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Verfahren zum Verhüten des Stromdurchganges in Wälzlagern
An den Wälzlagern elektrischer Maschinen und elektrisch betriebener Fahrzeuge stellen sich manch- mal nach kurzer Betriebszeit Laufbahnschäden ein, die bei Rollenlagern als parallel zur Lagerachse verlaufende wellenförmige Vertiefungen in Erscheinung treten und die ihrem Aussehen gemäss als"Riffel"bezeichnet werden. Diese Riffelbildung tritt auf, wenn sich im Betrieb wenigstens ein Lagerring dreht, die
Laufbahnen der Ringe von den Wälzkörpern also dauernd überrollt werden und dabei durch das Lager von dem einen Ring über die Wälzkörper zum andern Ring ein Gleich- oder Wechselstrom fliesst.
Neuere Untersuchungen haben als Primärursache der sogenannten Riffelbildung eine Stoffwanderung festgestellt, wie sie in elektrischen Kontakten zu verzeichnen ist, die nicht dauernd kurzgeschlossen sind.
Indem die Wälzkörper über die Laufbahnen rollen, tritt dabei ein Abheben und Schliessen der Berührungs- flächen ein, was einem Abhebekontakt vergleichbar ist. Die Folge davon ist, dass sich auf den Laufbahnen ein Belag bildet, der aus Eisenoxyden und Kohlenstoff besteht. Beim Einlaufen der Wälzkörper in die Lastzone des Lagers entstehen Stösse und diese verursachen in dem Laufbahnbelag die ersten riffelartigen Eindrücke, die nun ihrerseits als Schwingungserreger weiterwirken, bis Schüttelschwingungen auftreten.
Durch das vorhandene Lagerspiel wird diese Erscheinung noch begünstigt.
Die Möglichkeiten eiaes Stromflusses in Wälzlagern sind in der Praxis sehr vielgestaltig ; so geht bei elektrischbetriebenen Fahrzeugen trotz Strombrücke und Erdungskontakt meist ein Teil des Fahrstromes noch über die Achslager, hinzu können noch vagabundierende Ströme als Folge von Isolationsschäden kommen. Bei Elektromotoren sind es vornehmlich die Ausgleichsströme induzierter Spannungen zwischen Welle und Gehäuse, die über die Lager fliessen.
Als Schutzmassnahme zum Verhüten eines Stromdurchganges in Wälzlagern ist vorgeschlagen worden, zwischen einem Laufring, gewöhnlich dem Aussenring, und dem anschliessenden Gehäusebauteil einen isolierenden Zwischenring anzuordnen. Als Material für den Zwischenring ist an erster Stelle Pressstoff genannt worden, ferner Gummi und Aluminium mit oxydierter Oberfläche. In der Praxis hat sich die Isolierung der Lager über derartige Zwischenringe in vielen Fällen nicht ausreichend bewährt. Insbesondere im elektrischen Schienenfahrbetrieb, wo als Folge von Wellendurchbiegungen grössere Schubkräfte auftreten, wäre die Lebensdauer solcher Zwischenringe ungenügend.
Ausserdem könnte sich an den Berührungsflächen des Gehäusebauteiles und des Lageraussenringes mit dem Zwischenring Passungsrost bilden, da die Voraussetzungen dafür, nämlich hoher Druck einerseits und aufeinander arbeitende Flächen anderseits, gegeben sind und sich wegen des andersartigen Materials des Zwischenringes auch nicht ausschliessen lassen.
Die Erfindung bezweckt die Schaffung einer Lagerisolierung, die auch unter extrem schwierigen Bedingungen ausreichende Sicherheit und Lebensdauer gewährleistet und die keine Einbauschwierigkeiten, auch nicht bei nachträglicher Ausrüstung, verursacht. Demgemäss war das Problem zu lösen, eine jeden Stromdurchgang unterbindende Isolierschicht fest auf die Kontaktflächen aufzubringen, sei es im Tauchverfahren oder durch Aufspritzen, und es wurde gefunden, dass sich hiefür eine Phosphatschicht ausgezeichnet eignet.
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Beim Phosphatieren metallischer Oberflächen tritt jedoch eine Sättigung auf, die nur Schichtstärken bis zu etwa einem hundertstel Millimeter erlaubt. Obwohl solche Phosphatschichten im günstigsten Fall ein Lager schon hinreichend gegen Stromdurchgang schützen können, muss in der Praxis mit Ungleichmässig- keiten in der Kristallausbildung gerechnet werden, wodurch die verlangte Isolierung in Frage gestellt ist. Die erforderliche Sicherheit lässt sich nur über eine Verstärkung der Schichtdicken erzielen und zu diesem Zweck schlägt die Erfindung vor, auf die Kontaktflächen eine Phosphatschicht aufzubringen, diese anschliessend durch eine Säurebehandlung zu aktivieren, d. h., die Voraussetzung für ein weiteres Kristallwachstum zu schaffen und sodann eine weitere Phosphatschicht aufzubringen.
Falls erforderlich oder erwünscht, kann das Verfahren sinngemäss bis zur Erreichung einer den Stromdurchgang mit Sicherheit verhütenden Schichtstärke weitergeführt werden.
Das Aktivieren der Phosphatschichten erfolgt gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung durch eine kurzzeitige Behandlung mit Schwefelsäure in Konzentrationen von 5 bis 20%. Die letzte Phosphatschicht kann in bekannter Weise durch eine Nachbehandlung mit Chromsäure passiviert werden. wodurch eine Verdichtung des Gefüges dieser Phosphatschicht eintritt.
Als Kontaktflächen im Sinne der Erfindung gelten die Laufbahnflächen der beiden Lagerringe, die Mantelfläche des Aussenringes, die Bohrungsfläche des Innenringes, die Wälzkörperflächen sowie auch die Gehäusebohrungsfläche, die Wellensitzfläche und die seitlichen Anlageflächen. Für die Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens kommen alle Kontaktflächen in Betracht, es genügt aber auch, wenn ein Teil der Flächen nach dem erfindungsgemässen Verfahren behandelt wird.
Es ist an sich bekannt, die Mantelfläche tiefgezogener Wälzlagerringe mit einer Phosphatschicht zu versehen, um Aufbauerscheinungen beim Tiefziehen zu vermindern. Es handelt sich insoweit um eine Gleitschicht, die beim Ziehen der Wälzlagerringe mehr oder weniger zerstört bzw. beschädigt wird, so dass beimEinbauvonmit diesen Wälzlagerringen ausgerüsteten Lagern eine elektrische Isolierung keinesfalls gegeben ist. Auch zur Verbesserung der Laufeigenschaften hat man bereits versucht, die Laufbahnen der Lagerringe mit einer dünnen Phosphatschicht zu versehen, die jedoch ebenfalls nicht geeignet ist, den Stromdurchgang durch das Lager wirksam zu verhindern.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Verhüten des Stromdurchganges in Wälzlagern durch Isolieren der Kontaktflächen, dadurch gekennzeichnet, dass alle oder ein Teil der vorhandenen Kontaktflächen mit einer Phosphatschicht versehen werden, auf die weitere Phosphatschichten, nach Aktivierung der jeweils vorausgehenden Phosphatschicht durch eine Säurebehandlung, bis zum Erreichen einer zur Isolierung ausreichenden Schichtdicke aufgebracht werden.
S. VerfahrennachAnspruchl, dadurch gekennzeichnet, dasszur Aktivierung der Phosphatschichten eine kurzzeitige Behandlung mit Schwefelsäure in Konzentrationen von 5 bis 20% erfolgt.