stromisolierte walzlager katalog stand 2018 11 09 · 2019. 1. 28. · 67520,62/,(57( :b/=/$*(5...

STROMISOLIERTE WÄLZLAGER


SQ77, SQ771, SQ841, SQ400

AKN WÄLZLAGER GmbH, Postfach 2328, Max-Hellermann-Str. 11, 07629 Hermsdorf, Deutschland Tel. +49-36601/890-0 , Fax +49-36601/890-92, e-mail: [email protected]

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Inhalt Einleitung Wozu elektrisch isolierte Wälzlager? Was ist ein elektrisch isoliertes Wälzlager? Mögliche Strompfade Wärmefluss durch die Isolationsschicht Prinzip des Stromdurchgangs durch Wälzlager Montage stromisoliertes Wälzlager Verpackung Zusammenfassung Das Lieferprogramm Nachsetzzeichen Produkttabellen in der Anlage


Katalog Stromisolierte Wälzlager AKN liefert aus hochspezialisierter Fertigung in Deutschland stromisolierte Wälzlager. Auch reine Sonderlager, d.h. Lager, die von Standardlagern abweichen, gehören zum Lieferprogramm, ebenso Winkelringe für Zylinderrollenlager und Distanzringe (Spacer) für die Paarung von Kegelrollenlagern. Die groβe Flexibilität von AKN wird durch folgende Modifikationsmöglichkeiten, die ebenfalls angeboten werden, unterstrichen:

Modifikationen von Standardlagern, wie etwa das Umschleifen auf höhere Lagerluft, Austauschen von Käfigen, Einstechen von Sprengring- und Schmiernuten, Konischschleifen von Bohrungen, Einbringen von Schmierbohrungen usw.

Kontrolle von Wälzlagern, die bereits längere Zeit auf Lager gelegen haben, inklusive Konservierung und Neuverpackung

Inspektion und Instandsetzung von Groβlagern In dem Ihnen vorliegenden Katalog stellen wir Stromisolierte Wälzlager als Beispiel für das Sonderlager – Programm vor. Stromisolierte Wälzlager (Nachsetzzeichen SQ77, SQ771, SQ841 und SQ400) sind in jeder gewünschten Stückzahl, also auch in Kleinmengen, erhältlich.


Wozu elektrisch isolierte Wälzlager? Es ist hinlänglich bekannt, dass Wälzlager durch elektrischen Strom, der das Lager passiert, beschädigt werden können. Durch die ständig zunehmende Leistungsdichte von elektrischen Maschinen und Anlagen in Verbindung mit Thyristor- bzw. Transistorsteuerungen (z.B. Frequenzumrichter) steigt auch die Wahrscheinlichkeit eines Stromdurchganges und somit einer Beschädigung der Lager. Bei Motoren sind Potentialunterschiede auch bereits bei optimal ausgeführter Wicklung vorgekommen. Beispiele von Anwendungen, in denen Fälle dieser sogenannten Elektrokorrosion relativ häufig vorkommen können, sind Traktionsmotoren, frequenzgesteuerte Elektromotoren, Generatoren sowie Radsatzlager von elektrisch angetriebenen Schienenfahrzeugen. Auch bei Schweiβarbeiten an stillstehenden Maschinen kann durch eine ungünstige Anbringung des Massekabels Strom durch die Lagerstellen flieβen und somit die Lager beschädigen. Die erforderliche Betriebssicherkeit sowie die im Verhältnis zum eigentlichen Lagerwert unverhältnismäβig hohen Reparatur- und Stillstandskosten verdeutlichen die Notwendigkeit, einen Stromdurchgang durch die Lagerstellen wirksam und zuverlässig zu verhindern. Lösungen wie beispielsweise Schleifringüberträger, die den Strom vom Lager ableiten, haben in der praktischen Anwendung den Nachteil, dass sie ihre Wirksamkeit durch Verschleiß u.s.w. rasch einbüβen.


Foto 1

Foto 1 zeigt den Auβenring eines Rillenkugellagers 6320 C3 mit einem für Stromschäden typischen, durch Elektrokorrosion verursachten Laufbahnschaden. Die klar erkennbare Riffelbildung führt zu einem deutlich erhöhten Laufgeräusch und zunehmend stärkeren Vibrationen. Die Lebensdauer des Lagers wird dadurch ebenfalls drastisch verkürzt.

