titMVzhľadom na predpokladanú elektromobiltu môžeme hovoriť o nových požiadavkách na výber sortimentu automobilových mazív. Ide najmä o odporúčanie prevodových olejov a plastických mazív.


Otáčky elektrického motora dosahujú hodnotu až 20 000 1/min, čo sa môže prejaviť na zvýšenom hluku, vibráciách a iné. Z toho vyplýva, že v prípade elektrických automobilov (motorov), ide najmä o mazanie valivých ložísk a použitie vhodných plastických mazív (PM) na uvedené prevádzkové podmienky. Na tieto účely sa odporúčajú najmä lítne plastické mazivá konzistenčného stupňa 2 podľa NLGI. Lítne plastické mazivá predstavujú až 75 % objemu celosvetovej výroby plastických mazív. Treba pripomenúť, že lítium je aj kľúčový prvok na výrobu batérii pre elektrické vozidlá. Požiadavky na lítium tak budú narastať.
Ako alternatívne plastické mazivá môžu byť použité hlinité komplexy, polyureové (močovinové), resp. vápenaté plastické mazivá. Plastické mazivá sa v spotrebiteľských kruhoch pri výbere druhov kvalitatívne hodnotia veľmi jednoducho, často len podľa zahusťovadla (tuhej fázy), a to na základe bodu skvapnutia a hodnoty penetrácie.
Z doterajšej tribotechnickej praxe vyplýva, že plastické mazivá sa musia posudzovať ako celok, teda hodnotiť komplexne ako sústava podriaďujúca sa zákonom, napr. koloidity, mechanicko-dynamickým vlastnostiam a iné. Súčasné platné normy nám uľahčujú správny výber mazív na konkrétne prevádzkové podmienky, trecie uzly. V prípade plastických mazív nemáme toľko informácií, ktoré by nám umožnili výber správneho plastického maziva.

Formulácie a vlastnosti plastických mazív
Samotná anatómia plastických mazív je daná formuláciou troch zložiek, ktoré vytvárajú plastické mazivo. Základový olej a prísady sú hlavné komponenty, a tieto vytvárajú a ovplyvňujú vlastnosti plastického maziva. Plastické mazivá sú koloidné sústavy (disperzie). V sústave plastického maziva nie je tuhá fáza (zahusťovadlo) uhľovodíková. Zahusťovadlo je často uvádzané ako špongia, ktorá drží mazivo (základový olej a prísady) a vytvára potrebnú štruktúru, ktorá má tvar vlákien alebo platničiek. V týchto voľných miestach, vláknových štruktúrach, je uskladnený olej, prísady a to dovtedy, kým sa nepoužijú na mazanie. Tuhá fáza, zahusťovací systém, môže byť vytvorený buď jednoduchými alebo komplexnými kovovými mydlami, napr. lítiovými, vápenatými, hliníkovými, báriovými alebo sodnými, a tiež nemydlovými ako sú napr. hlinka (bentonit), alebo poly močovina (polyurea). Na obr. 1 uvedieme základné formulácie plastických mazív.

obr1
Obr. 1: Základné formulácie plastických mazív

 

