11.12.2009
Potenziale zur Reibungsreduzierung im Antriebsstrang
Vortrag bei ATZ/MTZ-Konferenz - Reibungsminimierung 2009
Schlussvortrag
Referent(in): Dr. Peter Gutzmer, Schaeffl er KG
Durch Reibung und Verschleiß entstehen den jeweiligen Volkswirtschaften der Industrieländer jährliche Verluste in Höhe von etwa 5 % des Bruttosozialproduktes; das bedeutet für Deutschland ca. 35 Milliarden EUR/Jahr. Die Reibung im Antriebsstrang ist aber durchaus kontrovers zu betrachten. Die Kraftübertragung muss hier durch Kupplungsbeläge, Bremsbeläge und den Rad-/Straßenkontakt durch eine gewollt hohe und kontrollierte Reibung sichergestellt werden. Dem gegenüber steht das Bestreben, die Verluste durch eine möglichst geringe Reibung weitgehend zu vermeiden.
Die Fächerstrategie der Automobilindustrie „Weg vom Öl“ gliedert die Weiterentwicklung des Antriebsstrangs in die Schritte Einsparen, Ergänzen (alternative Kraftstoffe) und Ersetzen (elektrischer Antrieb). Die Reibungsreduzierung kann als Basis für die weitere Optimierung verstanden werden, das Potenzial ergibt sich aus einer Vielzahl von Möglichkeiten. Dazu zählen Leichtbau, reduzierte Vorspannung und Anpresskräfte ebenso wie die optimierte Auslegung der Kontakt- und Makrogeometrie, Beschichtung, Werkstoffkennwerte und Schmierstoffauswahl. Weiterführende Maßnahmen wie Downsizing, Power-on-Demand sowie Hybridisierung und Elektrifizierung tragen schließlich dazu bei, die Bewegung und damit die Reibung gänzlich zu eliminieren.
Die Reibung ist schon seit geraumer Zeit Gegenstand der Forschung, ist größtenteils aber immer noch eine empirische Wissenschaft. Für die meisten tribologischen Phänomene gibt es immer noch keine physikalischen Erklärungen. Die Reduzierung der Reibung ist auch bei der Schaeffler Gruppe ein wesentlicher Schwerpunkt und wird durch eigene Simulationstools unterstützt. Die Systemgrenzen schränken sich entgegengesetzt zur Modellqualität von der quasi-statischen über die Mehrkörper-Simulation bis hin zur Betrachtung von thermo-elastohydrodynamischen Kontakten immer weiter ein. Die Erkenntnisse fließen in die Optimierung von Bauteilen und tribologischen Systemen wie z. B. die Kontaktgeometrie und die Oberflächenstrukturierung.
Bei der Betrachtung zur Nutzung der Energie – von der Wandlung der primären chemischen Energie über den Kraftfl uss hin zum Radlager – wird klar, dass ein Großteil der Energie durch Reibung verloren geht. Im Beispiel eines Porsche Cayenne V8 könnten durch die Eliminierung der Reibungsverluste im Antriebsstrang rund 13 Prozent eingespart werden. Bezieht man zusätzlich noch die Verluste durch die Motorreibung mit ein, beziffert sich das theoretische Einsparpotenzial auf ca. 34 Prozent.
In Kooperation mit der Dr. Ing. h. c. F. Porsche AG wurde ein Demonstrationsfahrzeug aufgebaut. In dem Porsche Cayenne V8 wurde über mehrere optimierte Komponenten und Systeme, unter anderem wälzgelagerte Motorwellen, Leichtbau-Tassenstößel, beschichtete Motorenelemente und reibungsoptimierte Radlager eine Verbrauchsreduktion von 10 % im NEFZ erreicht.
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