Υβριδικά ρουλεμάν – Ανερχόμενη λύση
SKF

Υβριδικά ρουλεμάν – Ανερχόμενη λύση

Τα υβριδικά ρουλεμάν παρέχουν λύσεις για τις υπάρχουσες και τις επερχόμενες τεχνικές προκλήσεις. Ο συνδυασμός χαλύβδινων δακτυλίων και κεραμικών στοιχείων κύλισης, έχει ως αποτέλεσμα τη μείωση του βάρους και της τριβής, την εξάλειψη του φαινομένου της ηλεκτρικής διάβρωσης, αυξάνοντας παράλληλα την αξιοπιστία και επιτυγχάνοντας υψηλότερες ταχύτητες λειτουργίας.

Διανύουμε μία περίοδο ραγδαίων αλλαγών. Οι παγκόσμιες τάσεις μεταβάλλουν τον τρόπο με τον οποίο ταξιδεύουμε, το πώς πραγματοποιούμε επιχειρηματικές δραστηριότητες και το πώς ζούμε. Η αστικοποίηση φέρνει μεγαλύτερο αριθμό ανθρώπων στις πόλεις, η ψηφιοποίηση και η αυτοματοποίηση επιταχύνουν την ιδιωτική και επαγγελματική μας ζωή και η κοινωνία πρέπει να αντιμετωπίσει διάφορες περιβαλλοντικές προκλήσεις. Ταυτόχρονα, βλέπουμε ραγδαίες εξελίξεις στον εξηλεκτρισμό, ιδίως στον τομέα της αυτοκινητοβιομηχανίας, μαζί με μία συνεχή στροφή προς την παγκοσμιοποίηση. Αυτές οι παγκόσμιες τάσεις επιφέρουν, με τη σειρά τους, αλλαγές στον τομέα των ρουλεμάν. Πολλές από τις αναπτυσσόμενες τεχνολογίες απαιτούν συγκεκριμένα χαρακτηριστικά στα ρουλεμάν που χρησιμοποιούν, όπως καταλληλότητα για χρήση σε διατάξεις μεταβλητής ταχύτητας, μείωση των απαιτήσεων συντήρησης, δυνατότητα αυξημένης ενεργειακής πυκνότητας και μείωση των τριβών.

Τι είναι το υβριδικό ρουλεμάν;

Τα υβριδικά ρουλεμάν παρέχουν πολλά υποσχόμενες λύσεις σε όλες τις υπάρχουσες και επερχόμενες τεχνικές προκλήσεις. Ο συνδυασμός εξωτερικών και εσωτερικών δακτυλίων από χάλυβα με κεραμικά στοιχεία κύλισης, προσδίδουν μοναδικές ιδιότητες στα υβριδικά ρουλεμάν, καθιστώ-ντας τα κατάλληλα για χρήση σε ένα ευρύ φάσμα σύγχρονων εφαρμογών. Τα υβριδικά ρουλεμάν της SKF διαθέτουν στοιχεία κύλισης νιτριδίου του πυριτίου και προσφέρονται ως ένσφαιρα ή κυλινδρικά ρουλεμάν, καθώς και σε προσαρμοσμένες κατασκευές.

Τα υβριδικά ρουλεμάν συνδυάζουν χαλύβδινους δακτυλίους και κεραμικά στοιχεία κύλισης
  • Η χρήση των κεραμικών υλικών σε στοιχεία κύλισης ρουλεμάν δεν είναι καινούργια.

Η παγκόσμια αεροναυτική βιομηχανία πρωτοστάτησε στη χρήση του υλικού αυτού, από τη δεκαετία του 1960 έως τη δεκαετία του 1980, οδηγούμενη από το χαμηλό βάρος και τις θερμοανθεκτικές του ιδιότητες. Ωστόσο, το νιτρίδιο του πυριτίου άρχισε να διατίθεται εμπορικά, μόλις τη δεκαετία του  ́80. Από τη δεκαετία του  ́90, τα σύγχρονα υβριδικά ρουλεμάν έχουν χρησιμοποιηθεί σε πολυάριθμες εφαρμογές, όπως εργαλειομηχανές, γεννήτριες ανεμογεννητριών, κινητήρες έλξης σιδηροδρόμων και ηλεκτρικών οχημάτων, αεροδιαστημικά μηχανήματα και διάφορα μηχανήματα, όπως συμπιεστές, αντλίες και αντλίες κενού.

  • Οι ιδιότητες των στοιχείων κύλισης νιτριδίου του πυριτίου που χρησιμοποιούνται στα υβριδικά ρουλεμάν της SKF, διαφέρουν από τα αντίστοιχα τυπικά χαλύβδινα.

