DE4109465A1 - Verfahren zur verhinderung von funkenerosion an gleitlagern und gleitflaechen und anordnung zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verhinderung von Funkenerosion an Gleitlagern und Gleitflächen mit einem Schmierfilm aus Öl, auf dem metallische Bauelemente gleiten, als Zusatz zu Patentanmeldung P 39 31 610.6-12.

Es ist z. B. durch die DE-ZS "Kunststoffberater" Heft 3/1987, S. 53-57 bekannt, daß an der Berührungsstelle von zwei Körpern aus verschiedenen Materialien elektrostatische Aufladungen entstehen. Zur wirkungsvollen Beseitigung dieser Aufladungen kann die die Körper umgebende Luft ionisiert werden. Die ionisierte Luft neutralisiert die Ladungen durch Ladungsaustausch.

Es ist ferner bekannt, in Gleitlagern für Wellen einen Schmierfilm aus Öl vorzusehen, um die Reibung zu vermindern und eine Schädigung der Gleitflächen zu verhindern. In der DE-PS 32 06 791 wird z. B. für Nockenwellen beschrieben, in der Nockenwelle einen in Axialrichtung verlaufenden Ölkanal vorzusehen, an dem radial Ölbohrungen ausgebildet sind, die sich bis zur Außenseite der Nockenwelle erstrecken.

Untersuchungen an Gleitlagern haben gezeigt, daß Schädi­ gungen der Gleitflächen in erheblichem Umfang auf Funken­ erosion zurückzuführen sind. Bei Lagern für Wellen, bei denen die Werkstoffe für die Lagerschalen und die Wellen unterschiedlich sind, besteht aufgrund der elektrochemischen Spannungsreihe zwischen der Lagerschale und der Welle ein elektrisches Potential. Das zur Schmierung und Kühlung des Lagers dienende Öl bildet ein Dielektrikum. Ferner tritt eine Berührungsspannung durch Ladungsverschiebung und bei Drehung der Welle durch Ladungstrennung Reibungselektrizität auf, die ebenfalls zum Aufbau eines Spannungspotentials beiträgt. Dies hat zur Folge, daß bei Aufbau eines aus­ reichend großen Spannungspotentials zeitlich getrennte und nicht stationäre Entladungen auftreten, die zu einem Abtrag des Werkstoffs der sich gegenüberstehenden Flächen führen. Hierdurch werden diese Flächen beschädigt, was zu einer erheblichen Verkürzung der Lebensdauer der betreffenden Bauteile führt. Durch Spannungsableitung z. B. aus einem Lager kann selbst an zwei miteinander in Eingriff befind­ lichen Bauteilen aus Stahl Erosion auftreten, wenn kein geschlossener Schmierfilm aus Öl vorhanden ist. Diese Gefahr besteht z. B. bei Kettentrieben für den Antrieb der Nocken­ welle und Motoren. Bei entsprechender geometrischer Ausbil­ dung von Gleitflächen und den auf ihnen gleitenden Bauele­ menten, wie z. B. Ventilstößeln, die auf Gleitflächen von Nocken von Nockenwellen gleiten, besteht ferner die Gefahr, daß zusätzlich zur Funkenerosion durch örtliche Kavitation des Schmierölfilms dieser abreißt und die metallischen Flächen direkt aufeinander gleiten und so ein weiterer me­ chanischer Verschleiß eintritt.

Um diese Nachteile zu beseitigen ist durch die Patentanmel­ dung P 39 31 610.6-12 vorgeschlagen worden, das Öl zu ioni­ sieren, um das Auftreten von Spannungspitzen an Gleitlagern und Gleitflächen zu vermeiden.

Es hat sich jedoch gezeigt, daß in den Grenzflächen zwischen dem festen Werkstoff und dem flüssigen Medium durch Anhangs­ kräfte Berührungselektrizität erzeugt wird, die zu einer elektrostatischen Aufladung des Öls führt. Durch Ionisation wird in dem Öl eine Ladung aufgebaut. Bei einem kurzen Reißen des Ölfilms werden dann Durchschlagkanäle gebildet, durch die ein Funke überspringt. Die Intensität des Funkens ist hierbei abhängig von der Ladung, dem Werkstoff der La­ gerfläche, dem Öl und dem Wasseranteil im Öl.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, daß nach der Pa­ tentanmeldung P 39 31 610.6-12 bekannte Verfahren zur Ver­ hinderung von Funkenerosion an Gleitlagern und Gleitflächen so zu verbessern, daß eine Funkenerosion durch im Ölfilm aufgebaute kapazitive Ladung verhindert wird.

Erfindungsgemäß erfolgt die Lösung der Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1. Vorteilhafte Aus­ gestaltungen der Erfindung werden in den abhängigen An­ sprüchen beschrieben.

