Kugellager Warum Stromfluss Kugellager schädigen kann

Werden Kugellager in elektrischen Maschinen eingesetzt, kann es zu Stromschlägen und Beschädigungen des Lagers kommen. Was genau passiert und welche Auswirkungen das auf das Lager hat, untersuchten jetzt erstmals Wissenschaftler.

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Technische Universität Kaiserslautern

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Sie kommen in Autos und Flugzeugen, aber auch bei Fahrrädern und Bohrmaschinen vor – Kugellager. Sie sind elementare Bestandteile einer Konstruktion und werden auch oft in elektrischen Maschinen eingesetzt – dabei kann es jedoch zu Stromschlägen im Lager kommen. Weshalb das so ist und welche Auswirkungen das auf die Kugellager hat, untersuchte ein Doktorand der TU Kaiserslautern in seiner Promotion.

Stromschläge im Lager beschädigen Hülle und Schmierstoff

Kugellager bestehen aus einem Innen- und Außenring, dazwischen befinden sich Kugeln als Wälzkörper. Sie sorgen dafür, dass sich der Reibungswiderstand zwischen zwei Bauelementen verringert. „Bei hohen Drehzahlen trennt ein Schmierfilm die Kugeln von den Laufbahnen. Dabei kann es in elektrischen Maschinen zu Stromüberschlägen im Lager kommen“, sagt Bernd Sauer, Professor an der TU Kaiserslautern, der die Promotion betreute. Der Stromfluss kann die Metalloberflächen durch Funken zerstören, es kann aber auch zum „Verbrennen“ des Schmierfilms kommen.

Was genau bei einem Kugellager passiert, wenn es elektrischer Spannung ausgesetzt ist, hat Benjámin Radnai im Rahmen seiner Doktorarbeit erstmals untersucht. Durch diese Funkenüberschläge kann die Oberfläche der Kugellager, die meist aus Metall bestehen, schmelzen. „Die Struktur wird geschädigt. „Unter dem Mikroskop kann man aber kraterartige Verformungen eindeutig erkennen.“ Zum einen ist damit das Kugellagers beschädigt, zum anderen muss der verbrannte Schmierstoff ausgetauscht werden.

Forscher suchen nach besseren Schmierstoffen

Radnai hat eigens für seine Arbeit einen Prüfstand entwickelt, an dem er Kugellager elektrisch isoliert beobachten konnte. „Damit war es möglich, elektrische und mechanische Beanspruchungen voneinander zu unterscheiden“, sagt Radnai. Die Erkenntnisse möchten die Forscher nun nutzen, um Methoden zu entwickeln, mit denen sich die Beschädigungen von Kugellagern verringern lassen. „Denkbar sind zum Beispiel neuartige Schmierstoffe, die Strom leiten können und so den Funkenschlag reduzieren“, sagt Sauer.

Radnai hat für seine Promotion den zweiten Platz des Innovation Award 2016 der Schaeffler FAG Stiftung für Wissenschaft, Forschung und Lehre erhalten. Mit diesem Preis werden herausragende Abschlussarbeiten zur Lagerungstechnik ausgezeichnet. (kj)

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