hirdetés
hirdetés

Kenéstechnika

Jövőbe mutató kenőanyag-innovációk

Túlfeszültség-levezetés az e-mobilitás területén

Az elektroerózió az elektromos hajtású motorokban már régóta ismert jelenség. Az e-mobilitás területén tapasztalható ugrásszerű fejlődéssel ez a probléma teljesen új dimenziókat öltött.

hirdetés

Nyilvánvalónak tűnik, hogy az elektroerózió témakörének a jelentősége a jövőben még erőteljesebben nőni fog. Hiszen a modern erőátviteli rendszereknél – mint például a villanymotorok és generátorok – a fokozatmentes fordulatszám szabályozásához használt frekvenciaátalakítók mennyisége miatt megnő az elektroerózió okozta károk száma. A nagyobb feszültség irányába mutató trend – például a járművek elektromosenergia-rendszerében – azt eredményezi, hogy a jövőben nagyobb energiakisülések lesznek. A Klüber Lubrication, mint a kenéstechnika szakértője, már több mit 20 éve kutatja az ionos folyadékok alkalmazásának lehetőségét az innovatív kenőanyag koncepcióiban. A vállalat modern koncepciója a kenőanyagot egy kvázi túlfeszültséglevezetővé teszi alkalmassá, amely megakadályozza, hogy káros feszültség képződjön. A járművek esetében a legjellemzőbb kritériumok mellett, mint a sebesség, zavartalan járás és meghosszabbított élettartam, a speciális kenőanyagok ezen új generációja az elektromos vezetőképesség vonatkozásában is használható.

Az elektroerózió okozta károk

Az elektroerózió a gördülőcsapágyakban vagy más elektromos alkatrészekben a gördülőtestek és a gördülőpálya érintkezéséből eredő nemkívánatos áramáthaladásnak köszönhetően jön létre. A folyamat hő keletkezésével járhat, ami a felület lokális megolvadását eredményezi. Ezáltal először apró, mikrométerben mérhető kráterek keletkeznek, majd a további üzemeltetés eredményeképpen másodlagos kárként rovátkák képződnek a gördülőpálya felületén keresztirányba. Mindkettő károsodás oda vezet, hogy a csapágy először nemkívánatos zajokat produkál, majd idő előtt tönkremegy. Különböző kezdeményezések léteznek a probléma konstruktív megoldására. Ilyen például az egyes csapágyelemek – belső és külső gyűrűk – szigetelése vagy a kerámiából készült gördülőtestek alkalmazása. Azonban ezek a megoldások nem mindig sikeresek, ráadásul jelentős költséggel járnak. Ezért kézenfekvő megoldás, hogy a keletkező áramot alacsony impendanciával rendelkező kenőanyaggal vezessük le. Előnyként jelentkezik, hogy a kenőanyag, mint a gördülőcsapágy konstruktív eleme, már eleve adott. A kenőanyagok elvileg szigetelőanyagként működnek, amelyek pont azáltal, hogy blokkolják az áramáthaladást, felerősítik a csapágy fém alkatrészeiben a feszültségnövekedést. A vezetőképesség javítása érdekében a hagyományos megoldások grafitos és szénalapú „fekete kenőanyagokat” használnak. Azonban ezek a kenőanyagok fekete, szilárd grafitrészecskéket tartalmaznak, aminek az a következménye, hogy nem lehet biztosítani a csapágy szükséges zavartalan futását. Mivel ezek a részecskék az idő múlásával kikerülnek a súrlódási helyekről, és a mechanikus terhelésnek köszönhetően megváltoznak, így a zsírok vezetőképessége egyre csökken.

Ionos folyadék: egy hatékony megoldás

Az a kezdeményezés, hogy a kenőanyagot ionos folyadék (ionic liquid) hozzáadásával vezetőképessé tegyük, és így vezessük le a keletkező feszültséget, jelentős előnyökkel bír a „fekete kenőanyagot” alkalmazó megoldásokkal szemben. Különösen a szikraforgácsolásnál (EDM) lehet semlegesíteni egy megfelelő kenőanyag-koncepcióval a nagy frekvenciájú áramot. Jelenleg a Klüber Lubrication az egyetlen kenőanyaggyártó, amely ilyen megoldást tud kínálni, és három szabadalommal is rendelkezik, amelyek az ionos folyadékok a kenőanyagok összetevőjeként történő alkalmazására vonatkoznak. Ezek közül az egyik szabadalom az alapolaj felhasználására, a másik kettő pedig az adalékolásra vonatkozik. Az ionos folyadékok egyszerűen szólva folyékony sók. Nem rendelkeznek stabil kristályszerkezettel, mivel ezt a töltés delokalizációja és a térbeli hatások megakadályozzák. Ezeknek a sóknak az olvadáspontja a meghatározások szerint 100 Celsius-fok alatt van, sok esetben ennél jóval alacsonyabban, így a sók már szobahőmérsékleten folyékonyak lehetnek. A kationok és az anionok módosításának köszönhetően az ionos folyadékok tulajdonságait a követelményeknek megfelelően lehet változtatni. Ez a vegyi eljárások sok területén teszi lehetővé az alkalmazásukat. Az ionos folyadékokat és a tulajdonságaikat mindeközben már több mint 100 éve ismerik, azonban sokáig nem kaptak elég figyelmet, és nem használták azokat sem a termékeknél, sem pedig az eljárásoknál. A csapágyakhoz szánt kenőanyagoknál történő felhasználásuk az elektromos vezetőképességük miatt lett érdekes, aminek eredményeképpen a nemkívánatos áramáthaladásokat redukálni lehet.

