Stabilität von Verdickersystemen in Schmierfetten

Untersuchungen zu den Ausfallmechanismen von Schmierfett geschmierten Walzlägern – Bedeutung der Alterung unterschiedlicher Verdickersysteme

Kurzbeschreibung

Stetige Weiterentwicklungen in der Anwendungstechnik mit dem Ziel der höheren Wirtschaftlichkeit und Leistungsdichte stellen immer größere Anforderungen an Schmierfette. Dies gilt insbesondere im Bereich von Wälzlagern, in denen Schmierfette zum Teil bei hohen Drehzahlen und in weiten Temperaturbereichen eingesetzt werden. Ein aktuelles Beispiel sind die Wälzlager in den Aggregaten von Hybridfahrzeugen, die aufgrund Motor-Downsizing, hohen Drehzahlen und der Strahlungswärme des Verbrennungsmotors thermisch und mechanisch extrem belastet werden.

Die Lebensdauer von fettgeschmierten Wälzlagern wird gewöhnlich über die Ermüdungsfestigkeit der Lager ermittelt. Für lebensdauergeschmierte Komponenten, wie sie unter anderem in der E-Mobility eingesetzt werden, ist allerdings die Fettgebrauchsdauer die limitierende Größe. Denn unter kritischen Betriebsbedingungen besteht die Gefahr, dass es schon vor Erreichen der Ermüdungsgrenze zum Versagen der Schmierung kommt. Der Ausfall von Wälzlagern kann zum Totalschaden des technischen Gesamtsystems mit langen Ausfallzeiten führen. Neben einer Überlastung oder Ermüdung der Bauteile sowie Montagefehlern und aufgrund von Verschmutzungen wird sehr häufig eine Fehlfunktion aufgrund mangelhafter Schmierung festgestellt (ca. 50 %).

Im DGMK Projekt 788 „Screening Prüfmethode für Schmierfette“ wurde aufgezeigt, dass die Fettgebrauchsdauer stark von der Degradation/ Veränderung des Verdickers beeinflusst wird, der im Schmierfett als schwammartige Struktur das Öl hält/ speichert. Der Effekt der Verdickerdegradation tritt bei Fetten auf Basis von Seifenverdickern nachweislich schon deutlich vor der eigentlichen Grundölalterung ein und ist dementsprechend lebensdauerlimitierend. Die Katalysatorwirkung des Wälzlager-Käfigmaterials hat auf diesen Effekt scheinbar eine andere – und bisher unbekannte – Wirkung als auf die klassische Ölalterung. Welche Einflussfaktoren letztendlich die entscheidende Rolle spielen und wie man den Effekt positiv beeinflussen kann, soll in dem Forschungsvorhaben geklärt werden.

Ziele des Projekts

In diesem Forschungsvorhabens werden die Ausfallmechanismen fettgeschmierter Wälzlager untersucht. Im Fokus der Untersuchungen steht die Veränderung der Verdickerstruktur in Folge mechanischer, thermischer, oxidativer und katalytischer Beanspruchung. Die chemischen und strukturellen Veränderungen werden mittels modernster Analytik und Mikroskopie nachgewiesen und untersucht. Ziel ist es, Erkenntnisse zu erhalten, wie sich die Verdickerstruktur während der Alterung und der mechanischen Belastung verändert, wie dies nachgewiesen werden kann und welchen Einfluss dies auf die Schmierung und damit auf die Leistungsfähigkeit und Lebensdauer des Wälzlagers hat. Diese Erkenntnisse können dann zu einer deutlich gezielteren Fettentwicklung bzw. Freigabeprüfung genutzt werden.

Arbeitsaufgaben OWI

  • Definierte thermische Beanspruchung der Schmierfette durch RapidOxy-Testverfahren
  • Charakterisierung frischer und definiert beanspruchter/ gealterter durch Ermittlung der Stoffdaten
  • Strukturaufklärung frischer und definiert beanspruchter/ gealterter Schmierfette mit analytischen Methoden

Durchführende Forschungsstellen

  • Kompetenzzentrum Tribologie an der Hochschule Mannheim
  • OWI Science for Fuels gGmbH

Projektförderung

Das IGF-Vorhaben 21251 N der Forschungsvereinigung Deutsche Wissenschaftliche Gesellschaft für Erdöl, Erdgas und Kohle e.V. – DGMK, Überseering 40, 22297 Hamburg wird über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung und -entwicklung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.

Projektlaufzeit

08/2020 bis 01/ 2023

Kontakt

Dipl.-Ing. Dagmar Kuckelberg
Tel.: 02407/ 9518-174
E-Mail: D.Kuckelberg@owi-aachen.de