Foto 2


Foto 2 zeigt den Innenring desselben Lagers 6320 C3 wie aus Foto 1. Auch das Schadensbild stimmt überein. Die Laufbahn weist eine leichte axiale Versetzung auf, die auf eine axiale Anstellung (Vorspannung) der Lagerung zurückzuführen ist.

Foto 3

Foto 3 zeigt den Innenring eines Pendelrollenlagers 22216 C/W33. Auch diese Laufbahn weist die schon eingangs erwähnte Riffelbildung auf. Die unterschiedlich starke Ausprägung der Laufbahnbeschädigungen ist auf eine offensichtlich ungleichmäβige Lastaufnahme des Lagers zurückzuführen. Daraus läβt sich das Vorhandensein einer Axiallastkomponente ableiten.

Foto 4


Foto 4 zeigt Tonnenrollen des Lagers 22216 C/W33 aus Foto 3. Deutlich erkennbar auch hier die Riffelbildung.

Foto 5

Foto 5 ist eine Kugel mit perlschnurartig angeordneten Stromkratern. Dieses Schadensbild ist ebenfalls charakteristisch für eine Elektrokorrosion.

Foto 6

Foto 6 ist eine Vergröβerung eines der Stromkrater aus Foto 5. Deutlich erkennbar ist die erfolgte Aufschmelzung des Lagerwerkstoffes durch die hohe Stromdichte im Berührungspunkt Kugel/Laufbahn.


Was ist ein elektrisch isoliertes Wälzlager? Elektrisch isolierte Wälzlager sind Lager, bei denen die Mantelfläche, Kantenverrundungen und Planflächen der Ringe mit einer oxydkeramischen Isolierung versehen sind. Diese Keramikschicht wird mittels Plasmaspritzen aufgebracht und verhindert den Stromdurchgang. Elektrisch isolierte Lager sind auch optisch an deren dunkelgrauen Auβen- oder Innenringen gut erkennbar. AKN bietet an:

SQ77: Auβenring beschichtet bis 500 V Isolierung SQ771: Auβenring beschichtet bis 1.000 V Isolierung SQ841: Innenring beschichtet bis 1.000 V Isolierung SQ400: Keramik Kugeln (Hybrid Lager)

Isolierungen gegen höhere Durchschlagspannungen sind lieferbar auf Anfrage.


Die Abmesssungen und Toleranzen von elektrisch isolierten Wälzlagern sind identisch mit denen von Standardlagern. Dasselbe gilt auch für die Tragzahlen und Drehzahlgrenzen. Die häufig gestellte Frage, ob die Einbaumaβe von elektrisch isolierten Lagern mit denen von Standardlagern übereinstimmen, kann daher eindeutig mit JA beantwortet werden. Ein Standardlager kann somit einfach und ohne Mehraufwand durch ein elektrisch isoliertes Lager ausgewechselt werden. Das Ergebnis ist eine wesentlich verbesserte Betriebssicherheit der Lagerungen, da Stromdurchgänge dauerhaft vermieden werden.

Rillenkugellager 6319 C4/SQ771

Aufwendige Maβnahmen zur elektrischen Isolierung können somit entfallen. Elektrisch isolierte Wälzlager von AKN bieten daher eine wirtschaftliche und zuverlässige Lösung dieses Problems.


Mögliche Strompfade Es gibt vier mögliche Strompfade. Diese Strompfade werden entsprechend dem Weg zur Masse definiert. Auf der nächsten Seite sind diese verschiedenen Strompfade schematisch angezeigt.

1) Statorwindung nach dem Erdungskreis Dies ist die ideale Strecke zur Vermeidung von Lagerschäden durch Stromdurchgang. Der Strom flieβt über die Statorwindungen zur Masse. Stromisolierte Lager sind nicht notwendig.

