Hoe is elektrische doorslag in kogellagers te verminderen?

Kogellagers vinden we in alles wat beweegt, onder meer in elektromotoren en generatoren. Hier kan een stroom door de lagers op termijn tot materiaalschade leiden. Onderzoekers aan de Technische Universität Kaiserslautern hebben nauwkeurig onderzocht hoe elektrische stroom het functioneren van kogellagers beïnvloed en tot schade leidt. Ze willen methoden ontwikkelen die slijtage verminderen, bijvoorbeeld door het gebruik van geleidende smeermiddelen.

Kogellagers bestaan uit een binnen- en een buitenring met daartussen kogels als rollichamen. Ze zorgen er voor dat de wrijvingsweerstand tussen de twee onderdelen vermindert. Ook in elektrische machines worden ze veel gebruikt.

Bij hoge toerentallen scheidt een smeerfilm de kogels van de loopbanen. Daarbij kan doorslag van een elektrische stroom in het lager voorkomen. De stroom kan de metaaloppervlakken door vonken beschadigen. Er kan echter ook ‘verbranding' van de smeerfilm (bijvoorbeeld vet) ontstaan.

Doorslag door kogellagers

Door de vonkoverslag kan het oppervlak van het kogellager, dat meestal uit metaal bestaat, smelten, waarbij de structuur wordt beschadigd. Met het blote oog zijn deze veranderingen niet te herkennen, maar onder de microscoop zijn de op kraters lijkende vervormingen duidelijk te herkennen. Als gevolg hiervan raken de uit de kraters ontstane microscopische bergen aan het oppervlak van het kogellager elkaar en is de component beschadigd.

Bovendien kan elektrische spanning ook smeermiddelen in het kogellager beïnvloeden. Ze verbranden zogezegd, zodat de middelen hun functie niet meer kunnen vervullen en moeten worden vervangen.

Testbank

Onderzoekers in Kaiseslautern hebben nauwkeurig onderzocht wat er precies in kogellagers gebeurt wanneer ze aan worden blootgesteld aan een elektrische spanning. Ze hebben een testbank ontwikkeld waarop kogellagers elektrisch geïsoleerd kunnen worden bestudeerd.

Hierdoor werd het mogelijk elektrische en mechanische belastingen van elkaar te onderscheiden. De onderzoekers konden op deze manier testen welke invloed toerental, smeermiddel en temperatuur op de stroomsterkte hadden. Ook factoren als lagergrootte en belasting werden nauwkeurig onder de loep genomen.

De onderzoekers willen de resultaten nu gebruiken om methoden te ontwikkelen waarmee de beschadigingen aan kogellagers kunnen worden verminderd. Daarbij kan worden gedacht aan nieuwe soorten smeermiddelen die elektrisch geleidend zijn en zo vonkdoorslag kunnen verminderden.

bron: Technische Univesrität Kaiserslautern