Téma v budúcnosti získa ďalší význam, pretože čoraz väčšie využitie frekvenčných meničov v moderných systémoch prenosu energie na nepretržité riadenie otáčok motorov a generátorov povedie k ďalším škodám spôsobeným elektrickou eróziou. Tiež súčasné trendy smerom k používaniu vyšších napätí, napr. v energetických systémoch automobilových vozidiel bude mať v budúcnosti za následok vyššie výboje energie. Už viac ako 20 rokov, tribologický expert Klüber Lubrication skúma využitie iónových kvapalín pre inovatívne koncepty mazív, najmä v tomto segmente. Táto moderná koncepcia premieňa mazivo na „bleskozvod“, aby sa zabránilo tvorbe škodlivých potenciálov. Okrem údajov týkajúcich sa vozidla, ako sú rýchlosť, plynulý chod a predĺžená životnosť, sa táto nová generácia špeciálnych mazív zaoberá aj otázkou elektrickej vodivosti.
Poškodenie spôsobené elektroeróziou
Elektroerózia vo valivých ložiskách elektrických motorov alebo iných elektrických komponentov je spôsobená nežiaducim prechodom prúdu kontaktnou zónou medzi valivým prvkom a obežnou dráhou. Vytvára sa tak teplo, ktoré lokálne topí povrch. Vznikajú malé jamy veľké niekoľko mikrometrov. V nasledujúcej prevádzke môžu drážky vzniknúť na obežných dráhach ako sekundárne poškodenie. Oba typy poškodenia vedú najskôr k vytváraniu nežiaduceho hluku ložísk a nakoniec k predčasnému zlyhaniu.
Existuje niekoľko návrhov riešení tohto problému, napr. izoláciou vnútorných alebo vonkajších krúžkov alebo použitím keramických valivých prvkov. Tieto opatrenia však nie vždy prinesú úspech aj napriek vysokým nákladom, ktoré s nimi súvisia. Jednoduchším, ale sľubnejším prístupom je použitie maziva s nízkou impedanciou, ktoré je v každom prípade konštrukčným prvkom komponentu, na rozptýlenie generovaných prúdov.
V zásade sú však mazivá izolátory. Práve preto, že blokujú prechod elektrických prúdov, zvyšujú nahromadenie napätia v kovových súčastiach ložísk. Tradičné riešenia zahŕňajú použitie čiernych mazív na báze grafitu a uhlíka, ktoré na jednej strane tiež môžu zabrániť vírivým prúdom. Na druhej strane obsahujú čierne grafitové tuhé častice, ktoré bránia hladkému chodu. Pretože sa tieto častice v priebehu času dostávajú mimo bodu trenia a podliehajú zmenám mechanickým zaťažením, elektrovodivosť týchto mazív kontinuálne klesá.
Sľubné inovácie mazív
Spôsob zaistenia vodivosti mazív pridaním iónových kvapalín na rozptýlenie generovaných prúdov ukazuje zreteľné výhody oproti použitiu „čiernych mazív“. Obzvlášť vysokofrekvenčné prúdy EDM (Electric Discharge Machining) môžu byť neutralizované vhodným výberom mazív.
Spoločnosť Klüber Lubrication je v súčasnosti jediným výrobcom, ktorý môže ponúknuť takéto riešenie, a vlastní tri patenty na použitie iónových kvapalín v mazacích formuláciách. Jeden z týchto patentov predpokladá ich použitie ako základový olej, ďalšie dva patenty sa týkajú aditivácie.
Iónové kvapaliny - prehľad
Jednoducho povedané, iónové kvapaliny sú kvapalné soli. Nemajú stabilnú kryštalickú štruktúru, pretože bránia delokalizácia náboja a majú stérické účinky. Podľa definície je teplota topenia týchto solí nižšia ako 100 ° C a v mnohých prípadoch dokonca oveľa nižšia ako táto teplota, takže soli sú už pri izbovej teplote kvapalné. Vlastnosti iónových kvapalín sa môžu meniť podľa požiadaviek úpravou katiónov alebo aniónov. Preto sú predurčené na použitie v mnohých oblastiach inžinierstva chemických procesov.
Iónové kvapaliny a ich vlastnosti sú známe už viac ako sto rokov, potom sa im však dlho venovala malá pozornosť a nepoužívali sa vo výrobkoch ani v procesoch. Vďaka svojej elektrickej vodivosti znižujú nežiaduci prechod prúdu, čo z nich robí zaujímavé riešenie pre ložiská v elektromotoroch.
Klüberlectric BQ 72-72, prúdy EDM merané v A ako funkcia rýchlosti a teploty (Technická Univerzita Darmstadt).
Pri dostatočnom počte katiónov a aniónov ponúkajú iónové kvapaliny vynikajúcu odolnosť proti oxidácii. Sú tepelne stabilné a môžu sa používať pri teplotách do 150 ° C, sú ťažko horľavé, veľmi dobre rozpustné a netoxické. Ďalšou výhodou je ich extrémne nízky tlak pár. Na rozdiel od špeciálnych mazív obsahujúcich vodivé častice, iónové kvapaliny nemajú negatívny vplyv na hluk. Niekoľko mazív už preukázalo svoju vhodnosť pre vysoké rýchlosti. V súčasnosti dosahujú rýchlostné faktory presahujúce 1 milión n x dm. Spoločnosť Klüber Lubrication sa zameriava na rýchlostné faktory > 2 milióny n x dm.
Iónové kvapaliny výrazne zvyšujú životnosť ložísk, a tým prispievajú k udržateľnosti. Pretože energetický dopad nežiaducich elektrických prúdov vyvoláva nielen poškodenie ložísk, ale ovplyvňuje aj výkon mazadla a vďaka extrémne vysokým špičkovým teplotám mazivo rozkladá, ďalším pozitívnym účinkom je, že pomáhajú predĺžiť životnosť maziva.
Komplexné skúšky skúšobných zariadení, po ktorých nasledujú tribologické analýzy, poskytujú informácie o stave použitého maziva aj stavu ložiska. Dôležitou črtou v tejto súvislosti je súhra výsledkov týkajúcich sa ložiska a výsledkov týkajúcich sa maziva. Vďaka podrobnému preskúmaniu každého komponentu je možné veľmi presne identifikovať prípadné škody.
Výsledky testovacieho zariadenia ukázali, že poškodenie ložísk a mazív spôsobené elektrickými prúdmi je pri použití iónových kvapalín výrazne znížené.
Iónové kvapaliny - výhľad
V spolupráci so silnými partnermi z tohto odvetvia spoločnosť Klüber Lubrication v súčasnosti pracuje na ďalšej optimalizácii vodivosti mazív pri zachovaní ich tribologického výkonu pomocou iónových kvapalín. V prípade veľmi vysokej úrovne prechodu energie nie je v tejto fáze ešte možné vyriešiť problém nežiaduceho prechodu prúdu iba pomocou maziva. To by však bolo pre priemysel veľmi žiaduce, pretože by to mohlo zmenšiť veľkosť ložísk. Zaujímavým prístupom je kombinácia izolačných ložísk a prídavných výbojových prvkov obsahujúcich elektrovodivé mazivá.
Záver
Ako dizajnový prvok je mazivo rozhodujúcim faktorom, pokiaľ ide o účinnosť a spoľahlivosť mechanických komponentov. Odborníci ako Klüber Lubrication výskum neustáleho vývoja ako mazív sú kľúčom k predĺženiu životnosti komponentov a zvýšeniu energetickej účinnosti a udržateľnosti.
