Ionos folyadékok (ionic liquids) – innovatív túlfeszültség levezető az e-mobilitás területén

2020. május 13., szerda, 06:00

Címkék: ipari olaj kenés kenéstechnika kenőanyag kenőrendszer kenőzsír Klüber Lubrication olaj

Az elektroerózió az elektromos hajtású motorokban már régóta ismert jelenség. Az e-mobilitás területén tapasztalható ugrásszerű fejlődéssel ez a probléma teljesen új dimenziókat öltött.

Bevezetés

Látható, hogy az elektroerózió témakörének a jelentősége a jövőben még erőteljesebben nőni fog, hiszen a villanymotorok és generátorok fokozatmentes fordulatszám szabályozásához szükséges modern erőátviteli rendszereknél egyre növekvő mennyiségben alkalmazott frekvencia átalakítók ahhoz vezetnek, hogy megnő az elektroerózió okozta károk száma. A nagyobb feszültség irányába mutató trend (pl. a járművek elektromos energia rendszerében) is azt eredményezi, hogy a jövőben nagyobb energiakisülések lesznek. A Klüber Lubrication mint a kenéstechnika szakértője már több mit 20 éve kutatja az ionos folyadékok alkalmazásának lehetőségét az innovatív kenőanyag koncepcióiban, kifejezetten ebben a szegmensben. Ezen a modern koncepció a kenőanyagot egy kvázi túlfeszültség levezetővé teszi, amely megakadályozza, hogy káros feszültség képződjön. A járművekhez releváns kritériumok mellett, mint a sebesség, zavartalan járás és meghosszabbított élettartam, a speciális kenőanyagok ezen új generációja az elektromos vezetőképesség vonatkozásában is használható.

Az elektroerózió okozta károk

Az elektroerózió a gördülőcsapágyakban vagy más elektromos alkatrészekben a gördülőtestek és a gördülőpálya érintkezéséből eredő nemkívánatos áramáthaladásnak köszönhetően jön létre és ott hőt keletkeztet, ami a felület lokális megolvadását eredményezi. Ezáltal először apró, mikrométerben mérhető kráterek keletkeznek, majd a további üzemeltetés eredményeképpen másodlagos kárként rovátkák képződnek a gördülőpálya felületén keresztirányba. Mindkettő károsodás oda vezet, hogy a csapágy először nemkívánatos zajokat produkál, majd idő előtt elromlik.

Különböző kezdeményezések vannak a probléma konstruktív megoldására, pl. az egyes csapágyelemek, mint pl. a belső- és külső gyűrűk izolálása vagy kerámiából készült gördülőtestek alkalmazása. Azonban ezek a megoldások nem mindig sikeresek, ráadásul jelentős költséggel járnak. Ezért kézenfekvő megoldás, hogy a keletkező áramot alacsony impendanciával rendelkező kenőanyaggal vezessük le, mivel a kenőanyag mint a gördülőcsapágy konstruktív eleme már úgyis adott.

A kenőanyagok elvileg szigetelő anyagok is, amelyek pont azáltal, hogy blokkolják az áramáthaladást, felerősítik a csapágy fémalkatrészeiben a feszültségnövekedést. A hagyományos megoldások grafitos és szén alapú „fekete kenőanyagokat” használnak, amelyek ugyancsak megakadályozzák a nemkívánatos áramáthaladást. Azonban ezek a kenőanyagok fekete, szilárd grafitrészecskéket tartalmaznak, aminek az a következménye, hogy nem lehet biztosítani a szükséges zavartalan járást. Mivel ezek a részecskék az idő múlásával kikerülnek a súrlódási helyekről és a mechanikus terhelésnek köszönhetően megváltoznak, így a zsírok vezető képessége egyre csökken.

Jövőbe mutató kenőanyag innovációk

Az a kezdeményezés, hogy a kenőanyagot ionos folyadék (ionic liquid) hozzáadásával vezetőképessé tegyük és így vezessük le a keletkező feszültséget, jelentős előnyökkel bír a „fekete kenőanyagot” alkalmazó megoldásokkal szemben. Különösen a szikraforgácsolásnál (EDM) lehet semlegesíteni egy megfelelő kenőanyagkoncepcióval a nagy frekvenciájú áramot.

Jelenleg a Klüber Lubrication az egyetlen kenőanyaggyártó, aki ilyen megoldást tud kínálni, és három szabadalommal is rendelkezik, amelyek az ionos folyadékok a kenőanyagok összetevőjeként történő alkalmazására vonatkoznak. Ezek közül az egyik szabadalom az alapolaj felhasználására, a másik kettő pedig az adalékolásra vonatkozik.

