팀켄 어워드- ES302 코팅 수상 경력 이면에 있는 고객 우선 사고 방식

창조

팀켄 어워드- ES302 코팅 수상 경력 이면에 있는 고객 우선 사고 방식

2000년대 후반, 미국의 풍력 에너지 단지에서 문제를 발견했습니다. 이 단지에서 1990년대 후반 또는 2000년대 초반에 설치한 윈드 터빈은 20년간 전기를 생산하도록 설계되어 대규모 기계 분해 수리가 불가피했습니다.

터빈 메인 샤프트와 기어박스의 롤러 베어링이 설계 의도에 비해 조기 손상되었습니다. 이 문제를 해결하기 위해서는 롤러 베어링이 고장날 때마다 최대 300,000 달러 또는 터빈 수명 전반에 걸쳐 약 120만 달러로 추정되는 비용으로 대대적인 재구축이 필요했습니다.

이와 거의 동시에, 팀켄의 연구개발(R&D) 팀은 90년대 후반 이후 작업해왔던 롤러 베어링에 대한 플라즈마 코팅 프로세스의 생산 단계에 도달했습니다. “우리가 처음 코팅이 롤링 요소 베어링의 마찰학적 성능에 어떻게 영향을 줄 수 있는지에 대해 연구하기 시작했을 때, 우리는 개척자들이었습니다”라고 프로젝트에 참여하는 화학 공학 학부생으로 들어와 현재 베어링의 R&D 책임자인 Ryan Evans는 말합니다.

그는 “여러분들은 강철 표면이 베어링과 접촉하지 않기를 원합니다”라고 말합니다. 롤러 베어링의 롤러는 좁은 공간에서 움직이고 있으므로 이는 까다로운 요구같이 보입니다. 하지만 그 이유 때문에 윤활이 필요하므로, 롤러와 내부 레이스웨이 링 사이에 항상 윤활막이 있습니다.

안타깝게도, 윤활막은 일관되게 유지하기가 어렵습니다. 예를 들어, 초기 윈드 터빈 설계에는 반경 반동과 롤러의 순풍 방향 열에서만 바람의 추력 하중을 지지해야 하는 2열 메인 샤프트 구형 롤러 베어링(SRB)이 포함되었습니다. 균일하지 않은 압력 때문에 베어링이 마모되면서 증가하는 축 방향 편향 하중이 기어박스 베어링에 전달되었습니다. 풍력 에너지 회사는 손상을 방지하기 위해 이러한 복잡한 하중 조건에서 베어링의 윤활 상태를 잘 유지하기가 매우 어렵다는 사실을 알게 되었습니다.

2000년대 말 터빈 메인 샤프트와 기어박스의 롤러 베어링에는 조기 손상이 나타나 최대 $300,000에 이르는 대규모 복구 작업으로 이어졌습니다.

강철 간 접촉 문제 해결

많은 중공업 기업들이 베어링 내에서 강철 간 접촉 문제에 직면하고 있습니다. 이 문제를 해결하기 위해 팀켄은 베어링 롤러를 링보다 덜 “강철 같게” 만드는 새로운 접근방식을 채택했습니다. “우리는 이러한 강철 위에 사람 머리카락 정도의 매우 얇은 복합 재료 층을 만들었습니다.”라고 Evans가 말합니다. 이것은 세라믹과 중합체를 가공 결합한 것으로, 작은 세라믹 입자들로 채워진 재료의 플라스틱 같은 얇은 층입니다”

기본적으로, 팀켄이 개발한, ES302라고도 하는 코팅은 드릴 비트 같이 단단하고 내마모성이면서 프라이팬과 같이 미끄럽고 접착성이 없습니다. 팀켄은 윈드 터빈 베어링을 롤러에 ES302 코팅을 입힌 특징을 가지고 있는 내마모성 SRB로 교체함으로써 건전한 부품 시장 전략을 모색했습니다.

농업은 트랙터 및 컴바인과 같은 대형 농기계의 내마모성 베어링을 위한 또 다른 초기 시장이었습니다. 항공 우주 분야 고객 또한 제지 공장, 오일 및 가스 회사, 광산 회사 등과 함께 응용 분야를 발견했습니다.

현재, 팀켄 코팅은 고급 제품 옵션입니다. “일반적으로 말해서, 좋아하는 팀켄 베어링에 이 코팅을 추가할 수 있습니다.”라고 Evans가 말합니다. 베어링을 하나 구매했고 이 베어링이 마음에 들지만, 어떤 이유로든 윤활 상태가 좋지 않을 때 더 오래 사용하기를 원했다면, 전체를 완전히 다시 설계할 필요 없이 코팅을 추가할 수 있습니다”

기업의 R&D 사고 방식

Evans는 이러한 ES302 개발 시기를 되돌아봅니다. 핵심 팀은 현재 팀켄 표면 공학 교수이자 Akron 대학교의 팀켄 처리 표면 실험실(Timken Engineered Surfaces Laboratory) 책임자인 Gary Doll, 제품 개발 전문가인 Jim Gnagy와 프로그램 관리자인 Tim Springer가 포함된 긴밀한 유대 관계의 그룹이었습니다.  몇 년간 ES302 프로젝트까지 이끌어오면서, 다른 팀켄 R&D 엔지니어들과 분석가들은 팀켄의 내마모성 기술을 개발하는 데에도 크게 기여했습니다.

