Bestimmung der Lagerimpedanz

Grundlagen zur Messung der Impedanz von Wälzlagern mit dem E-Lub Tester

Ein Fluid hat eine spezifische elektrische Leitfähigkeit und eine Permittivität, auch als relative 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: Ersatzschaltbild eines Radiallagers (Diss. Bechev, TU Kaiserslautern 2020)

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.

Der VKA-Adapter (Wälzlagerträger) 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 der Schmierfilm 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 mittels Messgerät EPSILON+ ermittelt werden.

Eine Temperierung des VKA-Adapters bzw. des hierin befindlichen Lagers mit Schmierstoff ist durch Kühlkanäle im Inneren des Adapters möglich. Die Temperaturmessung wird mit einem integrierten PT100 realisiert.

Zur Realisierung einer punktgenauen Temperaturregelung des Schmierstoffes wird ein automatisiertes Temperierbad eingesetzt. Die Steuerung erfolgt über die Windows-Software flucon E-Lub Tester.

Vor jeder Messung wird ein thermisches Äquilibrium eingestellt, um die größtmögliche Messgenauigkeit sicherzustellen.

Über standardisierte Messkampagnen können Isothermen des Impedanzverlaufs im gewünschten Frequenzspektrum aufgenommen werden.