In diesem Artikel betrachten wir im Detail die Anwendung keramischer Lagers für Elektromotoren.
Die Lebensdauer der Lagers in Elektromotoren kann mindestens vervierfacht werden, wenn von herkömmlichen Stahl‑Lagers auf keramische Lagers umgestellt wird. Ein häufig auftretendes Problem in mittelgroßen und großen Elektromotoren ist auf die Standard‑Lagers nach ISO‑Norm zurückzuführen, die infolge von Strömen aus Umrichtern (Inverter) leiden. Diese Stromverläufe bzw. Parasitärströme liegen bei den meisten Beanstandungen zugrunde. Unter „Stromerosion“ versteht man die Bildung von mikroskopischen Schweißstellen auf dem Weg von den Kugeln zur Laufbahn. Dieses Phänomen kann die Festigkeit des Stahls verringern und die Laufbahn materialermüden. Heute wird dieses Problem in vielen Anwendungen über keramisch beschichtete oder isolierte Lagers mit einer keramischen Schicht auf dem Außenring gelöst.
Für Anwendungen, in denen ein isoliertes Außenlager nicht ausreicht, sind FULL‑CERAMIC‑Lagers unverzichtbar, zum Beispiel bei:
- hohen oder sehr hohen Betriebstemperaturen,
- hohen Anforderungen an Geräuschverhalten und Laufeigenschaften,
- maximalem Anspruch an die Lebensdauer des Lagers,
- aggressiven Dämpfen, Säuren oder Salzen,
- vollständiger elektrischer Isolierung
Funktionsweise keramischer Lagers und Lebensdauer der Schmierstoffe
Im Gegensatz zu Stahl‑Lagers isoliert die hohe elektrische Widerstandsfähigkeit charakteristischer Hybrid‑ oder FULL‑CERAMIC‑Lagers den gesamten Kugeldurchmesser im Lager. Dies kann gegenüber einer Keramikbeschichtung nur eines Rings eine deutlich effektivere Lösung zur elektrischen Isolierung darstellen. In der Praxis kommen überwiegend lebensdauer‑geschmierte Lagers zum Einsatz, bei denen die Lebensdauer vor allem von der Stabilität des Schmierstoffs als von den mechanischen Belastungen abhängt. Anhand mehrerer Betriebsparameter lässt sich die erwartete Lebensdauer des Schmierfetts sowie die operative Standzeit des Lagers abschätzen. Zu berücksichtigen sind dabei:
Art des Schmierfetts, Abmessungen und Typ des Lagers, Drehzahl, Betriebstemperatur.
Aus den graphischen Auswertungen führender Lagers‑ und Schmierstoffhersteller geht hervor, dass eine Erhöhung der Lagertemperatur um etwa 15 K gegenüber der Referenztemperatur im Dauerbetrieb die Lebensdauer des Schmierfetts um rund 50 % verkürzt. Beispielsweise würde bei einer Referenztemperatur von 80 K ein Anstieg auf 95 K die Effektivität des Fetts praktisch halbieren.
Umgekehrt führt der Betrieb unterhalb der Referenztemperatur zu einer deutlich verlängerten Lebensdauer des Lagers. Unter gleichen Betriebsbedingungen arbeitet das Keramiklager aufgrund seiner geringeren Reibung und der Eigenschaften des Materials mit niedrigeren Temperaturen und erhöht damit die Standzeit und Effizienz aller Komponenten.
Zusammenfassung
In Bezug auf relevante Kenngrößen zur Motorenschonung sind keramische Lagers den vergleichbaren Standard‑Stahl‑Lagers klar überlegen. Sie schützen Schmierstoff, Lager und Motor durch reduzierte Reibung und hervorragende isolierende Eigenschaften.
