Madeni Yağ Dünyası / Lubricant World

Dr. Gareth Fish

Farklı türlerde yağlama gresleri binek otomobillerde çok sayıda uygulamada uzun süredir kullanılıyor. Ancak elektrikli araçlara geçiş hızla devam ederken, bazı gres formülasyonlarının elektrikli bir aktarma organına has zorlukların hesaba katılarak tekrar gözden geçirilmesi gerekiyor.

19. yüzyılda büyük metropollerde gelişmiş drenaj ve kanalizasyon sistemlerinin kurulmasından, taşıtlardan kaynaklanan dumanın azaltılmasına kadar, insanlık yüzlerce yıldır hava kirliliğini önlemek için çabalamaktadır. Dünyanın dört bir yanında hükümetler, iklim değişikliğinin etkilerini hafifletmeye yönelik çalışmalarında agresif emisyon azaltma hedeflerini sürdürmeye devam ettikçe, toplu olarak bu hedeflere doğru ilerleme kaydedecek yeni teknolojilerin ortaya çıkmasını bekleyebiliriz.

Günümüzün otomotiv endüstrisinde, aktarma organlarının elektrikli hale getirilmeye başlanması çok önemli bir teknolojik değişim olmuştur. Elektrikli otomobillerin geçmişi 19. yüzyılın ikinci yarısına kadar uzanıyor, ancak Toyota'nın 1997'de ilk modern hibrit elektrikli aracı (HEV) piyasaya sürmesi ile birlikte elektrikli otomobiller dünyanın dört bir yanında ilgi görmeye başladı. Düşük yakıt fiyatları nedeniyle başlangıçta talep düşük kalsa da, sonraki yıllarda giderek yükselecek olan trendin başlangıcı oldu.

Bugün, hibrit ve tam elektrikli araçlar yaygın olarak görülmektedir ve teknoloji ilerlemeye devam ettikçe bunların hızlı bir biçimde benimsenmesi beklenmektedir. Daha da önemlisi, hibrit ve tam elektrikli araçlar ile geleneksel içten yanmalı motor ile çalışan araçlar arasındaki temel farklılıklar, güvenilir çalışma için gerekli olan başlıca yağlayıcılar ve gresler hakkındaki düşüncelerimizi de değiştirmemizi zorunlu kılmıştır.

Greslerin bugünü
2019’dan bu yana her yıl yaklaşık 483.000 metrik ton gres, çoğu sürücünün muhtemelen pek fazla düşünmediği işlevlerin sorunsuz bir şekilde yerine getirilebilmesi için otomotiv endüstrisine satılmaktadır. Küçük sedan araçlardan hafif ticari kamyonlara kadar tüm binek araç segmentinde tek bir araçta, tekerlek yatakları, mafsallar, cam krikoları, koltuk rayları, açılır tavan mekanizmaları, direksiyon kremayerleri, kapı menteşeleri, fren mekanizmaları, amortisörler daha pek çok parça dahil, amaçlandığı gibi çalışması için bir tür gres kullanılmasını gerektiren 50-60 parça vardır.

Otomotiv gresleri, kullanım amaçlarına bağlı olarak formülasyonlarında değişiklik gösterir, ancak birçoğu katkı maddesi olarak molibden disülfür ve grafit içerir (tipik olarak %4-%6 arasında kullanım oranı ile). Formülasyonun coğrafi bölgesine bağlı olarak, lityum, lityum kompleksi ve poliüre de yaygın olarak kullanılan koyulaştırıcılardır. Araç genelinde, otomotiv greslerinin genellikle aşağıdaki dört işlevden birini veya birkaçını sağlaması amaçlanır: Korozyona karşı koruma, yataklar veya diğer bileşenlerin yağlanması, suya karşı dayanıklılık ve gıcırtı önleyici performans.

Aracın içinde ise, gresler tipik olarak hafif yağlama ve gıcırtı önleme görevlerine hizmet eder. Genellikle plastiklerle uyumlu olmaları ve aracın kullanım ömrü boyunca değiştirilmemeleri gerekir, bu da uzun vadeli güvenilirliği önemli bir performans özelliği haline getirir. Dış greslerin genellikle aşınma önleyici, korozyon önleyici ve antioksidan özellikler sağlaması beklenir. Ayrıca yol koşullarına (yağmur, kar vb.) dayanabilmeli ve akıp gitmemelidir. Aynı şekilde, aracın kullanım ömrü boyunca değiştirilmezler veya yeniden uygulanmazlar.

Tipik bir binek otomobilde açısal temaslı (AC) tekerlek yatağı, yüksek düzeyde gres performansı gerektiren uygulamalara iyi bir örnek teşkil eder. Doğru formülasyon, optimize edilmiş baz yağ viskozitesi ve tutarlılığı ile çalkalama kayıplarını azaltmaya yardımcı olabilir. Buradaki sentetik sıvılar, karşılaştırılabilir viskozite seviyelerinde daha düşük kayıplar sağlarken; diüre koyulaştırıcılar ek olarak daha fazla verimlilik sunabilir.

