Levensduur rollagers beter te voorspellen

Lagerfabrikant NSK heefteen nieuwe methode geïntroduceerd om de levensduur van rollagers nauwkeurig te voorspellen op basis van hun maat en de hoeveelheid niet-metallische insluitsels in het staal waarvan de lagers gemaakt zijn.

Draaggetallen worden bepaald door de ISO 281:2007 norm, die stelt dat als een partij identieke lagers wordt getest, negen van de tien lagers de miljoen toeren probleemloos moet kunnen doorstaan. ISO 281 staat onder bepaalde omstandigheden een verlenging van de levensduur toe, maar in het verleden moesten bij elke wijziging aan het lager een nieuwe serie tests worden uitgevoerd. NSK heeft nu echter een niet-destructieve testmethode ontwikkeld voor juist dit soort situaties, waardoor verdere tests achterwege kunnen blijven en de eindgebruiker kan profiteren van een fundamentele verlenging van de levensduur van zijn lagers.

Catalogus

Over het algemeen wordt uitgegaan van de bestaande catalogus van een fabrikant om de levensduur van lagers te berekenen. Als alternatief kunnen de externe belastingen en de lagerinformatie worden ingevoerd in een berekeningsprogramma. De basisberekening wordt echter nog steeds uitgevoerd volgens ISO 281. Dit type berekening is wereldwijd de standaard geworden. Echter, sinds de ontwikkeling en introductie van de methoden om de levensduur van lagers te bepalen (in 1962), is er zowel wat betreft de zuiverheid van het toegepaste materiaal als de productiemogelijkheden veel verbeterd. Het gevolg is dat de werkelijke levensduur van een lager vaak veel langer is dan de levensduur die wordt gesuggereerd door de tests volgens ISO 281.

Digital twin

De oplossing van NSK lag in het vereenvoudigen van zaken, door het gebruik maken van computergestuurde modellen naast empirische tests. Het basisidee is dat deze modellen worden gebruikt als een digital twin, met als uiteindelijk doel levensduurtesten met echte, fysieke lagers overbodig te maken en veranderingen in dynamische draaggetalwaarden te bepalen door louter digitale evaluaties.

Breukmechanica

Onderzoek heeft aangetoond dat de samenstelling en kwaliteit van het lagerstaal, met name het deel dat bestaat uit niet-metallische onzuiverheden, een enorme invloed heeft op de levensduur van een lager en zelfs een nauwkeuriger indicator is van de levensduur dan de bovenstaande berekeningsmethoden. Een evaluatiemethode op basis van breukmechanica (een tak van de mechanica die zich bezighoudt met het onderzoek naar de voortplanting van scheuren in materialen) zou een zinvoller inzicht kunnen verschaffen.

Evaluatiemethode

NSK werkte samen met Kyushu Universiteit in Japan aan de ontwikkeling van een kwantitatieve evaluatiemethode waarmee kan worden bepaald welke factoren het proces van scheurgroei in een materiaal beïnvloeden en in welke mate. Met name door de nieuwe methode te combineren met een ultrasone inspectietechniek die de niet-metallische insluitingen in een groot volume staal scant, ontdekten ze dat het hiermee de levensduur van lagers veel nauwkeuriger kon worden voorspeld.

Levensduur twee keer zo lang

NSK heeft de basis dynamische draaggetallen van vele lagers herzien zonder aanpassing van het ontwerp of de materialen, terwijl nog steeds de juiste veiligheidsmarge wordt toegepast op de verhoogde waarden. Met deze herziening is de geschatte levensduur van bijvoorbeeld radiale rollagers twee keer zo lang als voorheen.

Naarmate de dynamische basis draaggetallen van lagers verbeteren, worden ze geschikt voor gebruik onder hogere belastingcondities, wat betekent dat bedrijven nu kunnen kiezen voor kleinere lagers die nog steeds op dezelfde wijze functioneren als hun grotere tegenhangers. Duidelijke voordelen zijn verkleining van de machine en vermindering van het gewicht.