Elektromotor Leitende Schmierstoffe schützen künftige Elektromotoren

Elektrisch leitende Schmierstoffe sollen künftige Elektromotoren vor einem möglichen Verschleiß schützen, der durch elektrische Entladungen in den Lagern entsteht. Die dafür nötigen Substanzen haben deutsche Grundlagen- und Industrieforscher in gemeinsamer Arbeit entwickelt. Dies ist ein wichtiger Schritt für die nachhaltige Elektromobilität der Zukunft. Die Arbeit wird vom Bundesforschungsministerium (BMBF) finanziell gefördert.

Firmen zum Thema

(Bild: Bosch)

Hintergrund der Initiative: Künftige Autos werden mit höheren Spannungen unterwegs sein als die bisherigen. Derzeit ist bei den Bordnetzen eine Spannung von 12 V üblich, um alle elektrischen Verbraucher im Wagen zu versorgen – von den Lampen über das Radio bis hin zur Klimaanlage. Binnen weniger Jahre wird diese Spannung voraussichtlich auf 48 V steigen, denn die Elektrik übernimmt immer mehr Funktionen. Die elektrische Spannung in den elektrischen Antrieben von Elektro- und Hybridfahrzeugen ist nochmals höher und liegt zum Beispiel bei 400 V.

Stärkere elektrische Wechselfelder

„In Generatoren und Elektromotoren entstehen mit zunehmender Spannung stärkere elektrische Wechselfelder als bisher“, erklärt Dr. Gerd Dornhöfer, Chief Expert Lubrication Technology bei Bosch, der stellvertretend am Projekt Schmirmal (Schaltbare intelligente Tribosysteme mit minimalen Reibverlusten und maximaler Lebensdauer) beteiligt ist. Daher kann es beispielsweise in den Kugellagern von Motoren oder Generatoren zu elektrischen Entladungen kommen. Funken springen über und lassen winzige Bereiche des Metalls schmelzen. So kommt es zu Kratern in den Laufbahnen. Dadurch werden die Lager erst laut und fallen dann frühzeitig aus. „Dies können wir mit den nun geschaffenen neuen Schmierstoffen zuverlässig verhindern“, sagt Dornhöfer mit Blick auf die Messergebnisse auf seinem PC.

Bildergalerie
Bildergalerie mit 6 Bildern

Elektrische Überschläge sind jedermann bekannt, der an einer Türklinke schon einmal einen kleinen elektrischen Schlag bekommen hat. Wenn der Finger nur noch wenige Millimeter von der Klinke entfernt ist, springt ein elektrischer Funke über. Ist die Spannung hoch, springt der Funke aus größerer Entfernung über als bei einer kleinen Spannung. Die Luft zwischen Türgriff und Finger wirkt so lange als Isolator, bis der Finger nahe genug ist.

Schmierfilm wirkt als Isolator

Genau das kann auch passieren, wenn zwischen Welle und Gehäuse in Elektromotoren eine Spannung entsteht, weil der Schmierfilm in der Lagerung als Isolator wirkt. Diese in Kugellagern verwendeten Schmierfette trennen mit zunehmender Rotationsgeschwindigkeit Kugeln und Laufbahn voneinander – ähnlich dem Aquaplaning bei nasser Straße. Anders als auf der Straße ist das im Kugellager sehr gewünscht, damit die Lager eine geringe Reibung und möglichst keinen Verschleiß erzeugen. Die Folge ist jedoch, dass sich die Lager bei intaktem Schmierfilm aufladen können. Dies lässt sich mit einem Kondensator vergleichen. Wenn die aufgebaute Spannung ausreicht, kann sie den isolierenden Schmierfilm durchschlagen. Diese Energie reicht aus, um das Metall der Lauffläche an einer winzigen Stelle für kurze Zeit schmelzen zu lassen. Passiert dies immer wieder, sammeln sich irgendwann winzige Störstellen am Lager. „Das wollen wir unbedingt verhindern. Denn an diesen Stellen kann es mit der Zeit zu größeren Schäden kommen“, sagt der Bosch-Wissenschaftler. Ingenieure sprechen vom sogenannten Elektro-Pitting. Im weitesten Sinne lässt sich dies mit einem Schlagloch in der Laufbahn übersetzen. Die Energie dieser Entladungen wird in Zukunft potenziell größer, wenn Leistungsdichte und Bordnetzspannung zunehmen.

(ID:42774383)