21 Schmierstoff + Schmierung · 5. Jahrgang · 1/ 2024 FacHartiKEl Neue Prüfmethoden für die Entwicklung von Schmierstoffen zur Elektromobilität Peter Lee Am Southwest Research Institute (SwRI) hat die Gruppe Tribology Research and Evaluations mechanische Prüfgeräte zur Analyse von Flüssigkeiten und Schmierstoffen für Elektrofahrzeuge entwickelt. Die Gruppe modifizierte kommerzielle Tribologie- Testgeräte, um die Auswirkungen elektrischer Ströme in Flüssigkeiten zu bewerten und den Verschleiß und die Reibung an den Testteilen bei angelegter Spannung zu messen. Die modifizierten Tribometer waren die Bruker Block-on-Ring Prüfmaschine, und sie arbeiteten mit PCS Instruments zusammen, um das MTM2 zu elektrifizieren. „Die Elektrifizierung der Automobilindustrie hat sich in den letzten Jahren beschleunigt, und Zukunftsprognosen zeigen ein exponentielles Wachstum des Marktanteils sowohl für Pkwals auch für Lkw-Anwendungen“, sagte Cole T. Frazier, Forschungsingenieur in der Advanced Drivetrain Lubricants Section des SwRI. „Herkömmliche Flüssigkeitstestwerkzeuge wurden jedoch nicht entwickelt, um Schmierstoffeigenschaften in elektrifizierten Umgebungen effektiv zu analysieren. Das gilt auch für Tribologische Prüfungen.“ Die Herausforderung bei der Bewertung des Verhaltens von Elektrofahrzeugen besteht im Vorhandensein eines angelegten elektrischen Potenzials an Komponenten- und Schmierstoffkontakten. Um dieser Herausforderung zu begegnen, entwarf Dr. Carlos Sanchez, leitender Forschungsingenieur in der Abteilung Tribologieforschung und -bewertung am SwRI, neue Testgeräte, um die Auswirkungen der Elektrifizierung auf rotierende Teile zu modellieren. Der Aufbau und das Testprotokoll wurden von der Gruppe im Laufe des Projekts weiterentwickelt. Die meisten Elektrofahrzeuge verwenden Wechselstrom-Induktions- oder Permanentmagnetmotoren, die von integrierten Batteriepaketen angetrieben werden. Ein Wechselrichter übernimmt die Gleichspannung (DC) von den Batterien und wandelt sie in den Wechselstrom um, der für den Betrieb des Fahrzeugmotors erforderlich ist. „Die zahlreichen rotierenden Oberflächen in Elektrofahrzeugen sind während des Umwandlungsprozesses von Gleichstrom in Wechselstrom Spannungsspitzen ausgesetzt“, sagte Sanchez. „Die Spannungsspitzen und das inhärente elektrische Feld in Hochspannungsumgebungen können dazu führen, dass elektrische Ströme durch die Oberflächen fließen und die Schmierstoffe und Materialien beschädigen, die sonst für eine glatte Bewegung sorgen.“ Schmierstoff + Schmierung · 5. Jahrgang · 1/ 2024 22 Fachartikel | Neue Prüfmethoden für die Entwicklung von Schmierstoffen zur Elektromobilität Die Geschwindigkeit der Gleich-zu-Wechselstrom- Frequenzumwandlung kann lokale Spannungsspitzen verursachen, die eine Erdung erfordern. Aufgrund ihrer Lage in der Nähe von Spannungsspitzen sind Motorlager oft besonders anfällig für durch sie fließende elektrische Ströme. Das elektrische Potenzial für die Lager kann sich auf bauen, bis die Spannung stark genug wird, um den dünnen Schmierfilm aufzubrechen, der die kleinen Metallkugellager von den Lagerlauf bahnen oder Lagerschalen trennt, was zu Oberflächenschäden und Riffelungen führen kann. Die Gruppe entwickelte und analysierte ein Testprotokoll für die neuen Instrumente, das das tatsächliche System am besten widerspiegelt und relevante Ergebnisse liefert. Mit dieser neuen, intern finanzierten Weiterentwicklung prüften sie mehrere verschiedene kommerzielle Schmierstoffe und maßen Verschleiß und Reibung auf den Prüfständen. Sie fanden heraus, dass das elektrische Potenzial an einer Flüssigkeit, egal ob Wechsel- oder Gleichstrom, im Allgemeinen den Verschleiß erhöht und sich auf die Reibung auswirkt. Verschleißergebnisse für den elektrifizierten Block-on-Ring wurden veröffentlicht [1] und die Arbeiten mit der MTM werden im März 2024 abgeschlossen. Abbildung 1 zeigt den Unterschied in den Verschleißergebnissen zwischen einer angelegten Gleichspannung (links) und einer angelegten Wechselspannung (rechts). Bei jeder Bedingung gibt es zwei Durchläufe und es ist ersichtlich, dass Gleichspannung mehr Verschleiß verursacht als Wechselspan- Abb. 1: Blockabnutzungsnarben in doppelter Ausführung für Gleich- und Wechselstromversorgung Abb. 2: Blockverschleißnarbenbreite bei zwei verschiedenen Temperaturen mit und ohne Gleichstrom Abb. 3: Block-auf-Ring-Reibungsreaktion ohne Stromversorgung und mit Gleichstromversorgung All you can read Alles zusammen zum Superpreis: Die Papierausgabe in hochwertigem Druck, das ePaper zum Blättern am Bildschirm und auf dem Smartphone, dazu