Acest subiect va căpăta o importanță suplimentară în viitor, deoarece utilizarea tot mai frecventă a convertoarelor de frecvență în sistemele moderne de transmisie a energiei electrice pentru controlul continuu al vitezei motoarelor și generatoarelor va duce la creșterea numărului de daune cauzate de eroziunea electrică. De asemenea, tendințele actuale de utilizare a unor tensiuni mai mari, de exemplu, în sistemele de alimentare a autovehiculelor, vor duce în viitor la descărcări de energie mai mari. De mai bine de 20 de ani, expertul în tribologie Klüber Lubrication face cercetări privind utilizarea lichidelor ionice pentru concepte inovatoare de lubrifianți, în special în acest segment. Acest concept modern transformă lubrifiantul într-un "paratrăsnet" pentru a preveni formarea unor potențiale daune. Pe lângă datele relevante pentru autovehicule, cum ar fi viteza, buna funcționare și durata de viață extinsă, această nouă generație de lubrifianți speciali abordează și problema conductivității electrice.
Daune cauzate de electroeroziune
Electroeroziunea în rulmenții motoarelor electrice sau a altor componente electrice este cauzată de trecerea nedorită a curentului prin zona de contact dintre elementul rulant și calea de rulare. Astfel, se generează căldură care topește local suprafața. Se formează mici fitinguri cu dimensiuni de câțiva micrometri. În timpul funcționării ulterioare, pot apărea șanțuri de-a lungul căilor de rulare ca deteriorare secundară. Ambele tipuri de deteriorare duc la generarea unui zgomot nedorit al rulmenților la început și, în cele din urmă, la o defecțiune prematură.
Există mai multe abordări de proiectare pentru a rezolva această problemă, de exemplu, prin izolarea inelelor interioare sau exterioare sau prin utilizarea de elemente de rulare ceramice. Cu toate acestea, aceste măsuri nu aduc întotdeauna succes, în ciuda costurilor ridicate pe care le implică. O abordare mai simplă, dar mai promițătoare, constă în utilizarea unui lubrifiant cu impedanță redusă, care este oricum un element de proiectare al componentei, pentru a disipa curenții generați.
În principiu, însă, lubrifianții sunt izolatori. Tocmai pentru că blochează trecerea curenților electrici, aceștia cresc acumularea de tensiune în componentele rulmenților din metal. Soluțiile tradiționale presupun utilizarea lubrifianților negri pe bază de grafit și carbon, care, pe de o parte, pot împiedica și curenții parazitari. Pe de altă parte, acestea conțin particule negre, solide de grafit, care împiedică buna funcționare. Deoarece aceste particule sunt deplasate în timp de la punctul de frecare și sunt supuse modificării de către sarcina mecanică, electroconductivitatea acestor unsori scade continuu.
Inovații promițătoare în materie de lubrifianți
Metoda de a face lubrifiantul conductiv prin adăugarea de lichide ionice pentru a disipa curenții generați prezintă avantaje clare față de utilizarea "lubrifianților negri". În special curenții de înaltă frecvență EDM (Electric Discharge Machining) pot fi neutralizați prin concepte adecvate de lubrifianți.
Klüber Lubrication este în prezent singurul producător care poate oferi o astfel de soluție și deține trei brevete pentru utilizarea lichidelor ionice în formulările lubrifianților. Unul dintre aceste brevete implică utilizarea lor ca ulei de bază, iar celelalte două brevete se referă la aditivare.
Lichide ionice - context
În termeni simpli, lichidele ionice sunt săruri lichide. Acestea nu au o structură cristalină stabilă, deoarece aceasta este împiedicată de delocalizarea sarcinilor și de efectele sterice. Prin definiție, punctul de topire al acestor săruri este sub 100 °C și, în multe cazuri, chiar mult sub acest punct, astfel încât sărurile sunt deja lichide la temperatura camerei. Proprietățile lichidelor ionice pot fi variate în funcție de necesități prin modificarea cationilor sau anionilor. Astfel, sunt predestinați pentru a fi utilizați în multe domenii ale ingineriei proceselor chimice.
Lichidele ionice și proprietățile lor sunt cunoscute deja de peste o sută de ani, însă au primit puțină atenție pentru o perioadă lungă de timp și nu au fost utilizate în produse sau procese. Datorită conductivității lor electrice, reduc trecerea nedorită a curentului, ceea ce le face o soluție interesantă pentru rulmenții din motoarele electrice.
Klüberlectric BQ 72-72, curenți EDM măsurați în A în funcție de viteză și temperatură (TU Darmstadt)
Cu un număr adecvat de cationi și anioni, lichidele ionice oferă, de asemenea, o rezistență excelentă la oxidare. Aceștia sunt stabili din punct de vedere termic și pot fi utilizați la temperaturi de până la 150 °C, sunt greu inflamabili, foarte solubili și netoxici. Presiunea lor de vapori extrem de scăzută reprezintă un alt avantaj. Spre deosebire de lubrifianții speciali care conțin particule conductoare, lichidele ionice nu au un efect negativ asupra zgomotului. Mai multe unsori și-au dovedit deja caracterul adecvat pentru viteze mari. În prezent, acestea ating factori de viteză care depășesc 1 milion n x dm. Klüber Lubrication vizează factori de viteză > 2 milioane n x dm.
Lichidele ionice măresc considerabil durata de viață a rulmenților și, prin urmare, contribuie la durabilitate. Deoarece impactul energetic al curenților electrici nedoriți provoacă nu numai deteriorarea rulmenților, ci afectează și performanțele lubrifiantului și descompune lubrifiantul din cauza temperaturilor de vârf extrem de ridicate, un alt efect pozitiv este acela că acestea contribuie la prelungirea duratei de viață a unsorii.
Examinările complete ale bancului de testare, urmate de analize tribologice, oferă informații despre starea lubrifiantului utilizat, precum și despre cea a rulmentului. O caracteristică importantă în acest context este interacțiunea dintre rezultatele referitoare la rulment și cele referitoare la lubrifiant. Datorită examinării detaliate a fiecărei componente, orice posibilă deteriorare poate fi identificată cu mare precizie.
Rezultatele bancului de testare au arătat că deteriorarea rulmenților și a lubrifiantului cauzată de curenții electrici este redusă considerabil atunci când se utilizează lichide ionice.
Lichide ionice - perspective
În cooperare cu parteneri puternici din industrie, Klüber Lubrication lucrează în prezent la optimizarea în continuare a conductivității lubrifianților, menținând în același timp performanța tribologică a acestora prin intermediul lichidelor ionice. În cazul unui nivel foarte ridicat de trecere a energiei, în acest stadiu nu este încă posibil să se rezolve problema trecerii nedorite a curentului doar prin intermediul lubrifiantului. Totuși, acest lucru ar fi de dorit pentru industrie, deoarece ar putea reduce dimensiunea rulmenților. O abordare interesantă este combinația dintre rulmenții izolatori și elementele de descărcare suplimentare care conțin lubrifianți electroconductori.
Concluzie
Fiind un element de proiectare, lubrifiantul este un factor crucial în ceea ce privește eficiența și fiabilitatea componentelor mecanice. Experții precum Klüber Lubrication cercetează dezvoltarea continuă, deoarece lubrifianții sunt esențiali în prelungirea duratei de viață a componentelor și în creșterea atât a eficienței energetice, cât și a sustenabilității.