Reibungsminimierung im Antriebsstrang 2016

Frontmatter

LEVITAS -Low Torque Seal Ring Reibungsreduzierung durch innovative Oberflächenstrukturen

Zusammenfassung

Seal rings are utilized for rotary feed throughsthat transfer hydraulic pressure between rotating shafts and housings, mostly in AT, CVT and DCTs.

Michael Müller

Der Einfluss von 48 V auf Grundmotorreibungsund Effizienzoptimierung – Ansatz zur Quantifizierung in zukünftigen Fahrzyklen

Zusammenfassung

To achieve fleet fuel consumption legislation of 95g/km CO₂ in 2020, various electrification measures will be introduced, besides engine measures, to reduce the overall energy demand of the vehicle. The introduction of 48V electrical architecture provides increased electric recuperation and limited electric driving at lower cost compared to full hybrid solutions, offering considerable fuel reduction potential in the WLTC.

Current belt starter-generator systems already realise direct recuperation and torque boost functions. Additionally they can support a highly effective electrical supercharging system which is clearly superior to current multi-stage turbocharging concepts, particularly in transient response. With flywheel starter-generator concepts, additional functions open up such as purely electric driving in a limited range, or simplification of the base engine towards the goal of a beltless engine. Demand controlled, electrical auxiliaries are already in series production for the cooling-, vacuum- or air conditioning systems. Additional areas of interest are the oil system and variable elements in the valve train or crank train.

The optimum balance of electrical and mechanical functions on the base engine and its periphery requires an application dependent evaluation with the aim of minimized overall system complexity and cost as well as added customer value.

In this paper, the effects of friction and power loss of electrified components are investigated in detail for the relevant driving conditions, especially when consequently implemented into a dedicated 48V base engine with the aim of a modular functional integration.

Wolfgang Schöffmann, Helfried Sorger, Andreas Ennemoser, Christoph Priestner, Matthias Hütter, Borislav Klarin

Systematische Reibungsreduzierung durch grenznahe Designauslegung

Zusammenfassung

Die Reduktion der Reibungsverluste von Verbrennungsmotoren stellt auch weiterhin ein kosteneffizientes Mittel zur Erreichung zukünftiger CO₂-Grenzwerte dar. Wie ein Ver-gleich mit der bei der FEV GmbH verfügbaren weltweit größten Reibungsdatenbank auf-zeigt, offenbaren selbst moderne Motoren, die erst vor kurzem in die Serie eingeführt wurden, noch Potentiale zur CO₂-Reduzierung von bis zu 8 % allein durch reibungsreduzierende Maßnahmen.

M. Plettenberg, J. Dohmen, M. Souren

Hochdrucksystemoptimierung zur CO2-Reduktion

Zusammenfassung

Die Antriebstechnik der Automobilindustrie ist im Wandel. Stärkerer Einzug von Elektrifizierung und das ständige Erreichen neuer CO₂-Emissionsziele, wie 95g/km in der Flotte im Jahre 2020, sorgen für komplexere Motoren. So sind immer mehr Hybridantriebe im Markt für das nötige „Kleingeld“ zu finden – für die breitere Masse der verkauften Motoren sind diese allerdings zu teuer. So kostet 1 g/km CO2 Ersparnis den OEM etwa 50€. Diese Kosten werden auch auf lange Frist vom Kunden in Europa nicht akzeptiert. In den Schwellenländern ist die Akzeptanz für solche Kosten noch geringer.

Stephan Fitzner, Johannes Ullrich, Roland Steininger, Andreas Kapp

Untersuchung des Einflusses von Verzahnungsoberflächenbehandlungen und niedrigviskosen Ölen auf den Wirkungsgrad von Pkw-Achsgetrieben

Zusammenfassung

Die Reduzierung von Reibungsverlusten im Antriebsstrang stellt eine wichtige Entwicklungsaufgabe dar. Ein besserer Wirkungsgrad in der Kraftübertragung kommt allen PKW-Antriebskonzepten zugute und wirkt sich unmittelbar auf den Kraftstoffverbrauch und somit auf die CO₂-Emissionen aus. Der nachfolgende Beitrag zeigt Untersuchungen zur tribologischen Optimierung von Achsgetrieben mithilfe verschiedener Oberflächenbehandlungen an der Verzahnung sowie dem Einsatz niedrigviskoser Öle.