“우리는 전 세계를 돌아다니면서 고객들과 첨단 코팅 기술 및 내마모성 베어링에 대해 이야기했습니다”라고 Evans는 말합니다. 직접적으로 고객과 접촉하는 것이 열쇠였습니다. 그는 제품 성공의 많은 부분이 팀이 실제 문제를 파악해야 했던 기회를 통해 고객과의 관계를 구축하고 현장에서 솔루션을 테스트하고 피드백을 얻은 결과라고 생각합니다.

“처음 시작할 당시 고객 앞에서 너무 많은 R&D 권리를 누렸고 빠르게 개발할 수 있었습니다.” 라고 그는 말합니다 우리는 고객들에게 프로토타입 부품을 보낸 후 고객의 피드백을 기다렸습니다”. 200시간 이상 지속된 적이 없었던 부품이 “2,000시간 한계를 넘었어요!”라고 현장에서 이메일 메시지를 받았을 때 보람을 느꼈습니다.

Tom Springer, Jim Gnagy 및 Ryan Evans는 사용 수명을 늘리고, 효율성을 개선하며, 베어링과 기어의 마모를 방지하는 엔지니어링 코팅인 ES302 개발로 ASM International의 Engineering Materials Achievement Award를 수상했습니다.

국제 인식

현대 문명을 가능하게 하는 기술을 생각할 때 베어링이 첫 번째가 아닐 수 있지만, 회전 부품이 있는 모든 기계에는 베어링이 필요합니다. 결국, 팀켄 코팅은 베어링이 보이지 않는 부분에서 자신의 역할을 믿을 수 있게 해내는 데 도움을 주기 때문에 큰 문제 없이 성공할 수 있었습니다.

“우리는 베어링에 코팅을 입힌 내마모성 베어링을 현장에 내놓았지만 다시 고객으로부터 좀처럼 소식을 듣지 못했습니다. 다만, 다음 해, 그 다음 해 더 많은 주문을 받는 것을 제외하면 말이죠.

ES302는 기회를 제공했고 우리가 도전할 분야의 산업용 베어링에서 성장하는 데 도움을 주었습니다”라고 그는 말합니다.

2017년, 최고의 재료 정보 학회인 ASM International은 ES302의 “재료 과학 분야에 기여한 뚜렷한 성과와 산업에 미친 영향의 증거”로 유명한 Engineering Materials Achievement Award를 수여하면서 팀켄을 인정했습니다. 1969년에 설립된 이 연례 상의 이전 수상자로는 GE, Northrup Grumman, IBM, Boeing, GM을 들 수 있습니다.

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ASM International의 Advanced Materials & Processes 매거진으로부터 허가를 받아 사용된 기사입니다.

개발 팀에게는 자랑스러운 순간이었습니다. “우리는 팀켄의 내마모성 제품을 판매할 때마다 상업적인 검증을 받습니다”라고 Evans는 말합니다. 그 상을 수락함으로써 고객과 동료 기술자들이 ES302를 개발하는 데 기울였던 노력을 얼마나 높이 평가받았는지를 더욱 폭넓게 인식하게 되었습니다.

고객 중심

현재 팀켄 연구자들은 코팅 비용을 줄이고 설계된 코팅을 더욱 광범위한 고객 응용 분야에 적용시킬 수 있게 하는 방법을 찾고 있습니다. “현재 코팅은 일반적인 대량의 산업용 또는 자동차 베어링에 비해 비쌀 수 있습니다. 더 저렴한 코팅에서 동일한 내마모성 성능을 만들어 낼 수 있다면 어떨까요?”라고 Evans는 말합니다.

그는 “팀켄은 이 문제를 해결하는 데 도움을 주는 전 세계 우수 기관(Centers of Excellence)과 협력하고 있습니다”라고 말합니다. 여기에는 Doll이 차세대 코팅 기술을 연구하고 있는 Akron 대학교과 같은 현지 기관이 포함됩니다.

재료와 프로세스는 시간이 지남에 따라 변할 수 있지만, ES302를 개발한 이후 몇 년이 지나면서 Evans는 제품군 전반에 걸쳐 고객 협력 사고 방식이 팀켄에 얼마나 중요한지를 이해하게 되었습니다. 그는

“우리에게는 여러분이 구매할 수 있는 수천 가지 고유한 제품이 있습니다. 이는 팀켄 기술자들이 고객과 협력하여 고객이 직면하는 문제를 해결하기 위해 노력했다는 증거입니다.

우리는 R&D에 투자하여 고객의 응용 분야에서 근본적인 문제를 파악하고, 그러한 문제를 해결하는 최첨단 기술 및 과학적 지식을 탐구하며 여러 산업에 그 솔루션을 적용합니다”라고 말합니다. “내마모성 코팅은 우리가 실험실에서 고객의 장비까지 시간이 지나면서 가치를 창출하기 위해 얼마나 함께 노력했는지를 보여주는 멋진 예입니다.”