Wälzlager Elektrisch isoliert – Schutz gegen Lagerschäden durch Stromdurchgang

Autor / Redakteur: Klaus Grissenberger / Dipl.-Ing. (FH) Sandra Häuslein

Warum es zu einem Stromdurchgang durch Wälzlager kommen kann, welche Schadensbilder entstehen und welche Gegenmaßnahmen Anwender treffen können: NKE Austria hat einige Fakten zusammengefasst. Außerdem gibt der Hersteller von elektrisch isolierten Wälzlagern einen Überblick über Eigenschaften und Fertigungsverfahren seiner Produkte.

Firmen zum Thema

Das Bild zeigt ein Rillenkugellager SQ77E von NKE Austria mit Isolierung am Innenring.
Das Bild zeigt ein Rillenkugellager SQ77E von NKE Austria mit Isolierung am Innenring.
(Bild: NKE)

Elektrisch isolierte Wälzlager haben eine in das Lager integrierte elektrische Isolation und sollen so zuverlässigen Schutz vor Stromdurchgang und Elektrokorrosion bieten. Typische Anwendungen sind Elektromotoren, Generatoren und andere Elektromaschinen.

Stromfluss beschädigt Oberflächen und Schmiermittel

Denn liegt an einem Wälzlager eine elektrische Spannung zwischen Außen- und Innenring an, so kann dies zu einem schädlichen Stromdurchgang führen, in dessen Folge die Laufbahnen des Lagers nachhaltig geschädigt und dadurch die Laufeigenschaften verschlechtert werden. Im Falle eines Stromdurchganges kommt es zu elektrischen Entladungen in der Kontaktzone zwischen den Wälzkörpern und der Innen- oder Außenringlaufbahn. Dadurch werden die Oberflächen lokal angeschmolzen – Kraterbildung, Werkstoffübertrag und lokale Gefügeschädigungen durch thermische Beanspruchung des Werkstoffes sind die Folge. Zumindest eine sehr dünne Schicht der erodierten Fläche erfährt eine Neuhärtung und ist extrem hart und rissempfindlich. Dieser Vorgang wird als Elektrokorrosion bezeichnet und betrifft sehr häufig Lager in elektromechanischen Anwendungen wie Generatoren und Elektromotoren, aber auch mit E-Motoren angetriebene Arbeitsmaschinen, zum Beispiel Pumpen und Getriebe.

Bildergalerie
Bildergalerie mit 5 Bildern

Weiterhin wird durch den Stromfluss auch der Schmierstoff unbrauchbar gemacht. Das Grundöl und die im Schmierstoff enthaltenen Additive oxidieren, eine typische Schwarzfärbung ist die Folge. Durch das vorzeitige Altern wird die Fähigkeit des Schmierstoffs, die metallischen Oberflächen zu trennen, nachhaltig beeinträchtigt. Aus der Beschädigung der Funktionsflächen des Lagers und dem Verlust an Schmierwirkung resultiert ein rapider Verlust der Funktionsfähigkeit des Lagers.

Mögliche Ursachen unerwünschter elektrischer Ströme

Die Hauptursachen für einen Stromdurchgang sind bekannt. Asymmetrien im magnetischen Fluss einer elektrischen Maschine bewirken eine niederfrequente Spannung zwischen Welle und Gehäuse, welche einen Stromfluss durch die Wälzlager verursacht. Auch die Verwendung von ungeschirmten, asymmetrischen Kabeln kann bei unzureichender Erdung der elektrischen Maschine zu einem Stromfluss durch die Wälzlager führen.

Eine weitere Ursache stellt der Einsatz von Frequenzumrichtern dar: Das Arbeitsprinzip vieler Umrichter basiert auf Pulsweitenmodulation (PWM) und bedingt eine hochfrequente Gleichtaktspannung, welche ebenfalls einen Stromfluss durch die Wälzlager bewirkt. Schließlich ist noch die elektrostatische Aufladung von Welle und Gehäuse mit anschließender Entladung über die Wälzlager zu nennen.

(ID:43251098)