Grundlagen zur Messung der Impedanz von Wälzlagern mit dem E-Lub Tester
Ein Fluid hat eine spezifische elektrische Leitfähigkeit und eine relative Permittivität, umgangssprachlich auch als Dielektrizitätskonstante bekannt.
Beide Größen lassen sich durch die Bestimmung der komplexen Impedanz des Mediums ermitteln; diese setzt sich aus dem Realteil einerseits und dem Imaginärteil andererseits zusammen. Im Ersatzschaltbild ergeben sich ein ohmscher Widerstand sowie eine Kapazität, die parallel geschaltet sind
Bild: Axialrillenkugellager 51208 des E-Lub Tester mit R-C-Parallelschaltungen - 15 Kugeln liefern 2x 15 dielektrische Schmierfilme [flucon GmbH 2025]
Unabhängig vom Lagertyp (axial/radial) ergibt sich für das kapazitive Verhalten des Lagers folgende Formel:
Der elektrische Widerstand berechnet sich zudem durch folgende Formel:
Gemessen wird die komplexe Impedanz durch Anlegen einer Wechselspannung. Dabei wird der Strom nach Betrag und Phase gemessen.
Für die Messung der Dielektrizitätskonstante ist der Imaginärteil entscheidend. Daher ist es für die Messung von Epsilon-R günstig, eine hohe Frequenz zu wählen.Für die Messung der Leitfähigkeit ist hingegen eine niedrige Frequenz günstig, da der Imaginärteil klein wird und somit der entscheidende Realteil überwiegt.
Dies gilt für einen definierten Betriebszustand bzw. für eine feste Geometrie. Im Lager können diese durch den breiten Einsatzbereich sehr stark variieren.
Die Messzelle (Wälzlagertopf) des E-Lub Tester wurde daher so konstruiert, dass durch eine Temperatur-, Kraft- und Drehzahlvariation der reale Einsatzbereich nachempfunden werden kann. Durch alle Parameter wird die Schmierfilmhöhe h_min verändert. Dies nimmt wiederum Einfluss auf das ohmsche und kapazitive Verhalten, was am folgenden Graphen anhand von Verschiebungen sichtbar wird.
Daher werden die Impedanzmessungen über einen definierten Frequenzbereich (100 Hz bis 10 MHz) aufgenommen, um eine qualifizierte Auswertung zu ermöglichen.
Die Temperaturabhängigkeit der dielektrischen Eigenschaften von Fluiden unter Laborbedingungen können mit dem Labor-Messgerät EPSILON+ ermittelt werden.
Der kombinierte Einsatz der statischen Messungen im EPSILON+ und der dynamischen Analysen mittels E-Lub Tester gemäß flucons Dual Approach ermöglicht eine präzise Bestimmbarkeit des vorherrschenden Schmierungszustands.
Aufgrund der Temperaturabhängigkeit sowohl der elektrischen Eigenschaften als auch der Druck-Viskosität ist eine präzise Temperierung der Messzelle immanent wichtig. Sie wird durch Kühlkanäle im Lagertopf und einen leistungsstarken Julabo-Thermostaten gewährleistet. Die Temperaturmessung wird mit zwei integrierten Pt100-Sensoren realisiert.
Die Steuerung und Einstellung der Betriebspunkte erfolgt über die Windows-Software flucon E-Lub Tester.
Vor jeder Messung wird nach Variation von Drehzahl und Last zunächst ein thermisches Äquilibrium eingestellt, um die größtmögliche Messgenauigkeit sicherzustellen.
Über standardisierte Messkampagnen können Isothermen des Impedanzverlaufs im gewünschten Frequenzspektrum aufgenommen werden.
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