Green innovations at SKF supporting the automotive industry5

Grüne Innovationen von SKF für die Automobilindustrie

Mit der Selbstverpflichtung zur Nachhaltigkeit innerhalb des eigenen Unternehmens hat SKF ein enormes Fachwissen an umweltfreundlichen Lösungen aufgebaut. Dieses Wissen wird auch in der Automobil- und zulieferindustrie eingesetzt. Mit der Entwicklung und Herstellung innovativer Produkte und Dienstleistungen werden CO2 Emissionen weiter gesenkt

von Stefano Barbero, Business Development Manager, Business Unit Cars, Airasca, Italien
Luigi Cavallero, Business Development und Sales Manager, Business Unit Electrical and Two wheelers, Airasca, Italien

Lagereinheiten Personenkraftwagen Konstruktion Radlagereinheiten (Hub Units) Sensorlager

Technik

Technologien in der Automobilindustrie erleben gegenwärtig starke Veränderungen. Schwerpunkte sind die Entwicklung umweltfreundlicherer Mobilitätskonzepte, die auch Hybrid- und vollelektrische Fahrzeuge umfassen. Vor dem Hintergrund eines allgemeinen globalen Marktdrucks muss trotz der Erreichung der Umweltziele sichergestellt sein, dass auch die Wettbewerbsfähigkeit erhalten bleibt.

Die durchschnittliche CO2 Emission beträgt zur Zeit 153,5 g/km. Diese soll bis 2015 in Europa auf 130 g/km verringert werden. China hat die europäische Gesetzgebung übernommen. Die USA mit Präsident Barak Obama an der Spitze erhöhen ebenfalls den Druck, die Kohlendioxidemissionsziele schneller abzusenken. Von Automobilherstellern und ihren Zulieferern wird erwartet, dass sie Technologien bieten, die den Kraftstoffverbrauch und die CO2 Emissionen reduzieren.

Als leistungsstarker Zulieferer für die Automobilindustrie nimmt SKF die Herausforderungen an und bietet neue Produkte und Dienstleistungen für gegenwärtige und neue Fahrzeugplattformen. Aktuelle Produktentwicklungen sind reibungsarme Radlagereinheiten, so genannte X-Tracker, die SKF Turbolader-Kugellagereinheit, SKF Rotorpositionierungslager und Sensorlagereinheiten für Elektromotoren.

REIBUNGSARME RADLAGER
Als Antwort auf den Markttrend, Reibung und Gewicht in allen Autosegmenten zu verringern hat SKF neue Radlagerbaureihen entwickelt. Das Programm bietet Radlager mit besseren Leistungen zu einem bezahlbaren Preis. Das Ergebnis: Der SKF X-Tracker ist eine Ausführung mit verbessertem Reibungsverhalten. Erreicht wird dies durch eine optimierte Innengeometrie, optimierte Fettmenge und überragende Oberflächeneigenschaften der Laufbahnen in Verbindung mit einer reibungsoptimierten Kassetten- Dichtung. Bei noch höheren Anforderungen können anstelle der Kassettendichtung andere, alternative Dichtungsdesign-Varianten geliefert werden.

Durchgeführte Untersuchungen und Simulationen zeigen, dass der SKF X-Tracker eine Verringerung des Rollwiderstandsbeiwertes im Lager um 25% im Vergleich zu den bestehenden bereits effizienten SKF Ausführungen ermöglicht. Dies kann zu einer CO2 Emissionsverringerung von bis zu 1,3 g/km pro Fahrzeug beitragen. Weitere Vorteile sind die Robustheit sowie eine hohe Lebensdauer.

TURBOLADER
Turbolader sind durch ihre Einfluss auf die Motorleistung bei der Senkung des Kraftstoffverbrauch in letzter Zeit stärker in den Vordergrund gerückt. SKF hat eine neue kompakte Kugellagereinheit entwickelt, die geringere Reibung und höhere Motoreneffizienz bei Personen- und Lastkraftwagen ermöglicht. Anstelle eines herkömmlichen Gleitlagers kommt ein zweireihiges Höchstgenauigkeits-Kugellager mit höherer Laufgenauigkeit zum Einsatz. Die geringere Reibung reduziert Kraftstoffverbrauch und Emissionen um bis zu 2% . Ebenfalls verringert wird das sogenannte Turboloch bei niedrigen Drehzahlen.

