Wasserstofffreisetzung im ölgeschmierten Wälzkontakt

25.1.2019

© Fraunhofer IWM

Bild 1: Entwicklung des Reibkoeffizienten aus Wälzlagerversuchen mit einem konventionellen Getriebeöl bei Versuchsdauern von 22,5 h und 50 h

Dr.-Ing. Dominik Kürten, Dr. rer. nat. Andreas Kailer

Im Fall einer wasserstoffinduzierten Wälzkontaktermüdung ist das Risswachstum möglicherweise durch absorbierten Wasserstoff beschleunigt. Dies wird oft mit dem Auftreten von ”white etching cracks” (WECs) in Verbindung gebracht. Diese Art der Wälzkontakt-ermüdung stellt ein erhebliches industrielles Problem für Lager verschiedener Größen und in einer weiten Bandbreite von Anwendungen dar. Zur Charakterisierung einzelner Schmierstoffe hinsichtlich des Risikos zur frühzeitigen Schadensbildung wurden Wälzlager-versuche mit einem eigens entwickelten Axiallager Prüfstand am Fraunhofer IWM durchgeführt. Als Schmierstoff wurde ein konventionelles Getriebeöl verwendet. Bild 1 zeigt den Verlauf der Reibwerte im Wälzlagerversuch. Aufgrund der Ausbildung einer Additivschicht fällt der Reibwert zu Beginn der Versuche stark ab.

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Bild 2: WEC-Rissnetzwerk unterhalb der Wälzkontaktoberfläche nach 50h.

Nach den Versuchen wurde der Schmierstoff mittels FTIR Spektroskopie untersucht. Die Analysen lassen auf eine Oxidation des Schmierstoffs infolge der Wälzbelastung schließen. Querschliffe der Zylinderrollen zeigten mikrostrukturelle Schädigungen der Wälzlager (s. Bild 2). Unterhalb der Oberfläche der Zylinderrollen konnten WEC-Rissnetz-werke nachgewiesen werden. Eine solche Netzwerkbildung konnte nur für längere Versuchen beobachtet werden Wasserstoffanalysen mittels Trägergas-heißextraktion konnten Veränderungen der Wasserstoffkonzentration der Wälzlager entlang des Versuches nachgewiesen.

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Bild 3: Veränderung der Wasserstoffkonzentration der Wälzlager infolge der Wälzbeanspruchung.

Die in Bild 3 dargestellten Wasserstoff-analysen der Wälzlager zeigen eine deutliche Zunahme der Wasserstoff-konzentration der Wälzlager mit zunehmender Versuchsdauer. Die gezeigten Ergebnisse deuten auf eine Wasserstofffreisetzung aus dem Schmierstoff infolge einer Schmierstoff-degradation hin.

Zusammenfassung

Die Wasserstoffkonzentration im Wälzlager steigt mit der Versuchsdauer an. Dies korreliert mit der Entstehung von Wasserstoffinduzierten Schädigung im Versuch.