Inge­nieur­wis­sen­schaft­ler der Uni­ver­si­tät Bay­reuth erhält “Future Tech­no­lo­gy Award” der Scha­eff­ler FAG Stiftung

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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.

Professor Dr.-Ing. Stephan Tremmel. Foto: UBT

Pro­fes­sor Dr.-Ing. Ste­phan Trem­mel. Foto: UBT

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.

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