Prüfmethodik zur Beurteilung der Leistungsfähigkeit von Schmierstoffen für Verzahnungen in E-Mobility Anwendungen: Zuverlässige Beurteilung der (Fress-)Tragfähigkeit von E-Mobility-Schmierstoffen
Forschungsthema
| Kurztitel | Prüfmethodik E-Mobility-Schmierstoffe (E-Fluids@HighSpeeds) |
| Projektbeginn | Q1/2023 |
| Förderung | FVA-Nr. 988/I, DGMK-Nr. 833 Forschungsvereinigung Antriebstechnik e.V., FVA Deutsche Wissenschaftliche Gesellschaft für nachhaltige Energieträger, Mobilität und Kohlenstoffkreisläufe e.V., DGMK |
| Kontakt | Dr.-Ing. T. Tobie |
Projektbeschreibung
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.
Unterschiedliche Antriebskonzepte 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 Zahnflanken-Schadensmechanismen für die Betriebsbedingungen in E-Mobility-Anwendung aussagekräftig sind. Der Fokus in diesem Projekt liegt auf der systematischen Untersuchung der Fresstragfähigkeit im FZG-Hochdrehzahlprüfstand (modifizierter FZG-Zahnradverspannungsprüfstand), ausgewählte Stichversuche zum Grübchen-, Grauflecken- und Verschleißverhalten sind vorgesehen. Dabei soll ein praxisnaher Anwendungs- bzw. Freigabetest hinsichtlich Fressen ausgearbeitet werden, bei dem anwendungsnahe Bedingungen und typische Umfangsgeschwindigkeiten von E-Mobility-Anwendungen abgebildet werden.