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Im Elektromotor funkt’s nicht mehr
Die Zeichen stehen auf Elektromobilität. Das unterstrich die EU-Kommission mit ihrer Ankündigung, ab 2035 keine neuen Verbrennungsmotoren mehr zuzulassen. Zugleich haben viele Fahrzeughersteller angekündigt, sich auf die Produktion von Elektroautos zu konzentrieren. Noch weisen Elektroantriebe allerdings technische Schwachstellen auf, wie Lagerschäden durch Elektroerosion. Freudenberg Sealing Technologies hat sich des Problems angenommen und mit eCON gelöst.
Stellen sie sich vor, sie fahren seit Jahren ein Elektroauto und plötzlich stellen sich während der Fahrt erste Probleme ein. Das Fahrzeug vibriert merklich, begleitet von lauten Geräuschen. „Der Ursprung dieses Phänomens liegt im Elektromotor“, weiß Stefan Morgenstern, Vorentwickler bei Freudenberg Sealing Technologies. „Wenn der Fahrer die Vibrationen und Geräusche wahrnimmt, dann sind die Lager im Motor bereits geschädigt. Schuld daran ist Elektroerosion.“ Doch wie entsteht diese? Ursächlich ist die Spannung, die sich während der Fahrt im Elektroantrieb aufbaut. Sie entlädt sich in den Lagern in zahlreichen winzig kleinen Funken, die zwischen den Kugeln der Kugellager und den Laufflächen überschlagen. Auf diese Weise werden die Lageroberflächen sukzessive geschädigt. „Die Oberflächen sind dann nicht mehr glatt, sondern geriffelt, was spür- und hörbare Vibrationen zur Folge hat“, führt Professor Dr.-Ing. Eberhard Bock den Schaden vor Augen. Die Auswirkungen können gravierend sein, wie der Vice President Technology & Innovation bei Freudenberg Sealing Technologies ergänzt: „Derart geschädigte Lager müssen ausgetauscht werden. Geschieht das nicht rechtzeitig, könnte im schlimmsten Fall der Motor ausfallen.“
Eine naheliegende Lösung mit diversen Vorteilen
Freudenberg Sealing Technologies erfuhr frühzeitig von dem Problem der Elektroerosion, da das Unternehmen schon lange vertrauensvoll mit Produzenten von Elektrofahrzeugen zusammenarbeitet. „Ein französisches Unternehmen berichtete uns 2015 von den erst im Laufe der Zeit auftretenden Schädigungen an den Lagern. Da der Hersteller auf unsere Dichtungen vertraut, fragte er uns, ob wir uns mit dem Problem auseinandersetzen könnten“, berichtet Morgenstern. Die Herausforderung bestand darin, die aufgebaute Spannung abzuleiten und so den schädigenden Funkenschlag zu verhindern. Die Radial-Wellendichtung bot einen geeigneten Ansatzpunkt. Schließlich stellt sie einen direkten Kontakt zwischen Motorgehäuse und Rotorwelle her. „Nur Veränderungen am Elastomer unserer Dichtung vorzunehmen, hätte allein jedoch nicht ausgereicht“, so Professor Bock. „Wir sind deshalb dazu übergegangen, ein elektrisch leitfähiges Vlies auf die eigentliche Dichtung aufzubringen. Sie leitet die Ströme zuverlässig an den Lagern vorbei.“ Die eCON getaufte Lösung erwies sich als der Schlüssel zum Erfolg. „Bereits 2015 ist eCON in Serie gegangen und bis heute haben wir von keinerlei Feldrückläufern gehört“, berichtet Morgenstern. Ein Indiz dafür, dass sich die Lösung im Betrieb bewährt und Lagerschäden ausbleiben.
