Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Methodik zur praxisnahen Charakterisierung von elektrischen Schmierstoffeigenschafen zur Verbesserung der rechnerischen Vorhersage von Lagerströmen.

Der Einsatz von Wälzlagern in elektrischen Maschinen kann, insbesondere durch den Einsatz von schnell schaltenden Umrichtern und die dadurch hochfrequenten und steilen Spannungsflanken zu Wälzlagerschäden führen. Diese Schäden können sich in Form von Kraterbildung, Werkstoffanschmelzung, Riffelbildung oder durch einen zerstörten Schmierstoff äußern. Untersuchungen des Einflusses der Betriebsparameter im Vorgängervorhaben FVA 650 I zeigen, dass der Schmierungszustand einen wesentlichen Einfluss auf die Ausbildung der Lagerströme hat. Dieser hängt bei einem gegebenen Lager und gegebenen Betriebsbedingungen vom eingesetzten Schmierstoff und dessen elektrischen (z.B. Leitfähigkeit) und mechanischen Kenngrößen (z.B. Dichte, Viskosität) ab. Für die einheitliche Ermittlung der elektrischen Schmierstoffeigenschaften existieren bisher keine geeigneten Ansätze. Im Rahmen des Forschungsvorhabens soll daher eine Methodik entwickelt werden, mit der diese praxisgerecht ermittelt werden können und darauf basierend eine Bewertung eines Schmierstoffs hinsichtlich schädlichen Stromdurchgangs vorgenommen werden kann. Auf Grundlage dieser Kenngrößen soll auch das in FVA 650 I entwickelte Berechnungstool erweitert werden, um eine genauere Vorhersage von Lagerströmen zu ermöglichen. Damit wird dem Konstrukteur ein Tool zur Hand gegeben, mit dem er verschiedene Schmierstoffe in seiner Anwendung schon in der Auslegungsphase hinsichtlich schädlichen Stromdurchgangs analysieren und mögliche Gegenmaßnahmen treffen kann. Des Weiteren ist es möglich, aufgrund der Ergebnisse des geplanten Vorhabens eine neue Norm zu erstellen, die die elektrischen Eigenschaften der untersuchten Schmierfette beinhaltet.

Ergebniszusammenfassung:

Schädlicher Stromdurchgang in Wälzlagern sorgt unter Umständen für frühzeitige Lagerausfälle und unerwünschte Stillstandszeiten. Eine Abhilfemaßnahme zur Unterbindung der Lagerausfälle sind geeignete Schmierstoffe, die je nach Art des Stromdurchgangs entweder hochohmige oder niederohmige elektrische Schmierstoffeigenschaften besitzen sollen. Zur Ermittlung der elektrischen Schmierstoffparameter hat sich dieses Projekt intensiv mit der Entwicklung von Prüfvorrichtungen und Untersuchungen zu den elektrischen Eigenschaften von Schmierölen und -fetten beschäftigt. Durch die Entwicklung eines Geräts zur erweiterten Schmierstoffanalyse (GESA), das eine Modifikation eines handelsüblichen Vierkugel-Apparats darstellt, sind Messungen der Wälzlagerimpedanz am rotierenden Axial-Rillenkugellager möglich. Damit können die elektrischen Schmierstoffparameter "relative Permittivität" und "spezifischer elektrischer widerstand" unter realen Betriebsbedingungen bestimmt werden. Auch die elektrische Durchschlagfeldstärke kann am GESA mit Hilfe eines einfachen MOSFET-Wechselrichters bestimmt werden. Am dem Modellprüfstand GESA wurden Versuchsabläufe für Charakterisierungs- und Dauerversuche entwickelt.

Zusätzlich wurden Systemversuche im realen E-Antrieb an wechselrichtergespeisten elektrischen Maschinen zur systembedingten Strombeaufschlagung am Lager durchgeführt. In Kurzzeit- und 1000 h-Dauerversuchen wurde der Einfluss unterschiedlicher Schmierstoffe auf die Ausbildung von Lagerströmen und die Veränderung der Lagerlauffläche untersucht.

Mit dem Projekt konnte gezeigt werden, dass die elektrischen Schmierfetteigenschaften einen Einfluss auf die Ausbildung von Lagerströmen in elektrischen Maschinen besitzen. Mit den entwickelten Prüfverfahren können die elektrischen Schmierstoffeigenschaften bestimmt werden. Die Bestimmung der Schmierfettkennwerte bildet die Grundlage verschiedene Schmierfette hinsichtlich Lagerstromausbildung vergleichen zu können.