Flüssige Schmierstoffe in Highspeed-Anwendungen

Anforderungen an flüssige Schmierstoffe in Highspeed-Anwendungen in der E-Mobilität

Verschärfte politische Rahmenbedingungen sehen eine kontinuierliche Reduktion des Treibhausgas- und Schadstoffausstoßes im Verkehrssektor vor. Fahrzeuge mit konventionellem Verbrennungsmotor können diese gesetzlichen Vorgaben z.T. nicht mehr erfüllen, sodass alternative Antriebskonzepte in den Fokus rücken. Das aktuell potentialträchtigsten Antriebskonzept stellt der Elektromotor dar, das auch von der Politik forciert wird.

Aus dem Einsatz von Elektromotoren im automobilen Antriebsstrang ergeben sich zahlreiche neue Anforderungen hinsichtlich der Konstruktion und Entwicklung solcher Fahrzeuge. Elektromotoren für Fahrzeuge werden in der Regel in einem Drehzahlbereich größer 10.000 min-1 betrieben und weisen damit deutlich höhere Drehzahlen als Verbrennungsmotoren auf. Dementsprechend erhöhen sich auch die Umfangsgeschwindigkeiten, was wiederum einen Einfluss auf die weiteren Komponenten im Antriebsstrang (z. B. Lager, Verzahnungen, Dichtungen) und deren Lebensdauer und Wirkungsgrad hat.

Insbesondere dem Schmierstoff kommt im elektrischen Antriebsstrang eine Schlüsselrolle zu. Er muss hinsichtlich der erhöhten Umfangsgeschwindigkeiten beständig sein sowie eine ausreichende Schmierung und Wärmeabfuhr im Getriebe sicherstellen. Gleichzeitig soll er neben der Schmierung der Zahnräder auch die Schmierung der Lager übernehmen und als Kühlmedium für den Elektromotor und ggf. die Leistungselektronik dienen. Weiterhin ist die chemische Kompatibilität mit den Dichtungswerkstoffen erforderlich.

Aus den beschriebenen Anforderungen an einen Schmierstoff im elektrischen Antriebsstrang resultiert die Notwendigkeit, die bestehenden Prüfmethoden zur Schmierstoffqualifikation hinsichtlich ihrer Übertragbarkeit auf den Bereich hoher Umfangsgeschwindigkeiten zu überprüfen und ggf. neue Prüfmethoden zu definieren.

Für die tribologische Prüfung und Qualifikation von Schmierstoffen existieren zum jetzigen Zeitpunkt viele verschiedene Prüfmethoden. Diese unterscheiden sich hinsichtlich des Prüfstandaufbaus, der verwendeten Prüfkörper, der Prüfbedingungen, des Prüfablaufs und des zu untersuchenden Schadensbildes bzw. -mechanismus.

Auf eine einfache Beanspruchung reduzierte Modell- und Probenkörperuntersuchungen wie z.B. Stift-Scheibe-Versuche werden in der Regel nicht für Herstellerfreigaben von flüssigen Getriebeschmierstoffen herangezogen, sondern dienen Ölherstellern für die Vorentwicklung ihrer Schmierstoffe. Nach dem aktuellen Stand der Technik existierende und zur Herstellerfreigabe angewendete Prüfmethoden sind Bauteil-, Aggregat- und Prüfstandversuche, die eine originale Systemstruktur mit vereinfachten oder betriebsähnlichen Versuchsbedingungen abbilden.

In der Literaturstudie wurden zu verschiedenen Schadensarten und für die betrachteten Maschinenelemente Prüfverfahren und -methoden recherchiert, gegenübergestellt und hinsichtlich ihrer Eignung für den Hochdrehzahlbereich bewertet.

Das Projekt 901 I der Forschungsvereinigung Antriebstechnik e.V. (FVA) wurde über Eigenmittel finanziert.