operowanie kołem ręcznym. Łożyskowanie ślizgowe lub igiełkowe.

Koła ręczne serii GN 321.x – konstrukcja pełnej tarczy, aluminiowy polerowany wieniec z opcjonalną stalową rękojeścią obrotową. Preferowane do pionowych pozycji montażu, w pobliżu miejsca pracy operatora. Pełna konstrukcja uniemożliwia wkręcenia ubrania podczas operowania kołem ręcznym. Łożyskowanie ślizgowe lub igiełkowe.

Koła ręczne serii GN 321.6 – konstrukcja pełnej tarczy, aluminiowy polerowany wieniec z opcjonalną rękojeścią obrotową. Sprzęgło osłonięte specjalną zaślepką. Łożyskowanie igiełkowe, do wysokich prędkości obrotowych. Pełna konstrukcja uniemożliwia wkręcenie ubrania podczas operowania kołem ręcznym, zaślepka chroni przed zanieczyszczeniami.

Koła ręczne serii GN 323.x – konstrukcja pełnej tarczy, aluminiowy wieniec pokryty żywicą epoksydową w kolorze czarnym z opcjonalną rękojeścią obrotową. Podwyższona odporność na zarysowania. Preferowane do pionowych pozycji montażu, w pobliżu miejsca pracy operatora. Pełna konstrukcja uniemożliwia wkręcenie ubrania podczas operowania kołem ręcznym. Łożyskowanie ślizgowe lub igiełkowe.

Koła ręczne serii VDN.FP+I+ST – konstrukcja pełnej tarczy, wieniec z wysokowytrzymałego i lekkiego duroplastu wyposażony w rękojeść obrotową. Podwyższona odporność na temperaturę oraz agresywne środowisko chemiczne. Kolor czarny, błyszczący. Łożyskowanie igiełkowe i niska masa własna koła pozwala stosować ją w aplikacjach o wyższych prędkościach obrotowych.

Wersje z rękojeściami obrotowymi zalecane są przede wszystkim tam, gdzie koło ręczne będzie często obsługiwane. Koła z pełną tarczą, bez rękojeści to najbezpieczniejsze z punktu widzenia operatora rozwiązania. Nie mamy bowiem żadnego elementu, który mógłby zahaczyć o ubranie podczas przypadkowego zasprzęglenia koła. Aby tego uniknąć, sugerujemy też montaż kół zasprzęglanych przez odciągnięcie. Unikamy tym samym przypadkowego zasprzęglenia mechanizmu.

Który rodzaj sprzęgła wybrać i dlaczego taki?

W ofercie Elesa+Ganter znajdziemy dwa rodzaje sprzęgieł, które są montowane w kołach bezpiecznych oraz dostępne jako komponenty do samodzielnego montażu. Różnią się one od siebie konstrukcją łożyskowania. Zarówno dla wersji zasprzęglanej przez odciągnięcie jak i pchnięcie dostępne są dwa rodzaje łożyskowania: ślizgowe i igiełkowe. Zwróćmy uwagę na rysunek poniżej:

Łożyska dla wersji zasprzęglania przez odciągnięcie

Rys. 2. Z prawej strony łożyskowanie igiełkowe, z lewej ślizgowe. Oba rysunki przedstawiają łożyska dla wersji zasprzęglania przez odciągnięcie.

Łożyskowanie ślizgowe w zestawach sprzęgłowych 000.4 pokazane jest w środkowej części rysunku. Zaznaczone na zielono powierzchnie styku elementów łożyska są azotowane dla zwiększenia twardości oraz pokryte powłoką PTFE dla zmniejszenia tarcia. Łożyskowanie ślizgowe wymaga regularnego smarowania, które jest możliwe, dzięki wbudowanej smarowniczce. Ten rodzaj łożyska idealnie sprawdzi się tam, gdzie prędkości wałów są średnie lub niskie. Cechą tego typu łożyskowania jest możliwe obracanie się koła ręcznego wraz z wałem, ze względu na szczątkowe opory tarcia.w łożysku. Nie ma jednak problemu z zatrzymaniem koła dłonią. Nie wpływa to też na bezpieczeństwo użytkowania. Koła ręczne wyposażone w rękojeść nie obracają się samoczynnie ze względu na obecność przeciwwagi (rękojeści), która wystarcza do przeciwdziałania oporom tarcia w łożysku.

Łożyskowanie igiełkowe w zestawach sprzęgłowych 000.5 pokazano po prawej stronie rysunku. Zaznaczone na żółto rolki łożyska igiełkowego obracają się po hartowanych i precyzyjnie szlifowanych bieżniach. Łożysko to jest szersze i lepiej sprawdza się tam, gdzie wały pracują ze zmienną prędkością obrotową oraz tam, gdzie osiągane prędkości są wysokie. Zapewnia też niższe tarcie oraz łatwiej je zasprzęglić. Poniżej zdjęcia zestawów sprzęgłowych gotowych do montażu.

Zdjęcie 2. Z lewej strony zestaw sprzęgłowy 000.4 łożyskowany ślizgowo. Z prawej strony zestaw sprzęgłowy 000.5 łożyskowany igiełkowo

Wybierając zestaw sprzęgłowy do istniejącego już rozwiązania (koła, kołowroty lub korby) lub korzystając z gotowych zestawów bezpiecznych dostępnych w ofercie Elesa+Ganter, warto zwrócić uwagę na miejsce osadzenia i warunki konstrukcyjne (sztywność wału, przyspieszenia, prędkości kątowe, możliwe ugięcie końców wału pod wpływem obciążeń momentem obrotowym oraz masę całego układu).

Koła ręczne bezpieczne do najtrudniejszych zadań

Koło ręczne bezpieczne GN 327 z korpusem mocującym do obudowy zapewnia wysokie standardy pracy. Może działać z najwyższymi możliwymi obrotami, zasprzęglenie odbywa się przez odciągnięcie, a suche łożyskowanie ślizgowe, które użyte jest w tym kole zapewnia bezobsługową pracę. Dwie wersje mocowania umożliwiają wykorzystanie jej zarówno do wiotkich jak i sztywnych wałów napędowych. Dostępne są dwa wykonania, pokazane na zdjęciu poniżej (z lub bez rękojeści obrotowej).

Zdjęcie 3. Dwie wersje najbardziej zaawansowanych kół ręcznych bezpiecznych serii GN 327 z pełną tarczą koła oraz opcjonalną rękojeścią obrotową.

Podsumowanie

Koła ręczne bezpieczne są niezbędne dla napędów mechanizmów śrubowych, w których oprócz napędu ręcznego występuje dodatkowe źródło napędu (jak np. silnik elektryczny). Ich obecność może być podyktowana kwestią użyteczności (precyzyjna regulacja manualna) lub jako forma zabezpieczenia urządzenia na wypadek awarii (awaryjne zamykanie śluz).

Dwa rodzaje sprzęgieł pozwalają dopasować się do szybkobieżnych maszyn, wykonania z tworzywa sztucznego na bazie fenolu to odporność na trudne warunki chemiczne, a obecność konstrukcji pełnych i żebrowanych będzie pomocna w trudnych miejscach zabudowy (mocowane wysoko w pionie). Mechanizmy zasprzęglania mogą działać zarówno na pchnięcie jak i odciągnięcie, co pozwala jeszcze lepiej dopasować się do warunków zabudowy i zamysłu konstruktora. Całość jest bardzo elegancka, wytrzymała i dostępna z magazynu w Polsce.

Redakcja: Elesa+Ganter Polska

Informacje o pełnej ofercie ELESA + GANTER znajdują się na stronie: www.elesa-ganter.pl