Το νιτρίδιο του πυριτίου έχει πολύ υψηλότερη αντοχή σε θλίψη, σε σχέση με εκείνη του χάλυβα και το όριο της περιοχής ελαστικής παραμόρφωσης είναι κατά, περίπου, ένα τρίτο υψηλότερο, συμβάλλοντας στη μείωση των τριβών της επιφάνειας κύλισης. Αξίζει να σημειωθεί ότι το νιτρίδιο του πυριτίου είναι δύο και πλέον φορές πιο σκληρό υλικό, σε σύγκριση με τον χάλυβα. Είναι άριστο ηλεκτρομονωτικά, σε αντίθεση με τον χάλυβα, ενώ η πυκνότητά του είναι σημαντικά χαμηλότερη (επομένως και πιο ελαφρύ). Τέλος, ο συντελεστής θερμικής διαστολής του είναι κατά πολύ μικρότερος του χάλυβα, γεγονός που επιτρέπει την ακριβέστερη ρύθμιση των διάκενων. Ωστόσο, αυτό πρέπει να λαμβάνεται υπόψη σε ορισμένες συνθήκες λειτουργίας, συμπεριλαμβανομένων των εφαρμογών σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες.

  • Η χρήση του νιτριδίου του πυριτίου σε ρουλεμάν αναβαθμίζει τις επιδόσεις τους, όσον αφορά την εξαιρετική ηλεκτρική μόνωση, το μειωμένο βάρος, τις ανώτερες επιδόσεις σε σχέση με τις τριβές και την υψηλή αντοχή στη φθορά. Επιπλέον, είναι εφικτή η κατά πολύ υψηλότερη ταχύτητα περιστροφής.

Πώς, λοιπόν, αυτές οι ιδιότητες επιτρέπουν την επίλυση συγκεκριμένων τεχνολογικών προκλήσεων; Και γιατί τα υβριδικά ρουλεμάν είναι πιθανό να αποτελέσουν μία βασική τεχνολογία σε πολλούς βιομηχανικούς τομείς τα επόμενα χρόνια;

Αποφυγή του φαινομένου της ηλεκτρικής διάβρωσης σε μονάδες μεταβλητών στροφών

Ένα βασικό πεδίο εφαρμογής, στο οποίο τα υβριδικά ρουλεμάν αξιοποιούν όλα τα πλεονεκτήματά τους, είναι οι μονάδες μεταβλητής ταχύτητας, οι οποίες χρησιμοποιούνται για τον βελτιστοποιημένο έλεγχο του περιστρεφόμενου εξοπλισμού, όπως οι κινητήρες ηλεκτρικών οχημάτων. Οι συγκεκριμένοι κινητήρες λειτουργούν με διαμόρφωση εύρους παλμών (Pulse Width Modulation ή PWM) για τον έλεγχο της ταχύτητας περιστροφής τους, από την οποία δημιουργούνται επιβλαβή ρεύματα υψηλών συχνοτήτων στα ρουλεμάν. Όταν αυτά τα ρεύματα διαπερνούν ένα ρουλεμάν, μπορεί να προκληθεί φθορά στους δακτυλίους του, τα στοιχεία κύλισης, καθώς και στο λιπαντικό. Η λιγότερο επιβλαβής συνέπεια των παραπάνω, είναι τα αυξημένα επίπεδα κραδασμών, μειώνοντας σημαντικά τη διάρκεια ζωής του ρουλεμάν και του λιπαντικού.

Η χρήση υβριδικών ρουλεμάν σε αυτή την περίπτωση εξαλείφει το πρόβλημα. Το νιτρίδιο του πυριτίου είναι εξαιρετικός μονωτής και εμποδίζει τη διέλευση ρεύματος μεταξύ των δακτυλίων των ρουλεμάν, ακόμη και για ρεύματα πολύ υψηλών συχνοτήτων. Έτσι, μπορούν να αποφευχθούν, πλήρως, οι επακόλουθες αστοχίες των ρουλεμάν.

