Neue Ultra-Hochgeschwindigkeitskugellager für Elektrofahrzeuge

Eine neue, von NSK entwickelte Kugellagerserie ist dank ihrer Ultra-Hochgeschwin-digkeitstauglichkeit bestens geeignet für den Einsatz in den Fahrmotoren von Elektro- und Hybridfahrzeugen. Die neuen Lager ermöglichen nicht nur den Betrieb von Elektromotoren mit höheren Drehzahlen. Sie leisten auch einen Beitrag zur Verringerung des Energieverbrauchs und damit zur Steigerung der Reichweite.

Das Thema Reichweite beschäftigt die Käufer von Elektro- und Hybridfahrzeugen und ist nicht selten ein Grund dafür, doch ein Fahrzeug mit Verbrennungsmotor anzuschaffen. Ziel der Hersteller ist es daher, das Gewicht der Fahrzeuge zu senken und zugleich die Leistung der Elektromotoren zu steigern. Deshalb gelten für die im Antriebsstrang verbauten Wälzlager immer höhere Anforderungen im Hinblick auf Drehzahl und Leistung.

Lager für diese Hochgeschwindigkeits-Anwendung müssen besondere Eigenschaften aufweisen. Zum Beispiel führen die hohen Drehzahlen zu einer Erwärmung des Schmierfetts, was wiederum zu Lagerausfällen führen kann. Außerdem können die Zentrifugalkräfte, die bei extrem hohen Drehzahlen auftreten, eine Verformung bzw. Zerstörung des Lagerkäfigs bewirken.

Um diesen Problemen entgegenzuwirken, sind die neuen Lager mit einem eigens für diese Anwendungen entwickelten NSK-Schmierfett befüllt, dessen Temperatur bei hohen Drehzahlen weniger stark ansteigt. Das verlängert sowohl die Lebensdauer des Schmierfetts als auch die des Lagers. Außerdem verringert sie im Vergleich zu herkömmlichen Fetten das Risiko des Blockierens.

Das neue Lager ist zudem mit einem neu entwickelten Käfig ausgestattet, dessen Taschen dünner und leichter und zugleich weniger anfällig für Verformung oder Zerstörung sind. Möglich wird das durch ein neues Design des Käfigs sowie durch ein ebenfalls neu entwickeltes Käfigmaterial aus hochfestem Kunststoff. Dieser Werkstoff bietet u.a. eine höhere Temperaturfestigkeit bei den hohen Drehzahlen, die in Elektromotoren üblich sind.

Die Kombination aus speziellem NSK-Fett und neu entwickeltem Käfig ermöglicht einen Betrieb des Lagers bei dmN = 1,4 Millionen (1). In der Praxis bedeutet das z.B., dass ein Lager dieser Baureihe mit einem Bohrungsdurchmesser von 35 mm zuverlässig bei Drehzahlen von bis zu 30.000 min-1 arbeiten kann.

Das Ergebnis dieser Entwicklung: Automobilhersteller und ihre Zulieferer können jetzt Elektromotoren entwickeln und einsetzen, die bei deutlich höheren Drehzahlen arbeiten. Das führt zu höherer Leistungsdichte, die den Bauraum und das Gewicht der Motoren verringert – ohne Einbußen bei der Leistung. Oder aber der Autohersteller steigert die Leistung des Elektrofahrzeugs bei gleichem Bauraum des Antriebsstrangs.

Die neuen Lager sind aus Sicht von NSK nur eine Etappe auf diesem Entwicklungspfad. Ziel ist es, bis zum Ende des Jahres 2020 Kugellager mit einem dmN-Wert von 1,6 Millionen vorzustellen.

(1) dmN = Teilkreisdurchmesser (dm) x Drehzahl (N)

Bild 1): Ein Lager der neuen Baureihe mit einem Bohrungsdurchmesser von 35 mm kann mit Drehzahlen von bis zu 30.000 min^-1 betrieben werden.