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DGMK-Projekt Schmier­stoffe

Prüfmethodik zur Beurteilung der Leistungsfähigkeit von Schmierstoffen für Verzahnungen in E-Mobility Anwendungen

Laufzeit
2021 bis 2024 (30 Monate, geplant)
Forschungsstelle
Lehrstuhl für Maschinenelemente / Forschungsstelle für Zahnräder und Getriebebau (FZG)
Technische Universität München
Leiter der Forschungsstelle: Prof. Dr.-Ing. K. Stahl
Projektleiter: Dr.-Ing. T. Tobie
Anlass und Ziel

Die Verwendung von Elektromotoren anstelle von Verbrennungsmotoren im Antriebsstrang von Fahrzeugen bietet großes Potential für eine umweltfreundliche Mobilität. Zudem kann durch den Betrieb bei hohen Drehzahlen und dem gleichzeitigen Einsparen von Masse die Effizienz und die Leistungsdichte von elektrischen Antrieben gesteigert werden. Aus diesem Grund zeigen aktuelle Entwicklungen in der Automobilindustrie einen starken Trend zum Einsatz von elektrifizierten Antriebssträngen anstelle der bisher verwendeten Verbrennungsmotoren.
Unterschiedliche Antriebskonzepte wie Zentralmotoren oder radnahe Motoren in rein elektrisch betriebenen Fahrzeugen bedingen weiterhin den Einsatz von Getrieben im Antriebsstrang. Die tribologische Tragfähigkeit der Verzahnungen im Getriebe wird durch Verwendung eines geeigneten Getriebeschmierstoffs sichergestellt. Schmierstoffe enthalten häufig Leistungsadditive, welche in ihrer Wirkung stark von den Betriebsbedingungen, insbesondere der Schmierstofftemperatur, abhängig sind. Aufgrund der komplexen physikalisch-chemischen Wechselwirkungen zwischen den Schmierstoffkomponenten und dem Zahnradwerkstoff ist die Leistungsfähigkeit von Getriebeschmierstoffen bisher nicht ausreichend theoretisch abschätzbar und muss in Schmierstofftests überprüft und nachgewiesen werden.
In Standardprüfmethoden werden die Schmierstoffe nach aktuellem Stand der Technik bei Drehzahlen von n = 2.250 min-1 bis maximal n = 4.500 min-1 untersucht, während in der E-Mobility gegenwärtig Drehzahlen von bis zu 20.000 min-1 auftreten. In zukünftigen Entwicklungen sind noch deutlich höhere Drehzahlen zu erwarten. Aufgrund der stark gesteigerten Drehzahl im Vergleich zu den Standardprüfmethoden werden somit Schmierstoffe, welche in der E-Mobility verwendet werden, bei deutlich abweichenden Betriebsbedingungen eingesetzt, als sie aktuell getestet werden können.
Erste Untersuchungen zeigen bereits Einflüsse hinsichtlich der Grauflecken- und Grübchentragfähigkeit und insbesondere hinsichtlich der Fresstragfähigkeit bei höheren Drehzahlen. Diese ersten Ergebnisse unterstreichen die Relevanz weiterer Untersuchungen zum Tragfähigkeitsverhalten der Schmierstoffe bei E-Mobility Bedingungen im Vergleich zu den bisherigen Standard-Öl-Prüfverfahren.
Im Forschungsvorhaben soll daher überprüft werden, ob die aktuellen Testverfahren zur Beurteilung der Tragfähigkeit von Schmierstoffen hinsichtlich der maßgebenden Schadensmechanismen (Fressen, Grauflecken und Grübchen) für die Betriebsbedingungen in E-Mobility-Anwendung aussagekräftig sind. Sind die Standardtestverfahren nicht repräsentativ, soll eine modifizierte Prüfmethodik zur Beurteilung der Leistungsfähigkeit von Schmierstoffen für Verzahnungen in E-Mobility-Anwendungen bzw. bei hohen Umfangsgeschwindigkeiten entwickelt werden.

Kurzbeschreibung

Vor diesem Hintergrund sind im Rahmen des Forschungsvorhabens umfassende Untersuchungen zum Einfluss E-Mobility naher Betriebsbedingungen insbesondere bei unterschiedlichen Umfangsgeschwindigkeiten auf die Tragfähigkeit von Schmierstoffen vorgesehen. Hierauf basierend werden Handlungsempfehlungen für die Prüfung und zuverlässige Beurteilung von E-Mobility-Schmierstoffen abgeleitet. Nach Abschluss des Vorhabens werden folgende Ergebnisse erwartet:


  • Prüfmethodik zur vergleichenden Bewertung und Charakterisierung von E-Mobility Schmierstoffen

  • Verringerung des Risikos von Zahnflankenschäden in industriellen Anwendungen (E-Mobility) und damit Reduzierung des Kostenaufwands durch Reparaturausfälle und Stillstandszeiten

  • Grundlagen für die Schmierstoffentwicklung in der E-Mobility

  • Erkenntnisse für die Getriebeentwicklung in der E-Mobility

Bearbeitungsstand

Der IGF-Antrag wurde zur Begutachtung bei der AiF eingereicht.

Projektstatus

Projektkoordination

Jan Ludzay

Leiter der Abteilung Verarbeitung und Anwendung

Nadine Ludzay

Koordination