Freudenberg und die Brennstoffzelle sind eine ganz besondere Verbindung eingegangen, wie wir euch im dazugehörigen Artikel aufgezeigt haben. Für den E-Antrieb macht man sich aber ebenfalls Gedanken und wartet hierbei mit einer interessanten Lösung auf, eine leitfähige Dichtung.
Diese soll in künftigen Elektroantrieben eine dauerhafte elektrische Verbindung zwischen Gehäuse und Welle sicherstellen und so Lagerschäden durch Stromdurchgang und Störungen durch elektromagnetische Strahlung verhindern. Hierzu zunächst nachfolgend die Problemstellung, welcher man sich angenommen hat und für die es galt eine Lösung zu finden:
„Die Wellen, mit der ein Elektroantrieb seine Arbeit verrichtet, sind in vielen Betriebszuständen gegen das Gehäuse elektrisch isoliert. Die Isolation kommt durch die Schmierfilme in den Kontaktzonen der Lager und Wellenabdichtungen zustande, die für die dauerhafte Funktion dieser Bauteile erforderlich sind.
Durch Wechselströme und deren elektromagnetische Felder verändert sich das elektrische Potenzial zwischen Rotor und Stator – der Rotor lädt sich auf. Die Ströme können nur über das geerdete Gehäuse abgeleitet werden. Die Ableitung über die Erdung kann nur erfolgen, wenn die Ströme über eine elektrische Verbindung von der Welle an das Gehäuse übertreten können.
Besteht diese Verbindung nicht, so sucht sich der Strom für den Übergang die Stelle mit dem geringsten Widerstand: das Lager.“
Und eben dieser Weg des geringsten Widerstands kann für den E-Antrieb zum Problem werden. Denn tritt dieser Fall ein kommt es zu „einer schlagartigen lokalen Entladung, bei der ein hoher Strom vom Lagerinnenring über die Wälzkörper auf den Außenring übertragen wird und somit durch die Lagerung fließt.“
Hierbei entstehen zwischen den Wälzkörpern und Lagerringen sogenannte Entladungsblitze, die zum einen zum Verbrennen der Oberflächen, zum anderen zu Materialverschweißungen führen können. Dadurch kommt es zu massiven, und irreversiblen Beschädigungen.
Dies äußert sich dadurch, dass die Kontaktflächen im Wälzlager nach und nach systematisch zerstört werden. Was zur Folge hat, dass die Lagerung akustisch auffällig wird und die Lager getauscht werden müssen, damit es nicht zum Ausfall des Antriebs kommt.
Dauerhaft elektrischer Kontakt vermeidet irreversible Schäden
Verhindern kann man diese Stromschäden, in dem man den Weg des vermeintlich geringsten Widerstands erst gar nicht gehen muss. Dies wird möglich, wenn ein dauerhafter elektrischer Kontakt zwischen Welle und Gehäuse sichergestellt wird. Denn dann fließt die elektrische Ladung kontinuierlich, es kommt weder zu hohen elektrischen Potenzialen noch zu einer schlagartigen Entladung über die Lager.
In der Praxis bisher leichter gesagt als getan, denn die Herausforderung liegt darin „Stromübertrager zu finden, die sowohl einen dauerhaften Kontakt mit dem Gehäuse als auch mit der Welle haben.“ Dichtungen bestehen in der Regel aus elektrisch isolierenden Materialien und sind für diese Aufgabe nicht geeignet. Hier kommt die leitfähige Vliesdichtung von Freudenberg ins Spiel.
Die Leitfähigkeit des Vlieses wird durch spezielle Fasern erreicht, die in einer Matrix eingebettet sind. Das System ist bereits seit Jahren in elektrischen Fahrzeugen in Serie und verhindert Lagerschädigungen zuverlässig. Es steht allerdings bereits heute fest, dass die Leistungsdichte bei künftigen Elektroantrieben weiter zu nimmt – und damit steigen Ströme, Spannungen und störende elektromagnetische Felder.
Um auch hierfür eine robuste Lösung anbieten zu können, entwickelt der Zulieferer derzeit eine neue Generation leitfähiger Dichtungen, von der in den nächsten Monaten erste validierte Funktionsmuster zur Verfügung stehen werden. „Unser Ziel lautet, konstante Widerstandwerte über eine lange Betriebsdauer zu erreichen – auch bei widrigen Bedingungen“, so Dr. Tim Leichner, bei Freudenberg Sealing Technologies für die strategische Produkt-Vorausentwicklung verantwortlich.
Quelle: Freudenberg – Pressemitteilung vom 19. September 2019
