Lagerströme in elektrischen Antrieben: Wie Gleitlager vor strombedingten Schäden schützen können

Die Elektrifizierung verändert Antriebssysteme in nahezu allen Industrien. Was die Effizienz steigert, bringt allerdings auch neue Herausforderungen mit sich. Eine davon sind Lagerströme, auch Bearing Currents genannt.

Sie entstehen durch elektrische Potenzialunterschiede innerhalb des Antriebssystems und können die Lebensdauer von Lagern deutlich reduzieren. Für Entwickler und Anlagenbetreiber stellt sich deshalb zunehmend die Frage: Welche Lagertechnologie eignet sich für elektrifizierte Antriebe?

Hydrodynamische Gleitlager können hier eine geeignete Alternative zu klassischen Wälzlagern sein. Durch ihren tragenden Schmierfilm können sie das Risiko strombedingter Lagerschäden reduzieren und so zur Zuverlässigkeit elektrischer Antriebssysteme beitragen.

Was sind Lagerströme?

Elektrische Antriebe nutzen häufig Umrichter und leistungselektronische Komponenten, um Drehzahl und Leistung präzise zu regeln. Die dabei entstehenden Spannungen können elektrische Ströme über Wellen und Lager ableiten.

Erreicht die elektrische Spannung einen kritischen Wert, kann sie die Kontaktstelle im Lager durchschlagen. Der Strom fließt dann durch die Lagerstelle. Dieser Effekt wird als Lagerstrom oder Durchgangsstrom bezeichnet.

Warum nehmen Lagerströme durch die Elektrifizierung zu?

Mit der zunehmenden Elektrifizierung von Industrieanlagen, Fahrzeugen und Energieanlagen wächst auch die Bedeutung von Lagerströmen. Leistungsstarke Umrichter ermöglichen hohe Wirkungsgrade, können jedoch gleichzeitig unerwünschte elektrische Spannungen im Antriebssystem erzeugen.

Je stärker die Elektrifizierung voranschreitet, desto wichtiger wird es, Lagerstellen nicht nur mechanisch, sondern auch elektrisch zu betrachten.

Lagerströme können zum Problem werden

Elektrische Stromdurchgänge wirken zunächst unscheinbar. Die Schäden entstehen häufig schleichend und werden erst erkannt, wenn die Lagerleistung bereits beeinträchtigt ist. Beispiele für Schäden sind etwa:

Oberflächenschäden
Materialerosion
Riffelbildung (Fluting)
Erhöhte Schwingungen und Geräusche
Verkürzte Lagerlebensdauer

Lagerströme sind häufig erst spät erkennbar. Die elektrischen Entladungen hinterlassen zunächst mikroskopisch kleine Veränderungen auf den Oberflächen. Erst mit der Zeit können daraus sichtbare Schadensbilder entstehen.

Besonders bekannt ist die sogenannte Riffelbildung. Sie kann Vibrationen, Geräusche und letztlich einen vorzeitigen Lagerverschleiß verursachen.

Die Vorteile von Gleitlagern in elektrischen Antrieben

Wälzlager übertragen Lasten über punktförmige oder linienförmige Kontakte. Hydrodynamische Gleitlager arbeiten dagegen mit einem tragenden Schmierfilm, der Welle und Lageroberfläche voneinander trennt.

Genau dieser Unterschied kann bei elektrifizierten Antrieben entscheidend sein.

Der Schmierfilm als natürlicher Schutz vor Lagerströmen

Ein wesentlicher Vorteil hydrodynamischer Gleitlager liegt in ihrem Funktionsprinzip. Im stationären Betrieb wird die Welle vollständig von einem tragenden Schmierfilm umgeben, der die metallischen Oberflächen voneinander trennt. Dieser Ölfilm reduziert nicht nur Reibung und Verschleiß, sondern kann zugleich einen wichtigen Beitrag zur elektrischen Isolation leisten.

Dadurch unterscheiden sich Gleitlager grundlegend von Lagerkonzepten, bei denen Kräfte über direkte Kontaktflächen übertragen werden. Da zwischen Welle und Lager keine permanenten metallischen Berührungspunkte bestehen, können die Voraussetzungen für strombedingte Schädigungen deutlich reduziert werden. Das kann dazu beitragen, Oberflächenschäden zu vermeiden, die Betriebssicherheit zu erhöhen und die Lebensdauer der Lagerung zu verlängern.

Hydrodynamische Gleitlager können deshalb dazu beitragen, die Zuverlässigkeit von Antrieben langfristig zu verbessern und ungeplante Ausfälle zu vermeiden.

Wo Lagerströme besonders relevant sind

Mit der zunehmenden Elektrifizierung wächst die Bedeutung von Lagerströmen in einer Vielzahl industrieller Anwendungen. Besonders betroffen sind Systeme, in denen leistungsstarke Elektromotoren, Generatoren oder moderne Umrichtertechnologien zum Einsatz kommen.

Die richtige Lagerlösung hängt von der Anwendung ab

Entscheidend sind immer die konkreten Anforderungen der Anwendung. Lasten, Drehzahlen, Schmierung, Bauraum und elektrische Einflussgrößen müssen gesamtheitlich betrachtet werden.

Für Miba bedeutet das, Lagerstellen ganzheitlich zu betrachten. Bereits in der Entwicklungsphase werden mechanische, tribologische und elektrische Anforderungen gemeinsam diskutiert. Auf Basis unserer langjährigen Erfahrung unterstützen wir Sie und prüfen gemeinsam mit Ihnen, ob eine Gleitlagerlösung für Ihre Anwendung geeignet sein könnte.

Fazit: Miba Kompetenz für die Lagerung elektrischer Antriebe

Lagerströme zählen zu den zentralen Herausforderungen moderner elektrischer Antriebssysteme. Hydrodynamische Gleitlager können durch ihren tragenden Schmierfilm einen natürlichen Ansatz bieten, um das Risiko strombedingter Schädigungen zu reduzieren.

Mit zunehmender Elektrifizierung wird die Lagerauswahl mehr und mehr zu einer Systementscheidung. Wer mechanische und elektrische Anforderungen gemeinsam betrachtet, schafft die Grundlage für robuste, effiziente und zukunftsfähige Antriebssysteme.

Als Entwicklungs- und Lösungspartner unterstützt Miba Kunden dabei, Lagerstellen ganzheitlich auszulegen und an die Anforderungen moderner Antriebssysteme anzupassen. Auf Basis unserer langjährigen Erfahrung in der Gleitlagertechnologie betrachten wir gemeinsam mit unseren Kunden die Anforderungen elektrischer Systeme und entwickeln Lösungen, die Zuverlässigkeit, Effizienz und Lebensdauer nachhaltig verbessern können.