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Die Erfindung betrifft ein korrosionsgeschütztes Lagerbauteil und eine Lageranordnung.
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Lager sind mitunter korrosiven Bedingungen ausgesetzt. In der Regel werden Lager vor korrosiven Einwirkungen dadurch geschützt, dass sie durch eine Schutzbarriere vor diesen Einwirkungen abgeschirmt werden. Dies kann beispielsweise durch den Einbau in Gehäuse geschehen, die mittels Dichtungen gegen die Umgebung abgedichtet und somit vor äußeren korrosiven Einflüssen geschützt sind. In vielen Fällen sind auch die Lager selbst abgedichtet, um beispielsweise ein Eindringen von Wasser in das Lagerinnere zu verhindern und Korrosion im Innenbereich zu vermeiden. Die Errichtung von Schutzbarrieren kann jedoch sehr aufwendig sein und ist zudem nicht in allen Anwendungsfällen möglich. Außerdem besteht das Risiko, dass die Schutzbarrieren keine vollständige und/oder keine dauerhafte Abschirmung des Lagers vor dem korrosiven Medium bewirken.
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Diese Probleme können beispielsweise bei Lagern von Windkraftanlagen auftreten, die konstruktionsbedingt oder aus Kostengründen nicht in ein Gehäuse eingebaut werden, das vor Wettereinflüssen schützt. Besonders problematisch ist die Situation bei Windkraftanlagen, die unmittelbar an der Küste oder sogar auf dem Meer errichtet werden. In diesem Fall können die Lager mit hochkorrosivem Salzwasser in Kontakt kommen. Noch kritischer kann die Situation bei Unterwasserturbinen sein.
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Eine ähnliche Situation kann beispielsweise bei Eisenbahnlagern auftreten. Diese können partiell der Witterung ausgesetzt sein, so dass ein hohes Korrosionsrisiko besteht. Auch bei Schiffsantrieben und Stahlwasserbaulagerungen besteht ein hohes Korrosionsrisiko durch Wassereinwirkung.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, bei einem Lagerbauteil in feuchter oder nasser, d. h. mit einer Flüssigkeit benetzter, Umgebung mit vertretbarem Aufwand einen zuverlässigen Korrosionsschutz zu gewährleisten.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombinationen der nebengeordneten Ansprüche gelöst.
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Das erfindungsgemäße Lagerbauteil weist eine Opferanode auf, die elektrisch leitend mit dem Lagerbauteil verbunden ist und das Lagerbauteil vor Korrosion schützt.
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Die Erfindung hat den Vorteil, dass mit vergleichsweise geringem Aufwand und auf zuverlässige Weise ein sehr wirksamer Korrosionsschutz erzielt werden kann. Insbesondere kann auch in solchen Anwendungsfällen ein Korrosionsschutz erreicht werden, in denen dies mit bekannten Vorgehensweisen nicht möglich ist oder einen sehr großen Aufwand erfordern würde.
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Die Opferanode kann als ein massives Teil ausgebildet sein. Weiterhin kann die Opferanode am Lagerbauteil mechanisch befestigt sein. Dies hat den Vorteil, dass das Lagerbauteil inklusive Korrosionsschutzeinrichtung in Form der Opferanode als ein Teil gehandhabt werden kann und beispielsweise ohne Zusatzaufwand auf herkömmliche Weise montiert werden kann.
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Die Opferanode kann aus einem Material hergestellt sein, das ein negativeres Normalpotential als das Material des Lagerbauteils hat. Bei Lagerbauteilen aus Stahl wird dadurch eine negative Polung des Lagerbauteils und in der Folge ein wirksamer Korrosionsschutz erreicht. Insbesondere kann die Opferanode beispielsweise aus Zink oder aus Magnesium oder aus einer Aluminiumlegierung hergestellt sein.
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Die Opferanode kann in einer Vertiefung des Lagerbauteils angeordnet sein. Weiterhin kann die Opferanode an einer axialen Endfläche des Lagerbauteils angeordnet sein. Die Opferanode kann als ein Kreisring ausgebildet sein. Ebenso kann die Opferanode als ein Ringsegment ausgebildet sein.
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Die Abmessungen der Opferanode und der Vertiefung können so aufeinander abgestimmt sein, dass die Opferanode nicht aus der Vertiefung heraus ragt. Dadurch kann erreicht werden, dass kein mechanischer Kontakt zwischen der Opferanode und der Einbauumgebung des Lagerbauteils ausgebildet wird. Dadurch kann eine Beeinträchtigung der Maßhaltigkeit des Lagerbauteils infolge der vorgesehenen Korrosion der Opferanode vermieden werden.