Wir sehen in eCON großes Potenzial für einen flächendeckenden Einsatz in zahlreichen Industrien, die auf Elektromotoren setzen
Prof. Dr.-Ing. Eberhard Bock, Vice President, Technology & Innovation bei Freudenberg Sealing Technologies
Der unschlagbare Vorteil von eCON ist, dass es sich dabei um die bis heute einzige integrierte Lösung am Markt handelt. Das Vlies wird einfach auf die ohnehin benötigte Dichtung aufgeklebt und nimmt somit kaum zusätzlichen Bauraum ein. Gerade in dem sehr kompakt aufgebauten Motor ein unschätzbarer Vorteil. Erst recht für Hersteller, die lange am Design ihres Elektroantriebs gearbeitet haben und erst später auf das Problem der Elektroerosion stoßen. Sie benötigen dann kein kosten- und zeitaufwändiges Re-Design, sondern können ohne Weiteres auf eCON und dessen Vorteile setzen. Dazu gehört auch, dass das Vlies keine Gewichtszunahme mit sich bringt. Selbst andere Branchen sind hellhörig geworden, denn Elektroerosion ist in vielen Anwendungen bekannt. Etwa beim Einsatz in Förderbändern. Morgenstern erwartet zudem, dass „im Bereich der allgemeinen Industrie diese Schäden mit dem zunehmenden Einsatz von Frequenzumrichtern zunehmen“ werden. Mit eCON lässt sich auch in solchen Fällen das Problem an den Lagern in den Griff bekommen. „Wir sehen in unserer Lösung großes Potenzial für einen flächendeckenden Einsatz in zahlreichen Industrien, die auf Elektromotoren setzen“, bestätigt Professor Bock.
Eigene Prüfmethode soll zum anerkannten Standard werden
Um eCON zu entwickeln und im nächsten Schritt dessen Leistungsfähigkeit zu belegen, musste Freudenberg Sealing Technologies einen geeigneten Prüfstand aufbauen und den richtigen Messprozess finden. Eine Pionierarbeit angesichts des damals neuen Problems im Elektromotor. Stefan Morgenstern nahm sich des Themas mit einem kleinen Team an und schuf eine zuverlässige Messeinrichtung. Inzwischen sind weitere Hersteller mit anderen Lösungen am Markt vertreten, doch jeder misst anders. Das führt zu Verwirrungen bei den Kunden, da ein einheitlicher Messstandard fehlt. „Wir beabsichtigen deshalb, unsere Prüfeinrichtung zum allgemein akzeptierten Industriestandard zu entwickeln“, benennt Professor Bock das Ziel, während Morgenstern ergänzt: „Das heißt, je mehr Akzeptanz wir bei den Abnehmern gewinnen, desto eher gilt unser Prüfverfahren als Gradmesser. Das gelingt, indem die Kunden sehen, dass wir vom Problem über die Messmethoden bis zum Produkt alles verstehen und charakterisieren können.“
Den Prüfstand erfolgreich durchlaufen hat inzwischen eCONevo. Die jüngste eCON-Weiterentwicklung ist die Antwort auf immer leistungsfähigere Elektromotoren. Sie verfügt über eine noch höhere elektrische Leitfähigkeit und verhindert zudem die Abstrahlung elektromagnetischer Wellen. „Das ist insbesondere für den US-Markt eine entscheidende Fähigkeit. Denn damit unterbinden wir, dass der Radioempfang im Fahrzeug gestört wird“, erklärt Morgenstern. In den USA senden die Radiostationen sowohl auf FM- wie auf AM-Frequenzen. Elektromagnetische Strahlung aus dem Motor beeinträchtigt jedoch das Radiohören auf den AM-Frequenzen, was eCONevo verhindert. Derweil befassen sich die Dichtungsexperten schon mit dem nächsten Produkt: nasslaufende eCON-Dichtungen. Auch solche mit Schmieröl gekühlten Dichtungen fragen Hersteller von Elektrofahrzeugen nach. Da das Vlies dabei in Kontakt mit dem Öl kommt, muss eine besondere Lösung her, damit sie nichts von ihrer ableitenden Kernfunktion einbüßt.
