Blick durchs Mikroskop: Stromdurchschlag im Kugellager
24. April 2019
Abb. 1: Schmelzkrater/- perlen durch Stromdurchschlag // Metallische Schmelzperle im Kugellager.
Stromdurchschläge an metallischen Bauteilen infolge fehlgeleiteter Ströme sind ein bekanntes Phänomen in der technischen Schadensanalyse. Besonders kritisch wird es bei kontaktbeanspruchten Bauteilen wie Kugellagern. Hier setzen Stromdurchschläge häufig Verschleißmechanismen in Gang, die im weiteren Betrieb fortschreiten. Diese Folgeschäden können schließlich die ursprüngliche Ursache – den elektrischen Stromdurchschlag – überdecken, da die Laufflächen zunehmend zerstört werden.
Vergleich von intakter und geschädigter Lauffläche
Die Rasterelektronenmikroskop-Aufnahmen (REM) zeigen den direkten Vergleich zwischen einer intakten Lauffläche (linkes Bild) und einer durch Stromdurchschläge geschädigten Oberfläche (rechtes Bild). Die intakte Lauffläche ist durch zahlreiche feine, parallel verlaufende Bearbeitungsriefen gekennzeichnet, die aus dem Fertigungsprozess stammen.
Die geschädigte Oberfläche zeigt dagegen ein deutlich anderes Bild: Die ursprünglichen Riefen sind vollständig verschwunden, stattdessen wirkt die Oberfläche unregelmäßig vernarbt. Die Ursache hierfür liegt in den extrem hohen lokalen Temperaturen, die bei einzelnen Stromdurchschlägen entstehen.
Jede elektrische Entladung kann die Oberfläche lokal aufschmelzen. Anschließend erstarrt das Material sehr schnell wieder, da das darunterliegende Bauteil die Wärme rasch ableitet. Auf diese Weise entstehen rundliche Schmelzkrater.
Millionenfach wiederholte Stromdurchschläge
Ein Blick auf die Dimensionen verdeutlicht das Ausmaß der Schädigung: Die einzelnen Schmelzkrater besitzen einen Durchmesser von nur etwa 2 µm. Setzt man diese Größe ins Verhältnis zur gesamten Lauffläche eines Kugellagers von mehreren Quadratzentimetern, wird deutlich, dass es in diesem Bauteil vermutlich zu millionenfachen Stromdurchschlägen gekommen sein muss.
