Meistert extrem hohe Drehzahlen

Die dritte und neueste Generation der Ultra-Hochgeschwindigkeits-Kugellager von NSK für die Lagerung von Elektrofahrzeugmotoren erreicht eine Drehzahleignung von über 1,8 Millionen dmN. Damit handelt es sich um die weltweit schnellsten fettgeschmierten Rillenkugellager, die in Kfz-Elektroantrieben eingesetzt werden. Sie leisten einen Beitrag zu höherer Reichweite mit einer Batterieladung und zur Konstruktion von kompakten Elektro-Fahrantrieben mit hoher Leitungsdichte.

Höhere Reichweite, kompaktere Antriebe, geringeres Gewicht: Das sind zentrale Trends bei der Entwicklung von Elektrofahrzeugen. Die Autohersteller und Zulieferer arbeiten deshalb an leistungsstärkeren Motoren mit sehr hohen Drehzahlen, die höhere Wirkungsgrade erreichen.

Mit dieser Entwicklung müssen auch die Motorlagerungen Schritt halten. Die zweite Generation der Ultra-High-Speed-Kugellager, die NSK speziell für Kfz-Elektroantriebe entwickelt hatte, erreichte schon eine Drehzahleignung (Teilkreisdurchmesser dm x Drehzahl N) von 1,4 Millionen dmN. Bei der dritten und neuesten Generation, die NSK jetzt vorstellt, wird die Zielmarke von 1,8 Mio. dmN erreicht. Das entspricht einer Steigerung von 28,5%.

Möglich wurde diese Leistungssteigerung, weil die Entwickler konsequent das Konzept der Topologieoptimierung genutzt haben, u.a. bei der Optimierung des Käfigs. Durch den Einsatz dieses Verfahrens war es möglich, die Festigkeit des Käfigs zu maximieren und zugleich das Gewicht zu minimieren, indem überall dort Material eingespart wurde, wo es nicht zur Haltbarkeit oder Steifigkeit des Käfigs beiträgt. So wurde die optimale Käfigform für hohe Drehzahlen erreicht – und das bei sehr kurzer Entwicklungszeit, weil NSK modernste Simulationstechnologie eingesetzt hat, um die Leistung des Käfigs zu prüfen und schon während dieser Prüfungen die Produktionsverfahren festzulegen.

Der Käfig wird aus einem neuen Hochleistungspolymer gefertigt, das sich durch eine hohe Steifigkeit auszeichnet und im Vergleich zu konventionellen Werkstoffen bei sehr hohen Drehzahlen nur gering verformt. Außerdem sind die Lager mit einem speziellen Schmierfett befüllt, das ein sehr geringes Reibmoment ermöglicht. Das reduziert die Wärmeentwicklung, was sowohl die Lebensdauer des Schmierfetts und damit auch die des Lagers verlängert und das Risiko eines Lagerausfalls minimiert.

Mit der neuesten Generation der EV-Rillenkugellager können die Kunden von NSK Elektroantriebe entwickeln, die mit deutlich höheren Drehzahlen arbeiten. Damit können sie höhere Motorleistungen sowie einen höheren Wirkungsgrad (d.h. eine geringere Leistungsaufnahme pro Wegstrecke) erreichen sowie eine größere Reichweite des Fahrzeugs. Die höheren Drehzahlen ermöglichen auch die Verwendung kleinerer Motoren. So wird das Fahrzeuggewicht reduziert und der verfügbare Platz kann für andere Komponenten – etwa für mehr Batteriezellen – oder für einen größeren Fahrzeuginnenraum genutzt werden.