E-Bearing – Methodenentwicklung zur elektrotribologischen Charakterisierung von E-Fluids für Elektroantriebe

Dr. Tobias Amann, Dr. Andreas Kailer

In neuen elektrischen Antriebskonzepten werden Fluide verwendet, die das Getriebe schmieren und gleichzeitig den Elektromotor kühlen sollen. In dieser Hochspannungsumgebung soll das E-Fluid Schutz vor Korrosion und vor den daraus resultierenden Kurzschlüssen bieten. Da sich die Motorwelle in einem Magnetfeld dreht, baut sie eine Ladung auf. Wenn diese Ladung im hydrodynamischen Betriebszustand des Lagers nicht durch den als Isolator wirkenden Schmierstoff abgeleitet werden kann, kommt es bei bestimmten Spannungen zu elektrischen Durchschlägen (BDV, breakdown voltage). Die Durchschläge führen zur Schädigung des Schmierstoffs und der Lagerlaufbahnen (Elektropitting). Eine Möglichkeit, schädlichen elektrischen Entladungen zu begegnen, ist die Verwendung von Schmiermitteln mit elektrischer Leitfähigkeit, die den Aufbau von Hochspannungsentladungen verhindern können, indem sie die Ströme zwischen den Teilen umleiten.

In einer Pilotstudie am MikroTribologie Centrum µTC wurde eine Methode entwickelt, um Schmierstoffe elektrotribologisch in Wälzlagern zu untersuchen. Dazu wird die elektrische Spannung erhöht, bis ein elektrischer Durchschlag auftritt. Es wurde beobachtet, dass die Durchschlagsspannung mit Abnahme der Schmierstofftemperatur abnimmt. Durch die höhere Viskosität bei geringeren Temperaturen nimmt die Viskosität des Schmierstoffs zu, wodurch die Schmierfilmdicke im hydrodynamischen Reibregime ansteigt. Da der Schmierstoff elektrisch isolierend ist, nimmt der elektrische Widerstand des Wälzlagers damit zu, und der elektrische Durchschlag erfolgt erst bei höheren Spannungen. Dies kann dazu führen, dass der Schmierstoff und die Lagerlaufbahn geschädigt werden und das Lager ausfällt. Die Zielstellung für eine zielgerichtete anwendungsnahe Entwicklung besteht darin, die elektrotribologischen Eigenschaften unterschiedlicher Schmierstoffe anwendungsnah zu untersuchen und mit den Schmierstoffeigenschaften (elektrische Leitfähigkeit, Viskosität, Additivierung) zu korrelieren. Damit wird die Grundlage geschaffen, um E-Fluids mit verbesserten tribologischen und elektrochemischen Eigenschaften zu entwickeln. 

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