NSK rulman geliştirmeleri, endüstriyel motorların performansını ve enerji verimliliğini en üst düzeye çıkarmaya yardımcı olur

Güç tüketimini azaltmak için dünya çapında gösterilen çabalar, motor verimliliği iyileştirmeleri gerektiren düzenlemelere yol açmıştır. Bir motorun enerji kaybı üç faktörden oluşur: demir kaybı (demir çekirdekten ısı üretimi); bakır kaybı (sargıdan ısı üretimi); ve mekanik kayıp (örneğin, rulman dönüşü nedeniyle). Mekanik kayıp, motor güç tüketiminin %1'i kadar olabilse de, küresel elektrik kullanımının %0.4-0.5'ini oluşturur, bu da herhangi bir azalmanın dünya çapındaki etkisinin önemli miktarda olacağı anlamına gelir. 

Yüksek verimli motorlar için düşük torklu rulmanlar

NSK, gerçek yüksek verimli motorları ve gerçek yaşam çalışma koşullarını kullanarak rulmanlardan kaynaklanan mekanik kayıpları değerlendirdi. Şirket, rulmanlardaki mekanik kayıpların doğrudan değerlendirilmesine olanak tanıyan bir test yöntemi geliştirerek güç tüketimindeki olası düşüşleri belirlemeye çalıştı. Bu testlerin sonuçları, NSK'nın yüksek verimli motorlar için başlattığı rulman geliştirme programına destek verdi. Örneğin, 3000 d/d’da çalışan iki kutuplu yüksek verimli bir motorun değerlendirilmesi, mekanik kaybın yaklaşık %80'inin nedeninin yağlama direnci, yani gresin rulman parçaları arasındaki kesme ve karıştırma direnci olduğunu ortaya çıkardı. Bu nedenle NSK, gresin türü ve miktarının yanı sıra rulmanın kafes şeklini optimize etmek için bir proje başlattı.

Daha sonraki testler, gres miktarının optimize edilmesinin, geleneksel rulmanlara kıyasla mekanik kaybı %60 oranında azalttığını gösterdi. Bir başka not olarak, geleneksel rulmanlardaki gres içeriğinin azaltılması, yağ filmini kırma ve gres tutma ömrünü kısaltma eğilimindedir. Buna karşılık, NSK tarafından geliştirilen düşük torklu rulman, testlerde gres tutma ömründe 2,7 kattan fazla artış gösteren özel gres kullanır. Diğer testler, NSK'nın özel olarak geliştirdiği plastik kafesin, büyük ölçüde plastik kafesin kafes ve bilyalar arasındaki gres karıştırma direncini bastırması nedeniyle mekanik kaybı çelik kafeslerinkinin yarısı kadar azalttığını gösterdi.

Yüksek verimli motorlarda mekanik kaybı azaltan ve daha uzun gres tutma ömrü sağlayan NSK'nın düşük torklu rulmanları, 16 ila 170 mm dış çap boyutlarında mevcuttur.

İnvertör motorlar için seramik kaplı rulmanlar

Optimum dönüş frekansıyla kontrol edilebilen invertör motorlar, pompal ve blowerlarda enerji tasarrufu sağlamak için kullanışlıdır. Genel eğilimi, frekans kontrolünün (taşıyıcı frekansı olarak bilinir), motorun daha yüksek bir hassasiyet derecesinde çalışabilmesine olanak sağladığından dolayı artmasıdır. Ancak taşıyıcı frekansı arttıkça rulmandaki yüksek frekanslı akım nedeniyle elektrolitik korozyon meydana gelebilir.

Elektrolitik korozyon, yuvarlanma yolu yüzeyi ile döner elemanlar arasındaki yağlama yağı filmi aracılığıyla kıvılcımların oluştuğu ve yerel erimeye ve dengesizliğe neden olduğu bir olgudur. Bu etki aynı zamanda erken anormal çalışma gürültüsüne ve tutukluğa yol açar.

Küçük motorlar için yapılan bazı rulmanlar, elektrolitik korozyona karşı koruma sağlamak için akımı geçmeyen seramik bilyelere sahiptir, ancak orta ve büyük invertör motorları için daha büyük çaplı seramik bilyaler gerektiğinde üretkenlik sorunları ortaya çıkar. Bu sorunu gidermek için NSK, özellikle invertör motorlarda kullanıma yönelik, anti-elektrolitik korozyon özellikli, dış bileziğe seramik sprey kaplama uygulanan seramik kaplı bir rulman geliştirdi.

