Elektrisk isolerede rullelejer

Beskyttelse mod lejeskader forårsaget af elektrisk strøm

Steyr, Østrig, marts 2015.Elektrisk isolerede rullelejer har elektrisk isolering, der er indbygget i lejet, hvilket giver pålidelig beskyttelse mod strømgang og elektrisk korrosion. Typiske anvendelser er elektromotorer, generatorer og andre elektriske maskiner. Den østrigske producent NKE Austria GmbH tilbyder elektrisk isolerede rullelejer i flere udgaver. I denne artikel forklarer Klaus Grissenberger, applikationsingeniør hos NKE, årsagerne til passage af elektrisk strøm gennem rullelejer, skadesymptomer og modforanstaltninger, egenskaber og produktionsprocesser for elektrisk isolerede lejer.

NKE SQ77E dyb rille kugleleje med isolering på den inderste ring.

En forskel i elektrisk potentiale mellem den ydre og indre ring af et rullende leje kan føre til en ødelæggende elektrisk strøm, der permanent beskadiger lejets baner og skader dets køreegenskaber. En strømstrøm resulterer i elektrisk udladning i kontaktzonen mellem rulleelementerne og den indre eller ydre ring. Dette medfører til gengæld lokal smeltning af overfladerne. Resultatet: pitting, materialeoverførsel og lokal mikrostrukturel skade gennem termisk spænding. I det mindste hærdes et meget tyndt lag af den eroderede overflade, hvilket gør det ekstremt hårdt og tilbøjeligt til revner. Denne proces kaldes elektrisk korrosion og påvirker ofte lejer i elektromekaniske applikationer, såsom generatorer og elektriske motorer, men også maskiner, der drives af elektriske motorer, såsom pumper og gearkasser. Derudover gør det elektriske udladning ubrugeligt smøremiddel. Basisolien og additiverne indeholdt i smøremidlet oxiderer, hvilket resulterer i den karakteristiske sorte farve på smøremidlet. For tidlig aldring skader permanent smøremidlets evne til at danne et separerende lag mellem metaloverfladerne. Lejets beskadigede funktionelle overflader og tabet af smørevirkninger resulterer i et hurtigt tab af lejets funktionalitet.

Eventuelle årsager til uønsket passage af elektrisk strøm gennem rullelejer

Fig. 1a

Fig. 1b

Nuværende passage har ført til en dannelse af krater / fløjter på den indre ringbane (fig. 1a) og sidefladen af ​​rullende elementer (fig. 1b) af et cylindrisk rulleleje.

De vigtigste årsager til den aktuelle decharge er kendt. Asymmetrier i magnetisk strøm af en elektrisk maskine giver anledning til en lavfrekvensspænding mellem skaftet og huset, hvilket resulterer i en strøm af strøm gennem rullelejerne. En sådan strømafgang kan også være resultatet af brugen af ​​uskærmede asymmetriske elektriske kabler, hvis maskinens jordforbindelse er ineffektiv. En anden årsag er brugen af ​​frekvensomformere: Funktionsprincippet for mange frekvensomformere er baseret på pulsbreddemodulering (PWM) og genererer højfrekvens fællesfunktionsspænding, hvilket også resulterer i en passage af strøm gennem rullelejerne. Endelig er elektrostatisk opladning af skaftet og huset efterfulgt af afladning gennem rullelejerne også en mulig årsag.

Skadesymptomer og mulige modforanstaltninger

Typiske tegn på elektrisk korrosion inkluderer grå, plettet spor i banerne og på overfladerne af det rullende element. Smeltekrater (fig. 1a og 1b) eller flydning kan også ses, hovedsageligt på banens overflader. Skader på grund af strømafgang manifesterer sig normalt i øget kørestøj.

For at forhindre skader af denne art anbefales det at isolere lejesædet i huset eller på skaftet. Dette indebærer dog yderligere designmålinger for de omgivende dele. En simpel, økonomisk løsning i dette tilfælde er at bruge elektrisk isolerede rullelejer fra NKE. Da nøgledimensionerne og ydeevnen for de isolerede lejer er identiske med dem i de tilsvarende uisolerede modeller, kræves der ingen ændringer i det samlede design.

Elektrisk isolerede lejer - egenskaber og anvendelse

Elektrisk isolerede lejer fra NKE, betegnet med suffikset SQ77, er forsynet med et keramisk oxidlag. En oversigt over de forskellige designvarianter af isoleringslaget er givet i tabellen. Elektrisk isolerede rullelejer fra NKE har nøjagtigt de samme ydre dimensioner og tekniske egenskaber som de tilsvarende uisolerede typer.

De vigtigste fordele ved disse lejer er højere driftssikkerhed, hvilket sikres ved optimal beskyttelse mod elektrisk korrosion. Elektrisk isolerede lejer er billigere end f.eks. Påføring af isolering på hus eller aksler. De kan udskiftes med konventionelle lejer, fordi de har de samme nøgledimensioner og tekniske egenskaber. De tilbyder også en reduceret risiko for skader og dermed også længere levetid end konventionelle lejer, når de bruges i elektriske maskiner. Når elektrisk isolerede lejer håndteres korrekt, er der ingen risiko for beskadigelse af belægningen.

