Stromdurchgang am Wälzlager

Verhalten stromführender Wälzlager

Der drehzahlveränderbare Betrieb einer elektrischen Maschine mittels eines schnellschaltenden Zweipunkt-Wechselrichters verursacht unerwünschte parasitäre Effekte. So wird eine inhärente Gleichtaktspannung, auch als CM-Spannung bezeichnet, in die Statorwicklung einer elektrischen Maschine eingeprägt. Über parasitäre kapazitive Kopplungen sowie über induktive Effekte innerhalb einer elektrischen Maschine kann die CM-Spannung sogenannte zirkulare Lagerströme, Rotor-Erdströme und EDM-Lagerströme verursachen. In Abhängigkeit vom parasitären Strom können Beschädigungen an den Motorlagern oder der angeschlossenen Last auftreten. Diese Beschädigungen äußern sich unter anderem in einer grauen Mattierung der Oberflächen (Grey Frosting), die sich unter Umständen im Laufe des Betriebs zu Riffeln ausbilden können. Weiterhin kann der Schmierstoff infolge der hohen Temperaturen der Lichtbogenentladungen geschädigt werden.

Das Forschungsprojekt beschäftigte sich zum einen mit der Zeit- und recheneffizienten Vorausberechnung der Kapazitäten einer elektrischen Maschine, um die elektrische Belastung besser vorhersagen zu können. Dabei herausgekommen sind neuartige Berechnungsverfahren für die Wälzlager-, Wicklung-Stator-, die Wicklung-Rotor und die Stator-Rotor-Kapazität sowie die Leiter-Leiter-Kapazitäten. Zum anderen wurde der Einfluss der elektrischen Beschädigung auf die Gebrauchsdauer von Wälzlagern untersucht. Hierzu wurde im Rahmen des Projekts ein Prüfaufbau entwickelt, der es ermöglicht gezielt definierte elektrische Beschädigungen auf ein Wälzlager aufzuprägen. Die in unterschiedlichen Graden elektrisch vorgeschädigten Wälzlager wurden dann einer umfassenden Lebensdaueruntersuchung unterzogen. Dabei konnte ein deutlicher Zusammenhang zwischen der experimentellen Lebensdauer und der angelegten elektrischen Belastung festgestellt werden. Je höher die elektrische Belastung, desto höher waren die resultierenden Rauheiten, was sich wiederum auf die Schmierungsbedingungen im Wälzkontakt auswirkt. Abschließend wurde ein Verfahren entwickelt, um die Lebensdauer in Abhängigkeit, der durch die Durchschläge entstandenen Rauheit abzuschätzen.

Das IGF-Vorhaben IGF-Nr. 20496 N der Forschungsvereinigung Antriebstechnik e.V. (FVA) wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.