Yeni geliştirilen rulman, testler sonucunda genel seramik kaplı rulmanlardan yaklaşık on kat daha fazla (bir DC güç kaynağı kullanarak) elektrik yalıtım sonuçları sergiler. Önemli bir nokta, NSK rulmanı ayrıca 1 MHz frekansında 100 Ω veya daha fazla empedansı karşılayan bir AC güç kaynağı ile eşdeğer veya biraz daha iyi yalıtım gösterir.

Mekanik performans açısından, kaplamanın darbe direnci, genel bir seramik kaplı rulmanın yaklaşık üç katıdır. Seramik kaplamaların bir dezavantajı olan ısı dağılımı, geleneksel rulmanlarda kullanılana kıyasla nispeten yoğun bir kaplama kullanılarak bastırılabilir ve hem yağlayıcı ömrünü hem de motor ömrünü uzatır. Testlerde, rulman dönüşü sırasındaki sıcaklık artışı, genel seramik kaplı bir rulmanın gösterdiğinden yaklaşık 10°C daha düşüktü. Yoğun kaplama ayrıca daha az boşluk ve daha iyi dayanıklılık anlamına gelir.

NSK'nın elektrolitik korozyon önleyici, seramik kaplı rulmanları, orta ve büyük invertör motorlar için 130 ila 230 mm dış çap arasında değişen boyutlarda mevcuttur.

Servo motorlar için düşük partikül emisyonlu rulmanlar

Bir servo motorun hassas konumlandırma kabiliyeti, LED'in ışık emisyon sinyalini, kodlayıcı plakasına kazınmış desende iletmek veya yansıtmaktan ve alınan sinyali motor kontrol ünitesine geri iletmekten kaynaklanır. Ancak, enkoder plakasının yüzeyinin yağ veya diğer maddelerle kirlenmesi, sinyal alımını ve konum bilgisinin motor kontrol cihazına geri bildirimini devre dışı bırakarak, düzgün çalışmayı engeller.

Bir robotun servo motorunda, kolu ve iş parçasını elektromanyetik bir frenle durdurmak gerekir. Fren plakasının yağ veya başka bir malzemeyle kirlenmesi, frenin kaçırmasına neden olur. Endüstriyel robotlarda ve koloboratif robotlarda (cobotlar) kullanılan servo motorlar son derece güvenilir olmalıdır, bu nedenle kodlayıcıları veya frenleri kontamine olmasını önlemek için rulmanlar düşük partikül emisyonu sergilemelidir.

NSK servo motorlar için optimize edilmiş bileşime sahip düşük partikül emisyonlu gres kullanan bir rulman geliştirdi. Rulman ayrıca, tork seviyeleri dikkate alındığında mükemmel kontaminasyon koruması sağlayan hafif temaslı DW keçesine de sahiptir.

Bir dizi simülasyon testi, gres kirliliğinin saçılmasıyla ilgili olarak rulmanlar ve kodlayıcı fren plakaları arasındaki ilişkiyi araştırdı. Testler, NSK'nın temassız keçeli ve düşük emisyonlu LGU gresli (temassız keçeli ve geleneksel gresli rulmanlara kıyasla) rulmanları kullanıldığında saçılma miktarının azaldığını doğruladı. Ayrıca, LGU gresli ve hafif temaslı DW keçeli rulmanlarda hemen hemen hiç gres saçılması görülmedi, bu aynı zamanda enkoder korozyonuna karşı etkin bir önlemi temsil eden bir sonuçtu.

NSK'nın LGU gres ve DW hafif temaslı keçelere sahip düşük partikül emisyonlu rulmanları, tüm yaygın servo motorlara uyacak şekilde 26 ila 120 mm dış çap boyutlarında mevcuttur.

Daha sürdürülebilir bir gezegen

Sonuç olarak, NSK'nın yüksek verimli, invertör ve servo motorlar için geliştirdiği rulman geliştirmeleri, daha iyi performansa ve enerji tasarrufuna katkıda bulunuyor ve bu da, dünyanın net sıfır hedeflerinin bir parçası olarak makinelerin yaşam döngüsü maliyetini düşürmeye ve karbon emisyonlarını azaltmaya yardımcı oluyor. NSK'nın 100 yılı aşkın geçmişi, yeni teknolojilerin takibi ve sürekli kalite iyileştirmeleri ile doludur. NSK, gelecekte de gelecekte de temel odakları olan triboloji, malzeme, sayısal simülasyon ve mekatronik alanlarını göz önünde bulundurarak şirket içi üretim mükemmelliği ile desteklenen yoğun araştırma ve geliştirme faaliyetlerine devam edecektir.

Fotoğraf 1):  NSK'nın yüksek verimli motorlar için düşük torklu bilyalı rulmanlarında kullanılan farklı kafes malzemelerinin mekanik kayıp oranları