2) Statorwindung über Welle oder Gehäuse zum Erdungskreis Dies ist ein kapazitiv gekoppelter Strom zwischen Statorwindung und Gestell. Dieser Strom flieβt durch Statorwindungen mit Isolation, welche bei hohen Frequenzen leitend werden. Wenn der Erdungskontakt zwischen Motor und Frequenzumrichter einen hohen Übergangswiderstand hat, wird dieser Strom auch durch Motorgestell, Rotorlagerung, Rotorwelle, Kupplung (wenn diese leitend ist) und Getriebelagerung zur Masse flieβen. Dieser Stromfluss kann, abhängig von der Lagerbelastung, groβe Schäden am Motorlager, Getriebelager und manchmal an der Kupplung verursachen. Eine Messung kann mit einem hochfrequenten Strommessgerät erfolgen , welches auf der Welle zu montieren ist. Es können auch Ströme durch einen Potentialunterschied zwischen Motorgestell und Getriebe entstehen.

3) Rotor zur Welle Dies ist auch ein kapazitiv gekoppelter Strom zwischen Statorwindung durch den Luftspalt zum Rotor. Dieser Strom flieβt zu einer leitenden Kupplung über mindestens ein belastetes Lager zur Masse. Abhängig von dem leitenden oder isolierenden Zustand des belasteten Lagers können auch Entladungsströme oder Leitungsströme entstehen.

4) Stator zum Rotor Stromkreis Dieser Strom flieβt durch den Rotor über den Luftspalt und flieβt zurück über die Rotorlagerung zur Masse. Diese Lagerströme werden verursacht durch zwei Phänomene: Leitungsströme und Entladungsströme. Leitungsströme werden durch die Rotorlagerung flieβen, wenn die Welle direkt an der Masse liegt, zum Beispiel bei Metall-zu-Metall-Kontakt in dem Wälzlager. Entladungsströme entstehen, wenn Schmiermittel die Durchschlagspannung erreicht haben. Dieser interne Stromkreis ist nur dann zu messen, wenn die richtigen Sensoren bei Neubau montiert sind.


Wärmefluss durch die Isolationsschicht Als Basismaterial für Wälzlager wird normalerweise 100Cr6 im gehärteten Zustand benutzt. Als Keramikschicht wird vor allem Aluminiumoxid (Al2O3) und Titaniumoxid (TiO2) benutzt. 100Cr6 hat im gehärteten Zustand einen linearen Dehnungskoeffizienten von α=1,2.10-5 (m/mK). Aluminiumoxid (Al2O3) und Titaniumoxid (TiO2) haben einen linearen Dehnungskoeffizienten von α=0,74.10-5 (m/mK). Das Basismaterial des Lagers wird mehr ausgedehnt als die Keramikschicht. Es ist nur ein Keramikwerkstoff zu wählen, welcher gegen Temperaturschwankungen und damit zusammenhängende, sich ändernde Zug- und Druckspannungen geeignet ist. Al2O3 und TiO2 sind ausgezeichnet beständig gegen diese Spannungen. Die Betriebstemperatur eines stromisolierten Lagers hängt auch von dem Wärmeleitungskoeffizienten dieser drei Werkstoffe ab. Wärmeleitungskoeffizient 100Cr6, λ = 30 W/mK Wärmeleitungskoeffizient Al2O3 und TiO2, λ = 10 W/mK Dies zeigt, dass der Wärmeleitungskoeffizient von 100Cr6 ein 3-facher von Al2O3 und TiO2 ist.


Wärmefluβ SQ771

Aus dem obigen Temperaturverlauf-Diagramm ist abzulesen, dass es bei einer Schichtdicke von 130 μm ein Temperaturgefälle von 5°C gibt. Es verhält sich linear zu der Schichtdicke. Das Temperaturgefälle zeigt eine ausreichende Wärmeabfuhr, ein Wärmestau ist daher auszuschlieβen.


Prinzip des Stromdurchgangs durch Wälzlager Der Verlauf des Prozesses ist in vier Teilprozesse zu kategorisieren. Im Folgenden ist jeder Teilprozess aufgezeichnet und beschrieben.

1) Im neuen Lager entsteht ein Potentialunterschied zwischen Welle (Innenring) und Gehäuse (Auβenring). Der Schmierfilm zwischen Wälzkörper und Laufbahn funktioniert wie ein Isolator. Durch diesen Isolationsfilm funktioniert das Lager wie ein Kondensator.

1 – Neues Lager

2) Sobald die Durchschlagspannung des Isolationsfilmes erreicht ist, wird der Kondensator entladen und es flieβt ein Strom. Dieser Strom kann sehr groβ sein, er flieβt durch den Innenring, den Wälzkörper und den Auβenring und verursacht ein Schmelzbad. Die Kugel wird an der Laufbahn verschweisst. Die Geschwindigkeit dieses Prozesses ist abhängig von der Lagergeometrie.

