Der ultimative Lagerschutz
Lagerausfälle durch "Stromdurchgang" vermeiden
Elektromotoren werden in der Industrie für verschiedenste Anwendungen in den unterschiedlichsten Leistungsgrößen eingesetzt. Bekanntermaßen kommt es beim Einsatz von Elektromotoren immer wieder zu Lagerschäden und – ausfällen. Verursacht werden diese in der Hauptsache durch Stromfluss durch die Lager. Schmutzpartikel im Lager, ebenso wie mangelhafte Schmierung sind weitere mögliche Ursachen. Die Folge sind Schäden bis hin zum totalen Ausfall. Daraus resultieren meist unplanmäßige Maschinenstillstände und Instandhaltungsmaßnahmen mit teils erheblichem Kostenaufwand für den Betreiber.
Ganz generell betrachtet ist ein Induktionsmotor, gesteuert durch einen Frequenzumrichter, ein sehr komplexes Antriebssystem. Es besteht aus Stromversorgung, Kabeln, Gleichstromzwischenkreis und Schaltelementen. Betrachtet werden muss es als ein elektrisches System, bestehend aus Induktivitäten und Kapazitäten.
Stromdurchgang ist die Folge unterschiedlicher elektrischer Potenziale im Bereich der Lager.
Als Ursache kommt die statische Entladung in Frage, die jedem aus dem täglichen Leben ein Begriff ist, der schon einmal einen Türgriff betätigt und unvermittelt einen „elektrischen Schlag“ bekommen hat. Die Erscheinung ist umso größer, je leistungsstärker die Maschine wird. Typische Anwendungen, bei denen eine statische Entladung auftreten kann, sind zum Beispiel Riementriebe, Ventilatoren oder sogenannte Aufroller an Papiermaschinen. Weiterhin kommt es zu Stromdurchgang aufgrund von „magnetischen Asymmetrien“ in den Wicklungen großer Motoren. Auch kleine geometrische Abweichungen der Wicklungen führen hier zu Abweichungen im magnetischen Feld eines Motors und zu einem elektrischen „Fluss“. Ursache dafür können Asymmetrien zwischen Rotor und Stator, ungleichmäßiger Luftspalt zwischen Rotor und Stator oder aber eine Beschädigung des Stators sein. Weitere mögliche Störquellen sind zum Beispiel nicht geschirmte Motorverkabelungen.
Als dritte Möglichkeit kommt eine kapazitive Kopplung zwischen Stator und Rotor in Betracht, hervorgerufen durch den Einsatz schnell schaltender Frequenzumrichter. Diese werden eingesetzt, um einen drehzahlvariablen Betrieb zu ermöglichen. Es entstehen Spannungsspitzen, die durch die extrem schnellen Schaltvorgänge aufgebaut werden. Ein Abbau der Spannungsspitzen erfolgt über die Lager und führt in der Regel zu Lagerschäden.
Die vorgenannten elektrischen bzw. magnetischen Ursachen können jede für sich oder auch gemeinsam auftreten und zur Schädigung bzw. zur Zerstörung der Lager führen.
Eine Trennung der Ursachen ist nicht immer möglich. Durch den Stromdurchgang vom Innenring des Lagers über den Schmierfilm und die Wälzkörper zum
Außenring des Lagers werden kurzfristig ausreichend hohe elektrische Energien freigesetzt, um Material am Wälzlager zu „erschmelzen“ und abzutragen. Dieser Vorgang ist als „Pitting“ bekannt. Anfänglich nur als Verfärbung erkennbar, zeigen sich im fortgeschrittenen Stadium „Krater“ auf den Laufflächen von Innen- und Außenring bzw. Wälzkörpern. Solche Krater in der Größenordnung weniger Mikrometer, sind die häufigste Schadensform bei Stromdurchgang und führen letztendlich zum Versagen des Lagers.
Lagerausfälle durch Verunreinigungen und/oder mangelhafte Schmierung Verunreinigungen im Lager können schon beim unachtsamen Einbringen des Schmierstoffs auftreten. Gemeinsam mit dem Öl oder Fett wird die Verunreinigung zwischen Lagerringen und Wälzkörper gebracht, im Betrieb immer wieder überrollt und kann dann zu Materialbeschädigungen bis hin zum Lagerausfall führen. Weitere mögliche Quellen für Lagerausfälle sind unsachgemäß montierte oder beschädigte Dichtungen, Mangelschmierung aufgrund von Verlusten, hohe Temperaturen usw.
Wie lassen sich diese Lagerausfälle vermeiden?
Wie zuvor gesehen, bedarf es im Prinzip zweier Systeme, um Lagerschäden wirksam auszuschließen: einem „elektrischen“ und einem „mechanischen“ System.
Lagerausfälle der beschriebenen „elektrischen“ Art können verhindert werden, indem man den Stromdurchgang durch die Lager unterbindet bzw. weitestgehend reduziert. Bekannt sind verschiedene Vorgehensweisen, bei denen zum Beispiel sogenannte „Bürsten“ beziehungsweise „Schleifkontakte“ an der Welle eingesetzt werden. Der Strom wird darüber abgeleitet, solange die Funktion gewährleistet ist. Aufgrund von Verschmutzungen beziehungsweise Abnutzung ist dies aber nur eine temporäre Lösung.
Eine andere Möglichkeit scheint z.B. der Einsatz stromisolierter Lager zu sein. Aber auch dies ist keine befriedigende Lösung, da solche Lager sehr kostspielig sind und das Problem nur an eine andere Stelle in der Maschine verlagern. Der Strom sucht und findet einen Weg durch das dann nächste, nicht isolierte Lager und zerstört dieses. Der Einsatz von leitfähigen Wälzlagerfetten wird genau so propagiert wie das Isolieren der Kupplungen. Die Resultate sind aber nicht überzeugend.
Die richtige Auswahl des „mechanischen“ Systems ist abhängig von der Größe der Wellen, den zu erwartenden Temperaturen, der Geschwindigkeit, den Medien, die im System (Schmierstoff) und außerhalb vorliegen, und ggf. dem vorliegenden Druck. In der Regel bieten sich berührungslose Dichtungen an. Optimal ist der Einsatz einer kombinierten Dichtung, die sowohl die elektrischen als auch die mechanischen Gegebenheiten berücksichtigt. Eine solche Kombination ist der Garlock SGi. Der seit langem bekannte Garlock Guardian als Dichtelement und das Wellenerdungssystem AEGIS werden im SGi zum ultimativen Schutz für Lager zusammengebracht.
Der integrierte Wellenerdungsring sorgt dafür, dass es nicht mehr zum Stromdurchgang durch die Lager kommt, sondern an den Lagern vorbei sicher abgeleitet wird.
Ein System aus Labyrinth und „Integrationsring“ sorgt für eine wartungsfreie und langfristige Abdichtung der Lagerstellen. Das System bietet sicheren und dauerhaften Schutz der Lagerstellen gegen das Eindringen von Verunreinigungen und Flüssigkeiten. Elektrisch und/oder mechanisch bedingte Schäden werden vermieden, Ausfälle, kostspielige unplanmäßige Stillstände oder die Notwendigkeit eines kompletten Lagertausches sicher verhindert.
Mehr Informationen zu Garlock Sealing Technologie:
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Garlock Sealing Technologies |
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1666 Division Street |
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Palmyra, NY 14522 |
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Tel: 1.800.448.6688 / (315) 597.4811 |
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Fax: 1.800.543.0598 / (315) 597.3216 |
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www.garlock.de |
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