Reibungsoptimierung
ATZblog | 5. März 2010
Die Veränderung des Klimas und die zunehmende Verknappung der fossilen Energien und Ressourcen stellen für die Antriebsstrangentwicklungen der Automobilindustrie eine der größten Herausforderungen dar. Der Effizienzsteigerung heutiger Antriebe mit Verbrennungsmotor, die für einen längeren Zeitraum noch die vorherrschende Antriebstechnik bleiben werden, kommt dabei eine besondere Bedeutung zu.
Neben der gesamtheitlichen Verbesserung der Fahrzeuge, der Verlustenergienutzung und der thermodynamischen Optimierung der Motoren liegt dabei in der kontinuierlichen Reibungsoptimierung als wesentliche Verlustquelle im Antriebsstrang eine wichtige Aufgabe. Es stellt sich dabei die Frage, welche Potenziale durch weitere Reibungsreduzierung zu erwarten sind und wie diese in Relation zu anderen Optimierungsrichtungen liegen.
Bei der Reibungsoptimierung ist ein gesamtsystemischer Ansatz unter Berücksichtigung aller Wechselwirkungen mit Hilfe von rechnerischen und empirischen Methoden wesentliche Voraussetzung. Dieser bildet den größten Hebel bei der Reduzierung der Reibungsverluste innerhalb des Motors, wobei auch hier wie so oft ein Zielkonflikt konträrer Anforderungen besteht. Ergänzend zur Auslegung wirken weitere Verbesserungen der Fertigungs- und Montageprozesse sowie lokale Optimierung einzelner Elemente durch Beschichtungen und Oberflächenmodifikationen. Grundlegende Systemänderungen an einzelnen Baugruppen können dabei durchaus den größeren Effekt aufweisen. Eine Analyse der Reibmitteldrücke existierender Motoren zeigt die Entwicklung der letzten Jahre. Zunächst ist eine relativ große Streuung zu erkennen. Die Untergrenze dieses Streubands hat sich kontinuierlich, aber langsam verringert und wird durch moderne Motoren markiert, die hinsichtlich der Reibungsverluste innerhalb des Entwicklungsprozesses bereits konsequent optimiert wurden.
Der Anteil der Reibungsverluste innerhalb des NEFZ an der gesamten über den Kraftstoff eingebrachten Energie beträgt nun bei modernen hubraumreduzierten Vierzylindermotoren mit Handschaltgetrieben und Frontantrieb noch zwischen 15 bis 20 %. Hieraus lässt sich unter Berücksichtigung der Entwicklung der Reibmitteldrücke über die letzten Jahre das Potenzial einer weiteren Reibmitteldruckabsenkung auf die Gesamteffizienzsteigerung des Antriebsstrangs abschätzen.
Es ist davon auszugehen, dass weitere Verbesserungen erfolgen werden, diese aber auch weiterhin als stetiger und langfristiger Prozess zu sehen sind, insbesondere wenn die Basisoptimierung erst einmal konsequent umgesetzt ist. Große Schritte sind insbesondere auch aufgrund der zunehmenden Komplexität der Aggregate durch weitergehende Variabilitäten als gegenläufige Entwicklung kurzfristig kaum zu erwarten. Nichtsdestotrotz oder gerade deswegen bleibt die Reibungsoptimierung ein wichtiges Handlungsfeld in der Motorenentwicklung. Neben der stetigen Optimierung der Reibstellen kommt den Entwicklern und Forschern dabei verstärkt auch die Aufgabe zu, methodische Werkzeuge konsequent weiter zu entwickeln und neue tribologische Systeme für die zunehmende Komplexität und für grundlegende Systemänderungen bereitzustellen.
(Autor: Dr. Tobias Lösche-ter Horst, Leiter Konzernforschung Antriebe Volkswagen AG)
