Snižování hmotnosti představuje v současné době velkou výzvu pro letecký průmysl. Zvýšení výkonu nebo snížení emisí může poskytnout výrobcům významné výhody na konkurenčním trhu. Kompozitní materiály nabízejí řešení ve všech těchto oblastech. Úspora hmotnosti, jíž lze dosáhnout ve výrobě spojovacích dílů přechodem na kompozitní materiály, představuje výzvu vzhledem k působícímu mimorovinnému zatížení. Pokud nemá dojít ke zvýšení nákladů, je nezbytné jednotlivé funkce integrovat. SKF Solutions pomáhá dosáhnout těchto cílů prostřednictvím dvou hlavních futuristických technických řešení – SKF Black Design a integrace ložisek SKF. SKF Black Design umožňuje vyrábět vysokovýkonné díly z materiálů zesílených vlákny, které jsou určeny pro mimorovinné zatížení. Jakmile bude beze zbytku vyřešen způsob využití kompozitů pro výrobu spojovacích dílů, otevřou se těmto materiálům ve spojení s integrací takového ložiska zcela nové možnosti. Integrace ložisek SKF umožňuje efektivním způsobem zabudovat ložisko do kompozitového dílu a zajistit pevné spojení s vnějším kroužkem ložiska nebo integrovat kloubové ložisko do kompozitového tělesa. Tyto kompozitové technologie mohou vyřešit mnoho stávajících problémů: snížit hmotnost stávajících kovových dílů spojením do jediného kompozitového řešení; integrovat nové funkce, jako např. snímače; vyřešit problém únavy cyklicky zatěžovaných dílů; zabránit korozi použitím materiálu, který je odolný proti korozivnímu prostředí; zabránit vzniku hluku a vibrací zvýšením tuhosti, posunutím těžiště nebo zabudováním tlumicích systémů. SKF Black Design versus gravitace Tato technologie umožňuje navrhovat a vyrábět díly pro strukturální rozhraní z kompozitních materiálů. V leteckém průmyslu zaznamenává využití kompozitních materiálů prudký nárůst, avšak se současnými konstrukčními postupy lze dosáhnout jen mírného zlepšení mechanických vlastností. Tím je také omezen rozsah aplikací, v nichž se kompozitní materiály mohou uplatnit. Společnost SKF úspěšně vyřešila technický problém, který spočívá v náhradě kovových strukturálních spojovacích dílů lehkými a odolnými kompozitními součástmi. Výsledek mnohaletého výzkumu a vývoje se nazývá SKF Black Design. Společnost SKF dosáhla tohoto výjimečného výsledku změnou paradigmatu vývoje a výroby kompozitních dílů. V případě náhrady kovových dílů součástmi z kompozitních materiálů (přístup „černý kov“) přináší použití běžných konstrukčních postupů jen mírné zlepšení vlastností. U takových dílů může nadále docházet k rozpojení a delaminaci. SKF Black Design využívá matricový materiál (pryskyřici) v oblasti, pro niž se hodí nejlépe: pro zatížení tlakem. Z toho důvodu technici SKF vyvinuli nové formy, tvary a geometrii dílů, které zajišťují, že pryskyřice v části dílů vystavených působení zatížení mimo rovinu zůstanou stlačeny v celé tloušťce laminátu. Tím je dosaženo vyšší odolnosti proti smykovému napětí a současně se zamezí rozpojení. Použití kulových podložek představuje příklad inteligentního řešení, které prokazatelně výrazně zvyšuje pevnost dílu, protože brání případnému protlačení a dále zajišťuje působení tlakového zatížení na kompozitní díl. Konstrukce se rovněž vyznačuje promyšleným zvlněním a pečlivě vyváženým využitím pevných vláken pro vyztužení. Problematika vy užití kompozit ů Cílem snižování hmotnosti letadla je snížit spotřebu paliva a dopady na životní prostředí. Toto úsilí se projevilo 50% nárůstem využití kompozitních materiálů v nejnovější generaci civilních dopravních letadel. Většímu využití kompozitních materiálů v leteckém průmyslu však brání strukturální vlastnosti, které souvisejí s tradiční konstrukcí kompozitních dílů. SKF Black Design zajišťuje požadované strukturální vlastnosti spojením stávajících polymerů zesílených uhlíkovými vlákny (CFRP) s inovativními konstrukčními postupy. SKF Black Design rozšiřuje možnosti využití kompozitních řešení ve výrobě strukturálních dílů, které mají v porovnání se současnými řešeními založenými na využití kovu konkurenceschopný poměr hmotnost/náklady. V leteckém průmyslu jsou nejčastěji používány kompozitní materiály vyrobené prokládáním impregnovaných vrstev z uhlíkových vláken na sebe. Pryskyřice přenáší zatížení mezi vlákny a zajišťuje soudržnost mezi vrstvami. Je to neobyčejně vhodné řešení pro trup, křídlo, rám a podélníky, protože laminát je vystaven působení především rovinného zatížení. V případě těchto geometrií vykazují uhlíková vlákna vysokou pevnost a tuhost ve směru orientace vláken, avšak ve směru kolmém k rovině vláken určuje vlastnosti materiálu pryskyřice. Pryskyřice je pojivo, které má ve srovnání s uhlíkovým vláknem nízkou pevnost (cca 50krát nižší). Z toho důvodu lze využít kompozitní materiály jen s určitými omezeními k výrobě strukturálních dílů vystavených působení zatížení mimo rovinu. Na kovové kování a patky s tradiční geometrií působí vlivy vyvolávající rozpojení a delaminaci. V případě kompozitních kování stejného tvaru způsobí stejný průběh zatížení oddělení vrstev CFRP vlivem napětí mezi vrstvami v pryskyřici v místě styku obou ramen, která svírají 90°. Tento jev se nazývá delaminace a dochází k němu při velmi nízkém zatížení. Díl poškozený takovým způsobem je nepoužitelný. www.skf.cz SKF Black Design umožňuje navrhnout koncepci lehkých, vysokovýkonných strukturálních spojovacích dílů z CFRP a vyrobit takové díly, které jsou přímo určeny pro přenášení zatížení mimo rovinu. SKF v současné době vyvíjí mechanické modely a číslicové simulační nástroje, které umožní navrhovat a analyzovat kompozitní strukturální kování pro letecký průmysl.