Die SKF Turbolader Kugellagereinheit besitzt Keramikkugeln, die auch unter hohen Temperaturen und schlechten Schmierbedingungen sicher funktionieren und geringe Fliehkräfte bei hohen Drehzahlen aufweisen. Die Kugellagereinheiten benötigen weniger Öl und bieten eine optimal saubere Verbrennung. Die Einheit besteht aus zukunftsweisenden Technologien und Werkstoffen wie beispielsweise Luft- und Raumfahrtstahl, Keramikkugeln, verstärktem Stahl und Polymerkäfigausführungen. Die Keramikkugeln sind leichter und tragen auch zur einer geringeren Verunreinigung des Motoröls bei. Das Design reduziert Betriebsgeräusche, bietet verbesserte Laufgenauigkeit als auch integrierte Dämpfungseigenschaften und kann verdrehsicher im Gehäuse montiert werden.

Da SKF Turbolader Kugellagereinheiten aus nur wenigen Komponenten bestehen, ermöglichen sie einen einfachen Einbau bei hoher Einbaugenauigkeit. Damit verkürzen sich auch Montagezeit und –kosten. Die Kugellagereinheit ist auch eine effiziente Basis zur Entwicklung von Produkten, die in den nächsten Generationen von Verbrennungsmotoren benötigt werden. Dazu gehören beispielsweise Schwungradtechnologien für die Energierückgewinnung, Abwärmenutzungsanlagen für höhere Motoreffizienz sowie Turbocompound-Anwendungen.

START-STOPP-SYSTEME
Für die französische Valeo Gruppe hat SKF nach StARS mit i-StARS jetzt bereits die zweite Startergeneration entwickelt. Wichtiges Bauteil ist dabei das SKF Rotor-Positionierungslager. StARS wurde für die Verwendung in kleinen Hybridfahrzeugen wie dem Smart, Citroen C2 und C3 und Daimler A-Klasse entwickelt. Nun wird auch die neue PSA Dieselmotorenfamilie genannt e-HDi, mit i-StARS ausgerüstet.

Die StARS Lösungen haben eine Doppelfunktion – als Generator und als Anlasser.

StARS stoppt automatisch den Motor, wenn das Fahrzeug langsamer als 6 km/h fährt, 8 km/h beim i-StARS. Wieder gestartet wird bei Schaltgetrieben sobald ein Gang eingelegt wird bzw. bei Automatikgetrieben wenn das Bremspedal losgelassen wird. Damit werden Kraftstoffverbrauch und CO2 Ausstoß deutlich verringert.

Das SKF Rotor-Positionierungslager besteht aus einem Rillenkugellager, an dessen Innenring ein Spezialsensor angebracht ist. Das Lager liefert ein kräftiges, genaues, reproduzierbares und beständiges Magnetfeld, das unter erschwerten Bedingungen, einschließlich hohen Temperaturen und Drehzahlen funktioniert. Über das Magnetfeld werden Daten bezüglich Drehzahl und Position der Welle empfangen und damit auch die Funktion des Elektromotors gesteuert.

Der StARS stoppt den Kraftstoffverbrauch und damit auch Lärm und Abgas, wenn das Fahrzeug steht – in sehr dichtem Stadtverkehr können diese Standzeiten bis zu 30% der Gesamtfahrzeit betragen. StARS ermöglicht einen leisen Fahrzeugstart, da der Generator elektronisch betätigt wird, und kann einfach in herkömmliche Lichtmaschinen eingebaut werden. Das System ist mit den elektrischen Systemen moderner Autos kompatibel.