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Es kann wenigstens ein Abstandselement vorgesehen sein, welches über die Opferanode hervorsteht. Dies stellt eine weitere Möglichkeit dar, eine dauerhafte Maßhaltigkeit des Lagerbauteils gegenüber der Einbauumgebung sicherzustellen.
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Die Opferanode kann in einem Bereich des Lagerbauteils angeordnet sein, der im Betriebszustand einer Lageranordnung, die das Lagerbauteil beinhaltet, wenigstens zeitweise von einer Flüssigkeit benetzt wird. Durch die Benetzung wird ermöglicht, dass die Opferanode in Lösung geht und dadurch die Wirkung des kathodischen Korrosionsschutzes entfaltet wird. Bei der Flüssigkeit kann es sich beispielsweise um Wasser oder um leitfähiges Schmieröl handeln.
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Das Lagerbauteil kann im Betriebszustand der Lageranordnung ortsfest sein. Dadurch kann das Risiko eines Ablösens der Opferanode unter Bewegungseinfluss vermieden werden. Außerdem wird dadurch verhindert, dass es infolge der vorgesehen Korrosion der Opferanode zu einer Unwucht kommt.
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Das Lagerbauteil kann beispielsweise als ein Lagerring ausgebildet sein.
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Die Erfindung betrifft weiterhin eine Lageranordnung mit einem Lagerbauteil und einer Korrosionsschutzeinrichtung, durch die ein kathodischer Korrosionsschutz des Lagerbauteils ausgebildet ist.
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Die Lageranordnung kann einen elektrisch leitfähigen Schmierstoff, insbesondere ein elektrisch leitfähiges Schmieröl aufweisen.
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Die Korrosionsschutzeinrichtung kann eine Opferanode aufweisen, die elektrisch leitend mit dem Lagerbauteil verbunden ist. Dabei kann die Opferanode mechanisch am Lagerbauteil befestigt sein.
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Ebenso ist es möglich, dass die Korrosionsschutzeinrichtung eine Fremdstromanode aufweist, die zum Lagerbauteil beabstandet angeordnet ist. Das Anlegen einer externen, dem Korrosionspotential entgegengesetzten elektrischen Gleichspannung verhindert Korrosion ohne anodischen Materialabtrag. Ein derartiges System ist hinsichtlich des Korrosionsschutzes wartungsfrei und hat den Vorteil, dass ein dauerhafter Korrosionsschutz erreichbar ist, da die Fremdstromanode nicht verbraucht. Die Fremdstromanode kann z. B. aus einem Titan-Mischoxid, aus Niob, aus Titan, aus Platin-/Titanbeschichtetem Kupfer oder aus hochsiliziumhaltigem Gusseisen hergestellt sein.
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Die Korrosionsschutzeinrichtung kann eine Gleichstromquelle aufweisen. Die Gleichstromquelle kann mit dem Lagerbauteil und der Fremdstromanode elektrisch leitend verbunden sein.
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Weiterhin betrifft die Erfindung eine Lageranordnung mit wenigstens einem Lagerbauteil, an dem zur Ausbildung eines kathodischen Korrosionsschutzes eine Gleichspannung anliegt.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert, bei denen das erfindungsgemäße Lagerbauteil jeweils als ein Lagerring ausgebildet ist.
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Es zeigen
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1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Lagerbauteils in perspektivischer Darstellung,
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2 ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Lagerbauteils in einer 1 entsprechenden Darstellung,
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3 ein nochmals abgewandeltes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Lagerbauteils in einer 1 entsprechenden Darstellung und
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4 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Lageranordnung in einer schematischen Darstellung.
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1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Lagerbauteils 1 in perspektivischer Darstellung. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Lagerbauteil 1 als ein Lagerring ausgebildet. Dabei kann es sich insbesondere um einen Innenring oder um einen Außenring handeln. In der Regel handelt es sich um einen Lagerring, der sich im Betriebszustand des Lagers nicht dreht. Das Lagerbauteil 1 kann ein Bestandteil eines Wälzlagers oder Gleitlagers sein und beispielsweise aus Stahl gefertigt sein.
