Zwei Antriebskonzepte, ein Ziel: Möglichst reibungsarm rollen

Der Wandel in der Automobilindustrie hat erheblichen Einfluss auf die Anforderungen bei der Konstruktion und Anwendung von Getriebelagern: Derzeit müssen die entsprechenden Zulieferer im Grunde zwei Welten bedienen, weil konventionelle Antriebsstränge ebenso nach immer effizienteren Lösungen verlangen wie Elektro- und Hybridfahrzeuge. So oder so braucht die Mobilität von morgen tribologisch optimierte Lagerungen.

Rund um den Globus sorgen sowohl gesetzliche Regelungen als auch die steigende Kundennachfrage dafür, dass der Elektrofahrzeug-Markt in Bewegung kommt. Das Consulting-Unternehmen Deloitte1 beispielsweise prognostiziert, dass bis 2024 rund 10% aller verkauften Neuwagen elektrische Antriebe haben dürften. Das bedeutet aber zugleich, dass Pkw mit konventionellen Verbrennungsmotoren die Straßen noch viele Jahre lang dominieren werden.

Diese parallel verlaufenden Trends stellen die OEMs vor enorme Herausforderungen: Einerseits müssen sie einen Großteil ihrer Forschungs- und Entwicklungsanstrengungen in neue Konstruktionen für Elektro- und Hybridantriebe stecken. Andererseits gilt es, aus Verbrenner-Fahrzeugen und deren Getrieben auch noch das letzte Quäntchen Effizienz herauszukitzeln, um die weltweit immer strengeren Kohlendioxid (CO2)-Vorschriften erfüllen zu können.

Beide Umstände haben erhebliche Auswirkungen auf die Nutzung von Lagern in den unterschiedlichen Antriebssträngen. Umso wichtiger ist es, dass die Lagerhersteller die technischen Probleme der OEMs und Systemlieferanten genauestens verstehen. Schließlich geht es darum, maßgeschneiderte Lösungen zu entwickeln, die einen möglichst wirkungsvollen Beitrag zur Erreichung der individuell gesteckten Ziele leisten.

Gemeinsamer Erzfeind

Unabhängig von der Architektur des Antriebsstrangs gibt es einen gemeinsamen Feind: die Reibung. In herkömmlichen und hybridisierten Antriebssträngen erhöhen reibungsbedingte Leistungsverluste die CO2-Emissionen – und in batteriebetriebenen Fahrzeugen minimieren sie deren Reichweite. Aus diesem Grund suchen die OEMs händeringend nach Alternativen, die weniger Reibungsverluste verursachen als bspw. Standard-Kegelrollenlager für Getriebe, Reduktionsgetriebe und Differentiale.

SKF arbeitet bereits seit geraumer Zeit an der Entwicklung besonders reibungsarmer Kegelrollenlager für solche Applikationen. Inzwischen kann das Unternehmen Lösungen anbieten, die in bestimmten Anwendungen lediglich die Hälfte der Leistungsverluste ihrer „herkömmlichen“ Pendants aufweisen. Maßgeblicher Schlüssel für diesen Fortschritt ist der „Toolbox“-Ansatz, mit dem SKF maßgeschneiderte Produkte für jede Anwendung entwickelt: Zunächst greifen die Ingenieure auf modernste, hauseigene Simulationssoftware zurück, um die genauen Anforderungen einer bestimmten Lager-Anwendung zu identifizieren. Anhand „virtueller Optimierungsschleifen“ werden dann Parameter wie Kontaktwinkel, Anzahl und Abmessungen der Wälzkörper sowie die Konstruktion des Käfigs optimiert – alles mit dem Ziel, ein extrem reibungsminimiertes Kegelrollenlager zu konstruieren, ohne dadurch dessen Robustheit aufs Spiel zu setzen.

Tribologischer Lösungsansatz

Beispiel Elektroauto: Darin erreichen die Motoren mittlerweile sehr hohe Drehzahlen. Diese hohen Geschwindigkeiten stellen die verbauten Lager vor weitere spezifische Anforderungen. Daher entwerfen die Experten von SKF spezielle Lagervarianten mit optimierten Polymerkäfigen, die gegen die höheren Geschwindigkeiten, Beschleunigungen und Temperaturen in solchen Motor-Umgebungen bestens gewappnet sind.

Zum tribologischen Gesamtsystem eines solchen Lagers gehört aber nicht zuletzt ein geeigneter Schmierstoff. Aktuelle Trends bei der Entwicklung von Getriebeschmierstoffen gehen zu immer niedrigviskoseren Leichtlaufölen mit entsprechender Additivierung, um die ungeliebten Leistungsverluste weiter zu reduzieren. Die Auswirkungen solcher Neuentwicklungen auf die Lager und deren Lebensdauer müssen jedoch genauestens untersucht werden. Denn einige dieser neuen Öle zeigen, dass sie den Verschleiß bzw. die Oberflächenermüdung im Wälzkontakt der Lager nicht mehr ausreichend verhindern können.

Einen möglichen Lösungsansatz dafür könnte das Karbonitrieren von Lagerkomponenten bieten. Diese Technologie nutzt SKF bereits erfolgreich zur Lebensdauerverlängerung von Lagern, die in verschmutzten Umgebungen zum Einsatz kommen oder unter schwierigen Schmierungsbedingungen leiden. Derartige Anwendungsgebiete finden sich u. a. im Bergbau, in der Stahlindustrie oder auch in Windenergieanlagen. Nun arbeitet SKF mit Partnern aus der gesamten Kfz-Branche daran, das gebündelte Know-how aus verschiedensten „Disziplinen“ zur Entwicklung innovativer Lösungen für die Mobilität von morgen zu nutzen: damit die OEMs ihre Herausforderungen in Bezug auf die Steigerung von Leistung, Effizienz und Zuverlässigkeit meistern können.

https://www.skf.com

25.10.2019   |  

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