Hakan Sahin, Dirk Bartel

Reibungsreduzierung in Axialnadellagern

Zusammenfassung

PKW-Getriebe haben zwischenzeitlich einen sehr hohen Stand bei den Kriterien Wirkungsgrad, Leistungsdichte und Zuverlässigkeit erreicht. Steigende Kraftstoffkosten sowie Umweltanforderungen führen zu einer wachsenden Bedeutung von Maßnahmen zur Verbrauchsreduzierung bei allen Fahrzeugen. Im Vordergrund stehen dabei oft Komponenten des Antriebsstrangs, unter anderem auch Wälzlager in Motoren oder Getrieben.

Thomas Meinerz, Viktor Aul, Paul Granderath

Polymere Effizienz im Wandel der Powertrainkonzepte

Zusammenfassung

Es gibt unterschiedliche Ansätze um Getriebe effizienter zu machen. Viele dieser Ansätze haben gemein, die systembedingten Reibungsverluste zu minimieren. Veränderungen von Oberflächen oder Viskosität haben einen großen Einfluss auf alle Teile des tribologischen Systems einschließlich der verwendeten Materialien. Schmiermedien gilt es heute als Konstruktionskomponente in der Auslegung zu berücksichtigen.

Des Weiteren führt die Hybridisierung /Elektrifizierung des Antriebsstrangs zu veränderten und zu berücksichtigenden Rahmenbedingungen, insbesondere während der elektrischen Bewegung ohne konventionellen Verbrennungsantrieb.

Die im Vortrag vorzustellenden Untersuchungen (ASTM 3702. Suzuki JNC 6230) – in Mischreibung – konzentrieren sich auf Dichtringe und Anlaufscheiben. Ebenso wird veranschaulicht, wie die Effizienz in tribologischen Systemen durch z.B. Werkstoff-Modifikationen und Oberflächenveränderungen beeinflussbar ist.

Der Vortrag zeigt Forschern und Entwicklern der Industrie auf, wie mit Hilfe von Hochleistungspolymeren effizientere Systeme entwickelt, und diese schnell und zuverlässig in Serie gebracht werden können.

Rainer Gottschalk

Effizienzsteigerung bei modernen Antriebssystemen durch Kombination von Simulation und Versuch

Zusammenfassung

Steigende Anforderungen an die Reduzierung der CO₂-Emissionen durch die Gesetzgebung stellen die Entwicklungsbereiche der Automobilbranche vor große Herausforderungen bei effizienten Antriebstechnologien und Getrieben. Zum einen bedeutet es bei neuen Getriebeentwicklungen, dass die Betrachtung des Wirkungsgrades in der frühen Produktentstehungsphase startet. Mit einer Berechnungsmethodik für Konzeptwirkungsgrade ist es möglich bereits zur frühen Entwicklungsphase Konzepte fair bezüglich der Verluste zu beurteilen.

A. Plothe, C. Graswald, A. Grüning, M. Erggelet

Wärmeströme an der Kolbengruppe im transienten Motorbetrieb

Zusammenfassung

Im Rahmen aktueller Motorenentwicklungen werden immer größere Anstrengungen unternommen auch Betriebspunkte außerhalb der Grenzen des NEFZ hinsichtlich Verbrauch zu optimieren. Künftig müssen Motoren entsprechend der „Real Drive“ Vorgaben bezüglich Verbrauch und einhergehendem CO₂ Ausstoß für den gesamten Betriebsbereich optimiert werden.

Jürgen Knauf, J. Lehmann, M. Plettenberg, A. Smith

Detaillierte Mehrkörpersystem-Simulationen des hochbelasteten Nocken-Rollen-Kontakts

Zusammenfassung

Zur Einhaltung aktueller und zukünftiger Anforderungen an den Kraftstoffverbrauch, sowohl aus Kunden- als auch aus Gesetzgebersicht, steht neben der Optimierung der Brennverfahren auch die Reduzierung der auftretenden Reibungsverluste im Fokus der aktuellen Motorenentwicklungsprojekte. Hauptstellgröße der Reibungsreduzierung ist dabei die Verwendung von Schmierölen mit niedrigeren Viskositäten, durch die vor allem Reibung im Triebwerk reduziert werden kann. Im Gegensatz dazu steht die Ventilsteuerung, bei der die Reduzierung der Ölviskosität eine Zunahme der Reibung hervorruft. Dabei steigt aufgrund der hohen spezifischen Belastungen und geringen Schergeschwindigkeiten der Anteil der Festkörperreibung, was sich neben dem Anstieg der Reibung auch in einer erhöhten Verschleißanfälligkeit bemerkbar macht.