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Das Lagerbauteil 1 weist insgesamt eine zylindrische oder konische Form auf und besitzt eine zentrale Bohrung 2, die zu einer Achse 3 rotationssymmetrisch ausgebildet ist. Auf diese Achse 3 wird bei den folgenden Lage- und Richtungsangaben jeweils Bezug genommen, falls nichts anderes angegeben ist. Im Bereich wenigstens einer axialen Endfläche 4 sind beispielsweise zwei Vertiefungen 5 ausgebildet.
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Die Vertiefungen 5 erstrecken sich jeweils über einen Teilbereich des Umfangs des Lagerbauteils 1 und sind einander diametral gegenüberliegend angeordnet. Insbesondere können sich die Vertiefungen 5 sehr viel weiter in Umfangsrichtung als in Radialrichtung erstrecken und somit eine langgestreckte Form aufweisen. Die Tiefe, d. h. Erstreckung der Vertiefungen 5 in Axialrichtung, ist in der Regel nochmals deutlich geringer als die radiale Erstreckung, so dass die Vertiefungen 5 sehr flach ausgebildet sein können. In jeder Vertiefung 5 ist eine Opferanode 6 angeordnet. Die Opferanoden 6 sind so ausgebildet, dass sie jeweils vollständig von den Vertiefungen 5 aufgenommen werden können. Insbesondere ragen die Opferanoden 6 nicht aus den Vertiefungen 5 heraus und sind vorzugsweise im Hinblick auf ihre Soll-Maße sogar etwas zurückversetzt, damit noch eine gewisse Fertigungstoleranz bei den Vertiefungen 5 und den Opferanoden 6 zugelassen werden kann. Somit weisen die Vertiefungen 5 und die Opferanoden 6 aufeinander abgestimmte Formen auf, wobei die Vertiefungen 5 größere, nicht jedoch kleinere, Abmessungen als die Opferanoden 6 aufweisen können. Insbesondere können die Opferanoden 6 als flachstückartige Ringsegmente ausgebildet sein, deren Umfangsenden verrundet sind. Dadurch ist gewährleistet, dass das Lagerbauteil 1 im montierten Zustand mit seiner axialen Endfläche 4 und nicht mit den Opferanoden 6 an einem axial benachbarten Maschinenteil anliegt.
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Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist jede Opferanode 6 mit zwei elektrisch leitfähigen Schrauben 7 innerhalb der zugehörigen Vertiefung 5 am Lagerbauteil 1 befestigt. Dadurch wird eine zuverlässige mechanische Fixierung der Opferanoden 6 sichergestellt und eine elektrisch leitende Verbindung zwischen den Opferanoden 6 und dem Lagerbauteil 1 ausgebildet.
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Die Opferanoden 6 können beispielsweise aus Zink oder Magnesium oder einer Aluminiumlegierung gefertigt sein und dienen dem kathodischen Korrosionsschutz des Lagerbauteils 1. Wenn das Lagerbauteil 1 beispielsweise mit Wasser benetzt wird, besteht das Risiko einer Korrosion des Lagerbauteils 1. In der Regel wird dann aber auch wenigstens eine der Opferanoden 6 mit Wasser benetzt. Da die Opferanode 6 aus einem Material mit einem negativeren Normalpotential als das Lagerbauteil 1 hergestellt ist, geht das Material der Opferanode 6 in Form von positiven Ionen allmählich in Lösung. Die verbleibenden überschüssigen Elektronen fließen zum Lagerbauteil 1 ab. Über das benetzende Wasser, das als Elektrolyt wirkt, wird der Stromkreis geschlossen. Auf diese Weise wird das elektrische Potential des Lagerbauteils 1 zum Negativen verschoben und es kommt zu einer Reduzierung oder Unterbindung der Korrosion des Lagerbauteils 1. Wenn das Lagerbauteil 1 aus Stahl gefertigt ist, wird eine Unterbindung der Korrosion ab einem elektrischen Potential von –0,85 V gegenüber einer Kupfer-Kupfersulfat-Elektrode erreicht. Zu ähnlichen Effekten kommt es auch bei Einwirkung eines anderen leitfähigen Mediums als Wasser auf das Lagerbauteil 1.