Plastické mazivá sú v podstate málostále látky, a to najmä vtedy, ak na ne pôsobí rôzne namáhanie počas ich použitia v prevádzke pri mazaní strojových častí. Často preto možno očakávať rozklad štruktúry jemného vláknového systému spevňovadla plastických mazív. Rýchlosť rozkladu je veľmi rozdielna a závisí napr. od typu použitého zahusťovadla (mydla), základového oleja a prítomnosti použitých prísad. Plastické mazivá sa správajú pri ich aplikácii inak ako mazacie oleje. Až do určitého hraničného zaťaženia sa správajú ako tuhé látky a po jeho prekročení ako kvázi viskózne kvapaliny. Toto ich správanie v praxi znamená, že mazivo v ložisku, ktoré sa neotáča, nemení svoj tvar, lebo jeho vlastná hmotnosť nepostačuje na prekonanie medze pevnosti, nevytečie z ložiska ani vtedy, keď nie je utesnené a ani vtedy keď je uložené vertikálne. Ak sa však ložisko uvedie do pohybu, nastane prekonanie medze pevnosti, mazivo sa začne správať takmer tak ako kvapalina – mazací olej. Tak ako sa zo špongie vytláča voda, tak sa z plastického maziva vytláča pri určitom tlaku jeho základový olej. Toto napätie môže všeobecne vznikať buď mechanicky alebo tepelne počas používania plastického maziva alebo pri jeho skladovaní. Kvapalná fáza sa tuhou fázou nezahusťuje, ale spevňuje tak, že vzniknutý gél plastického maziva nadobúda mechanické vlastnosti príznačné pre tuhý stav. Základnou schopnosťou štruktúry plastických mazív je kontrakcia štruktúry, teda približovanie častíc tuhej fázy, ktorá v sebe uzatvára kvapalnú fázu, čo sa navonok prejavuje uvoľňovaním (vytláčaním) časti kvapalnej fázy. Tento stav sa nazýva syneréza.
Syneréza je teda fyzikálnou príčinou vlastného odlučovania kvapalnej fázy, a to z dôvodu kontrakcie, zmršťovania vláknového systému (zahusťovadla). Treba upozorniť, že syneréza nie je oddeľovanie kvapalnej fázy, napr. zo zvisle postaveného suda s plastickým mazivom. V tom prípade ide o vylučovanie kvapalnej fázy následkom tlaku, k čomu prispieva aj vysoká teplota, mechanické namáhanie, pôsobenie kyslíka a iné. Z uvedeného vyplýva, že zahusťovací systém nie je rozpustný v základovom oleji a zahusťovadlá nie sú priťahované základovým olejom. Platí, že čím väčšie je množstvo zahusťovadla použitého pri formulácii plastického maziva, tým väčšia bude príťažlivosť k základovému oleju. Ak obsah základového oleja narastá a množstvo zahusťovadla klesá, príťažlivé sily klesajú. Výsledkom je, že základový olej sa začína ľahko uvoľňovať zo zahusťovadla (zahusťovacieho systému – matrice). Na základe toho platí, že čím vyšší je obsah zahusťovadla v plastickom mazive, tým je to lepšie. Napriek tomu platí určitá vzájomná vyváženosť medzi množstvom zahusťovadla a základového oleja.

ilu stopka1

Výber plastických mazív
Pri výbere plastických mazív sa často riadime podľa konkrétnych tribotechnických požiadaviek, ktoré zodpovedajú danému prevádzkovému stavu, ktorý vyplýva aj z náhodných požiadaviek, ako sú poruchy ložísk a zistenia zhoršenej kvality plastických mazív v praxi. Možno povedať, že pri výbere plastických mazív sa často prejavuje menší záujem, ktorý vyplýva z toho, že ide často o malé náplne, ložiská sú zapuzdrené (životnostná náplň), spôsob domazávania (čerstvé mazivo), problematická miešateľnosť plastických mazív a iné. Treba pripomenúť, že tak ako sú hodnotené mazacie oleje podľa platných noriem jednotlivých klasifikácií a špecifikácii, podobne sú hodnotené aj plastické mazivá.
Pre plastické mazivá platí známa norma ISO 6743/9 s označením napr. ISO-L-X-BCGB 2 a norma DIN 51 502, napr. s označením napr. K HC 2 G – 40, resp. ešte doplňujúce normy DIN 51 825 a DIN 51 826. V tejto súvislosti treba uviesť, že pri výbere plastických mazív, ich funkčných vlastnosti a vzhľadom na aplikačné podmienky, treba rešpektovať určité kritériá so zameraním napr. na pracovné teploty (nízke a vysoké), zaťaženie, otáčky, viacúčelovosť a iné. Plastické mazivá sa v spotrebiteľských kruhoch kvalitatívne najčastejšie hodnotia podľa typu zahusťovadla, teda katiónu obsiahnutého v tuhej fáze sústavy, a to na základe bodu skvapnutia a hodnoty penetrácie. Ide o skúšky:
 penetračná skúška podľa STN 65 6307, resp. ASTM D 217,
 bod skvapnutia podľa STN 65 6305, resp. ASTM D 2265.

Pri hodnotení penetrácie možno konštatovať, že penetrácia nie je len meranie tvrdosti. Ide o konvenčnú hodnotu, ktorá nič nehovorí o pracovných, resp. reologických vlastnostiach plastického maziva. Penetrácia (viskozita) plastických mazív je kontrolovaná penetrometrom pomocou kužeľa pri 25 °C (10-1 mm). Podľa nameraných výsledkov sú zaradené plastické mazivá podľa NLGI (National Lubricating Grease Institut) do konzistenčných (klasifikačných) stupňov. Tak ako je viskozita základnou vlastnosťou mazacích olejov, tak aj penetrácia plastických mazív patrí medzi ich základné kvalitatívne vlastnosti. Kontrola penetrácie, stanovenie konzistenčných (klasifikačných) stupňov, je dôležitá pre ich správnu aplikáciu. Plastické mazivá môžu zatvrdnúť alebo zmäknúť v prevádzke pre ich kontaminácie nečistotami, straty olejovej zložky alebo mechanického (strihového) namáhania. Strata váhy pri určitej teplote dovoľuje hodnotiť stav plastického maziva a porovnávať ho s novým plastickým mazivom, hodnotiť prítomnosť nestálych látok, ako je voda, resp. rozlíšiť určité zmeny v štruktúre plastického maziva.
Pri hodnotení teploty skvapnutia platí zaužívané pravidlo, že plastické mazivo je pracovne spôsobilé do teplôt 20 až 50 °C pod teplotou bodu skvapnutia. V skutočnosti teplota bodu skvapnutia len hovorí, pri akej teplote sa plastický stav maziva začína meniť na kvapalný. Treba upozorniť, že teplota bodu skvapnutia ako kritérium práce schopnosti plastického maziva môže byť občas problematická. V tabuľke č.1 uvádzame informácie o bode skvapnutia v závislosti od typu zahusťovadla (mydlo) a odporúčaný rozsah prevádzkových teplôt pre niektoré druhy plastických mazív.

