Waren es früher noch zum größten Teil Projekte aus der Pkw-Verbrenner-Sparte, so forscht der AMB heutzutage auf einem breiten Feld von alternativen Antriebskonzepten. Dazu zählen u. a. die Verschleißminimierung von Eisenbahnschienen, Lagerungen für die neue Generation von treibstoffsparenden Flugzeugtriebwerken oder auch die Untersuchung von EV-Fluiden für das Wärmemanagement im Bereich der Elektromobilität. Der Einsatz dieser Fluide, welche gleichermaßen den E‑Motor kühlen wie auch das Reduktionsgetriebe schmieren, ist eine echte Herausforderung für die Industrie.
Wasserstoff als Brennstoff
Batterien haben ein ungünstiges Gewichts-/Energieverhältnis, Brennstoffzellen benötigen eine (energieintensive) große Reinheit des Wasserstoffs: Aufgrund dieser hartnäckigen Probleme hat die Wasserstoffverbrennertechnik in den letzten beiden Jahren eine wahre Renaissance erlebt. Die Idee dahinter klingt bekannt und ganz einfach: Wasserstoff mit geringer Reinheit in einer Kolbenmaschine im Viertaktprinzip verbrennen.
Tatsächlich erzeugt die Verwendung von Wasserstoff in der Praxis aber zahlreiche unerwünschte Probleme. So ist die Festigkeit von Bauteilen, besonders bei schwingenden Belastungen über einen längeren Zeitraum (die sogenannte Schwingfestigkeit), bei einer Wasserstoffatmosphäre kritischer als unter Luftatmosphäre. Dazu kommt der unter dem Namen Wasserstoffversprödung bekannte Effekt, bei dem sich der Wasserstoff in das Metallgefüge einlagert und zu einer Veränderung der Werkstoffeigenschaften führt. Wie sehr sich die Kennwerte verändern, liegt nicht nur an der Werkstoffzusammensetzung und den Legierungselementen, sondern auch am Druck und Temperaturlevel und der Bauteilform.
Prüfen und messen
Am AMB werden mithilfe der Hohlprobentechnik diese Einflussgrößen untersucht. Die Wasserstoffatmosphäre befindet sich dabei in einer langen Bohrung im Probeninneren – die Probe wirkt wie ein kleiner Druckbehälter. Ist sie einmal mit Wasserstoff befüllt, kann sie in Zugprüfmaschinen mehrere Tausend Mal be- und entlastet werden. Kräfte und Verformungen werden genau mitgemessen und geben einen Einblick über das Werkstoffverhalten bis zum Bruch.
Der Wasserstoff erzeugt auch bei den zahlreichen Gleitkontakten eines Verbrennungsmotors bislang nicht bekannte Probleme. Besonders betroffen sind neben den Injektoren die Kolbenringe. Dementsprechend untersucht der AMB auch, wie sich Wasserstoff auf heute verwendete Kolbenringmaterialien und Motoröle auswirkt. Dafür verwendet man ein sogenanntes Lineartribometer – eine Prüfmaschine für genaue Reibungs- und Verschleißmessungen, in der Segmente aus realen Motoren in ihrer Bewegung nachgestellt werden. Die Kolbenring- und Zylinderwandproben werden vor dem Versuch mit Wasserstoff beaufschlagt, das Schmieröl wird direkt an der Prüfmaschine mit Wasserstoff durchblasen. Ziel ist, derzeit eingesetzte Materialien und Öle auf ihre Wasserstoffverträglichkeit zu testen und somit für die Motore der Zukunft die passenden Werkstoffe zur Verfügung zu haben.
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