La mentalità che mette il cliente al primo posto, dietro il premiato rivestimento ES302 di Timken

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La mentalità che mette il cliente al primo posto, dietro il premiato rivestimento ES302 di Timken

Alla fine degli anni 2000, le centrali eoliche negli Stati Uniti hanno riscontrato un problema. Le turbine eoliche installate tra la fine degli anni ’90 e l’inizio del 2000, progettate per produrre elettricità per 20 anni, avevano un disperato bisogno di approfondite revisioni delle parti meccaniche.

I cuscinetti a rulli degli alberi principali delle turbine e dei riduttori evidenziavano danni prematuri rispetto alle finalità di progettazione. La risoluzione di questi problemi ha richiesto un’attenta ricostruzione, con un costo fino a $300.000 per ciascun guasto, ossia circa $1,2 milioni per l’intera durata di una turbina.

Più o meno nello stesso periodo, un team di ricerca e sviluppo (R&S) di Timken aveva raggiunto la fase di produzione di un processo di rivestimento al plasma per cuscinetti a rulli a cui stava lavorando dalla fine degli anni ’90. “Quando abbiamo iniziato a studiare come i rivestimenti potessero influire sulle prestazioni tribologiche dei cuscinetti a rulli, siamo stati dei pionieri”, afferma Ryan Evans, laureato in ingegneria chimica che si è unito al progetto e attualmente è direttore del dipartimento di ricerca e sviluppo per i cuscinetti.

“In un cuscinetto le superfici in acciaio non devono mai entrate in contatto”, sostiene. Sembra una richiesta difficile perché quando si osserva un cuscinetto a rulli, si si nota che i rulli si muovono in uno spazio ristretto. Questo è il motivo per cui vengono lubrificati, perciò c’è sempre uno strato sottile tra il rullo e la pista dell’anello interno.

Sfortunatamente, i sottili strati lubrificanti sono difficili da mantenere in modo costante. I primi progetti di turbine eoliche, ad esempio, spesso includevano cuscinetti orientabili a due corone di rulli (SRB) per l’albero principale, che dovevano supportare una reazione radiale e il carico assiale del vento solo sulla fila di rulli sottovento. Poiché il cuscinetto si usurava a causa di tale pressione irregolare, trasferiva ai cuscinetti del riduttore carichi di deflessione assiale crescenti. Le aziende di energia eolica hanno trovato difficile mantenere i cuscinetti ben lubrificati in queste complesse condizioni di carico per evitare danni.

Alla fine degli anni 2000, i cuscinetti a rulli degli alberi principali delle turbine e delle scatole di trasmissione venivano colpiti da danni prematuri che causavano importanti revisioni che potevano costare anche 300.000 dollari.

Soluzioni per il contatto dell’acciaio contro l’acciaio

Numerose industrie pesanti devono affrontare il problema del contatto dell’acciaio contro l’acciaio all’interno dei cuscinetti. Per risolverlo, il team di Timken ha adottato un approccio innovativo: rendere i rulli dei cuscinetti meno “simili all’acciaio” rispetto agli anelli. “Abbiamo applicato uno strato di materiale composito super-sottile, dello spessore di un capello”, dichiara Evans. “È una combinazione ottenuta dalla ceramica e un polimero o, in altre parole, un sottile strato di materiale plastico pieno di minuscole particelle di ceramica.”

In sostanza, il rivestimento sviluppato da Timken – chiamato ES302 – era sia duro che resistente all’usura come una punta da trapano, e al contempo scivoloso e antiaderente come la vostra padella preferita. L’azienda ha adottato una sana strategia post-vendita sostituendo i cuscinetti delle turbine eoliche con i cuscinetti SRB resistenti all’usura grazie al rivestimento ES302 sui rulli.

L’agricoltura rappresenta un altro dei primi mercati per i cuscinetti resistenti all’usura, utilizzati negli attrezzi agricoli di grandi dimensioni, come ad esempio nei trattori e mietitrebbia. Anche i clienti del settore aerospaziale si sono avvalsi di tali applicazioni, così come le cartiere, le società petrolifere e del gas, le società minerarie e altri.

Oggi i rivestimenti Timken sono un’opzione di prodotto di prima qualità. “Generalmente, è possibile aggiungerli a qualsiasi cuscinetto Timken si voglia “, sostiene Evans. “Se avete acquistato un cuscinetto che vi piace, ma volete che duri più a lungo quando le condizioni di lubrificazione sono scarse per qualsiasi motivo, possiamo aggiungere il rivestimento senza dover riprogettare il tutto.”

