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Preisträger Prof. Dr.-Ing. Stephan Tremmel, Universität Bayreuth. Foto: UBT

Professor Dr.-Ing. Stephan Tremmel, Inhaber des Lehrstuhls für Konstruktionslehre und CAD an der Universität Bayreuth, ist für eine innovative Forschungsidee auf dem Gebiet der Wälzlager-Technologien mit dem “Future Technology Award” der Schaeffler FAG Stiftung ausgezeichnet worden. Der Award ist mit 100.000 Euro dotiert und wurde von der Stiftung in diesem Jahr erstmalig vergeben.

Egal in welcher Bauform: Wälzlager sind wesentliche Bestandteile in allen Systemen, bei denen sich etwas dreht: Aus Getrieben für Windkraftanlagen oder unterschiedlichsten Anwendungen im Bereich der Mobilität sind sie nicht wegzudenken. Die zunehmende Elektrifizierung vieler Anwendungen führt jedoch zu neuen Herausforderungen. Eine davon sind sogenannte parasitäre elektrische Spannungen, die zu fehlgeleiteten Strömen führen. Sie können unterschiedlichste Bauteile schädigen — auch Wälzlager. Die Schaeffler FAG Stiftung unterstützt nun mit den im Rahmen des “Future Technology Award” ausgelobten 100.000 Euro eine Forschungsidee an der Universität Bayreuth. Hier untersucht Professor Dr.-Ing. Stephan Tremmel neue Wege, Wälzlager vor diesem Phänomen zu schützen.

“Wir sehen in dieser Idee einen hoch innovativen Forschungsansatz”, sagt Andreas Hamann, Vorsitzender Stiftungsvorstand und Leiter Personal Europa bei Schaeffler. „Genau für solche Vorhaben, deren reale Umsetzbarkeit nur unter sehr hohem Risiko und unklaren Erfolgsaussichten erprobt werden kann, haben wir den Future Technology Award geschaffen.”

Unausgeglichene Umrichter lassen parasitäre Ströme entstehen

„Zunehmend entstehen parasitäre Potentiale durch höhere Schaltfrequenzen in Umrichtern in Verbindung mit dort eingebauten billigen leistungselektronischen Komponenten“, sagt der Bayreuther Preisträger. Diese Umrichter wandeln Wechselspannung in eine sich in Frequenz und Amplitude unterscheidende Wechselspannung. Man benötigt sie zum Beispiel zur Steuerung und Regelung drehzahlveränderlicher Elektromotoren. Die parasitären Potentiale landen auch im mechanischen Antriebsstrang. “Wenn sie groß genug sind, entladen sie sich und führen zu Entladungsströmen – was sehr oft am Wälzlager der Fall ist”, sagt Tremmel und erklärt: “Man kann sich das wie kleine Blitze – Lichtbögen – über den Schmierstoff hinweg vorstellen, die nach und nach die Oberfläche der Wälzkörper schädigen.”

Diese „Elektroerosion“ kann dann unter anderem zu unerwünschten Schwingungen, einer Temperaturerhöhung oder sogar zum frühzeitigen Ausfall führen. Aktuell werden Lager mit Keramik-Wälzkörpern eingesetzt oder Lager mit thermischen Spritzschichten versehen, die dann eine elektrische Isolierung gewährleisten sollen. Diese Lager sind jedoch im Vergleich zu herkömmlichen sehr teuer und daher nicht für jede Anwendung geeignet.

Förderung einer kreativen Idee

Bislang sind oft Bürsten in Ringform oder Schleifkontakte, die an der drehenden Welle angebracht werden, im Einsatz, um Ströme kontrolliert abzuleiten. Das funktioniert jedoch wegen des Verschleißes nicht zuverlässig, wenn die Drehzahlen höher werden. Genau dies ist aus Leichtbau- und Energieeffizienzgründen bei Elektro- oder Hybridantrieben der Fall. Deshalb bedarf es hier einer anderen Lösung. Zudem erzeugen die Schleifkontakte zusätzliche Reibung. “Wir haben uns die Frage gestellt: Wie können wir diese Nachteile umgehen?”, sagt Tremmel. Der Grundgedanke: Stromableiten über einen metallischen Festkörperkontakt funktioniert im Stillstand und bei kleinen Drehzahlen sehr gut. In der Verfahrens- oder Feinwerktechnik gibt es sogenannte Flüssigkeitsringdichtungen. Bei diesen wird eine Flüssigkeit bei hohen Drehzahlen durch die Fliehkraft nach außen geschleudert und dichtet dann beispielsweise eine Welle ab. “Dieses Prinzip wollen wir uns zunutze machen”, sagt Tremmel, der zurzeit noch am Anfang seines preisgekrönten Projekts steht.

Forschung an der Universität Bayreuth

Das Projekt ist am Lehrstuhl für Konstruktionslehre und CAD an der Fakultät für Ingenieurwissenschaften angesiedelt. „Ich freue mich sehr, dass die Schaeffler FAG Stiftung in der Idee ein so großes Innovationspotenzial sieht, dass sie unsere Arbeit mit dem Future Technology Award unterstützt“, sagt Tremmel. Mit dem Fördergeld in Höhe von 100.000 Euro könne die Idee nun vorangetrieben und konkretisiert werden. Im Detail bedeutet dies, dass nun weitere Berechnungen und Simulationen angestellt werden. Dafür hat Tremmel bereits ein Team am Lehrstuhl zusammengestellt. „Anschließend folgt die Umsetzung in Prototypen und in einem weiteren Schritt kommen diese zu unterschiedlichen Testverfahren auf den Prüfstand“, sagt der Preisträger.

Über die Schaeffler FAG Stiftung:

Die Schaeffler FAG Stiftung fördert Wissenschaft, Forschung und Lehre auf wissenschaftlich-technischem Gebiet mit Bezug zur Lagerungstechnik. Die Stiftung bildet eine Brücke zwischen Wirtschaft und Wissenschaft für die Ideen, Visionen und Ziele der Menschen, die an den Hochschulen, in der Forschung und in den Unternehmen tätig sind.

Kontakt:

Prof. Dr.-Ing Stephan Tremmel
Lehrstuhl für Konstruktionslehre und CAD
Universität Bayreuth
Tel.: +49 (0)921 55-7194
E-Mail: stephan.tremmel@uni-bayreuth.de