Ezen túlmenően a megfelelő mennyiségű anionnal és kationnal rendelkező ionos folyadékok kitűnően ellenállnak az oxidációnak. Hőstabilak, és magas, akár 150 Celsius-fok hőmérséklet mellett is alkalmazhatók, mindemellett nehezen gyulladnak, jól oldódnak, és nem toxikusak. További előnyük ezen az alkalmazási területen az igen alacsony gőznyomásuk. A vezetőképes részecskéket tartalmazó speciális kenőanyagokkal szemben az ionos folyadékoknak semmilyen negatív hatásuk nincs a zajképződésre. Már több kenőzsírnál is igazolást nyert, hogy alkalmasak nagy sebességekre is. Jelenleg már 1 millió  n x dm fordulatszám-tényező értékeket érnek el, a Klüber Lubrication fejlesztési részlegénél pedig az a cél, hogy a 2 milliós értéket is meghaladják.
Az ionos folyadékok jelentősen megnövelik a csapágy élettartamát, és így hozzájárulnak a fenntartható gazdálkodáshoz. Mivel a nemkívánatos áramáthaladással okozott energiabehatás nemcsak a csapágyakban okoz károsodást, hanem a lokálisan igen magas hőmérsékletek miatt a kenőanyagot is bomlaszthatja, és annak vezetőképességét korlátozhatja, ezért az ionos folyadékok további kedvező hatásának számít a csapágyzsír élettartamának a megnövelése is.

Hosszabb élettartam, magasabb energiahatékonyság

A vizsgálóberendezésekkel elvégzett kimerítő tribológiai elemzéseknek köszönhetően meghatározható úgy a használt kenőanyag, mint a csapágy állapota. Ebben a tekintetben fontos jellemző a csapágyra és a kenőanyagra vonatkozó vizsgálati eredmények kölcsönhatása. A mindenkori komponensek alapos vizsgálatával pontosan meg lehet határozni a lehetséges károsodásokat. A vizsgálóberendezésekkel folytatott vizsgálatok eredményei egyértelműen kimutatták, hogy az ionos folyadékok alkalmazása jelentősen csökkenti a csapágyban és a kenőanyagban keletkező károsodások számát. Az ipar jelentős szereplőivel együttműködve a Klüber Lubrication jelenleg azon dolgozik, hogy az ionos folyadékok segítségével a kenőanyagok vezetőképességét úgy fejlessze tovább, hogy azok kenési teljesítményüket megőrizzék. Jelenleg még nem lehetséges pusztán a kenőanyagok segítségével a csapágyban jelentkező igen erős energia áthaladáskor az áramáthaladás nemkívánatos problémáját megoldani. Azonban ez lenne az ipar elvárása, mivel ezáltal csökkenteni lehetne a csapágyak méretét. E problémának a megoldására érdekes kezdeményezés a szigetelő csapágyak kombinálása olyan kiegészítő levezető elemekkel, amelyek elektromos vezetőképességű kenőanyagokat tartalmaznak.

A kenőanyagnak mint konstrukciós összetevőnek a jelentősége a mechanikus elemek hatékonysága és megbízhatósága szempontjából jelentősen megnő. A kenéstechnikai szakértők, mint a Klüber Lubrication, folyamatos kutatásokat és fejlesztéseket végeznek, mivel a kenőanyagok jelentik a kulcsot az alkatrészek hosszabb élettartamához, a magasabb energiahatékonysághoz és végeredményben a nagyobb fokú fenntarthatósághoz.

(Cikkünk eredetileg a GyártásTrend májusi lapszámában jelent meg.)

hirdetés
Ha hozzá kíván szólni, jelentkezzen be!
 
hirdetés
hirdetés
hirdetés

Kiadónk társoldalai

hirdetés