Überzeugender Auftritt beim Wiener Motorensymposium
Dass Freudenberg Sealing Technologies mit eCON den richtigen Impuls gegeben hat, zeigte sich im Frühjahr 2021 beim renommierten Wiener Motorensymposion. Aufgrund der Corona-Pandemie luden die Organisatoren des traditionsreichen Branchentreffen zu einer virtuellen Veranstaltung. Bei einem 15-minütigen Videoauftritt skizzierte Morgenstern das Problem der Elektroerosion in Elektroantrieben und präsentierte eCON als überzeugende Lösung. „Schon die Tatsache, dass die Organisatoren uns und unseren Themenvorschlag angenommen haben, war ein sehr gutes Zeichen“, blickt Morgenstern zurück. „Das Feedback danach bestätigte unseren Eindruck. Rund ein Drittel aller Teilnehmenden hat unser Video im virtuellen Raum angesehen. Bei der Fülle an Themen und Videos ein starkes Ergebnis. Unsere Kollegen berichteten zudem von einem Anstieg der Kundenanfragen zu eCON.“ Das zeigt zugleich, dass sich die Creme de la Creme der Autoindustrie verstärkt der Elektromobilität zuwendet, meint Professor Bock: „Das Wiener Motorensymposium gibt es seit 40 Jahren und es hat sich in der Automobilindustrie voll etabliert. Hier trifft sich die oberste Spitze der Hersteller, und die hatte bislang Sprit im Blut. Das ändert sich seit ein paar Jahren spürbar. Die Elektromobilität schlägt voll durch.“
Mir ist es wichtig, dass wir unseren jungen Kolleginnen und Kollegen bei Freudenberg die Chance geben, Projekte zu leiten und Produkte zu entwickeln
Professor Dr.-Ing. Eberhard Bock, Vice President Technology & Innovation bei Freudenberg Sealing Technologies
Dass mit Morgenstern eine Nachwuchskraft die eCON-Präsentation beim Wiener Motorensymposium übernehmen durfte, erfüllt Professor Bock mit Stolz. „Es gab durchaus Stimmen die sagten, das können wir bei einem derart wichtigen Treffen nicht machen.“ Professor Bock sah das anders: „Ich war der Meinung, wer so gute Arbeit macht wie Stefan Morgenstern, der soll eCON mit all seinen überzeugenden Facetten vorstellen dürfen. So sammelt er wertvolle Erfahrungen und wächst mit ihnen.“ Diese Haltung zeigt exemplarisch, worauf es dem Vice President ankommt: dem firmeneigenen Nachwuchs Vertrauen zu schenken und ihn nach Kräften zu fördern. Grundlage hierfür ist bereits die Talentakquise. So ist Professor Bock Mitglied im Wissenschaftlichen Beirat der Forschungsvereinigung Antriebstechnik (FVA). Wenn von dort Forschungsaufträge an Institute vergeben werden, dann arbeiten deren junge Fachkräfte den im FVA vertretenen Unternehmen zu und stellen ihre Expertise unter Beweis. So wird Freudenberg Sealing Technologies immer wieder auf Talente aufmerksam und kann sie für sich gewinnen.
Freiheiten nutzen, um sein Können unter Beweis zu stellen
„Mir ist es wichtig, dass wir unseren jungen Kolleginnen und Kollegen bei Freudenberg die Chance geben, Projekte zu leiten und Produkte zu entwickeln“, sagt Professor Bock. „Denn wenn sie Aufgaben erfolgreich bewältigen, dann steigert das nicht nur ihre Motivation, sie steigern damit auch ihre Sichtbarkeit in der Führungsetage.“ Morgenstern sieht dies genauso: „Andere Nachwuchskräfte aus meinem Umfeld haben ebenso wie ich bereits sehr früh die Chance erhalten, Verantwortung zu übernehmen und Erfahrungen zu sammeln. Dabei werden uns viele Freiheiten gelassen. Das hilft uns und das hält uns auch im Unternehmen. Diese Firmenkultur bei Freudenberg macht es uns sehr einfach. Und so öffnen sich automatisch Türen, sobald man sein Können unter Beweis stellt.“
Freudenberg und Professor Bock ist es darüber hinaus wichtig, dass in Projekten neue und langjährige Mitarbeiter zusammenarbeiten. So fließen unterschiedliche Fähigkeiten und Sichtweisen ein, beflügeln das Team und somit die Lösungsfindung. „Das voneinander Lernen ist bei uns gelebte Praxis“, betont Professor Bock. „Hier herrscht ein Geben und Nehmen in beide Richtungen“, stimmt Morgenstern zu. Das zeigte sich etwa beim Aufbau des erwähnten Prüfverfahrens für eCON. Dort brachten die langjährigen Mitarbeitenden ihr Prozess-Know-how ein, während Morgenstern bei der Auswertung der Ergebnisse seine Stärken ausspielen konnte. „Dank Digitalisierung können wir heute sehr viel mehr Daten erheben als früher. Um aber aus diesem riesigen Datenaufkommen die richtigen Schlüsse abzuleiten, war mein Blick gefragt.“ Das wird auch so bleiben, denn die Entwicklung der leistungsfähigen eCON-Dichtung geht weiter. Die Automobilindustrie ist jedenfalls hellhörig geworden und Morgenstern will durch seinen Beitrag der Elektromobilität zum Erfolg verhelfen. Am liebsten ganz ohne Vibrationen und Störgeräusche.
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