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Derartige Situationen können beispielsweise bei einer Bewitterung von Lagerbauteilen 1 wie z. B. von Eisenbahnlagern oder von Lagern von Windenergieanlagen auftreten. In diesem Fall wird wenigstens eine Opferanode 6 in einem Bereich angeordnet, der besonders stark dem Wetter ausgesetzt ist. Dies kann beispielsweise ein bezüglich der Schwerkraftrichtung tief liegender Bereich des Lagerbauteils 1 sein, der Spritzwasser oder entlang dem Lagerbauteil 1 abfließendem Wasser, insbesondere auch Schmelzwasser, ausgesetzt ist. Auch durch einen Wasseranteil im Schmieröl von Lagern, beispielsweise infolge von starken Temperaturunterschieden oder Undichtheiten, kann es zu derartigen Effekten kommen. In diesem Fall muss wenigstens eine Opferanode 6 so angeordnet werden, dass sie vom Schmieröl benetzt wird. Bei Getrieben von z. B. Windkraftanlagen ergeben klimatische Wechselbedingungen einen teils sehr erheblichen Wasseranteil im Schmieröl, der eine korrosive Wirkung entfalten kann, zumal die Lager fortwährend vom Schmieröl benetzt werden. Wird durch eine geeignete Grundölauswahl eine elektrische Mindestleitfähigkeit des Schmieröls und eine Kompatibilität des Schmieröls mit dem Material der Opferanode 6 sichergestellt, ist ein kathodischer Korrosionsschutz auch in solchen Fällen möglich. Bei Lagern, beispielsweise Getriebelagern, die teilgetaucht in einem Ölbad laufen, wird die Opferanode 6 im Eintauchbereich angeordnet. Bei Lagern mit Ölumlaufschmierung wird die Opferanode 6 im Öldurchfluss angeordnet.
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2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Lagerbauteils 1 in einer 1 entsprechenden Darstellung. Das in 2 dargestellte Ausführungsbeispiel entspricht hinsichtlich Ausbildung und Funktionsweise weitgehend dem Ausführungsbeispiel der 1. Allerdings ist beim Ausführungsbeispiel der 2 im Bereich der axialen Endfläche 4 des Lagerbauteils 1 eine über den gesamten Umfang umlaufende Vertiefung 5 anstelle von mehreren Vertiefungen 5 in Teilbeeichen des Umfangs ausgebildet. In der Vertiefung 5 ist eine als ein Kreisring ausgebildete Opferanode 6 angeordnet und mit drei Schrauben 7 am Lagerbauteil 1 befestigt.
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3 zeigt ein nochmals abgewandeltes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Lagerbauteils 1 in einer 1 entsprechenden Darstellung. Das in 3 dargestellte Ausführungsbeispiel weist keine Vertiefung 5 zur Aufnahme der Opferanode 6 auf. Stattdessen ist auf der axialen Endfläche 4 des Lagerbauteils 1 eine als ein Kreisring ausgebildete Opferanode 6 angeordnet und steht demgemäß mit ihrer vollen axialen Erstreckung über die axiale Endfläche 4 über. Äquidistant über den Umfang verteilt sind drei Anlagehülsen 8 in die Opferanode 6 eingelassen und stützen sich auf die axiale Endfläche 4 des Lagerbauteils 1 ab. Die Anlagehülsen 8 sind so ausgebildet, dass sie geringfügig axial über die Opferanode 6 überstehen und im montierten Zustand des Lagerbauteils 1 einem axial benachbarten Maschinenteil als Anlageflächen dienen. Somit liegen im montierten Zustand des Lagerbauteils 1 die Anlagehülsen 8 und nicht die Opferanode 6 an einem axial benachbarten Maschinenteil an. Dadurch ist gewährleistet, dass auch bei einer Korrosion der Opferanode 6 gleichbleibende Anlageverhältnisse für das Maschinenteil erhalten bleiben. Die Opferanode 6 ist mit drei Schrauben 7, die auch die Anlagehülsen 8 fixieren, am Lagerbauteil 1 befestigt. Im Übrigen sind Aufbau und Funktionsweise des in 3 dargestellten Ausführungsbeispiels des Lagerbauteils 1 analog zu den Ausführungsbeispielen der 1 und 2.
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Allen vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen ist gemeinsam, dass durch die Opferanode 6 am Lagerbauteil 1 ein definiertes elektrisches Potential aufrecht erhalten wird und dadurch das Lagerbauteil 1 vor Korrosion geschützt wird. Dabei wird die Opferanode 6 selbst der Korrosion ausgesetzt und löst sich allmählich auf. Dies führt wiederum dazu, dass die Schutzwirkung der Opferanode 6 nicht dauerhaft anhält sondern nach eine gewissen Zeitspanne aufgebraucht ist. Falls ein Korrosionsschutz des Lagerbauteils 1 über diese Zeitspanne hinaus aufrecht erhalten werden soll, kann dies durch einen Austausch der verbrauchten Opferanode 6 erreicht werden.
