NSK prezentuje technologię BNEQARTET

Zmniejszanie tarcia i zwiększanie trwałości serwisowej to dwa kluczowe cele rozwoju łożysk. NSK dąży do nich za pomocą swojej nowej technologii BNEQARTET. Opracowana pierwotnie dla pracujących pod dużym obciążeniem łożysk do pralek, może być także stosowana w szeregu różnych aplikacji przemysłowych.

Podczas opracowywania technologii łożyskowych dąży się do różnych celów, które mogą być ze sobą sprzeczne. Użytkownicy chcą łożysk kompaktowych o dużej wytrzymałości i bardzo dużej trwałości serwisowej. Łożyska powinny być niewrażliwe na wnikanie zanieczyszczeń (lub powinny zapobiegać ich wnikaniu), zaś zmniejszanie tarcia to nieustannie główna pozycja listy życzeń projektantów maszyn i urządzeń.

Wymagania branżowe
To, jaką wagę przykłada się w rzeczywistości do powyższych celów zależy w dużym stopniu od obszaru zastosowania łożyska. Trwałość serwisowa ma najwyższy priorytet w przypadku energetyki wiatrowej. Operatorzy żądają i oczekują 180.000 godzin pracy bez konieczności przeprowadzania prac serwisowych. Łożyska o niskim tarciu stają się coraz bardziej popularne w silnikach elektrycznych i przemyśle motoryzacyjnym. W przemyśle stalowym łożyska muszą wytrzymywać duże obciążenia mechaniczne, zaś w maszynach do przerobu żywności wymagana jest duża trwałość serwisowa, nawet przy częstych procesach czyszczenia, np. w środowiskach mokrych.

NSK opracowała dedykowane materiały, technologie, konstrukcje i typoszeregi łożysk dla wszystkich wymienionych wyżej branż. Poszczególne obszary zastosowań często rodzą synergie. Dlatego właśnie warto, aby klienci sprawdzali osiągnięcia w innych gałęziach przemysłu – na przykład w branży artykułów gospodarstwa domowego, lub w pralkach, dokładnie jak w tym przypadku.

Wyzwanie: duże, jednostronne obciążenie
W pralkach występuje obecnie tendencja do zwiększania pojemności, a przez to średnicy bębna. Wsad pralki może ważyć do 9 kg (waga na sucho), co powoduje, że na łożyska podtrzymujące wałek bębna działają większe siły.

Jest to prawdziwe wyzwanie dla producentów łożysk, szczególnie w przypadku pralek ładowanych od przodu, popularnych w Europie. W przypadku takiej budowy, ciężar bębna podtrzymywany jest tylko z jednej strony, co oznacza, że łożysko podlega dużym obciążeniom. Sytuację pogarsza niewyważenie masy wirującej, mocno obciążającej łożysko.
Konstruktorzy nie mogą po prostu rozwiązać problemu dużego obciążenia poprzez zastosowanie większych łożysk z powodu kosztów i ograniczeń przestrzennych. Ponadto, większe łożyska generują większe tarcie, a przez to zwiększają zużycie energii. To z kolei nie wchodzi w grę, ponieważ artykuły gospodarstwa domowego są klasyfikowane pod względem efektywności energetycznej i niskie zużycie energii jest jednym z najważniejszych kryteriów oceny urządzeń  o wysokiej jakości.

Praca u podstaw: opracowanie zoptymalizowanego materiału
Istnieje wiele sposobów podejścia do teoretycznej optymalizacji łożyska omawianego rodzaju. Konstruktorzy mogą opracować nowy materiał, zoptymalizować wewnętrzną geometrię łożyska lub zmienić charakterystykę jego pracy poprzez wybór środka smarnego.

Mając opracowaną budowę wewnętrzną i smar, inżynierowie NSK postanowili popracować nad ulepszeniem materiału. Podstawowym celem była poprawa istniejącej specjalnej stali NSK, tak aby skutecznie zapobiec powstawaniu, a przede wszystkim rozszerzaniu się pęknięć i wgnieceń w materiale. Szczególną uwagę zwrócono na zmęczenie toczne. Związane ono jest z umiejscowionymi głęboko w mikrostrukturze defektami mogącymi prowadzić do złuszczania powierzchniowego.