2 – Durchschlag Schmierfilm


3) In der Lastzone wird sich der Wälzkörper weiter drehen und losbrechen. An dieser Stelle entsteht ein Krater in der Laufbahn. Es werden auβerdem kleine Partikel ausbrechen. Diese Partikel wachsen und vergröβern sich unter Belastung.

3 – Ausbruch

4) Ausgebrochene Partikel werden durch Wälzkörper überrollt und verursachen zusätzliche Schäden. Auβerdem entsteht eine Mangelschmierung, weil das Schmiermittel durch die hohe Temperatur an der Schmelzbadstelle sehr schnell altert. Oft gibt es bei Lagerschäden durch Stromdurchgang auch Schmiermittel, welche sich durch Verbrennung schwarz färben.

4– Überrollung


Montage stromisolierte Wälzlager Der Einbau elektrisch isolierter Wälzlager wird in der gleichen Weise wie bei Standardlagern durchgeführt. Die oxydkeramische Isolierschicht ist resistent gegen Abblättern oder Splittern und wird daher bei einer fachgerechten Montage nicht beschädigt. Die von der Wälzlagerindustrie empfohlenen Montage- und Demontagemethoden, wie beispielsweise in der AKN Broschüre “Ein- und Ausbau von Wälzlagern” beschrieben, können somit auch bei elektrisch isolierten Lagern zur Anwendung kommen.

Einbaubeispiel


Verpackung Elektrisch isolierte AKN Wälzlager werden zu deren besseren Schutz – neben der üblichen Verpackung in Polyethylenfolie – zusätzlich noch in Luftpolsterfolie –eingeschlagen. Standardmäβig werden elektrisch isolierte Lager in Einzelverpackung geliefert. Auf Wunsch sind auch Groβpackungen für eine Serienmontage verfügbar.


Zusammenfassung Elektrisch isolierte Wälzlager sind an deren keramikbeschichteten Auβenringen mit den Nachsetzzeichen SQ77, SQ771, sowie keramisch beschichteten Innenringen mit dem Nachsetzzeichen SQ841 erkennbar. Hauptabmessungen, Tragzahlen, Toleranzen und Drehzahlgrenzen entsprechen hundertprozentig denen von Standardlagern, daher ist ein Auswechseln problemlos und ohne Zusatzaufwand auch bei bereits bestehenden Konstruktionen möglich. Vorteile der stromisolierten AKN – Wälzlager:

wirtschaftliche Lösung hohe technische Zuverlässigkeit verlängerte Gebrauchsdauer vermindertes Schadensrisiko einfache, konstruktive Lösungen kein Zusatzaufwand zur Isolation der Lagerstellen einfache Montage höhere Betriebssicherheit

Anwendungsgebiete:

Traktionsmotoren Radsatzlager bei elektrisch angetriebenen Schienenfahrzeugen Groβe Elektromotoren Generatoren


Nachsetzzeichen E Zylinderrollenlager verstärkte Ausführung B bei Zylinderrollenlagern ballige Laufbahn des losen Ringes K Lager mit kegeliger Bohrung, Kegel 1:12 W33 Schmiernut im Auβenring und 3 Schmiernuten am Umfang verteilt 2Z Z – Deckscheiben auf beiden Seiten des Lagers 2RS schleifende RS – Dichtungen auf beiden Seiten des Lagers C3 Radialspiel größer als Normal C4 Radialspiel größer als C3 M6 Massivkäfig aus Messing, Wälzkörper geführt MB Massivkäfig aus Messing, Führung am Innenring T2 Massivkäfig aus Hartgewebe SQ77 Außenringbeschichtung 500 V SQ771 Außenringbeschichtung 1.000 V SQ841 Innenringbeschichtung 1.000 V SQ400 Keramikwälzkörper Si3N4