Zur Unterstützung weiterer technischer Lösungen von Start-Stopp-Systemen in Mikrohybrid und „milden“ Hybridanwendungen wurde die SKF Commutation Sensor-Bearing Unit konzipiert. Diese Sensorlagereinheit wurde entwickelt, um Marktanforderungen nach einer genauen und reproduzierbaren Positionsmessung des Elektromotor-Kommutators zu erfüllen. Die besonderen Merkmale sind einfache Integration und Anpassung an Kundenanwendungen. Sie ist in einem robusten und kompakten Gerät untergebracht, das in der Nähe des Elektromotors angebracht werden kann und wird durch die umgebenden elektrischen Felder nicht beeinflusst.

ELEKTRISCHE SERVOLENKUNG
2009 betrug die elektrische Servolenkung, Electric Power Steering EPS rund 22% des globalen Lenksystemmarkts. Mit steigenden Anteilen von Hybrid- und Elektrofahrzeugen wird dieser bis 2014 voraussichtlich auf 30% steigen. Der Entfall vieler mechanischer Bauteile wie Lenkwelle, Säule, Untersetzungsgetriebe, der beim Einsatz von Drive-by-wire Konzepten möglich ist, hat zahlreiche Vorteile. So wird beispielsweise das Innendesign vereinfacht, die Raumausnutzung und Sicherheit verbessert oder die Lenkmechanik robuster und modularer.

SKF hat eine Reihe einbaufertiger Mechatroniklösungen einschließlich Sensoren entwickelt, die sicher, zuverlässig, robust, wartungsfrei und kosteneffizient sind.

Für Straßenfahrzeuge kombiniert die SKF Rotor Positioning Sensor-Bearing Unit ein Lager mit präziser Winkelpositionierungs-Sensortechnik. Als Alternative zu induktiven Meßgebern entwickelt, ist dies ein robustes, kompaktes Design, das hochgenaue Positionsinformationen bei geringen Kosten bietet. Diese Produktart ermöglich die Winkelposition des Rotors über 360° exakt zu bestimmen. Die Einheit hat einen geringen Stromverbrauch (40 mA) bei 5 V und kann leicht in eine bestehende Steuerelektronik integriert werden.

Dank der präzisen Lagergeometrie und der eingesetzten modernen Magnettechnik sind die Sinus- und Cosinussignale äußerst genau. Die Einheit hilft den Wirkungsgrad der Elektromotoren weiter zu optimieren und reduziert so den Kraftstoffverbrauch und die CO2 Emission. Zusätzlich bietet das kompakte axiale Design Konstrukteuren größere Flexibilität sowie leichte Montage. Sie bietet so Montagekosten- und Konstruktionskostenvorteile.

VALIDIERUNGSSOFTWARE
Zusammen mit diesen technischen Entwicklungen hat SKF auch eine Software entwickelt, die so genannte SKF Vehicle Environmental Performance Simulator (VEPS). VEPS ist ein Tool das die Lagerreibung in praxisbezogene Einsparungen und Kohlendioxidreduzierung für ein komplettes Fahrzeug berechnen kann. Die Software ist SKF exklusiv und kann ein nützliches Werkzeug für die Automobilindustrie in der objektiven Beurteilung des positiven Beitrags eines energieeffizienten Bauteils auf die Gesamteffizienz eines Fahrzeugs werden.

Mit VEPS kann man bereits in der Designphase zeigen, wie die unterschiedlichen Laperpositionen am Fahrzeug hinsichtlich des CO2 Ausstosses optimiert werden können. Er analysiert die Belastungsbedingungen in jeder Lagerposition, die daraus resultierende Lagerreibung und Leistungsverluste. VEPS modelliert die aktuelle innere Lagergeometrie exakt und zeigt so Veränderungen des CO2 Ausstosses auf. Damit wird nachweisbar aufgezeigt, welche Lagerbauformen und -anordnungen die höchsten CO2 Einsparungen ermöglichen.

FOLGERUNGEN
Die vorgestellten innovativen Produte tragen dazu bei, die von SKF verfolgte Strategie der Nachhaltigkeit auch für seine Kunden umzusetzen. Wesentliche Ziele sind die weitere Reduzierung von Reibungsverlusten sowie die Entwicklung von Produkten zu besonders wettbewerbsfähigen Preisen.

 

 

 

 

 

 

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