Hovedområdet for elektrisk isolerede lejer består af cylindriske rullelejer og kuglelejer med dyb rille, men alle andre lejetyper kan også isoleres elektrisk. Anvendelsesområder inkluderer trækkraftmotorer fra jernbanekøretøjer, elektriske motorer og generatorer, især i forbindelse med hurtigskiftende frekvensomformere.

Produktionsproces og driftsprincip for elektrisk isolerede rullelejer

Til elektrisk isolerede lejer fra NKE påføres det isolerende lag på den ydre ring (SQ77 eller SQ77C - Fig. 2a) eller den indvendige ring (SQ77E eller SQ77H - Fig. 2b) ved plasmaspraying, en tyndfilmteknologi. Under plasmasprøjtning dannes en elektrisk lysbue mellem to elektroder med en passende gasforsyning. Plasmastrålen fungerer som et bæremedium til påføring af aluminiumoxidpulver (Al2O3) enten til den ydre eller indre ring med høj hastighed. For at opnå optimal beskyttelse dækker oxidlaget også sidefladerne på de sprøjtede ringe. I det næste procestrin forsegles laget derefter for at forhindre enhver penetrering af fugt.

Fig. 2a Fig. 2b

Fig. 2a og 2b: Til elektrisk isolerede lejer fra NKE påføres det isolerende lag på den ydre ring (SQ77 eller SQ77C - Fig. 2a) eller den indvendige ring (SQ77E eller SQ77H - Fig. 2b) ved plasmasprøjtning, en tynd- filmteknologi.

Den fysiske effekt af isoleringslaget afhænger af frekvensen af ​​den spænding, der forårsager de skadelige strømme i lejerne. I tilfælde af jævnspænding har det isolerede leje Ohmisk modstand. Jo højere denne modstand er, jo lavere er den elektriske strøm. Modstandsværdien af ​​de isolerede lejer er større end 50 MΩ, hvilket begrænser den elektriske strøm til et niveau, der ikke kan forårsage skader på lejet.

I tilfælde af vekselstrømspænding er den isolerede lejers kapacitive karakter fordelagtig. Lejet opfører sig derefter på omtrent samme måde som et parallelt kredsløb bestående af en modstand og en kondensator med en frekvensafhængig modstand, kaldet impedans. Impedansen bestemmer størrelsen på vekselstrømmen, der strømmer gennem lejet for givne spændings- og frekvensværdier. Også her bør impedansen være så høj som muligt for at reducere strømmen til et niveau, der ikke er i stand til at skade lejet.

For at opnå høje impedansværdier skal isolationslagets modstand være høj, og dens kapacitans skal være lav. Dette kan opnås ved at gøre det isolerende lag så tykt som muligt og ved at reducere det samlede isoleringsoverfladeareal. Når det overføres til lejerne, betyder det, at dette lag fortrinsvis skal påføres boringen i den indre ring. Imidlertid påføres overtrækket sædvanligvis på den ydre diameter af hensyn til omkostninger og på grund af begrænsningerne i fremstillingsprocessen. I de fleste tilfælde resulterer dette stadig i mere end tilstrækkelig beskyttelse mod skader på grund af elektrisk korrosion. En anden vigtig egenskab ved overtrækket er dens dielektriske styrke. Afhængig af deres version har lejerne fra NKE en dielektrisk styrke på mindst 1000 V eller 2000 V.

Forfatter:

Klaus Grissenberger, applikationsingeniør, NKE Austria GmbH.

Bord:

Oversigt over designvarianterne af elektrisk isolerede NKE-rullelejer:

Virksomhedsoplysninger:

NKE Austria GmbH er en bærende producent med hovedkvarter i Steyr, Østrig. Virksomheden med ca. 140 ansatte blev grundlagt i 1996 af en gruppe seniormedarbejdere i det tidligere firma Steyr Wälzlager. NKE fremstiller standard- og speciallejer til alle industrielle applikationer. Ingeniørarbejde, produktudvikling, produktion og slutbehandling af komponenter, modulopbygning, kvalitetssikring, logistik, salg og marketing - er centraliseret ved NKEs hovedkvarter i Steyr, Østrig. Fabrikken i Steyr er certificeret i henhold til ISO 9001: 2008, ISO 14001: 2004 og OHSAS 18001. Dets brede vifte af standardlejer fås på lager eller ved korte produktionstider. NKE leverer også skræddersyede produkter og løsninger. Ud over produktudvikling og applikationsteknik leverer NKE en komplet vifte af tekniske, konsulent-, dokumentations- og uddannelsestjenester. NKEs produkter distribueres gennem 15 internationale repræsentationskontorer og mere end 240 distributionssteder i 60 lande.