Διευρυμένα διαστήματα συντήρησης λόγω της αυξημένης διάρκειας ζωής του γράσου

Το δεύτερο βασικό πλεονέκτημα των υβριδικών ρουλεμάν είναι τα μεγαλύτερα διαστήματα συντήρησης και η αυξημένη διάρκεια ζωής. Η χρήση κεραμικών στοιχεί-ων κύλισης αυξάνει σημαντικά τη διάρκεια ζωής του λιπαντικού, πράγμα που σημαίνει ότι το ρουλεμάν μπορεί να συνεχίσει να λειτουργεί για μεγαλύτερο χρονικό διάστημα, πριν απαιτηθεί συντήρηση. Τα κεραμικά στοιχεία κύλισης επιτρέπουν τη βελτιωμένη παροχή λιπαντικού στην επιφάνεια κύλισης και, επειδή υπάρχει λιγότερη τριβή και εξαλείφεται η ηλεκτρική διάβρωση και η επακόλουθη θερμική υποβάθμιση του λιπαντικού, η ικανότητα λίπανσης διατηρείται για μεγαλύτερο χρονικό διάστημα.

Σε δοκιμές της SKF, η διάρκεια ζωής του λιπαντικού σε ένα υβριδικό ρουλεμάν βαθιάς αύλακας ήταν, τουλάχιστον, διπλάσια και έως και σχεδόν επτά φορές μεγαλύτερη σε σχέση με το ίδιο χαλύβδινο ρουλεμάν! Σε παρόμοιες δοκιμές σε ρουλεμάν με κυλινδρικά στοιχεία, η διάρκεια ζωής του λιπαντικού στο υβριδικό ρουλεμάν ήταν, τουλάχιστον, διπλάσια και έως και τέσσερις φορές μεγαλύτερη.

Αυξημένη πυκνότητα ισχύος λόγω υψηλότερων ταχυτήτων λειτουργίας

Το τρίτο πλεονέκτημα των υβριδικών ρουλεμάν είναι ότι επιτρέπουν τη λειτουργία σε υψηλότερες στροφές και, συνεπώς, επιτρέπουν μεγαλύτερη πυκνότητα ισχύος. Υπάρχει μία γενική τάση για τους κατασκευαστές ηλεκτρικών κινητήρων να αυξάνουν την πυκνότητα ισχύος, κυρίως στα ηλεκτρικά αυτοκίνητα. Πώς επιτυγχάνεται αυτό; Αρκεί να έχουμε κατά νου ότι η ισχύς είναι συνάρτηση της ροπής και της ταχύτητας περιστροφής. Εάν αυξηθεί η ταχύτητα με την οποία περιστρέφεται ένα ρουλεμάν, τότε αυξάνεται και η ισχύς του κινητήρα.

Για ποιους λόγους αυξάνεται η πυκνότητα ισχύος;

  1. Μεγαλύτερη ισχύς από το ίδιο μέγεθος ηλεκτροκινητήρα
  2. Ίδια ισχύς από μικρότερο ηλεκτροκινητήρα P (Ισχύς) = M (Ροπή) x n (στροφές)
  3. Η μέγιστη ταχύτητα περιστροφής περιορίζεται από τα ρουλεμάν

Λόγω της μικρότερης μάζας των υβριδικών ρουλεμάν σε σχέση με τα χαλύβδινα, η μέγιστη ταχύτητα περιστροφής τους μπορεί να αυξηθεί έως και 25% περισσότερο. Παράλληλα, τα υβριδικά ρουλεμάν έχουν μειωμένη τριβή, που συνεπάγεται χαμηλότερες θερμοκρασίες λειτουργίας και μεγαλύτερη διάρκεια ζωής σε υψηλές ταχύτητες. Επιπλέον, χάρη στην αυξημένη ακαμψία των ρουλεμάν, εξασφαλίζεται καλύτερη ακρίβεια του ηλεκτροκινητήρα και μικρότερος κίνδυνος εμφάνισης προβλημάτων ζυγοστάθμισης, κατά την περιστροφή του ρότορα.

Μείωση των τριβών

Ένα σημαντικό πλεονέκτημα των υβριδικών ρουλεμάν είναι η μείωση των τριβών. Η μείωση της τριβής στα ρουλεμάν συμβάλλει στη μείωση της κατανάλωσης ενέργειας, η οποία αποτελεί καθοριστικό παράγοντα κατά τη σχεδίαση των σύγχρονων ηλεκτροκίνητων οχημάτων. Τα κεραμικά στοιχεία κύλισης συμβάλλουν καθοριστικά στη μείωση των τριβών που παράγονται λόγω ροπών κύλισης και ολίσθησης. Οι ενεργειακές απώλειες λόγω ροπής κύλισης είναι χαμηλότερες στα υβριδικά ρουλεμάν, εξαιτίας της μικρότερης επιφάνειας επαφής, η οποία προκύπτει από υψηλότερο μέτρο ελαστικότητας Young των στοιχείων κύλισης. Επιπλέον, η ροπή τριβής ολίσθησης μειώνεται, λόγω της καλύτερης ποιότητας επιφάνειας των κεραμικών στοιχείων κύλισης.

