Wytrzymałe i trwałe w trudnych warunkach eksploatacji

Two application examples for DLC-coated bearing cages

Utworzone przez Denise Thalmann |

Producent łożysk tocznych, firma NKE Austria GmbH z siedzibą w Steyer pod koniec 2013 r. zaprezentowała przeznaczone do eksploatacji w trudnych warunkach koszyki do łożysk tocznych z powłoką DLC (Diamond-like-Carbon).

W porównaniu z koszykami wykonanymi z mosiądzu stalowe koszyki z powłoką DLC wyróżniają się wysoką wytrzymałością i długą żywotnością. Na podstawie dwóch przykładów zastosowania przedstawimy Państwu teraz zalety tego rodzaju koszyków oraz etapy na drodze od prototypu do produktu niszowego w seryjnym zastosowaniu.

Pierwszy przypadek zastosowania był decydujący dla rozpoczęcia prac rozwojowych: specjalne łożysko walcowe, którego użyto do łożyskowania czopu korbowego  w wysokoobrotowym napędzie korbowym. W swojej pierwotnej wersji łożysko to było wyposażone w masywny koszyk mosiężny prowadzony na pierścieniu wewnętrznym (o oznaczeniu dodatkowym MPB) i wykorzystywane z powodzeniem od wielu lat. W celu zwiększenia wydajności urządzenia klient zaplanował zwiększenie liczny obrotów z  2000 obr/min do 3000 obr/min. Przy próbach przeprowadzonych w tych warunkach eksploatacji okres użytkowania standardowego koszyka MPB do momentu znacznego zużycia się powierzchni prowadzących koszyka i pęknięcia koszyka wyniósł tylko 300 godzin. Za przyczynę takiego zjawiska uznano silny wzrost sił odśrodkowych i będące jego skutkiem obciążenie koszyka przy danej aplikacji. Należy przy tym zaznaczyć, że łożysko jest smarowane smarem i wzrost liczby obrotów bardzo negatywnie wpływa na rozkład smaru w łożysku, szczególnie na powierzchni (szczelinie) prowadzącej koszyka, co dodatkowo przyspiesza zużycie.

Dopiero zastosowanie zaprojektowanego w dalszej kolejności masywnego koszyka stalowego z powłoką DLC prowadzonego w pierścieniu wewnętrznym (rys. 1) z oznaczeniem dodatkowym FPB i SQ202C dało w wyniku prowadzonej na obecną chwilę od ponad dwóch lat próby długoterminowej zadowalające okresy użytkowania wynoszące ponad 3000 godzin. Niedopuszczalne objawy zużycia, za wyjątkiem nieznacznego przeniesienia powłoki DLC między powierzchniami prowadzącymi,  podobnie jak  oznaki mechanicznego uszkodzenia koszyków były nie do zaobserwowania. Do celów porównawczych użyto identycznych koszyków stalowych bez powłoki, które eksploatowano w próbie równoległej. Próbę zakończono po upływie 1000 godzin ze względu na wyraźne ślady zużycia i zatarcia na powierzchniach prowadzących.

Druga aplikacja, w przypadku której - biorąc pod uwagę doświadczenia opisane w pierwszym przykładzie - zastosowano koszyki stalowe z powłoką DLC, dotyczy łożyska szybkobieżnego bębna do magazynowania energii kinetycznej w awaryjnym agregacie prądotwórczym. Pierwotnie zastosowanym typem łożyska było tutaj łożysko kulkowe z dwuczęściowym koszykiem  mosiężnym, prowadzonym w pierścieniu zewnętrznym  (o oznaczeniu dodatkowym MA). Także tutaj, ze względu na niekorzystne warunki eksploatacji – niskie obciążenie promieniowe przy równoczesnym, uwarunkowanym przez sposób zastosowania, wysokim obciążeniu osiowym i wysokiej liczbie obrotów pierścienia zewnętrznego (>2500 obr/min) – można było stwierdzić silne zużycie powierzchni funkcyjnych koszyka, co w dalszej konsekwencji prowadziło do jego pęknięcia.

Po wzięciu pod uwagę warunków zastosowania i przeanalizowaniu obrazu szkód, także tutaj zalecono zastosowanie dwuczęściowego, prowadzonego w pierścieniu zewnętrznym koszyka stalowego z powłoką DLC (oznaczenie dodatkowe FA i SQ202C). Po przeprowadzonym w dalszej kolejności praktycznym przetestowaniu dwóch tego typu łożysk, po okresie próby wynoszącym ponad 900 godzin, nie zaobserwowano oznak zużycia lub mechanicznego uszkodzenia  koszyka. W konsekwencji, łożyska te mogły zostać przejęte do produkcji seryjnej (rys. 2); planowana jest wymiana łożysk w już działających urządzeń.

Firma NKE produkuje łożyska standardowe i specjalne dla wszystkich zastosowań przemysłowych. Baza techniczna, prace nad rozwojem produktów, produkcja i obróbka wykańczająca komponentów, montaż, zapewnienie jakości, logistyka, sprzedaż i marketing są skoncentrowane w miejscu lokalizacji w Steyr. Zakład w Steyr uzyskał certyfikat zgodności z ISO 9001:2008, ISO 14001:2004 oraz z OHSAS 18001. Bogata oferta łożysk jest dostępna ze składów magazynowych lub na zamówienie, przy zapewnieniu krótkich terminów realizacji dostaw. Produkcja obejmuje również rozwiązania dopasowane do specjalnych wymogów klienta. Poza pracami rozwojowymi nad poszczególnymi produktami i zastosowaniami, firma NKE oferuje również pełen zakres usług technicznych, doradczych, dokumentacyjnych i szkoleniowych. Łożyska toczne NKE są rozprowadzane poprzez 15 międzynarodowych biur przedstawicielskich i ponad 240 dystrybutorów w 60 krajach.

Inner ring guided, solid-steel window type cage with DLC coating
Inner ring guided, solid-steel window type cage with DLC coating
Deep groove ball bearing with outer ring guided solid-steel cage with DLC coating
Deep groove ball bearing with outer ring guided solid-steel cage with DLC coating