Machinelagers worden meestal gesmeerd met verschillende oliën. Maar vandaag de dag komen er nog steeds grote hoeveelheden van deze oliën in het milieu terecht. Het Fraunhofer Institute for Mechanics of Materials IWM heeft een methode ontwikkeld die het in de toekomst mogelijk maakt om glijlagers te smeren met water, een veel milieuvriendelijkere aanpak.

Lagers worden meestal gesmeerd met smeermiddelen op basis van minerale olie, het voorkomen van slijtage aan het lager door metaal op metaal contact. In Duitsland, Jaarlijks wordt ongeveer een miljoen ton smeermiddel gebruikt. De vervaardiging, toepassing en verwijdering van olie is een belasting voor het milieu.

De introductie van smeermiddelen op waterbasis zou de milieubescherming enorm ten goede komen. Maar tot nu toe, het feit dat metalen onderdelen corroderen als ze in contact komen met water is een groot obstakel geweest. Een werkgroep van de Fraunhofer IWM in Freiburg is erin geslaagd om met additieven water zo te verversen dat het in de toekomst als smeermiddel kan worden gebruikt. Dit betekende een dubbel succes voor Dr. Tobias Amann en zijn collega's bij de Fraunhofer IWM:ten eerste, de bereikte smering is veel beter, omdat water niet zo stroperig is als olie. Tweede, corrosie wordt voorkomen.

De onderzoekers ontwikkelden de details van hun proces met behulp van een glijlager, een lager dat lijkt op een ring die een roterende stalen as omringt. De ring is gemaakt van meerdere lagen die van buiten naar binnen als volgt zijn opgebouwd:een huls die het lager omgeeft, een laag aluminium en een laag gesinterd metaal die de as zelf omringt. De truc is dat de binnenste gesinterde laag wordt doorkruist door een klein kanaal waardoor water tussen de roterende as en de buitenste aluminiumlaag kan stromen. Deze directe verbinding is bepalend in het elektrochemische proces, gebaseerd op het feit dat er een elektrische spanning ontstaat tussen een onedel metaal zoals aluminium en een kostbaarder metaal zoals ijzer, zelfs zonder enige vorm van extern elektrisch veld aan te leggen.

Water in smeermiddel veranderen

De onderzoekers gebruiken deze elektrische spanning die ontstaat tussen het aluminium in het glijlager en het ijzer in de as om van het water een smeermiddel te maken. "We mengen zogenaamde ionische vloeistoffen in het water, " legt Dr. Tobias Amann uit. "De ionische vloeistoffen zijn vloeibare zouten die anionen en kationen bevatten." Deze ionen worden herschikt in het elektrische veld en verzamelen zich vervolgens aan de binnenzijde van de gesinterde metalen ring op een zodanige manier dat hun uiteinden wijzen omhoog, richting de draaiende as. Dit vormt een soort galvanisch gegenereerde beschermlaag waarop de as kan glijden.

Het onderzoeksteam heeft de levensvatbaarheid van het proces al aangetoond. Amann en zijn team zijn momenteel op zoek naar partners in de industrie waarmee ze de ionische vloeistoffen verder willen optimaliseren. "Een uitdaging is dat de beweging van de as warmte genereert waardoor het water verdampt, " zegt de wetenschapper. "Nu zoeken we naar ionische vloeistofmengsels die de verdamping remmen."

Efficiëntere elektromotoren

Het ion-watermengsel is beter voor het milieu dan olie, en het helpt ook om glijlagers nog efficiënter te maken. Aman vervolgt, "De as glijdt beter wanneer deze wordt bevochtigd met water. Dit vermindert het energieverbruik in vergelijking met bewerkingen met aanzienlijk meer viskeuze olie." In aanvulling, corrosie wordt vermeden. Normaal reageert de zuurstof in het water met staal dat ijzer bevat, uiteindelijk resulterend in roest. Het elektrische veld verhindert dit.

In twee projecten samen met hun collega's aan de Universiteit van Freiburg, beide publiek gefinancierd door het Ministerie van Economische Zaken van Baden-Württemberg, Arbeid en huisvesting, de experts van Fraunhofer IWM hebben zelfs meer ontwikkeld dan het glijlager met zijn elektrochemische interne werking. Ze ontwierpen ook een nieuw meetinstrument, aangeduid als een in situ tribometer, in staat om metaalslijtage- en wrijvingswaarden tijdens bedrijf direct op het glijlager te controleren. Tot nu toe was het alleen mogelijk om de slijtage van een lager te meten door het lager te demonteren alvorens de oppervlakken te beoordelen en te meten. Dat kost veel tijd:"Onze nieuwe tribometer maakt het nu mogelijk om slijtage in situ te meten, niet alleen het gemakkelijker maken om haalbare smeermiddelen op waterbasis te ontwikkelen, maar ook om lagers continu te controleren, ' merkt Amann op.

Nieuwe toepassing van een bekend principe in kathodische corrosiebescherming

Het door Fraunhofer IWM ontwikkelde watersmeermiddel in galvanisch gekoppelde glijlagers is een nieuwe toepassing van een al lang bekend principe:actieve kathodische corrosiebescherming, die werkt zonder extra elektriciteit. Deze truc voorkomt roest en corrosie van metalen die in contact komen met water. Wat een opofferingsanode wordt genoemd, een minder edel metaal, wordt in de waterige omgeving ingebracht. Deze anode lost langzaam op, daarbij ionen in de vloeistof uitzenden en een kleine stroom elektronen naar het te beschermen metaal creëren, functioneren als kathode. Er ontstaat dan een negatief geladen beschermlaag op het metaaloppervlak, het voorkomen van roest en tribocorrosie. Dit komt doordat positief geladen kationen uit de ionische vloeistof of watersmeermiddel zich op dit negatief geladen oppervlak verzamelen.

Er ontstaat dan een negatief geladen beschermlaag op het metaaloppervlak, het voorkomen van roest en tribocorrosie. Dit komt doordat positief geladen kationen uit de ionische vloeistof of watersmeermiddel zich op dit negatief geladen oppervlak verzamelen.