Roulements isolés : mieux vaut prévenir que guérir ?

La pertinence de ces roulements plutôt onéreux fait régulièrement débat lors d’une avarie de roulement sur un moteur électrique. Ils sont facilement reconnaissables à leur revêtement grisâtre et lisse. Mais que peut-on attendre réellement des promesses annoncées au triple du prix ?

Une des causes récurrentes d’avaries dans les moteurs électriques – et surtout ceux avec variateurs de fréquence – est en effet le passage de courant à travers le roulement.

Le phénomène

On pourrait penser qu’en rotation le film d’huile est suffisant pour assurer la séparation entre les billes et les pistes et éviter un éventuel passage de courant. En réalité, le pouvoir isolant de ce film d’huile est plus que limité : dès l’apparition d’une différence de potentiel entre la bague intérieure et extérieure du roulement, de petits arcs électriques se forment entre les éléments roulants et les pistes. Dès que l’intensité de ce courant dépasse 1 A/mm², de petits cratères apparaissent progressivement sur la piste et ruinent le roulement en quelques mois.

Comme souvent, la meilleure façon d’éviter le phénomène est de s’attaquer directement à la cause primaire.

Les principaux responsables

On retrouve, en ordre de priorité :

– Utilisation de variateurs de fréquences

– Mise à la masse mal placée lors de  travaux de soudage

– Electricité statique (entre-autre lors de transmission par courroies)

– Asymétrie dans le flux magnétique du moteur

– Asymétrie dans le câblage triphasé, câbles non blindés

Lorsque vous ne pouvez remédier directement à l’une de ces situations (et ça n’est pas rare), le roulement isolé justifie pleinement son investissement.

Les caractéristiques

Le roulement isolé électriquement n’est rien d’autre qu’un roulement standard recouvert d’une couche isolante.  Les techniques les plus modernes et les plus efficaces utilisent un oxyde céramique projeté sous forme de spray-plasma. Celui-ci est appliqué le plus souvent sur la bague extérieure,  parfois sur la bague intérieure. On obtient dans un cas comme dans l’autre une coupure nette du chemin que pourrait emprunter le courant électrique.

Cela étant, on constate que les performances ne sont pas vraiment identiques d’un fabricant à l’autre.

Gare à la qualité du film isolant

L’épaisseur totale de la couche isolante varie d’un fabricant à l’autre; elle sera en général de 100 à 200 µm. Ceci donne chez les fabricants premium une résistance de minimum 50 MΩ.  La tension de claquage annoncée varie quant à elle de manière assez significative suivant les marques: de 500 à 3000 Vdc. Il nous semble important de noter ici que ces valeurs sont valables pour un environnement sec uniquement!  Elles seront plus faibles dans un environnement humide.

Dans ce dernier cas, nous vous conseillons de vous tourner vers un fabricant premium tel FAG, NSK ou SKF qui recouvre sa couche isolante d’une couche (résine) étanche afin de mieux préserver son pouvoir isolant en cas d’humidité.

Disponibilité et prix

En principe, on pourrait appliquer une couche isolante sur tout type de roulement. Les fabricants de roulements ont cependant limité la production aux tailles et types de roulements adoptés par les fabricants de moteurs : vous trouverez donc aisément un équivalent isolé dans une large gamme de roulements rigides à billes.

On constate généralement un niveau de prix de 3 à 5 fois supérieur à la version de base. Cela peut sembler exagéré, mais l’investissement est clairement rentabilisé par le gain de durée de vie, qui passe typiquement de quelques mois à quelques années.

Certains considèrent le montage d’un seul roulement isolé comme suffisant pour rompre le « circuit » :  le roulementier, votre fournisseur de moteurs ou le bobineur pourra vous aider dans ce choix.

Suffixe en fin de désignation

Le roulement est toujours identifié par un suffixe spécifique.  Ci-dessous quelques exemples :

– FAG: J20AA; J20C

– NSK: HD2

– NTN: 7MC

– SKF: VL0241; VL2071

Au montage

Rien ne change ! Les dimensions restent dans les tolérances ISO. Vous ne devez donc rien changer à vos logements ou aux tolérances de l’arbre.  Comme pour les autres roulements, ne martelez jamais directement les bagues du roulement lors du montage : en plus d’user l’intérieur du roulement vous risquez de faire partir la couche isolante. Aussi, les capacités de charge et vitesses de référence restent identiques.

Conclusion

Les cas d’avarie par passage de courant ont considérablement augmenté avec l’évolution et la diversification du marché des moteurs électriques.  Les roulements isolés (de fabricants premium) ont depuis clairement montré leur capacité à prévenir les arrêts intempestifs. Certes, on ira pas jusqu’à vous conseiller de remplacer l’ensemble de votre parc, au risque d’exploser vos budgets.. Le premier diagnostic « positif » devrait toutefois vous inciter à considérer une mise à niveau.

Interchangeables avec les roulements de base, cette solution présente l’avantage d’être facile à mettre en oeuvre.  La disponibilité auprès des fabricants premium reste par ailleurs tout à fait satisfaisante. Pour l’instant.

Références:

Current-Insulating Bearings, TPI 206 GB-D, Schaeffler Group Industrial, 04/2011

Why SKF Insocoat Bearings, PUB BU/P814284 EN, February 2014

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