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Auf leisen Kugeln

BorgWarner hat sein erstes Wälzlagerungssystem für Turbolader zur Serienreife entwickelt. Es steigert signifikant den Wirkungsgrad von Aufladesystemen, was Ansprechverhalten und Kraftstoffverbrauch des Motors deutlich verbessert. Doch auch in Bezug auf das NVH-Verhalten setzt das innovative System neue Maßstäbe bei Wälzlagerungen.

 

H eutige Verbrennungsmotoren haben bereits ein hohes Niveau an Effizienz erreicht. Umso größer wird die Herausforderung, sie hinsichtlich Kraftstoffverbrauch, Leistung und Emissionsarmut weiter zu optimieren. Die Entwickler bei BorgWarner stellen sich dieser Aufgabe, indem sie ständig den Wirkungsgrad der Turboaufladung steigern. Bestes Beispiel hierfür ist die neue Wälzlagerung des Unternehmens, die Reibungsverluste gegenüber größengleichen Gleitlagerungen deutlich verringert. Weitere Schlüsselkriterien für die Entwicklung waren ein Geräuschverhalten auf Gleitlagerungsniveau, ein stabiles Start-Stopp-Verhalten insbesondere in hybriden Antriebssystemen und eine hohe Widerstandsfähigkeit gegenüber festen und flüssigen Ölverunreinigungen, auch bei Einsatz mit biogenen Kraftstoffen.

Aufwändiges Design


Wälzlagerungen bieten besonders bei niedrigen Drehzahlen Vorteile gegenüber Gleitlagerungen. Zur Beherrschung der Rotordynamik und des Geräuschverhaltens ist es jedoch notwendig, den Kugellageraußenring schwimmend zu lagern. Die Entwickler rüsteten das System daher mit Schrägkugellagern in Kartuschenbauweise aus. Kugeln aus Siliziumnitrid und High- Performance-Werkstoffe für die Laufringe stellen eine ausgezeichnete Leistungsfähigkeit und Robustheit des Systems sicher, da sie auch bei den auftretenden hohen Grenztemperaturen ausreichende Härtereserven haben. Viele weitere Design-Optimierungen dienten insbesondere der Verbesserung des NVH-Verhaltens (Noise, Vibration, Harshness), da es sich zu einem Schlüsselkriterium für den Erfolg der Wälzlagerungstechnologie im Turbolader entwickelt hat.

Exzellenter Wirkungsgrad


Umfassende, von BorgWarner durchgeführte Untersuchungen zeigen deutlich die Vorteile der neuen Kugellagerung gegenüber der Gleitlagerung. So wird im direkten Vergleich die Reibung unter Verwendung von kaltem Öl bei niedrigen Drehzahlen um bis zu 50 Prozent und bei betriebswarmem Öl um bis zu 40 Prozent verringert. Mit steigendem Axialschub und zunehmendem Stufendruckverhältnis nimmt die Reibung der Kugellagerung zudem langsamer zu als die der Gleitlagerung. Die aufwändige Konstruktion des neuen Wälzlagerungssystems erhöht den Laderwirkungsgrad, was sich positiv auf das Ansprechverhalten des Motors auswirkt. So verbessert sich durch einen schnelleren Ladedruckaufbau bei niedrigen Motordrehzahlen deutlich die Fahrdynamik. Der erhöhte Wirkungsgrad steigert gleichzeitig die Kraftstoffeffizienz und reduziert CO2-Emissionen im verbrauchsrelevanten Teillastbereich um etwa 2 Prozent.

 
BorgWarner Turbolader mit Kugellagern Detailansicht

Der äußere Kugellagerring ist schwimmend gelagert, um sowohl Rotordynamik als auch Geräuschverhalten zu beherrschen.

BorgWarner Turbolader mit Kugellagern

Das innovative Kugellagersystem von BorgWarner
verbessert signifikant die Effizienz des Turboladers.
Fotos: © BorgWarner

BorgWarner Turbolader mit Kugellagern

Im Vergleich zu einem Turbolader mit Gleitlagerung führt die neue Kugellagerung schon bei niedrigen Drehzahlen zu einem höheren Drehmoment.

 

Robust und geräuscharm


Hohe Drehzahlen, dynamische Lastwechsel, schnelle Temperaturwechsel, externe Vibrationen sowie flüssige und feste Verunreinigungen in Schmiermitteln sind die Hauptfaktoren für den Verschleiß von Lagerungen im Turbolader. Die Entwickler von BorgWarner führten Rafftests durch, um die Robustheit des neuen Kugellagerungssystems zu bewerten. Dabei wurden Turbolader unter hoher Belastung und mit 200-fach erhöhtem Anteil filtergängiger, harter Verunreinigungen betrieben. Die neue Kugellagerung blieb operabel, während die Axiallagerung eines Referenz-Turboladers mit Gleitlagerung nach dem Test nicht mehr funktionsfähig war. Ein eigens entwickelter Rafftest auf dem Heißkammer- und Motorprüfstand sowie ein Resonanzdauerlauf bestätigten die Robustheit des neuen Systems zusätzlich. Weil die neue Kugellagerungstechnologie auch mit dem Ziel eines exzellenten NVH-Verhaltens realisiert wurde, folgte eine ganze Serie von Fahrzeug- und Dauerlauftests. Hierbei zeigte sich, dass das neue System ein exzellentes Geräuschniveau aufweist, was auch von Kundenseite bestätigt wird.

Bereit für den Serieneinsatz


Mit der neuen Wälzlagerung bietet BorgWarner eine leistungsfähige, robuste und geräuscharme Lösung, die den hohen Anforderungen aktueller und künftiger Anwendungen gewachsen ist. Die fortschrittliche Technologie steigert den Wirkungsgrad des Turboladers um 4 Prozent und trägt so zu einer deutlichen Verbesserung des Ansprechverhaltens bei. Gleichzeitig reduziert das System CO2-Emissionen um bis zu 2 Prozent. Die innovative Lagerung wird bald für den Einsatz in allen PKW-Baugrößen zur Verfügung stehen.

 

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