Wälzlager Wälzlager für drehzahlvariable Antriebe

Autor / Redakteur: Waldemar Sosnowski* / Jan Vollmuth

Wenn der Leistungsbedarf nicht konstant ist, sparen drehzahlgeregelte Antriebe Energie über die gesamte Lebensdauer einer Maschine oder Komponente. Bei der Auswahl der Wälzlager für Elektromotoren sollten Sie einiges beachten.

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Mit den keramikbeschichteten Wälzlagern für umrichtergesteuerte Elektromotoren bietet NSK eine Lösung für das Schadensbild der Elektrokorrosion.
Mit den keramikbeschichteten Wälzlagern für umrichtergesteuerte Elektromotoren bietet NSK eine Lösung für das Schadensbild der Elektrokorrosion.
(Bild: NSK Deutschland GmbH)

Eine bedarfsgerechte Regelung spart Energie immer dann, wenn der Leistungsbedarf schwankt. Sie verringert somit aus Anwendersicht den Kostenaufwand für Energie, verbessert die CO2-Bilanz und schont die Umwelt. Kein Wunder, dass drehzahlgeregelte Antriebe in einigen Anwendungen wie etwa bei Pumpen, Kompressoren oder Lüftern nennenswerte Marktanteile erreicht haben.

Stromdurchgänge können Lager schädigen

Aus Sicht der Wälzlagertechnik entsteht mit dem Einsatz von drehzahlgeregelten Antrieben allerdings ein Risiko: Es kann zu Stromdurchgängen kommen, die das Lager schädigen. Typische Schadensbilder dieser Elektrokorrosion sind Aufschmelzungen und Riffelbildung auf den Laufbahnen der Lager. Sie entstehen, wenn ein elektrischer Strom durch das Wälzlager fließt – genauer gesagt: von einem Ring über die Wälzkörper zum anderen Ring.

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Die Folge: Es entstehen Unebenheiten auf den Laufbahnen, die zu Komfortverlust aufgrund extremer Geräuschentwicklung führt und eine Beeinträchtigung der Lagerlebensdauer zur Folge hat. Außerdem können die Stromdurchgänge Schäden an angrenzenden Komponenten im Antriebsstrang verursachen. Die Ursache – das Entstehen elektrischer Ströme – lässt sich nicht verhindern, allerdings die Weiterleitung der Ströme durch Isolation mit einer Keramikbeschichtung der Außenringe.

Neue Keramikbeschichtung ist weniger spröde

Eine solche Beschichtung bietet NSK seit Jahren an – und hat diese Zusatzoption seitdem wesentlich verbessert, wie die aktuelle Wälzlager-Serie HDY2 zeigt. Nach wie vor wird der Außenring beschichtet, allerdings mit einer optimierten Keramikformulierung auf Aluminiumoxid-Basis. Da sie weniger spröde ist, weist sie eine dreimal höhere Stoßfestigkeit auf. Das ebenfalls neue Plasmaspritzverfahren gewährleistet eine hervorragende Haftung der Keramikschicht auf dem Wälzlagerstahl. Die Beschichtung wird nach dem Aufbringen mit einem speziellen Acrylharz versiegelt.

Vergleichsmessungen unter Strombeaufschlagung von Lagern mit normaler und mit neuer Keramikbeschichtung zeigen die Wirksamkeit der neuen Lösung bei der Isolationswirkung. Der nominale elektrische Widerstand der neuen Beschichtung beträgt 100 GΩ (d.h. 100.000 MΩ) bei 1.000 VDC. Im Praxistest ergeben sich beim AC-Isolationswiderstand um mehr als 15 Prozent höhere Werte, beim DC-Isolationswiderstand sind die Werte um mehr als das Zehnfache höher. Auch die Durchbruchsspannung der Isolierung konnte deutlich verbessert werden. Bei Lagern mit konventioneller Keramikbeschichtung lag dieser Wert bei 4.000 V. Tests mit den neuen Lagern zeigten auch bei 6.000 V keinen Stromdurchbruch.

Sehr gute Wärmeableitung

Außerdem bewirkt die Beschichtung eine sehr gute Wärmeableitung. Damit verhindert sie vorzeitige, durch Wärmeentwicklung bedingte Motorausfälle. Ebenfalls wichtig: Die neue Keramikbeschichtung zeigt keine negativen Auswirkungen auf die Lebensdauer und die Leistungsdaten des Lagers. Da HDY2-Lager aus hochreinem, vakuumentgastem Stahl gefertigt werden, sinkt das Risiko diverser Schadensbilder, die ihre Ursache in Verunreinigungen des Werkstoffs haben.

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Lager für spezielle Branchen

Auf der Basis der hier beschriebenen Technologie der Keramikbeschichtung hat NSK auch Lagerbaureihen für einzelne Branchen bzw. Anwendungsfälle entwickelt – z.B. für Schienenfahrzeuge. Hier kommen Rillenkugellager und Zylinderrollenlager mit verstärktem Käfig und (bei den Zylinderrollenlagern) optimierten Wälzkörper-Kontaktpunkten zum Einsatz.

Außerdem werden die Lager mit sehr hoher Präzision gefertigt. Die Feinstbearbeitung der Laufbahnen minimiert die Geräuschentwicklung und verbessert die Schmierfilmausbildung. Dies ermöglicht einen ruhigen und reibungsarmen Lauf der keramikbeschichteten Lager.

HDY2-Wälzlager sind als Rillenkugellager und Zylinderrollenlager mit Bohrungsdurchmessern von 75 bis 130 mm (Serie 62) sowie 60 bis 110 mm (Serie 63) verfügbar. Sie sind 1:1 dimensional kompatibel zu Standardlagern und eignen sich für drehzahlgeregelte Elektromotoren sowie Generatoren. (jv)

* Waldemar Sosnowski ist Senior Application Engineer, European Technology Center, bei der NSK Deutschland GmbH, Ratingen

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