Beschreibung
Insbesondere bei AC Elektromotoren, die mit Frequenzumrichtern betrieben werden, entstehen Spannungen zwischen Rotor und Stator, die kapazitiv auf die Welle übertragen werden. Diese Spannungen werden über die Motorlager in dem Moment kurzgeschlossen, ab dem die dielektrischen Eigenschaften der Lagerfette überwunden werden. Die dabei entstehenden Ströme erzeugen Funkenerosion (EDM) mit hohen Temperaturen, die die Beschaffenheit des Schmierfetts erheblich beeinträchtigen und im Weiteren zu Schädigungen an den Laufbahnen und Wälzkörpern führen. Schadensbilder sind u.a. Anschmelzung der Kontaktflächen von Wälzkörpern und Laufbahnen, Pitting- oder Riffelbildungen. Diese kündigen sich durch erhöhte Lagergeräusche und Vibrationen an und führen zu Frühausfällen des Lagers.
SLF bietet verschiedene stromisolierende Lager an. Die stromisolierende Wirkung wird durch Aluminiumoxid-keramische Beschichtungen der Außenkontur des Außenrings bzw. Innenrings erreicht und ist spannungsdurchschlagsfest in den Klassen 500 V, 1000 V sowie 3000 V verfügbar. Die höchste Isolationswirkung bieten SLF Hybridlager mit keramischen Wälzkörpern (Siliziumnitrid) wegen ihrer äußerst hohen elektrischem Widerstandswerte von bis zu 1012 Ohm.
Eine elektrische Isolierung zwischen Gehäuse und Welle verhindert Spannungsschäden.
Eine Lösung ist die werkseitige Beschichtung des Außen- oder Innenringes mit einer isolierenden Schicht (Nachsetzzeichen J20A..).
Die Alternative mit der höchsten Isolationswirkung ist der Einsatz von Wälzkörpern aus Keramik (Hybridlager), welche eher bei kleineren Wälzlagern zur Anwendung kommt.
Beschichtete Wälzlager mit Nachsetzzeichen J20A..
Elektrisch isolierende Wälzlager werden am Außendurchmesser bzw. Innendurchmesser und an den jeweils beiden Planflächen mit einer nichtleitenden Oxydkeramik mittels Plasmaspritzverfahrens beschichtet.
Je stärker die Beschichtung ist, umso größer darf die anliegende Spannung sein.
Die Isolierschicht ist so dimensioniert, dass die Durchschlagsfestigkeit bis
- 500V (J20A) und
- 1000V (J20A1)
- 3000V (J20A3)
Gleichspannung im eingebauten Zustand gewährleistet ist.
Nachsetzzeichen
| Kurzzeichen | Beschreibung |
| J20A | Stromisolierendes Lager Der Außenring ist mit einer nicht leitenden Oxydkeramikschicht umhüllt – Durchschlagsfestigkeit bis 500V. |
| J20AB | Stromisolierendes Lager Der Innenring ist mit einer nicht leitenden Oxydkeramikschicht umhüllt – Durchschlagsfestigkeit bis 500V. |
| J20A1 | Stromisolierendes Lager Der Außenring ist mit einer nicht leitenden Oxydkeramikschicht umhüllt – Durchschlagsfestigkeit bis 1000V. |
| J20A1B | Stromisolierendes Lager Der Innenring ist mit einer nicht leitenden Oxydkeramikschicht umhüllt – Durchschlagsfestigkeit bis 1000V. |
Kennzeichen
| J20A(B) | J20A1(B) | |
| Durchschlagspannung, Gleichstrom | 500V | 1000V |
| Mindestschichtdicke Außendurchmesser | 70µm | 140µm |
| Mindestschichtdicke Planseiten |
60µm | 120µm |
| Abmessungsbereich Außendurchmesser D | 70mm bis 400mm | 70mm bis 400mm |
Die Hauptabmessungen und Toleranzen des Lagers (Außendurchmesser, Bohrungsdurchmesser und Breite) entsprechen denen eines unbeschichteten Lagers.
Sie können ohne zusätzliche Maßnahmen an Stelle von unbeschichteten Lagern eingesetzt werden.
Bei Montage sind schlag- und stoßartige Belastungen der Keramikschicht zu vermeiden.
Wälzkörper aus Keramik (Hybridlager)
Bei Hybridlagern übernehmen die Wälzkörper aus Keramik (Siliziumnitrid) die Funktion der Stromisolierung. Sie bieten damit höchsten Widerstand gegen Stromdurchgang.
Darüber hinaus haben sie für die meisten Anwendungen vorteilhafte Laufeigenschaften:
- höhere Drehzahl
- gleiche dynamische Tragzahlen, ca. 30% geringere statische Tragzahlen
- geringere Reibung
- bessere Notlaufeigenschaften
- größere Fettgebrauchsdauer
- geringeres Gewicht
- größere Lagersteifigkeit
Vorsetzzeichen
| Kurzzeichen | Beschreibung |
| C | Wälzkörper aus Keramik statt Stahl bei Rillenkugellagen, Schrägkugellagen und Zylinderrollenlagern (Bsp. C6208; C7210B; CNU206E) |
| HC | Wälzkörper aus Keramik statt Stahl bei Spindellagern und Hochgenauigkeits-Zylinderrollenlagern (Bsp. HCB71907C; HC7012E; HCN1008) |
Vergleich der Werkstoffdaten Stahl und Keramik
| Stahlkugel | Keramikkugel | |
| Werkstoff | 100Cr6 | Si3N4 |
| Spezifischer elektrischer Widerstand in Ω * mm2/m |
0,22 | 1010 … 1016 |
| Dichte in g/cm³ |
7,8 | 3,2 |
| E-Modul in N/mm² |
210.000 | 300.000 |
| Härte | 150 – 700 HV10 | 1300 – 1500 HV10 |
| Wärmeleitfähigkeit in W/(m*K) |
45 | 29 |
| Thermischer Ausdehnungskoeffizient in 1/(106*K) | 12 | 2,9 |