Producent łożysk tocznych, firma NKE Austria GmbH z siedzibą w Steyr, pod koniec 2013 r. zaprezentowała zoptymalizowane koszyki do łożysk tocznych z powłoką DLC (Diamond-like-Carbon), przeznaczone do eksploatacji w trudnych warunkach. W porównaniu z koszykami wykonanymi z mosiądzu, stalowe koszyki z powłoką DLC wyróżniają się wysoką wytrzymałością i długą żywotnością. Na podstawie dwóch przykładów przedstawimy Państwu teraz zalety tego rodzaju koszyka oraz jego drogę od prototypu do stosowanego seryjnie produktu niszowego.
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 jednoczęściowy koszyk mosiężny prowadzony na pierścieniu wewnętrznym (o oznaczeniu dodatkowym MPB) i korzystano z niego z powodzeniem od wielu lat. W celu zwiększenia wydajności urządzenia klient zaplanował zwiększenie maksymalnej liczby 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 występujący podczas opisanego programu silny wzrost sił odśrodkowych i będące jego skutkiem obciążenie koszyka. 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 pozwoliło osiągnąć w trakcie trwającej już ponad dwa lata próby długoterminowej zadowalające okresy użytkowania wynoszące ponad 3000 godzin. Niedopuszczalne objawy zużycia, za wyjątkiem nieznacznego przeniesienia powłoki DLC między powierzchniami prowadzącymi, można było zaobserwować równie rzadko, jak oznaki mechanicznego uszkodzenia koszyków. 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 – użyto koszyków stalowych 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 doprowadziło 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). W trakcie przeprowadzonego w dalszej kolejności praktycznego testu na dwóch tego typu łożyskach, 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 urządzeniach.
