Електроерозія підшипників кочення електродвигунів – явище, відоме давно. Завдяки різкому зростанню електронної мобільності це питання набуває нового виміру.
Ця тема набуде додаткового значення в майбутньому, оскільки все більше використання перетворювачів частоти в сучасних системах передачі електроенергії для безперервного регулювання швидкості двигунів і генераторів призведе до більшої шкоди, спричиненої електричною ерозією. Крім того, сучасні тенденції до використання вищих напруг, напр. в системах живлення автомобілів призведе до більших розрядів енергії в майбутньому. Більше 20 років експерт з трибології Klüber Lubrication досліджує використання іонних рідин для інноваційних концепцій мастил, особливо в цьому сегменті. Завдяки цій сучасній концепції мастильний матеріал перетворюється на «блискавковідвід», щоб запобігти утворенню шкідливих потенціалів. На додаток до даних, що стосуються транспортного засобу, таких як швидкість, плавність роботи та подовжений термін служби, це нове покоління спеціальних мастильних матеріалів також вирішує питання електропровідності.
Пошкодження внаслідок електроерозії
Електроерозія підшипників кочення електродвигунів або інших електричних компонентів спричинена небажаним проходженням струму через зону контакту між елементом кочення та доріжкою кочення. Таким чином, утворюється тепло, яке локально плавить поверхню. Утворюються невеликі ямки розміром кілька мікрометрів. Під час подальшої експлуатації можуть виникнути борозни на racewaqys як вторинне пошкодження. Обидва типи пошкоджень спочатку призводять до небажаного шуму підшипників і, зрештою, до передчасного виходу з ладу.
Існує кілька підходів до вирішення цієї проблеми, напр. шляхом ізоляції внутрішнього або зовнішнього кільця або використання керамічних тіл кочення. Однак ці заходи не завжди приносять успіх, незважаючи на великі витрати, які вони несуть. Простіший, але багатообіцяючий підхід полягає у використанні мастила з низьким імпедансом, який у будь-якому випадку є конструктивним елементом компонента, для розсіювання генерованих струмів.
Однак в основному мастильні матеріали є ізоляторами. Саме тому, що вони блокують проходження електричного струму, вони збільшують накопичення напруги в металевих компонентах підшипників. Традиційні рішення передбачають використання чорних мастильних матеріалів на основі графіту та вуглецю, які, з одного боку, також можуть запобігти паразитним струмам. З іншого боку, вони містять чорні тверді частинки графіту, які перешкоджають плавній роботі. Оскільки такі частинки зміщуються з точки тертя з часом і піддаються змінам під впливом механічного навантаження, електропровідність цих мастил безперервно зменшується.
Перспективні інноваційні мастильні матеріали
Метод створення провідності мастильного матеріалу шляхом додавання іонних рідин для розсіювання генерованих струмів демонструє явні переваги перед використанням «чорних мастильних матеріалів». Особливо високочастотні струми EDM (Електроерозійна обробка) можуть бути нейтралізовані відповідними конструкціями мастила.
Klüber Lubrication наразі є єдиним виробником, який може запропонувати таке рішення, і володіє трьома патентами на використання іонних рідин у складі мастильних матеріалів. Один з цих патентів передбачає їх використання в якості базової оливи, інші два патенти стосуються присадок.
Іонні рідини
Простіше кажучи, іонні рідини – це рідкі солі. Вони не мають стабільної кристалічної структури, оскільки цьому перешкоджає делокалізація заряду та стеричний ефект. За визначенням, температура плавлення цих солей нижче 100 °C, а в багатьох випадках навіть набагато нижче цієї точки, в результаті чого солі вже є рідкими при кімнатній температурі. Властивості іонних рідин можна змінювати відповідно до вимог шляхом модифікації катіонів або аніонів. Таким чином, вони призначені для використання в багатьох областях хімічної технології.
Іонні рідини та їхні властивості вже відомі більше ста років, однак потім тривалий час приділяли мало уваги і не використовувалися в продуктах або процесах. Завдяки своїй електропровідності вони зменшують небажане проходження струму, що робить їх цікавим рішенням для підшипників в електродвигунах.
Klüberlectric BQ 72-72
З достатньою кількістю катіонів та аніонів іонні рідини також пропонують чудову стійкість до окислення. Вони термічно стійкі і можуть використовуватися при температурах до 150 °C, важкозаймисті, добре розчинні та нетоксичні. Їх надзвичайно низький тиск пари є ще однією перевагою. На відміну від спеціальних мастил, що містять електропровідні частинки, іонні рідини не мають негативного впливу на шум. Деякі мастила вже довели свою придатність для високих швидкостей. Зараз вони досягають коефіцієнтів швидкості, що перевищують 1 мільйон n x dm. Klüber Lubrication прагне до коефіцієнтів швидкості > 2 мільйонів n x dm.
Іонні рідини значно збільшують термін служби підшипників і, таким чином, сприяють довговічності. Оскільки енергетичний вплив небажаних електричних струмів провокує не тільки пошкодження підшипників, але також впливає на продуктивність мастила та розкладає мастило через надзвичайно високі пікові температури, ще одним позитивним ефектом є те, що вони допомагають продовжити термін служби мастила.
Комплексні перевірки на випробувальному стенді з подальшим трибологічним аналізом дають інформацію про стан використаного мастила, а також про стан підшипника. Важливою особливістю в цьому контексті є взаємодія результатів, що стосуються підшипника, і результатів, що стосуються мастила. Завдяки детальному огляду кожного компонента можна з високою точністю визначити можливі пошкодження.
Результати випробувальної установки показали, що пошкодження підшипників і мастила, викликані електричним струмом, значно зменшуються при використанні іонних рідин.
Іонні рідини – перспектива
У співпраці з сильними партнерами з галузі Klüber Lubrication зараз працює над подальшою оптимізацією провідності мастильних матеріалів, зберігаючи при цьому їх трибологічні характеристики за допомогою іонних рідин. У разі дуже високого рівня проходження енергії, на даному етапі поки що неможливо вирішити проблему небажаного проходження струму лише за допомогою мастила. Однак це було б дуже бажано для промисловості, оскільки це могло б зменшити розмір підшипників. Цікавим підходом є поєднання ізоляційних підшипників і додаткових розрядних елементів, що містять електропровідні мастила.
Висновок
Будучи елементом дизайну, мастило є вирішальним фактором, коли йдеться про ефективність і надійність механічних компонентів. Такі експерти, як Klüber Lubrication, досліджують безперервний розвиток, оскільки мастильні матеріали є ключовими для продовження терміну служби компонентів і підвищення як енергоефективності, так і екологічності.