Mit neuartigen galvanischen Schichten lassen sich Wälzlager so robust machen, dass Gehäuse und Schmiermittel überflüssig werden. Die Energieeffizienz von Windkraftanlagen könnte dadurch um bis zu 30 Prozent gesteigert werden.
Vorrichtung, mit der die galvanische Metallschicht auf das Wälzlager abgeschieden wird.
Fraunhofer IPA
Offshore-Windparks und nahe der Küste macht dem Stahl außerdem starke Korrosion zu schaffen, denn der Feuchtigkeits- und Salzgehalt der Luft ist hoch. Bisher hält man den Verschleiß mit Öl und anderen Schmierstoffen gering. Gegen die Korrosion helfen abgedichtete Gehäuse beim Einsatz in aggressiven Medien wie Meerwasser, Säuren oder auch Laugen. Doch Einhausungen mindern durch Reibungsverluste die Energieeffizienz der gesamten Anlage um bis zu 30 Prozent. Im Forschungsprojekt Poseidon II sind Wissenschaft und Industrie deshalb gemeinsam auf der Suche nach Wälzlagerwerkstoffen, Beschichtungen und Oberflächenbehandlungsverfahren, die auch ohne Schmierstoffe und Einhausungen eine lange Lebensdauer der Wälzlager ermöglichen. Einen Lösungsweg beschreiten die Forscher der Abteilung Galvanotechnik des Fraunhofer IPA mit der Entwicklung hauchdünner galvanischer Schichten aus Nickel und anderen chemischen Elementen.
Eine Legierung aus Nickel und Wolfram, mit der herkömmlicher Wälzlagerstahl beschichtet wird, hat sich bei ihren bisherigen Untersuchungen in Stift-Scheibe-Versuchen als am wenigsten anfällig für Verschleiß und Korrosion erwiesen. Für den Einsatz in Offshore-Windparks und Gezeitenkraftwerken könnte sie also geeignet sein. Geprüft werden aber auch Verbindungen wie Nickel-Kobalt, Nickel-Zinn, Nickel-Molybdän oder Nickel-Phosphor. Denn extreme Betriebsbedingungen und hohe Energieverluste durch Reibung gibt es auch fernab der Küste und sie betreffen Gaspipelines, Pumpen, Kompressoren oder auch den Antrieb von Elektrofahrzeugen.
Galvanisieren ohne festen Auflagepunkt
Am Fraunhofer IPA sucht man auch nach einem Verfahren, mit der die galvanische Metallschicht auf das Wälzlager abgeschieden werden kann. Denn herkömmliche Galvanikgestelle haben den Nachteil, dass an den Stellen zur elektrischen Kontaktierung des Lagerrings die aufgebrachte Metallschicht gestört wird. An diesen Stellen kann dann die Korrosion ansetzen. Die Wissenschaftler haben deshalb eine Anlage für die vollflächige Lagerringbeschichtung entwickelt. Ein spezielles System aus Antriebs- und Kontaktrollen ermöglicht eine kontaktstellenfreie Beschichtung.
Wenn Wälzlager in Zukunft weder Gehäuse noch Schmiermittel brauchen, um unter extremen Betriebsbedingungen zu laufen, spart das nicht nur Ressourcen und erhöht die Energieeffizienz der Anlage. Es kann auch kein Schmieröl mehr austreten, zu Verunreinigungen führen und die Umwelt schädigen. Langlebige Lagerringe, die unter aggressiven Bedingungen wie im und oder in der Nähe von Meerwasser eingesetzt werden, können somit einen Beitrag zur Energiewende leisten.