alle bisher erschienenen Ausgaben im elektronischen Archiv - so haben Sie Ihre Fachzeitschrift für den urbanen Wandel immer und überall griffbereit. AboPlus: Print + ePaper + Archiv www.transforming-cities.de/ magazin-abonnieren | abo@narr.de expert verlag - Ein Unternehmen der Narr Francke Attempto Verlag GmbH + Co. KG Foto von Jon Tyson auf Unsplash Schmierstoff + Schmierung · 5. Jahrgang · 1/ 2024 24 Fachartikel | Neue Prüfmethoden für die Entwicklung von Schmierstoffen zur Elektromobilität nung. Abbildung 2 zeigt die Breite der Blockverschleißnarben bei zwei Temperaturen, 25 und 60 °C, ohne Gleichstrom und mit Gleichstrom, der über den Block und den Ring für die Dauer des Tests angelegt wird. Abbildung 3 zeigt die Änderung der Reibungsreaktion bei 25 °C für Block-on-Ring mit und ohne angelegter Gleichstromversorgung. Die gleichen Trends wurden bei der Durchführung auf der MTM beobachtet. Abbildung 4 zeigt die Änderung der Traktionskoeffizienten für ein ATF-Öl. Drei Läufe wurden ohne Stromversorgung absolviert, drei mit Gleichstrom und drei mit Wechselstrom über den Ball und die Scheibe. Während die drei Läufe ohne angelegten Strom wiederholbar sind, ergaben alle Läufe mit Gleich- und Wechselstromversorgung bei allen Tests höhere Traktionswerte, waren jedoch nicht wiederholbar. Während einiger Tests traten aufgrund der Lichtbogenbildung im Ölfilm deutliche Oberflächenschäden auf, wie in Abbildung 5 dargestellt. Die Tribologiegruppe am SwRI hat das Rheometer auch elektrifiziert, um die Auswirkungen der Elektrifizierung auf Öle und Fette zu untersuchen. Es wurde beobachtet, wie in Abbildung 6 dargestellt, dass die Viskosität eines neuen ATF-Öles unter Elektrifizierung sinken kann, nach der Verwendung jedoch ansteigt. Auch die ATF-Öl-Viskosität nimmt nach dem Gebrauch aufgrund von Schereffekten während des Gebrauchs deutlich ab. Abbildung 7 zeigt die Auswirkung der Elektrifizierung auf ein Molybdänfett. Es zeigt sich, dass der Verlustfaktor bei Elektrifizierung deutlich zunimmt. Abb. 4: MTM-Traktionskurven in dreifacher Ausfertigung für ein ATF-Öl mit extrem niedriger Viskosität ohne Strom, Gleichstrom und Wechselstrom, der über die Kugel und die Scheibe angelegt wird Abb. 5: MTM-Scheibe mit Verschleißnarben und Grübchen, die durch Lichtbogenbildung verursacht wurden Abb. 6: Viskosität von neuer und gebrauchter ATF- Flüssigkeit mit und ohne Wechselstromversorgung über die Kontakte Oildoc 25 Schmierstoff + Schmierung · 5. Jahrgang · 1/ 2024 Fachartikel-|-Neue Prüfmethoden für die Entwicklung von Schmierstoffen zur Elektromobilität „SwRI ist auf die Entwicklung kundenspezifischer Tribologieprüfmaschinen und Testmöglichkeiten spezialisiert, die es der Industrie ermöglichen, mehrere Schmierstoffformulierungen effizient zu testen, ohne dass umfassende Bauteil- oder Anwendungsprüfungen erforderlich sind“, sagte Dr. Peter Lee, Institutsingenieur und Cheftribologe, der die Tribologieaktivitäten von SwRI leitet. „Da in diesem Fall der Schmierstoffzusammenbruch nachweislich flüssigkeitsabhängig ist, können Formulierer ihre Schmierstoffe für bestimmte Elektroantriebsstränge optimieren. Die Prüfkapazitäten von SwRI im Labormaßstab werden die Schmierstoffoptimierung beschleunigen, die Haltbarkeit verbessern und die Fahrzeugreichweite durch verringerte Reibung erhöhen.“ Um mehr über die Abteilung für Tribologieforschung und -bewertung des SwRI zu erfahren, besuchen Sie tribology.swri.org. [1] Lee, P.M., Sanchez, C., Frazier, C., Velasquez, A. und Kostan, T. Tribologische Bewertung von Antriebsschmierstoffen für Elektrofahrzeuge in einer elektrifizierten Umgebung. Vorderseite. Mech. Eng., 02. November 2023. Sec. Motoren- und Fahrzeugtechnik. Band 9-2023. https: / / doi.org/ 10.3389/ fmech.2023.1215352 »« Eingangsabbildung: © Oildoc Abb. 7: Verlustfaktor in einem Molybdänfett mit (oben) und ohne (unten) zugeführte Gleichspannung www.narr.de/ technik/ zeitschriften/ sus-schmierstoff-und-schmierung Hier können Sie die Zeitschrift kostenlos abonnieren. ERSCHEINT VIERMAL IM JAHR Call for Papers 2024 Wir freuen uns über Ihre Beitragsvorschläge. Die Zeitschrift SCHMIERSTOFF + SCHMIERUNG bietet einen umfassenden Überblick über alle Themen der Schmierstoffbranche. Dabei werden neueste Trends und Technologien ebenso behandelt, wie grundlegendes Basiswissen und wirtschaftliche Entwicklungen. Das sind die Themen für 2024: 1 E-Mobilität 2 Kühlschmierstoffe / Schmierung von Werkzeugmaschinen 3 Kompressoren / Luft / Kälte / Gas 4 Metallbearbeitung Eine Zeitschrift des Verband Schmierstoff-Industrie e. V. SCHMIERSTOFF SCHMIERUNG Anzeige