Ionos folyadékok – a háttér

Az ionos folyadékok egyszerűen szólva folyékony sók. Nem rendelkeznek stabil kristályszerkezettel, mivel ezt a töltés delokalizációja és a térbeli hatások megakadályozzák. Ezeknek a sóknak az olvadáspontja a meghatározások szerint 100° C alatt van, sok esetben jóval ennél alacsonyabban, így a sók már szobahőmérsékleten folyékonyak lehetnek. A kationok és az anionok módosításának köszönhetően az ionos folyadékok tulajdonságait a követelményeknek megfelelően lehet változtatni. Ez a vegyi eljárások sok területén lehetővé teszi az alkalmazásukat.

Az ionos folyadékokat és a tulajdonságaikat mindeközben már több mint 100 éve ismerik, azonban sokáig nem kaptak elég figyelmet és nem használták azokat sem a termékeknél, sem pedig az eljárásoknál. A csapágyakhoz szánt kenőanyagoknál történő felhasználásuk az elektromos vezető képességük miatt lett érdekes, amelynek eredményeképpen a nemkívánatos áramáthaladásokat redukálni lehet.

Ezen túlmenően a megfelelő mennyiségű anionnal és kationnal rendelkező ionos folyadékok kitűnően ellenálnak az oxidációnak. Hőstabilak és magas, akár 150°C hőmérséklet mellett is alkalmazhatók, mindemellett nehezen gyulladnak, jól oldódnak és nem toxikusak. További előnyük ezen az alkalmazási területen az igen alacsony gőznyomásuk. A vezetőképes részecskéket tartalmazó speciális kenőanyagokkal szemben az ionos folyadékoknak semmilyen negatív hatásuk nincs a zajképződésre. Már több zsírnál is igazolást nyert, hogy alkalmasak nagy sebességekre is. Jelenleg már 1 millió n x dm fordulatszám tényező értékeket érnek el, a Klüber Lubrication fejlesztési részlegénél pedig az a cél, hogy a >2 milliós értéket is elérjék.

Az ionos folyadékok jelentősen megnövelik a csapágy élettartamát és így hozzájárulnak a fenntartható gazdálkodáshoz. Mivel a nemkívánatos áramáthaladással okozott energiabehatás nemcsak a csapágyakban okoz károsodást, hanem a lokálisan igen magas hőmérsékletek miatt a kenőanyagot is bomlaszthatja és annak vezető képességét korlátozhatja, ezért az ionos folyadékok további kedvező hatásának számít a zsír élettartamának a megnövelése is.

A vizsgáló berendezésekkel elvégzett kimerítő tribológiai elemzéseknek köszönhetően meghatározható úgy a használt kenőanyag, mint a csapágy állapota. Ebben a tekintetben fontos jellemző a csapágyra és a kenőanyagra vonatkozó vizsgálati eredmények kölcsönhatása. A mindenkori komponensek alapos vizsgálatával pontosan meg lehet határozni a lehetséges károsodásokat.

A vizsgáló berendezésekkel folytatott vizsgálatok eredményei egyértelműen kimutatták, hogy az ionos folyadékok alkalmazása jelentősen csökkenti a csapágyban és a kenőanyagban keletkező károsodások számát.

Ionos folyadékok – kitekintés

Az ipar jelentős szereplőivel együttműködve a Klüber Lubrication jelenleg azon dolgozik, hogy az ionos folyadékok segítségével a kenőanyagok vezető képességét úgy fejlessze tovább, hogy azok kenési teljesítményüket megőrizzék. Jelenleg még nem lehetséges pusztán a kenőanyagok segítségével a csapágyban jelentkező igen erős energia áthaladáskor az áramáthaladás nemkívánatos problémáját megoldani. Azonban ez lenne az ipar elvárása, mivel ezáltal csökkenteni lehetne a csapágyak méretét. E problémának a megoldására érdekes kezdeményezés a szigetelő csapágyak kombinálása olyan kiegészítő levezető elemekkel, amelyek elektromos vezetőképességű kenőanyagokat tartalmaznak.

Összegzés

A kenőanyagnak mint konstruktív összetevőnek megnő a jelentősége a mechanikus elemek hatékonysága és megbízhatósága szempontjából. A kenéstechnikai szakértők, mint a Klüber Lubrication folyamatos kutatásokat és fejlesztéseket végeznek, mivel a kenőanyagok jelentik a kulcsot az alkatrészek hosszabb élettartamához, a magasabb energiahatékonysághoz és végeredményben a nagyobb fokú fenntarthatósághoz.

www.klueber.at

Keresés
Bejelentkezés / Regisztráció
Média Partnerek