Schaeffler Technologies AG & Co. KG · Deutschland

 

 

 

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2011-09-13 | 000-003-048 DE-DE
SCHAEFFLER GMBH, HERZOGENAURACH

Wälzlager als Schlüssel für Reibungsoptimierung, effiziente Bauweise und Start-Stopp-Optimierung

Mit der wälzgelagerten Leichtbau-Ausgleichswelle bietet der Mobilitätszulieferer und Wälzlagerspezialist Schaeffler ein gutes Beispiel für den erfolgreichen Einsatz von Wälzlagern auch im Motorenbau. Die reibungsmindernde Wälzlagerung verbessert die Energieeffizienz gegenüber bislang verwendeten Gleitlagern deutlich. Im Falle der wälzgelagerten Leichtbau-Ausgleichswelle wird der innermotorische Leistungsaufwand in einem bereits in Serie befindlichen Vierzylinder-Diesel-Triebwerk beispielsweise um bis zu 1,5 kW (2,0 PS) reduziert. Darüber hinaus minimiert die Wälzlagerung den Ölkühlungsbedarf und macht die bislang obligatorische Druckölschmierung überflüssig. Diese Eigenschaft in Verbindung mit der überlegenen Notlauf-Eignung prädestiniert wälzgelagerte Ausgleichswellen für Motoren mit Start-Stopp-System. Auch ermöglicht die Wälzlagerung ein neues, gewichtsoptimiertes Design der Ausgleichswellen mit einer um rund ein Drittel reduzierten Masse. So senken allein die zwei pro Motor montierten, konstruktionsbedingt mit doppelter Kurbelwellendrehzahl laufenden Ausgleichswellen das Gewicht um rund ein Kilogramm. Die filigrane Bauweise minimiert auch die Drehträgheit der Welle und verringert damit wiederum die erforderlichen Antriebskräfte.

So leisten wälzgelagerte Leichtbau-Ausgleichswellen zugleich einen Beitrag zur Senkung von Kraftstoffverbrauch und CO2-Emission sowie zur Steigerung des Laufkomforts. Sie erfreuen sich im Rahmen des Trends zu Downsizing und Downspeeding von Motoren zunehmender Nachfrage.

Beispiel Turbolader

Ein wichtiges Bauelement für leistungsstarke „Downsizing“-Otto-Motoren und drehmomentstarke Diesel-Aggregate ist der Abgas-Turbolader. Hier ist die Leistungsfähigkeit von Wälzlagerlösungen nicht minder eindrucksvoll. Konkret ermöglicht die Wälzlagerung ein gesteigertes Drehmoment, verbessertes Ansprechverhalten, niedrigere Verbräuche und geringere Schadstoffemissionen.

Aus dem deutlich geringeren Reibungswiderstand eines wälzgelagerten Turboladers gegenüber einem Bauteil mit Gleitlagerung resultiert ein höheres Drehzahlniveau der Lagerwelle im Niedrig- und Teillastbereich. Das führt zu einer deutlich zügigeren Beschleunigung des Laders im Falle eines Lastsprungs. Das heißt: Die höhere Lader-Drehzahl verbessert das Ansprechverhalten des Turboladers und minimiert damit das sogenannte „Turboloch“. So wird zudem die Frischluftversorgung optimiert, was das Emissionsniveau deutlich reduziert. Im unteren Niedrig- und Teillastbereich sind die Rohemissionen gegenüber vergleichbaren Motoren mit gleitgelagerten Turboladern teilweise um den Faktor zwei geringer. Das im NEFZ* nachgewiesene Optimierungspotenzial für den Kraftstoffverbrauch und die CO2-Emissionen liegt bei bis zu vier Prozent.

Wälzgelagerte Turbolader kommen heute im Motorsport und auch auf der Straße zum Einsatz, finden sich im Pkw und Lkw. Dementsprechend breit ist das Angebot von Turbolader-Wälzlagerlösungen, die Schaeffler maßgeschneidert für unterschiedliche Wellendurchmesser von sechs bis 24 Millimeter komplett montiert in Kartuschenform anbietet. Die Kartuschenbauweise dieses an einer thermisch anspruchsvollen Stelle zum Einsatz kommenden Produkts garantiert höchste Präzision. Das kommt sowohl der Qualität als auch einem geringen Geräuschniveau zugute. „Gerade im Rahmen von Downsizing-Maßnahmen können durch Wälzlagerung optimierte Turbolader ihre Stärken eindrucksvoll ausspielen“, sagt Dr. Peter Solfrank, bei Schaeffler verantwortlich für die Produktgruppe Wälzlager und Ausgleichswellen im Motor. „So kann ein wälzgelagerter Turbolader durchaus die Aufgaben erfüllen, für die sonst zwei miteinander kombinierte Abgaslader eingesetzt wurden, um spontanes Ansprechverhalten bei gleichzeitig hohem Maximaldurchsatz zu garantieren.“

Beispiel Nockenwelle

Zu den Anforderungen an moderne Verbrennungsmotoren gehört inzwischen grundsätzlich eine für den Einsatz mit Start-Stopp-Systemen geeignete Auslegung. Hier bietet die Wälzlagerung ebenfalls deutliche Vorteile durch die prinzipbedingte Vermeidung von Mischreibungszuständen. Dementsprechend gehören Nockenwellen und Zahnräder im Steuertrieb zu den weiteren Wälzlagereinsatzfeldern im Motor. Ein optimierter Reibungswiderstand, die Fähigkeit, erhöhte Radiallasten und Verkipp-Momente zu kompensieren, ein optimierter Schmierungsbedarf und die Übernahme von Axialführungsaufgaben erweisen sich als signifikante Vorteile von Wälzlagerlösungen.

^{* NEFZ = Neuer Europäischer Fahr-Zyklus}