Τα υβριδικά ρουλεμάν έχουν μειωμένη τριβή κύλισης και ολίσθησης

Σε δοκιμές της SKF έχει βρεθεί ότι η ροπή τριβής με υβριδικά ρουλεμάν είναι μεταξύ 5% και 8% χαμηλότερη σε υψηλές ταχύτητες, σε σύγκριση με τα χαλύβδινα.

Παράλληλα, από τις δοκιμές προκύπτει ότι τα υβριδικά ρουλεμάν ανταποκρίνονται εξαιρετικά και με μειωμένη ποσότητα και χαμηλότερο ιξώδες του λιπαντικού, στοιχεία που, επίσης, συμβάλλουν στη μείωση των τριβών. Με τη βελτιστοποίηση αυτών των παραμέτρων λίπανσης, μπορεί να επιτευχθεί συνολικά μείωση της τριβής έως και 50%, χωρίς να επηρεάζεται η διάρκεια ζωής των ρουλεμάν.

Γίνεται τεράστια προσπάθεια, ώστε ο τομέας της αυτοκινητοβιομηχανίας να βελτιστοποιήσει το ενεργειακό του αποτύπωμα και να αντεπεξέλθει στην παγκόσμια πρόκληση βιώσιμης ανάπτυξης, συμβαδίζοντας με τις κοινωνικές και τεχνολογικές τάσεις. Με τη χρήση κεραμικών στοιχείων κύλισης και χαλύβδινων δακτυλίων, τα υβριδικά ρουλεμάν έχουν τη δυνατότητα να επιλύσουν ένα ευρύ φάσμα κατασκευαστικών προκλήσεων και ζητημάτων συντήρησης, προσφέροντας μεγαλύτερη αξιοπιστία. Πέραν της ικανότητάς τους να επιλύουν προβλήματα, τα υβριδικά ρουλεμάν εξασφαλίζουν οικονομικότερη λειτουργία και μεγαλύτερη απόδοση ισχύος. Είναι, λοιπόν, πολύ πιθανό να αποτελέσουν συνήθη επιλογή ρουλεμάν για ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών και βιομηχανικών κλάδων τα επόμενα χρόνια.

Χάρη στις νέες τεχνολογίες κλωβού, οι ταχύτητες περιστροφής είναι ακόμη υψηλότερες

Είναι πλέον σαφές ότι το σημαντικότερο πλεονέκτημα των υβριδικών ρουλεμάν έναντι των αντίστοιχων χαλύβδινων, είναι πως επιτυγχάνουν υψηλότερες ταχύτητες περιστροφής. Σε περίπτωση που απαιτείται ακόμη μεγαλύτερη αύξηση των στροφών, οι καινοτόμες τεχνολογίες κλωβού ρουλεμάν μπορούν να δώσουν λύση.

Η νΕα σχεδΙαση κλωβοΥ της SKF για υβριδικΑ ρουλεμΑν βαθιΑς αΥλακας, συνδυΑζει καινοτΟμα σχεδιαστικΑ χαρακτηριστικΑ με την εφαρμογΗ ενΟς πολυμεροΥς υλικοΥ υψηλΗς απΟδοσης

H SKF λάνσαρε έναν πρωτοποριακό τύπο κλωβού, κατάλληλο για υβριδικά ρουλεμάν, ο οποίος είναι κατασκευασμένος από πολυαιθεροαιθεροκετόνη (PEEK), ένα ελαφρύ πολυμερές υλικό. Ο νέος σχεδιασμός κλωβού δύο τεμαχίων συμβάλλει στη λειτουργία σε υψηλές ταχύτητες, ενώ, ταυτόχρονα, μειώνει την παραγωγή θερμότητας και ελαττώνει την καταπόνηση του λιπαντικού σε υψηλές ταχύτητες. Έτσι, μπορεί να επιτευχθεί αύξηση της ταχύτητας κατά 60% σε σχέση με τους ορειχάλκινους κλωβούς και κατά 100% σε σχέση με τους συμβατικούς πολυμερείς κλωβούς.

ΤΟΥ ΜΙΧΑΛΗ ΧΑΤΖΗΓΡΗΓΟΡΙΟΥ, ΥΠΕΥΘΥΝΟΣ ΤΕΧΝΙΚΗΣ ΕΚΠΑΙΔΕΥΣΗΣ ΤΗΣ SKF  

ΔΕΙΤΕ ΑΚΟΜΑ
Εγγραφείτε στο newsletter

Για να λαμβάνετε τα τελευταία νέα, ενημερώσεις και ειδικές προσφορές απευθείας στο email σας.