Una mentalità imprenditoriale in materia di R&S

Evans ricorda con piacere gli anni di sviluppo dell’ ES302. Il nucleo centrale del team era formato da Gary Doll, ora professore Timken di ingegneria delle superfici e direttore del laboratorio Timken per la progettazione di superfici presso l’Università di Akron, Jim Gnagy, specialista nello sviluppo di prodotti, e Tim Springer, responsabile del programma.  Negli anni che hanno preceduto il progetto relativo all’ES302, anche altri ingegneri e analisti del reparto R&S di Timken hanno apportato un prezioso contributo allo sviluppo delle tecnologie Timken per la resistenza all’usura.

“Abbiamo girato il mondo per parlare con i clienti di una tecnologia avanzata per i rivestimenti e di cuscinetti resistenti all’usura”, afferma Evans. Il contatto diretto con i clienti è stato fondamentale. Attribuisce gran parte del successo del prodotto alle opportunità che il team ha avuto di scoprire le sfide del mondo reale, costruendo relazioni con i clienti, testando e ricevendo feedback sulle soluzioni direttamente sul campo.

” Nel periodo iniziale, il reparto R&S comunicava direttamente con i clienti e lo sviluppo era piuttosto rapido”, asserisce. “Spedivamo loro dei prototipi di parti e poi attendavamo le loro opinioni.” È stato sempre gratificante ricevere un messaggio e-mail del tipo: “Ha appena superato la soglia delle 2.000 ore” per una parte che non aveva mai superato le 200 ore.

Riconoscimento internazionale

I cuscinetti non sono la prima cosa che viene in mente quando si pensa alla tecnologia che rende moderna la civiltà, eppure ogni macchina con parti rotanti richiede dei cuscinetti per funzionare. In definitiva, i rivestimenti di Timken hanno avuto successo semplicemente perché aiutano i cuscinetti a svolgere la propria funzione nascosta in modo affidabile, senza essere notati.

“Abbiamo applicato direttamente sul campo un cuscinetto resistente all’usura con rivestimenti e raramente veniamo contattati nuovamente dal cliente”, dice Evans, “se non per ottenere ulteriori ordini per l’anno successivo , e quello dopo ancora.”

“L’ES302 ci ha aperto le porte e ci ha aiutato a crescere nel settore dei cuscinetti industriali per applicazioni complesse” dichiara.

Nel 2017, ASM International, la società di informazione per eccellenza nel settore dei materiali, ha assegnato a Timken il prestigioso Premio alla realizzazione di materiali per l’ingegneria conferito per i “contributi significativi nel campo della scienza dei materiali e prova di impatto sull’iindustria” di ES302. I precedenti vincitori del premio annuale, istituito nel 1969, includono GE, Northrup Grumman, IBM, Boeing e GM, per citarne alcuni.

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Articolo usato con l’autorizzazione della rivista Advanced Materials & Processes di ASM International.

Per il team addetto allo sviluppo è stato un momento di orgoglio. “Otteniamo una conferma commerciale ogni volta che vendiamo prodotti Timken resistente all’usura”, afferma Evans. L’accettazione del premio ha dato un’idea più ampia di quanto i clienti e i colleghi tecnici abbiano apprezzato il lavoro svolto per lo sviluppo dell’ES302.

I clienti come punto centrale

Oggi, i ricercatori di Timken sono alla ricerca di modi per ridurre i costi dei rivestimenti e rendere i rivestimenti progettati più accessibili a una più ampia varietà di applicazioni per i clienti. “I rivestimenti oggi possono essere costosi rispetto al prezzo dei cuscinetti industriali o automobilistici di grandi volumi. Cosa succederebbe se fossimo in grado di ottenere le stesse prestazioni di resistenza all’usura con un rivestimento che costi meno?” domanda Evans.

“Timken collabora con centri di eccellenza in tutto il mondo per contribuire a risolverequeste sfide”, ribadisce. Ciò include le istituzioni locali, come ad esempio l’Università di Akron, dove Doll sta lavorando alla prossima generazione di tecnologie dei rivestimenti.

I materiali e i processi possono cambiare nel tempo, ma negli anni successivi allo sviluppo dell’ES302, Evans ha compreso quanto sia importante per Timkenla mentalità volta alla collaborazione con i clienti, in tutta la linea di prodotti. “Abbiamo migliaia di pezzi unici che si possono acquistare da noi”, afferma. “Questa è la prova che gli ingegneri di Timken hanno lavorato con i clienti per risolvere i problemi che li affliggono.”

“Investiamo in ricerca e sviluppo per identificare i problemi fondamentali nelle applicazioni dei nostri clienti, per lavorare con l’ingegneria e le conoscenze scientifiche all’avanguardia al fine di risolverli e quindi per applicare le soluzioni a più settori”, asserisce. “I rivestimenti resistenti all’usura sono un ottimo esempio di come abbiamo lavorato insieme per creare valore nel tempo, dal laboratorio fino alle attrezzature dei nostri clienti.”