Tab. 1 Plastické mazivá

Plastické mazivá a elektromobilita
Elektromobilta prináša nové požiadavky v sortimente automobilových mazív. Predpokladá sa, že súčasné zmeny vo výrobe spaľovacích motorov a prechod na elektrické motory prinesú nové požiadavky na mazivá a prevádzkové kvapaliny. Ide najmä o kompatibilitu medzi novými technologickými, konštrukčnými a pracovnými podmienkami, ktoré prinášajú elektrické vozidlá. Uvedieme niektoré požiadavky:
 Nové elektrické vlastnosti (vznik statickej elektriny);
 Nové materiály, napr. meď (Cu);
 Vznik korózie (rôzne materiály);
 Vysoké elektrické napätie (volty);
 Nové materiály (zlučiteľnosť);
 Magnetická zlučiteľnosť a iné.
Spomenuté požiadavky pravdepodobne vyvolajú podstatné zmeny vo formulácii niektorých druhov mazív. V našom prípade budeme pozornosť venovať výberu plastických mazív pre elektrické vozidla, automobily. Požiadavka je na správny výber plastických mazív na mazanie valivých ložísk elektrického motora a ložísk nábojov kolies.
V súčasnosti sa sortiment plastických mazív podstatne zmenil a používajú sa najmä lítne, hlinité, vápenaté plastické mazivá a ich komplexné mydla (zahusťovadla), sodné, polyurea (močovina) a ďalšie druhy plastických mazív. Možno povedať, že spotreba a predpokladaný nárast je najmä v oblasti sortimentu lítnych a lítnych komplexných mazív (až o 75 %) a vysokoteplotných plastických mazív na báze polyurea (močovina) 6 %.
Pri výbere plastických mazív sa môžeme riadiť dvoma kritériami. Buď podľa prevádzkových podmienok v trecom uzle (ložisku), ako sú prevádzková teplota, zaťaženie, otáčky (rýchlostný súčiniteľ n. d), životnosť (životnostná náplň), domazávacie intervaly alebo podľa druhu (typu) zahusťovadla a viskozity základového oleja.
V tabuľke č. 2 venujeme pozornosť klasifikácii plastických mazív podľa druhu zahusťovadla, ktoré z nich sú vhodné pre elektrické automobily. Uvádzame niektoré základné charakteristické vlastnosti, črty, ktorými sa vyznačujú.

tab2
Tab. 2 Klasifikácia plastických mazív podľa druhu zahusťovadla

 

Vzhľadom na uvedený prehľad plastických mazív a ich charakteristické vlastnosti je dobré uviesť aj ich vzájomný vzťah, t. j. kompatibilitu. V tab. 3 je uvedená porovnávacia tabuľka miešateľnosti plastických mazív.

tab3
Tab. 3: Porovnávacia tabuľka miešateľnosti plastických mazív

 

Pri výbere plastických mazív pre elektromobily sa odporúčajú najmä lítne plastické mazivá. Ako alternatívna náhrada sa odporúčajú plastické mazivá na báze hlinitých komplexov. Polyureové (močovinové) plastické mazivá vzhľadom na ich vyhovujúce exploatačné vlastnosti tiež pripadajú do úvahy.

Záver
Cieľom príspevku bolo poskytnúť základné informácie o sortimente plastických mazív vhodných na mazanie valivých ložísk v elektrických vozidlách, automobiloch. Na záver uvádzame, že počet valivých ložísk na prenos krútiaceho momentu medzi elektromotorom a prevodmi podľa návrhu konštrukcie je 8 a počet ložísk kolies (nábojov) zostáva rovnaký.

TEXT Ing. Jozef Stopka