Rezultatem prac rozwojowych były łożyska BNEQARTET. Porównanie trwałości serwisowej łożysk standardowych oraz nowych łożysk o dużej trwałości pokazuje, jak efektywna była praca inżynierów NSK: trwałość serwisowa (L10) jest ponad dwa razy większa.

Duża trwałość serwisowa nawet w niekorzystnych warunkach pracy
Nawet w niekorzystnych warunkach pracy łożyska BNEQARTET charakteryzują się dużo większą trwałością serwisową. Znaczącą poprawę uzyskano w przeprowadzonych w środowiskach zanieczyszczonych testach mających na celu wywołanie złuszczania na powierzchni bieżni łożyska.

Nowe łożyska okazały się być bardziej odporne na zanieczyszczenia. Jest to istotne, ponieważ wnikania zanieczyszczeń nigdy nie da się całkowicie wyeliminować, nawet jeżeli użytkownicy położą duży nacisk na zachowanie czystości podczas produkcji.

Podobne efekty uzyskano podczas pracy w wysokich temperaturach. W testach przeprowadzonych w temperaturze 150°C wykazano około 1,5 razy większą trwałość serwisową łożysk BNEQARTET.

Cel rozwojowy: odporność na wodór
Innym istotnym celem przy opracowywaniu łożysk o dużej trwałości jest odporność lub niewrażliwość stali na wodór, ponieważ nawet w temperaturze pokojowej cząsteczki wodoru mogą wnikać głęboko w materiał i powodować jego kruchość. To z kolei prowadzi do uszkodzenia łożyska, takiego jak złuszczanie wodorowe, stanowiące obecnie popularny temat w branży energetyki wiatrowej, a następnie do przedwczesnego jego uszkodzenia. Problem ten często, choć nie wyłącznie, pojawia się w łożyskach pracujących w środowiskach wilgotnych.

Niewrażliwość łożysk na wodór można określić w teście, podczas którego próbkę materiału poddaje się działaniu wodoru, a następnie obciąża wzdłużnie wzdłuż osi. Test ten pokazuje, że trwałość serwisowa łożysk BNEQARTET jest prawie dwa razy większa od trwałości serwisowej łożysk standardowych w takich samych warunkach.
Zoptymalizowany stop, materiał o wysokiej czystości

Poprawę tu opisaną uzyskano głównie poprzez optymalizację stopu umożliwiającą, między innymi, zahamowanie rozprzestrzeniania się pęknięć. Oznacza to, że skład chemiczny stali dobrano tak, aby skutecznie zapobiegać pojawianiu się, a przede wszystkim rozprzestrzenianiu, pęknięć.

Dodatkowo, dla zminimalizowania występowania nieregularności w głębi mikrostruktury zastosowano stal o wyjątkowej czystości.

Kompaktowe łożyska, niskie tarcie
Ulepszenia budowy mające na celu zwiększenie trwałości serwisowej mają także pozytywny wpływ na tarcie, a przez to na efektywność energetyczną. Użytkownik nie musi instalować większych łożysk (i w ten sposób akceptować mniejszą efektywność energetyczną), aby dwukrotnie zwiększyć trwałość łożyska. Może użyć mniejszego i odpowiednio bardziej efektywnego łożyska, jeżeli aplikacja nie wymaga dwukrotnego zwiększenia żywotności łożyska.

Szerokie spektrum zastosowań
Przy takich właściwościach, łożyska BNEQARTET, dostępne jako łożyska kulkowe poprzeczne, nadają się idealnie do podtrzymywania bębnów pralek. Dodatkowo, ilekroć konstruktor maszyny lub urządzenia pragnie uniknąć zmęczenia tocznego lub uszkodzenia powierzchni powodowanego przez zanieczyszczenia, a przez to zwiększyć trwałość łożyska, technologia BNEQARTET przynosi znaczące korzyści.