Die Erfindung wird nachstehend näher erläutert, wobei Fig. 1 die Temperaturabhängigkeit des Widerstands von Öl, Fig. 2 ein Beispiel einer elektrostatischen Spannungsreihe von Legierungen gegen Stahl über einen nichtleitenden Ölfilm und Fig. 3 ein Beispiel für eine einfache Anordnung zur Ablei­ tung der Berührungselektrizität zeigt.

Fig. 1 zeigt, daß bei höherer Öltemperatur der Widerstand des Öls sich vermindert. Dies bedeutet, daß bei Betriebs­ temperaturen eines Verbrennungsmotors bereits ein geringes Spannungspotential ausreichend ist, um die Gefahr eines Funkendurchschlags durch Aufladung der durch das Öl ge­ trennten Gleitflächen zu begründen.

Aus Fig. 2 ist ersichtlich, daß gerade die im Motorenbau üblichen Aluminiumlegierungen für Lager und Kolben in der elektrostatischen Spannungsreihe, die nicht mit der che­ mischen Spannungsreihe übereinstimmt, gegenüber Stahl mit Öl als nichtleitender Flüssigkeit zwischen den sich gegenüber­ stehenden Flächen der Bauteile ein hohes elektrostatisches Spannungspotential haben, was die elektrostatische Aufladung eines Schmierfilms aus Öl unterstützt.

Nach der Erfindung wird eine Funkenerosion dadurch vermie­ den, daß entweder die Werkstoffe für die aufeinander glei­ tenden Bauelemente hinsichtlich der elektrostatischen Span­ nungsreihe möglichst paarig gewählt werden, zumindest aber nur einen geringen Abstand voneinander haben. Soweit dies nicht möglich ist oder nicht gewünscht oder ergänzt, wird das Öl durch Zusätze wie z. B. Kohlenstoff leitfähig ausge­ bildet, so daß im Bereich von Gleitflächen entstehende elek­ trostatische Aufladung des Öls abgeleitet wird.

Zur Ableitung des Stroms wären auch Kontakte wie Schleif­ ringe od. dgl. möglich. Hierbei wäre jedoch Voraussetzung, daß die Ableitkontakte trocken auf der jeweiligen Welle gleiten, was sich häufig konstruktiv nur schwer realisieren läßt. Diese Problem besteht bei der in Fig. 3 gezeigten Anordnung nicht, mittels der auf einfache Weise in einem Lager 1 entstehende Berührungselektrizität abgeleitet werden kann. Hierzu ist im Abstand vom Lager 1 die Welle 2 durch ein Hilfslager 3 geführt, das keine mechanischen Funktionen wahrnimmt. An das Hilfslager 3 ist ein spannungsgebendes Gerät 4 angeschlossen, durch das am Hilfslager 3 eine nega­ tive Spannung V- angelegt wird. Der absolute Betrag der negativen Spannung V- sollte möglichst gleich dem absoluten Betrag der in dem Lager 1 entstehenden Spannung V+ sein. Hierdurch wird die im Lager 1 entstehende Spannung V- abge­ zogen, so daß im Schmierfilm nur eine geringe Kapazität entsteht, wodurch ein Funkendurchschlag im Bereich des La­ gers 1 nicht möglich ist.

Claims (6)

1. Verfahren zur Verhinderung von Funkenerosion an Gleit­ lagern und Gleitflächen mit einem Schmierfilm aus Öl, auf dem metallische Bauelemente gleiten, als Zusatz zur Patentanmeldung P 39 31 610.6-12, dadurch gekennzeich­ net, daß für Gleitlager oder Gleitflächen und die auf dem Schmierfilm gleitenden metallischen Bauelemente solche Werkstoffe gewählt werden, die in der elektro­ statischen Spannungsreihe gegen das Schmiermedium das gleiche oder nur ein voneinander gering unterschied­ liches Spannungspotential aufweisen oder/und daß im Bereich der Gleitlager oder der Gleitflächen durch elek­ trostatische Aufladung im Schmierfilm entstehende Span­ nung abgeleitet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmierfilm durch elektrisch leitfähiges Öl gebildet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmierfilm durch Kohlenstoffpartikel enthaltendes Öl gebildet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrisch leitfähige Öl durch eine Stromablei­ tungskammer geführt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Abstand vom Gleitlager oder der Gleitfläche an das gleitende Bauelement eine einstellbare negative Spannung angelegt wird, deren Betrag den Betrag der in dem Schmierfilm durch elektrostatische Aufladung entstehende Spannung entspricht oder nahekommt.

6. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 5, bei einem Lager, durch das eine Welle geführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (2) im Abstand von dem Lager (1) durch ein Hilfslager (3) geführt ist, das mit einem spannungsgebenden Gerät (4) verbunden ist.