Projektstart: Elektro-mechanisch beanspruchte Schmierstoffe

In Schlüsseltechnologien wie Windenergieanlagen und Elektroautos kommt es zu elektrischen Belastungen von mechanisch beanspruchten Schmierstoffen. Diese zusätzliche, nicht vermeidbare elektrische Belastung führt zu Schäden in Bauteilen und damit zum vorzeitigen Ausfall der Komponenten wie Generatorlagern (Beispiel Windenergieanlage) oder den Lagern des Rotors des antreibenden Elektromotors (Beispiel Elektroautos). Auch Lüfter, Gleitringdichtungen, Pumpen, Kompressoren und Teile in der Peripherie des Antriebsstrangs sind vom Phänomen des elektrischen Stromdurchgangs betroffen und Systemausfälle sind die Folge.

Die Beurteilung der elektro-mechanischen Gebrauchsdauer ist eine drängende Fragestellung von Betreibern und Konstrukteuren von elektrischen Antriebssträngen

Bekannte strombedingte Schäden sind Kraterbildung auf der Lagerlaufbahn, Riffelbildung quer zur Laufbahn sowie Verbrennung des Schmierstoffes im tribologischen Kontakt (etwa Wälzkörper zu Lagerlaufbahn oder auf den Zahnflanken eines Zahnrades). Eine Forschungslücke besteht u.a. in dem Bereich der Schädigung und Eigenschaftsveränderung von Schmierstoffen unter kombinierter elektrischer und mechanischer Beanspruchung.

BMWK fördert Forschungsprojekt

Daher fördert das BMWK im Rahmen der IGF das Vorhaben „Gebrauchsdauerreduzierung von elektro-mechanisch beanspruchten Schmierstoffen“, das zum 1. Oktober 2023 startet.

Die Forschungsarbeiten umfassen Experimente auf Prüfständen zur Untersuchung von Wälzlagerströmen und Schmierstoffanalysen. Hierzu werden Versuchsbedingungen hergeleitet, bei denen gezielt die Schmierstoffe (Öle und Fette) elektrisch geschädigt werden. Hierauf aufbauend werden mittels umfangreicher Analysemethodik (IR-Spektrosgrafie, ICP-Analyse, Rheologische Untersuchungen, RULER-Verfahren, NMR-Spektroskopie) die geschädigten Schmierstoffe untersucht und aus diesen Ergebnissen Alterungs- sowie Schädigungsmechanismen identifiziert. Die Erkenntnisse sind unkompliziert nutzbar, da sie in einen Anwenderleitfaden einfließen, mit dem geeignete Analyseverfahren zum Nachweis einer elektro-mechanischen Veränderung im Schmierstoff ausgewählt werden können.

Mit dem Projekt wird ein essentieller Beitrag für die Beurteilung der Eignung von Schmierstoffen in Antriebssträngen geschaffen. Der Anwender wird in die Lage versetzt, Schmierstoffe gezielt für die zu erwartende elektrische Belastung (Lagerstrom und Lagerspannung, Schaltfrequenz und Schmierungszustand) auszuwählen oder Abhilfemaßnahmen vorzusehen. So kann Schäden an Komponenten vorgebeugt werden und Frühausfälle und vorzeitige Schmierstoffwechsel lassen sich durch Festlegung effizienterer Wartungsintervalle vermeiden - gerade dieser Punkt erlaubt eine nachhaltige Ressourcennutzung.

Forschungsstelle

Rheinland-Pfälzische Technische Universität
MEGT Lehrstuhl für Maschinenelemente, Getriebe und Tribologie

Kooperation

Das Vorhaben wird in Zusammenarbeit mit den Fachleuten der FVA – Forschungsvereinigung Antriebstechnik e. V. bearbeitet.