CHOCADO, MAS NÃO SURPRESO

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A tecnologia de vedação da SKF ajudou a ACE a transformar a confiabilidade de seus miniamortecedores nos ambientes de operação mais exigentes.

“As pessoas usam nossos produtos sempre que precisam fazer com que uma massa em movimento tenha uma parada controlada”, explica o gerente de desenvolvimento da ACE, Christian Alscher. Essa tarefa simples é uma parte fundamental da operação segura de todos os tipos de máquinas e dispositivos, desde equipamentos de manuseio de materiais e sistemas de automação de fábrica até portões de bloqueio de canal ou os mecanismos que controlam telescópios astronômicos gigantes.

Fundada em Detroit, Michigan, em 1963, a ACE Stoßdämpfer (conhecida como ACE Controls nos EUA) desenvolveu o primeiro amortecedor industrial ajustável do mundo, definindo uma categoria de componentes que agora é usado em milhões de aplicações em todo o mundo. Hoje, a empresa produz uma enorme gama de produtos de automação, controle de movimento, isolamento de vibrações e segurança. Seus amortecedores variam em tamanho de 5 mm a 130 mm de diâmetro, com comprimento de curso variando de 23 mm a mais de 1 metro.

Christian Alscher, gerente de desenvolvimento da ACE.
Christian Alscher, gerente de desenvolvimento da ACE.

Prevenção de danos

Os produtos ACE também enfrentam uma gama extraordinariamente ampla de ciclos de carga. Quando os projetistas de equipamentos especificam um amortecedor de emergência da ACE, eles esperam que o produto seja usado raramente, se forem usados. Ele está lá para parar a máquina com segurança no caso de uma grande falha no sistema, evitando danos potencialmente catastróficos.

Outros produtos da ACE têm vidas muito mais exaustivas. Os miniamortecedores da ACE PMCN, por exemplo, são frequentemente especificados em aplicações de produção de alto volume, onde são usados para capturar componentes depois de serem ejetados dos maquinários ou para parar atuadores de alta velocidade no final de seu curso. Oferecendo comprimentos de curso de 12 a 25 mm, as unidades PMCN podem absorver energia de até 136 Nm por ciclo, de objetos com velocidade de até 6 m/s. Esses dispositivos compactos precisam operar de forma confiável por vários milhões de ciclos sem ajustes ou intervenções de manutenção.

As unidades PMCN utilizam uma membrana de rolamento especial que fornece vedação estática e dinâmica entre um pistão e um cilindro cheio de óleo. É uma abordagem engenhosa que requer menos componentes e ocupa muito menos espaço do que os projetos convencionais de amortecedor. E como as unidades são hermeticamente vedadas, elas são realmente livres de manutenção.

A ACE e a SKF otimizaram juntas a espessura da parede e a geometria dos foles para dar características ideais de desempenho.
A ACE e a SKF otimizaram juntas a espessura da parede e a geometria dos foles para dar características ideais de desempenho.

Para ambientes industriais exigentes

Manter esses amortecedores inovadores operando em ambientes industriais exigentes, no entanto, requer uma abordagem em várias camadas. A exposição a líquidos, como resfriadores de usinagem, pode causar o inchaço e a falha da membrana e, por isso, deve ser protegida da contaminação com um fole externo. Inicialmente, a ACE ofereceu um design de foles PTFE moldados com uma mola metálica interna que rearmaria o pistão entre as atuações. Mas essa combinação de metal e polímero mostrou-se pouco confiável com o tempo, uma vez que a mola poderia rasgar o delicado PTFE, levando a falhas precoces.

“Começamos a receber reclamações dos clientes de que o produto não estava alcançando a vida operacional que prometemos”, lembra Alscher. “Assim que entendemos que havia um problema, começamos a trabalhar em uma solução melhor.” A equipe da ACE entendeu que o design híbrido dos foles originais era sua principal fraqueza. Como o material PTFE não tinha uma pré-tensão inerente, a mola interna foi necessária para rearmar o amortecedor após a atuação. A equipe de design começou a procurar um material alternativo que seria capaz de tanto de executar funções de vedação quanto de rearmação em uma peça só.

jorg-kuchmann

Inovação polímera

Depois de avaliar vários materiais de diferentes fornecedores, essa busca por uma solução mais simples e confiável trouxe a equipe de design da ACE até a SKF. Engenheiros das duas empresas sentaram-se juntos pela primeira vez em 2013 para discutir a questão dos foles. Eles encontraram sua resposta na biblioteca da SKF de materiais especializados TPU H-ECOPUR®, que são amplamente utilizados para produzir vedações para aplicações exigentes.

O material específico identificado pela equipe da SKF é especialmente resistente a líquidos refrigeradores, lubrificantes, meios de limpeza e vapor de água. Melhor ainda, ele é resistente o suficiente para rearmar o amortecedor de forma confiável sem necessidade de uma mola adicional.

A ACE e a SKF trabalharam juntas para refinar o conceito básico, otimizando a espessura da parede e a geometria dos foles para dar características ideais de desempenho. O projeto dependia fortemente das capacidades de fabricação especializadas da SKF, com protótipos e foles de produção finais produzidos usando o avançado equipamento de usinagem CNC da empresa.

Mais simples, mais rápido e mais duradouro

A força e a resiliência do material ECOPUR também permitiram que a SKF e a ACE fizessem outras melhorias que agilizaram o processo de montagem. Eles introduziram um cordão que permite que os foles se encaixem de forma rápida e fácil em uma ranhura no corpo externo do amortecedor. Isso substituiu um segmento interno, reforçado com conexão adesiva, que tinha sido usado para garantir o design original do PTFE.

“O design do acoplamento de encaixe foi um bônus extra para nós”, diz o gerente de design da ACE, Jörg Küchmann. “A eliminação da exigência de colar o fole removeu outro modo de falha possível, e a mudança tornou o produto mais rápido e fácil de montar.” Como a equipe da SKF tinha muita experiência em projetar interfaces de encaixe snap-fit para outros produtos ECOPUR, eles foram capazes de sugerir a combinação ideal de geometria de cordões e ranhura para garantir um ajuste seguro e confiável.

Os novos foles transformaram a confiabilidade da gama ACE PMCN. “Nas condições mais exigentes, os clientes que usavam os foles antigos estavam tendo falhas após menos de 100.000 ciclos”, diz Küchmann. “Agora, é comum ver essas unidades ainda em operação de forma confiável após 1 ou 2 milhões de ciclos, ou até mais.” A combinação de tamanho reduzido, alto desempenho e excelente confiabilidade transformou o produto em um sucesso de vendas.

A introdução dos foles ECOPUR também ajudou a ACE a levar a gama PMCN para novos mercados. O material dos foles atende aos requisitos da FDA europeia e norte-americana para aplicações farmacêuticas ou de alimentos e bebidas, por exemplo, e a ACE agora produz variantes especiais de aço inoxidável do amortecedor para fabricantes de alimentos, preenchidas com um óleo de grau alimentício seguro.

Após quase 10 anos de colaboração, a SKF e a ACE continuam trabalhando juntas em novos refinamentos e novos projetos, com planos em andamento para levar os inovadores foles ECOPUR para tamanhos maiores de amortecedores PMCN, caso os clientes os exijam.

"Eliminar a exigência de ligar os foles removeu outro modo de falha possível, e a mudança tornou o produto mais rápido e fácil de montar", diz Jörg Küchmann, gerente de design da ACE."
“Eliminar a exigência de ligar os foles removeu outro modo de falha possível, e a mudança tornou o produto mais rápido e fácil de montar”, diz Jörg Küchmann, gerente de design da ACE.”

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