Leitfähige Schmierstoffe schützen Lager von E-Maschinen

Stromtrassen für Lager

Immer höhere Leistungsdichten erfordern steigende Spannungen - sowohl in der Elektrik herkömmlicher Autos als auch in den Komponenten von elektrisch angetriebenen. Damit die Lager der E-maschinen das aushalten, benötigen sie leitfähiges Schmierfett

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Von
  • Florian Pillau

Stuttgart, 11. Juni 2014 – Immer höhere elektrische Leistungsdichten und das Streben nach Effizienzgewinn erfordern steigende Spannungen - sowohl in der Elektrik herkömmlicher Autos als auch in den Komponenten von elektrisch angetriebenen und Hybridfahrzeugen. Beim Bordnetz sollen die schon seit Jahren angekündigten 48 Volt bald kommen, in E-Autos herrschen ohnehin Spannungen bis über 400 Volt vor. Die höheren Spannungen führen allerdings auch zu Lagerverschleiß durch elektrische Erosion. Grundlagenforscher haben daher nun in einem Projekt namens „SchmiRmaL“ (Schaltbare intelligente Tribosysteme mit minimalen Reibverlusten und maximaler Lebensdauer) einen elektrisch leitfähigen Schmierstoff entwickelt.

Ionische Flüssigkeit plus Kohlenstoff

Die in Kugellagern verwendeten Schmierfette trennen mit zunehmender Rotationsgeschwindigkeit Kugeln und Laufbahn voneinander, damit sinken Reibung und Verschleiß. Allerdings werden die Bauteile so auch elektrisch voneinander isoliert. Ein elektrischer Kondensator entsteht, in dem sich Spannung aufbauen kann. Ist sie hoch genug, kann sie den isolierenden Schmierfilm durchschlagen und das Metall der Lager-Lauffläche an einer Stelle aufschmelzen. Ingenieure sprechen vom sogenannten Elekro-Pitting, analog zum Pitting, der Grübchenbildung durch Materialausbruch und oberflächennahe Mikrorissbildung bei tribologischer Beanspruchung.

Die Schmiermittel müssen also elektrisch leitfähig werden, um die Potenzialbildung zu vermeiden. Feine Metallpartikel zur Stromleitung würden das Schmierfett in ein Schleifmittel verwandeln. Daher setzen die Wissenschaftler sogenannte ionische Flüssigkeiten ein, also Moleküle, die eine elektrische Ladung tragen (Ionen). Wer sich unter einer Ionischen Flüssigkeit etwa den Qualitätswein Robola von der ionischen Insel Kephalonia vorgestellt hat, liegt in diesem Zusammenhang also nicht völlig richtig. Entwickelt wurden sie im Projekt von IoLiTec-Ionic Liquids Technologies GmbH (Heilbronn).

In Kombination mit leitfähigem Kohlenstoff lässt sich der Widerstand inzwischen um das Zehnmillionenfache senken. Genug, um die unerwünschten elektrischen Entladungen zu vermeiden. Ausgangsmaterial war ein herkömmliches, kommerziell erhältliches Schmierfett. Ganz fertig sind die Wissenschaftler aber noch nicht: Derzeit untersucht die Projektgruppe alle weiteren maßgeblichen Eigenschaften des Schmierfetts wie Hitzebeständigkeit, Kältefliessfähigkeit und Korrosionsschutzwirkung. (fpi)