Mit dem wachsenden globalen Bewusstsein für den Umweltschutz hat die Elektrofahrzeug (EV) Branche als wichtige Lösung zur Reduzierung der Kohlenstoffemissionen zugenommen. Laut statistischen Daten macht der Verkehrssektor etwa ein Viertel der globalen Treibhausgasemissionen aus, wobei über 75 % aus dem Straßenverkehr stammen. Um den Klimawandel zu bekämpfen, fördern viele Länder die Einführung von EVs, die in den kommenden Jahrzehnten den Automobilmarkt dominieren sollen.

Um dieses Ziel zu erreichen, ist es jedoch erforderlich, die Leistung jedes Systems und Subsystems in Elektrofahrzeugen zu maximieren, um die Reichweite des Fahrzeugs zu erhöhen. Der Elektromotor (E-Motor), ein kritisches Subsystem, trägt etwa 7 % des gesamten Energieverbrauchs eines Autos bei, was die Optimierung der Lagerungsschmierung des Motors für die Verbesserung der Energieeffizienz unerlässlich macht.

Schmierbedarf für E-Motorlager

Ein Vergleich von lithiumbasierten und alternativen Schmierstoffen: Motorlager in Elektrofahrzeugen verwenden hauptsächlich Schmierfett, um Reibung und Verschleiß zu reduzieren. Fett besteht aus Basisöl, Verdicker und Additiven, wobei die Rolle des Verdickers darin besteht, das Öl in seiner Struktur zu halten, was weitgehend von seiner chemischen Zusammensetzung abhängt. Derzeit dominieren lithiumsalzbasierte Verdickungsmittelsysteme den Markt, wobei lithiumbasierte Schmierstoffe etwa 70 % des globalen Marktes ausmachen. Lithiumkomplexfette (LiX) sind bekannt für ihre hervorragende Hochtemperaturleistung, technische Verfügbarkeit und effektive Schmierung in Motoren.

Da die Nachfrage nach Lithium durch EV-Batterien steigt, haben die steigenden Kosten für lithiumbasierte Verbindungen und potenzielle Toxizitätsbedenken zur Suche nach alternativen, nicht-lithiumhaltigen Verdickungsmitteln geführt. Polyurea (PU)-Fett, eine semi-polare Verbindung, hat sich aufgrund seiner überlegenen Ölfilmstärke bei niedrigen Geschwindigkeiten, hervorragenden Scher- und thermischen Stabilität sowie der Fähigkeit, die Lebensdauer von Lagern zu verlängern, als vielversprechende Alternative herausgestellt.

Auf dem japanischen Markt macht PU-Fett etwa ein Viertel der gesamten Fettproduktion aus, und dieser Anteil wird voraussichtlich wachsen. Darüber hinaus steigt die Nachfrage nach PU-Fett in Europa, im Pazifikraum und in Südostasien.

Im Vergleich zu lithiumbasierten Schmierstoffen bietet Polypropylen (PP)-Schmierfett, ein unpolares Verdickungssystem, eine bessere Schmierleistung. Forschungen haben gezeigt, dass PP-Schmierfett in der Bewertung der Reibungsleistung hervorragend abschneidet und eine hohe Ölablassrate aufweist, was es zu einem potenziellen Kandidaten für den Einsatz in Anwendungen von Elektromotoren macht.

Optimierung der Ölfreisetzung und der Leistung von Motorlagern

Die Ölabgabegeschwindigkeit (auch bekannt als "Bluten") spielt eine entscheidende Rolle bei der Optimierung der Motorlagerleistung in Elektrofahrzeugen. Die Ölabgabe beeinflusst direkt die Menge an Öl im Kontaktbereich, bestimmt die Dicke des Ölfilms und das Reibmoment. Die Ölabgabe ist nicht konstant und kann durch die Betriebsbedingungen der Lager und die Degradation des Verdickungsmittels beeinflusst werden.

Das Öl-Austrittsverhalten von Schmierfett umfasst die Agitations- und Freisetzungsphasen, während derer sich das Fett umverteilt und Öl auf die Laufbahn abgibt, wodurch die Nachfüllung von Öl gesteuert und eine Schmierstoffunterversorgung verhindert wird.

Eine unzureichende Ölfreisetzung kann zu schlechter Schmierung führen, was die Lebensdauer und Leistung der Lager beeinträchtigt. Andererseits kann eine übermäßige Ölfreisetzung zu vorzeitigem Fettverbrauch führen, wodurch die Lebensdauer verkürzt wird. Daher ist es beim Entwerfen von Fetten für die Lager von EV-Motoren entscheidend, die Ölfreisetzungsrate anzupassen und zu optimieren, um einen langfristig effizienten Betrieb zu gewährleisten.

Zukünftige Richtungen für die EV-Schmierung

Die rasante Entwicklung der Elektrofahrzeugindustrie treibt kontinuierliche Innovationen in der Schmiertechnologie voran. Mit der steigenden Marktnachfrage nach Elektrofahrzeugen stehen Schmierstoffhersteller vor größeren Herausforderungen, um umweltfreundlichere, effizientere und kostengünstigere Schmierlösungen zu entwickeln.

Das Auftreten alternativer Verdickungsmittel wie Polyurea und Polypropylen bietet neue Hoffnung und Möglichkeiten für die Schmierstoffindustrie. In Zukunft wird eine eingehende Forschung zur Zusammensetzung von Schmierstoffen und den Eigenschaften der Ölablösung die Leistung von EV-Motoren weiter verbessern und zum nachhaltigen Wachstum der EV-Industrie beitragen.

◆ Quelle: Springer Nature

◆ Referenz: https://doi.org/10.1016/j.triboint.2024.109777