Glider med på vandet

Maskinlejer er normalt smurt med forskellige olier. Men i dag ender store mængder af disse olier stadig i miljøet. Fraunhofer Institute for Mechanics of Materials IWM har udviklet en metode, som i fremtiden vil gøre det muligt at smøre glidelejer med vand, en meget mere miljøvenlig tilgang.

Lejer smøres normalt med mineraloliebaserede smøremidler, forhindrer slid på lejet fra metal på metalkontakt. I Tyskland, Der bruges cirka en million tons smøremiddel hvert år. Fremstillingen, påføring og bortskaffelse af olie er en belastning for miljøet.

Introduktion af vandbaserede smøremidler vil i høj grad gavne miljøbeskyttelsen. Men indtil nu, det faktum, at metaldele korroderer, når de kommer i kontakt med vand, har været en stor hindring. En arbejdsgruppe på Fraunhofer IWM i Freiburg har haft held med at bruge tilsætningsstoffer til at skifte vand på en sådan måde, at det kan bruges som smøremiddel på et tidspunkt i fremtiden. Dette betød en dobbelt succes for Dr. Tobias Amann og hans kolleger ved Fraunhofer IWM:først, den opnåede smøring er meget bedre, da vand ikke er så tyktflydende som olie. Sekund, korrosion forhindres.

Forskerne udviklede detaljerne i deres proces ved hjælp af et glideleje, et leje, der ligner en ring, der omgiver en roterende stålaksel. Ringen er lavet af flere lag struktureret fra ydersiden til indersiden som følger:en ærme, der omgiver lejet, et lag aluminium og et lag sintret metal, der omgiver selve akslen. Tricket er, at det indre sintrede lag gennemløbes af en lille kanal, som lader vandet strømme mellem den roterende aksel og det ydre aluminiumslag. Denne direkte forbindelse er afgørende i den elektrokemiske proces, baseret på det faktum, at der opstår en elektrisk spænding mellem et uædle metal som aluminium og et mere ædelmetal som jern, selv uden at skulle anvende nogen form for eksternt elektrisk felt.

Forvandling af vand til smøremiddel

Forskerne bruger denne elektriske spænding, der opstår mellem aluminiumet i glidelejet og jernet i akslen til at omdanne vandet til et smøremiddel. "Vi blander det, der kaldes ioniske væsker i vandet, " forklarer Dr. Tobias Amann. "De ioniske væsker er flydende salte, som indeholder anioner og kationer." Disse ioner omarrangeres i det elektriske felt og samles derefter på indersiden af ​​den sintrede metalring på en sådan måde, at deres ender peger opad, mod den roterende aksel. Dette danner en slags galvanisk dannet beskyttelseslag, hvorpå skaftet kan glide.

Forskerholdet har allerede demonstreret processens levedygtighed. Amann og hans team leder i øjeblikket efter partnere i industrien, med hvem de planlægger at optimere de ioniske væsker yderligere. "En udfordring er, at bevægelsen af ​​skaftet genererer varme, som får vandet til at fordampe, " siger videnskabsmanden. "Nu leder vi efter ioniske væskeblandinger, som hæmmer fordampningen."

Mere effektive elmotorer

Ion-vand-blandingen er bedre for miljøet end olie, og det er også med til at gøre glidelejer endnu mere effektive. Amann fortsætter, "Skaftet glider bedre, når det er fugtet med vand. Dette reducerer energiforbruget sammenlignet med operationer, der bruger betydeligt mere tyktflydende olie." Ud over, korrosion undgås. Normalt reagerer ilten i vandet med stål, der indeholder jern, resulterer i sidste ende i rust. Det elektriske felt forhindrer dette i at ske.

I to projekter sammen med deres kolleger ved universitetet i Freiburg, begge offentligt finansieret af Baden-Württembergs økonomiministerium, arbejde og bolig, eksperterne hos Fraunhofer IWM udviklede endnu mere end glidelejet med dets elektrokemiske indre funktion. De har også designet en ny måleenhed, omtalt som et in situ tribometer, i stand til at overvåge metallisk slid og friktionsværdier direkte på glidelejet under drift. Indtil nu har det kun været muligt at måle sliddet på et leje ved at skille lejet ad før vurdering og måling af overfladerne. Dette er meget tidskrævende:"Vores nye tribometer gør det nu muligt at måle slid in situ, ikke kun gør det lettere at udvikle brugbare vandbaserede smøremidler, men også til løbende at overvåge lejer, " påpeger Amann.

Ny anvendelse af et velkendt princip i katodisk korrosionsbeskyttelse

Vandsmøremidlet i galvanisk koblede glidelejer udviklet af Fraunhofer IWM er en ny anvendelse af et længe kendt princip:aktiv katodisk korrosionsbeskyttelse, som fungerer uden ekstra strøm. Dette trick forhindrer rust og korrosion af metaller, der kommer i kontakt med vand. Det der omtales som en offeranode, et mindre ædelmetal, indsættes i det vandige miljø. Denne anode opløses langsomt, udsender ioner i væsken i processen og skaber en lille strøm af elektroner mod det metal, der skal beskyttes, fungerer som en katode. Et negativt ladet beskyttende lag udvikles derefter på metallets overflade, forebyggelse af rust samt tribokorrosion. Dette skyldes, at positivt ladede kationer fra den ioniske væske eller vandsmøremiddel samles på denne negativt ladede overflade.

Et negativt ladet beskyttende lag udvikles derefter på metallets overflade, forebyggelse af rust samt tribokorrosion. Dette skyldes, at positivt ladede kationer fra den ioniske væske eller vandsmøremiddel samles på denne negativt ladede overflade.