L58 Lithiumseife Fett -30°C bis +130°C L237 Hochtemperatur Fett -40°C bis +180°C


Das Lieferprogramm Grundsätzlich sind alle Standard-Wälzlager mit Auβendurchmessern von 80 mm bis zu 800 mm auch in elektrisch isolierter Ausführung lieferbar. Hauptsächlich finden Rillenkugellager, Zylinderrollenlager und Pendelrollenlager in elektrisch isolierter Ausführung Verwendung, gelegentlich aber auch andere Wälzlager. Wie bereits eingangs erwähnt sind auch kleine Stückzahlen lieferbar, d.h. für die meisten Typen sind keine Mindestabnahmemengen erforderlich. Die stromisolierten AKN Wälzlager werden durch das Nachsetzzeichen SQ77, SQ771, SQ841 oder SQ400 identifiziert. Bezeichnungsbeispiele: 6004 SQ400, 6317 SQ77/SQ771, NU 328 E/B/M6/C4/SQ771, 22232 C/W33/SQ771, 6324 SQ841 Zu diesen Bezeichnungsbeispielen finden Sie im Folgenden ausgewählte Varianten der AKN Stromisolierung. Gerne berät Sie unser Vertriebsteam über weitere Ausführungen der AKN Stromisolierten Lager. (u.a. auch zur 2000 und 3000 Volt Isolierung)


6004 d = 20 mm D = 42 mm B = 12 mm SQ400

AKN Referenz

6004 C3/SQ400

6004 C4/SQ400

6004-2Z/C3/SQ400

6004-2Z/C4/SQ400

6004-2RS1/C3/SQ400

6004-2RS1/C4/SQ400


6317 d = 85 mm D = 180 mm B = 41 mm

SQ77 (500 V) SQ771 (1000 V)

AKN Referenz AKN Referenz

6317 C3/SQ77 6317 C3/SQ771

6317 C4/SQ77 6317 C4/SQ771

6317 M/C3/SQ77 6317 M/C3/SQ771

6317 M/C4/SQ77 6317 M/C4/SQ771

6317-2Z/C3/SQ77 6317-2Z/C3/SQ771

6317-2Z/C4/SQ77 6317-2Z/C4/SQ771

6317-2RS1/C3/SQ77 6317-2RS1/C3/SQ771

6317-2RS1/C4/SQ77 6317-2RS1/C4/SQ771


NU 328 d = 140 mm NJ 328 D = 300 mm NUP 328 B = 62 mm

SQ77 (500 V) SQ771 (1000 V)


NU 328 ET2/C3/SQ77 NU 328 ET2/C3/SQ771

NU 328 ET2/C4/SQ77 NU 328 ET2/C4/SQ771

NU 328 E/M6/C3/SQ77 NU 328 E/M6/C3/SQ771

NU 328 E/M6/C4/SQ77 NU 328 E/M6/C4/SQ771

NJ 328 ET2/C3/SQ77 NJ 328 ET2/C3/SQ771

NJ 328 ET2/C4/SQ77 NJ 328 ET2/C4/SQ771

NJ 328 E/M6/C3/SQ77 NJ 328 E/M6/C3/SQ771

NJ 328 E/M6/C4/SQ77 NJ 328 E/M6/C4/SQ771

NUP 328 ET2/C3/SQ77 NUP 328 ET2/C3/SQ771

NUP 328 ET2/C4/SQ77 NUP 328 ET2/C4/SQ771

NUP 328 E/M6/C3/SQ77 NUP 328 E/M6/C3/SQ771

NUP 328 E/M6/C4/SQ77 NUP 328 E/M6/C4/SQ771


22232 C/W33 d = 160 mm 22232 MB/W33 D = 290 mm 22232 MBK/W33 B = 80 mm

SQ77 (500 V) SQ771 (1000 V)


22232 C/W33/SQ77 22232 C/W33/SQ771

22232 C/C3/W33/SQ77 22232 C/W33/C3/SQ771

22232 MB/W33/SQ77 22232 MB/W33/SQ771

22232 MB/C3/W33/SQ77 22232 MB/C3/W33/SQ771

22232 MBK/W33/SQ77 22232 MBK/W33/SQ771

22232 MBK/C3/W33/SQ77 22232 MBK/C3/W33/SQ771


6324 d = 120 mm D = 260 mm B = 55 mm

SQ841 (1000 V)

AKN Referenz

6324 C3/SQ841

6324 C4/SQ841

6324 M/C3/SQ841

6324 M/C4/SQ841

stromisolierte walzlager katalog stand 2018 11 09 · 2019. 1. 28. · 67520,62/,(57( :b/=/$*(5...

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