DE1243944B - Verfahren zum Verhueten des Stromdurchganges in Waelzlagern - Google Patents

Description

• Verfahren zum Verhüten des Stromdurchganges in Wälzlagem An den Wälzlagem elektrischer Maschinen und elektrisch betriebener Fahrzeuge stellen sich manchmal nach kurzer Betriebszeit Laufbahnschäden ein, die bei Rollenlagem 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 anderen Ring ein Gleich- oder Wechselstrom fließt.
• Neuere Untersuchungen haben als Primärursache der sogenannten Riffelbildung eine Stoffwanderung fesigestellt, 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 Berührungsflächen 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 Ader 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 eines Stromflusses in Wälzlagern sind in der Praxis sehr vielgestaltig, so geht bei elektrisch betriebenen Fahrzeugen trotz Strombrücke und Erdungskontakt meistens 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 Wälzlagem 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 Zwischennnge in vielen Fällen nicht ausreichend bewährt. Insbesondere im elektrischen Schienen-Fahrbetrieb, wo als Folge von Wellendurchbiegungen größere Schubkräfte auftreten, wäre die Lebensdauer solcher Zwischenringe ungenügend. Außerdem könnte sich an den Berührungsflächen des Gehäusebauteils und des Lageraußenringes mit dem Zwischenring Passungsrost bilden, da die Voraussetzungen dafür, nämlich hoher Druck einerseits und aufeinander arbeitende Flächen andererseits, 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 Isoherschicht fest auf die Kontaktflächen aufzubringen, sei - es im Tauchverfahten oder durch Aufspritzen, und es wurde gefunden, daß sich hierfür eine Phosphatschicht ausgezeichnet eignet.
• Beim Phosphatieren metallischer Oberflächen tritt jedoch eine Sättigung auf, die nur Schichtstärken bis zu etwa 1/ioo min erlaubt. Obwohl solche Phosphatschichten im günstigsten Fall ein Lager schon hinreichend gegen Stromdurchgang schützen können5 muß in der Praxis mit Ungleichmäßigkeiten 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 Säurebehandluiffg 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.
• Zum Aktivieren der weiter aufzubauenden Phosphatschichten ist gemäß einem weiteren Erfindungsmerkmal eine kurzzeitige Behandlung mit Schwefelsäure in Konzentrationen von 5 bis 20 Prozent vorgesehen. 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 Gehäusebohrungefläche, die Wellensitzfläche und die seitlichen Anlageflächen. Für die Anwendung des erfmdungsgemäßen Verfahrens kommen alle Kontaktflächen in Betracht, es genügt aber auch, wenn ein Teil der Frachen 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 beim Einbau von mit diesen Wälzlagerringen ausgerüsteten. Lagern eine elektrische Isolierung keinesfalls gegeben ist. Auch zur Verbesserung der Laufeigenschaften hat man bereits versucht die Laufbahnen der Lagerfinge mit einer dünnen Phosphatschicht zu versehen, die jedoch ebenfalls nicht geeignet ist den Stromdurchgang durch das Lager wirksam zu verhindern. Andererseits ist auch bekannt, daß Phosphatschichten ein elektrisches Isolationsvermögen besitzen, nur reicht die bei Anwendung der üblichen Phosphatierungsverfahren aufzubringende Schichtdicke nicht aus, um bei Wälzlagern einen Stromdurchgang an den Kontaktffächen sicher zu verhüten.

Claims (2)

1. Patentansprüche: 1. Verfahren zum Verhüten des Stromdurchganges in Wälzlagern durch Isolieren der Kontaktflächen durch Phosphatieren, d a d u r c h g e - kennzeichnet, daß alle oder ein Teil der vorhandenen Kontaktflachen 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.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die weiter aufzubauende Phosphatschicht'durch eine kurzzeitige Behandlung mit Schwefelsäure in Konzentrationen von 5 bis 20% aktiviert wird. 3. Verfahren nach Ansprach 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die letzte Phosphatschicht in an sich bekannter Weise durch eine Nachbehandlung mit Chromsäure passiviert wird. In Betracht gezogene Druckschriften-Deutsche Patentschrift Nr. 856 544; W. M a c h u, kDie Phosphatierung«, 1950, S. 60 bis 63.