Sören Herweg, Franz Huber, Ralph Weller, Serter Atamer, Bernd Sauer, Timo Kiekbusch, Margarita Mármol Fernández

Reibleistungsmessungen am befeuerten Ottomotor – Einfluss konstruktiver Maßnahmen an der Kolbennabe

Zusammenfassung

Etwa 10 % der eingesetzten Kraftstoffenergie werden in einem modernen Verbrennungsmotor zur Kompensation der Reibungsverluste benötigt. Davon entfällt ein Anteil von bis zu über 60 % auf die Kolbengruppe. Während die Einflüsse konstruktiver Maßnahmen wie beispielsweise des Kolbeneinbauspiels, der Desachsierung des Kolbenbolzens oder der Tangentialspannung am Ölabstreifring auf die Reibungsverluste hinlänglich bekannt sind, fokussiert sich dieser Beitrag auf die Lagerung des Kolbenbolzens in der Kolbennabe. Der Bolzen ist als zentrales Element der Kraftübertragung hohen Gas- und Massenkräften ausgesetzt.

Johann Meiser, Thomas Deuß, Holger Ehnis, Reiner Künzel

Implementierung einer kombinierten Verschleiß und Reibanalyse an einem Einzylinder-Forschungsmotor

Zusammenfassung

Bei Motorneuentwicklungen werden Reibungs- und Verschleißbetrachtungen immer stärker in den Fokus rücken. Es gilt ein Optimum aus reibungsminimierenden Maßnahmen und Maßnahmen zur Senkung von Ölverbrauch sowie Blow-By zu finden, ohne dabei die Motorlebensdauer zu vermindern. Die Anforderungen an zukünftige Motorkonzepte im Hinblick auf Abgaswerte und Verbrauch, sowie die Einhaltung dieser Grenzwerte über die gesamte Fahrzeuglebensdauer erfordern eine ständige Weiterentwicklung aller Komponenten und damit auch von Analysemethoden zur Verifikation dieser Entwicklungen.

Hannes Hick, Josef Edtmayer, Simon Walch, Siegfried Lösch, Martin Jech, Thomas Wopelka

Minimierung von Verschleiß in hochbeanspruchten Planetenradgleitlagern mittels Triondur CX+

Zusammenfassung

Hydrodynamische Gleitlager besitzen ein gutes Dämpfungsvermögen und eine hohe Tragfähigkeit. Ihre Belastbarkeit ist jedoch insbesondere an das eingesetzte Tribosystem gekoppelt, da es im Fall ungünstiger Betriebsbedingungen zu einem Versagen des Gleitlagers auf Grund von Mischreibung kommen kann. Solche ungünstigen Betriebsbedingungen liegen u.a. bei geringen Drehzahlen und hohen Belastungen vor.

Michael Plogmann, Patrick Marsollek

Ultraniedrige Reibung durch superharte Beschichtung – erreichter Stand und Potenzial diamantartiger Kohlenstoffbeschichtungen auf Gleitkomponenten

Zusammenfassung

Die Reibung auf ein Minimum zu reduzieren gelingt immer dann, wenn Systeme gut mit Schmierstoff versorgt werden können und die Reibpaarungen dabei eine gewisse Gleitgeschwindigkeit aufweisen. Ist dies nicht der Fall, befinden sich die Reibpaarungen im Gebiet der Trocken- bzw. der Festkörper- oder der Grenzreibung, was in aller Regel mit einem relativ hohen Reibkoeffizienten und Verschleiß einhergeht.

V. Weihnacht, G. Englberger, S. Makowski, A. Leson

Tagungsbericht

Zusammenfassung

Der Verbrennungsmotor wird auch in den kommenden Jahrzehnten eine wichtige Rol-le in der Antriebstechnik spielen. Zugleich muss er aufgrund immer restriktiverer Emissionsvorgaben effizienter werden. Welchen Beitrag die Tribologie hierbei liefern kann, diskutierten Experten am 29. und 30. November 2016 auf der 5. ATZlive-Fachtagung „Reibungsminimierung im Antriebsstrang“ in Esslingen.

Thomas Siebel