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Im Rahmen der Erfindung ist auch möglich, einen dauerhaften Korrosionsschutz ohne einen Austausch einer Opferanode 6 zu erreichen. Ein diesbezügliches Ausführungsbeispiel ist in 4 dargestellt.
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4 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Lageranordnung in einer schematischen Darstellung.
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Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein Lagerbauteil 1 in einem Behälter 9 angeordnet, der partiell mit einem elektrisch leitfähigen Schmieröl 10 gefüllt ist. Dabei wird das Lagerbauteil 1 vom Schmieröl 10 benetzt. Zudem ist im Behälter 9 eine Fremdstromanode 11 in einem Abstand zum Lagerbauteil 1 angeordnet. Die Fremdstromanode 11 wird ebenfalls vom Schmieröl 10 benetzt. Weiterhin ist eine Gleichstromquelle 12 mit einem Minuspol 13 und einem Pluspol 14 vorgesehen. Der Minuspol 13 der Gleichstromquelle 12 ist mit dem Lagerbauteil 1 elektrisch leitend verbunden. Der Pluspol 14 der Gleichstromquelle 12 ist mit der Fremdstromanode 11 elektrisch leitend verbunden. Somit ist die Fremdstromanode 11 – anders als die Opferanode 6 – nicht über einen direkten berührenden Kontakt mit dem Lagerbauteil 1 gekoppelt. Stattdessen ist eine indirekte Kopplung zwischen der Fremdstromanode 11 und dem Lagerbauteil 1 über das Schmieröl 10 als Elektrolyt vorgesehen. Hierfür ist es erforderlich, dass das Schmieröl 10 elektrisch leitende Inhaltsstoffe enthält. Es ist auch möglich, ein zunächst nicht leitfähiges Schmieröl 10 einzusetzen, das erst über Wasseraufnahme seine Leitfähigkeit erhält. Dann setzt die durch das Wasser getriggerte Schutzwirkung erst mit Eintreten der ebenfalls durch das Wasser getriggerten korrosiven Gefährdung ein.
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Anders als eine Opferanode 6 löst sich die Fremdstromanode 11 nicht im Laufe der Zeit auf und bietet somit einen dauerhaften Korrosionsschutz ohne Kontamination des Schmieröls 10. Hierzu kommt für die Fremdstromanode 11 ein Material zum Einsatz, das unter den vorherrschenden Betriebsbedingungen nicht oder nur extrem langsam in Lösung geht. Beispielsweise kann als Material für die Fremdstromanode 11 ein Titan-Mischoxid, Niob, Titan, Platin-/Titanbeschichtetes Kupfer oder hochsiliziumhaltiges Gusseisen zum Einsatz kommen. Da die Fremdstromanode 11 keine Ionen abgibt und demgemäß ohne weitere Maßnahmen kein schützendes elektrisches Potential am Lagerbauteil 1 ausbildet, wird zur Ausbildung des elektrischen Potentials eine externe Stromzufuhr durch die Gleichstromquelle 12 benötigt. Die Gleichstromquelle 12 liefert Elektronen an das Lagerbauteil 1, so dass das elektrische Potential des Lagerbauteils 1 zum Negativen hin verschoben wird. Über das Schmieröl 10 als Elektrolyt und die Fremdstromanode 11 wird der Stromkreis geschlossen. Solange die Gleichstromquelle 12 einen ausreichenden Strom liefert, ist ein Korrosionsschutz des Lagerbauteils 1 gewährleistet. Bei dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel geht die Aufrechterhaltung des Korrosionsschutzes folglich mit einem permanenten Verbrauch elektrischer Energie einher. Angesichts des vergleichsweise geringen Stromflusses, der für die Aufrechterhaltung des Korrosionsschutzes benötigt wird, ist der Energieverbrauch aber relativ gering.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Lagerbauteil
- 2
- Bohrung
- 3
- Achse
- 4
- Axiale Endfläche
- 5
- Vertiefung
- 6
- Opferanode
- 7
- Schraube
- 8
- Anlagehülse
- 9
- Behälter
- 10
- Schmieröl
- 11
- Fremdstromanode
- 12
- Gleichstromquelle
- 13
- Minuspol
- 14
- Pluspol
