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Wälzlager Weniger CO2-Ausstoß durch effizienzsteigernde Lagertechnik im Getriebe

Redakteur: Dipl.-Ing. (FH) Sandra Häuslein

Der stark zunehmende Trend zu mehr Kraftstoffeffizienz und CO2-Reduzierung infolge immer strengerer Gesetzesvorgaben und langfristig wieder steigender Ölpreise wirkt sich ganz entscheidend auf Komponenten in der Herstellung neuer Fahrzeuggenerationen aus: beispielsweise beim Antriebsstrang. Dort sorgen neue Techniken und Fortschritte in der Lagertechnologie für einschneidende Veränderungen bei den CO2-Emissionen.

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Anwendungsspezifisch optimierte Getriebe-Lager von SKF können maßgeblich zur Reduktion von Kraftstoffverbrauch und CO2-Emissionen beitragen.
Anwendungsspezifisch optimierte Getriebe-Lager von SKF können maßgeblich zur Reduktion von Kraftstoffverbrauch und CO2-Emissionen beitragen.
(Bild: SKF)

Insbesondere bei Getrieben sind beträchtliche Leistungsverluste typisch. Bedingt werden sie durch die Reibung zwischen den Zahnrädern, Wellen, Lagern und dem Schmierstoff. Während radiale und axiale Verzahnungskräfte beispielsweise immer einen entsprechenden Leistungsverlust bei den Lagern zur Folge haben, lassen sich zusätzliche innere Verluste bei Kegelrollenlagern feststellen, die mit Vorspannung angestellt werden. Ergo besteht die Herausforderung für die Hersteller von Lagern darin, neuartige Produkte zu entwickeln, die derartige Effekte eliminieren oder zumindest reduzieren und dabei sowohl die Zuverlässigkeit als auch die Gebrauchsdauer wahren oder sogar steigern – und das zu Stückpreisen, die für OEM-Getriebezulieferer kostengünstig sind.

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Einer der wichtigsten zu berücksichtigenden Parameter bei der Reduzierung von Leistungsverlusten ist der Drehmomentfluss durch das Getriebe und die Zahnkräfte: In diesem Kontext ist die Reaktion des Lagers ausschlaggebend für die Anzahl der belasteten Wälzkörper – und damit letztlich auch für das Reibungsmoment. Kurzum: Je mehr belastete Wälzkörper ein Lager enthält, desto größer ist das Reibmoment und desto höher das Potenzial für Leistungsverluste.

Günstige Simulationen statt teurer Prototypen

Die Neukonstruktion vorhandener Getriebe kann sich allerdings sehr langwierig und damit kostenaufwändig gestalten. Eine günstige Alternative, bevor man sich auf die kostspielige Entwicklung von Prototypen einlässt, ist die Verwendung von Getriebe-Simulationssoftware, wie sie SKF entwickelt hat: Damit kann schon im Computer ausgiebig experimentiert werden. Es lassen sich systematisch Schlüsselfaktoren ändern, die für Getriebeleistung, -zuverlässigkeit und Energieeffizienz von entscheidender Bedeutung sind.

Beispielsweise konnte SKF in Zusammenarbeit mit einem führenden OEM erfolgreich nachweisen, dass selbst in einem bereits vorhandenen 6-Gang-Schaltgetriebe noch viel Potenzial zu einer beträchtlichen Wirkungsgrad-Steigerung steckt. Wie sich herausstellte, waren Verbesserungen in unterschiedlichen Bereichen denkbar. Dazu gehörte auch der Austausch von Kegelrollenlagern durch anwendungsoptimierte, abgedichtete Rillenkugellager und Zylinderrollenlager: Mit einer Fest-Loslagerung an der Eingangswelle des Getriebes und den beiden Hauptwellen – welche ohne Vorspannung funktioniert – soll sich der Leistungsverlust deutlich mindern lassen.

Aus der Simulation zur energieeffizienten Praxis

Die Softwaresimulation dieser Änderungen zeigte, dass bei einer Geschwindigkeit von 50 km/h (nach NEDC) 179 W Verlustleistung eingespart werden: von ursprünglich 269 W auf nur noch 90 W Verlustleistung. Bei doppelt so hoher Geschwindigkeit beliefen sich die Einsparungen sogar auf 382 W. Rechnet man die Senkungen der Leistungsverluste in CO2-Emissionen um, dann entsprechen die Werte ca. 3 g/km bei einem Benzinmotor und über 2 g/km bei einem Dieselmotor. Um diese theoretischen Vorhersagen zu überprüfen, wurde sicherheitshalber ein entsprechend optimierter Getriebeprototyp gebaut – und dessen Konstruktion bestätigte tatsächlich, dass die Software-Prognosen auch in der Praxis Bestand hatten.

Geht man nun von einer durchschnittlichen CO2-Reduzierung pro Fahrzeug um 2,5 g/km aus, von einer typischen Fahrzeug-Gebrauchsdauer von 200.000 km und davon, dass zwischen 2017 und 2024 rund 1,5 Mio. neue Getriebe gebaut werden, dann ließen sich 750.000 t an CO2-Ausstoß vermeiden. Und das sogar recht einfach: durch relativ geringfügige, aber gleichzeitig hocheffiziente Konstruktionsänderungen der Getriebelager. (sh)

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