Bunların yanı sıra, soğutma fanları, yakıt pompaları, marş motorları, hidrolik direksiyon sistemleri, fren sistemleri ve daha fazlası dahil olmak üzere içten yanmalı motor ile çalışan bir araçta bulunan çeşitli elektrikli motorlarda bulunur. Giderek daha fazla elektrikli hale gelen aktarma organlarında greslerin mücadele etmesi gereken bazı zorlukları tanımlamaya buradan başlayabiliriz.

Hibrit araçlarda gresler

Koltuk rayları, açılır tavanlar, otomatik camlar ve diğer uygulamalar gibi şeylerin işlevselliğinin temelde değişmeyeceği göz önüne alındığında, hibrit araçlardaki greslerin çoğu, büyük olasılıkla günümüzün içten yanmalı motorlu araçlarında kullanılan greslerle aynı kalacaktır.

Yine bazı değişiklikler öngörüyoruz. Örneğin, marş motoru greslerinin artık yüksek şok yükü direnci ile formüle edilmesine gerek kalmayacak, çünkü hibrit araçların marş motorlarında artık dur-kalk işlevselliği kalıcı olarak devreye alınabilir. Ayrıca, şanzıman elektrik motoru yatakları, vites kutusu veya diferansiyele dahil edildiğinde gresle veya yağla yağlanabilir.

Giderek daha güçlü pillerin üretilmesinin de etkileri olacaktır. Tipik hibritlerde, içten yanmalı motor ile şarj olmadan 80 km'ye kadar dayanabilen piller kullanılır, ancak toplam araç ağırlığını artıran daha büyük pillerin tekerlek yatağı gresleri üzerinde bazı etkileri olabilir. Ekstra yüklerin desteklenmesi için yataklarda ve bunları yağlamak için gereken greslerde bazı değişiklikler yapılması gerekebilir.

Tam elektrikli araçlarda gresler

Hibrit araçlar, araç üstü gres uygulama talepleri açısından içten yanmalı motor teknolojisiyle karşılaştırılabilir özelliklere sahip olsa da, tam bataryalı elektrikli araçlarda farklı uygulamalar vardır. 2017 yılında küresel elektrikli araç satışları 1 milyona ulaşırken, 2019 yılında satışlarda 2 milyona ulaşıldı. 2020 itibariyle elektrikli araçlar, üretilen tüm hafif araçların %4,2'sini oluşturuyor. Şu anda, Avrupa elektrikli araçlar için lider pazardır. Bu sayılar arttıkça, otomotiv endüstrisi, araçta bulunan birçok yaygın gresin değişen taleplerine aşina olmalıdır.

Artan ağırlık. Belirtildiği gibi, batarya boyutuna bağlı olarak artan araç ağırlığının tekerlek yatakları üzerinde etkileri vardır. Örneğin, 60 kWh'lik bir elektrik bataryasının yaklaşık 430 kg ağırlığında olduğunu ve yaklaşık 1588 kg ağırlığa sahip olan orta boyutta bir elektrikli araca ek yük eklediğini düşünün. Bu araç yaklaşık 402 km menzile sahip olacak. İçten yanmalı motora sahip orta boyutta bir hibrit araçta ise, elektrik bataryası ve elektrikli tahrik motoru yaklaşık olarak aynı ağırlığa sahip olacaktır. Diğer yandan, eşdeğer bir içten yanmalı motorlu araç, motor boyutuna bağlı olarak yalnızca 1134-1270 kg ağırlığında olacaktır. Hem hibrit araçlarda hem de tam elektrikli araçlarda bu şekilde artan ağırlık, yatak ömrünü %30'a kadar azaltma potansiyeline sahiptir. Hafif kamyonlarda, ekstra yükü desteklemek için tekerlek rulman türlerini değiştirmek gerekebilir.

Yeni gresler. Elektrikli araçlarda, içten yanmalı motorlu araçlarda olmayan bazı yeni gres uygulamaları olacaktır. İlk olarak, şanzıman elektrik motoru yatakları, vites kutusu veya diferansiyele dahil edildiklerinde gresle yağlanabilir. İkinci olarak, bu uygulamalardaki elektrik motoru rulman gresleri uzun ömür, düşük gürültü, iletkenlik veya yalıtkanlık özelliklerine sahip olmalı ve enerji verimliliği sağlamalıdır.

Artık kullanılmayan gresler. Geleneksel içten yanmalı motorlardaki gres uygulamalarının bazıları, çoğu elektrikli araçta artık var olmayacaktır. Bunların arasında merkez yataklar, yüksek hızda sabit hız mafsalları, üniversal mafsallar ve kayar frezeler gibi tahrik milleri aracılığıyla yapılan birçok uygulama yer almaktadır. Su pompalarında, motor soğutma fanı yataklarında, alternatörlerde ve kayış gergi makara yataklarındaki gres ihtiyacının yanı sıra yardımcı tahrik yataklarındaki gres ihtiyacı da ortadan kalkacaktır. Elektrikli motorların çalışması için marş motorlarına ve bunlarla ilgili greslere ihtiyaç yoktur.

Modifiye edilmiş gresler. Günümüzün içten yanmalı motorlu araçlarında kullanılan birçok gres, bazı önemli değişikliklerle birlikte elektrikli araç uygulamalarında da gerekli olacaktır.

Örneğin, elektrikli yataklı motor greslerinin en önemli özelliklerinden biri elektriksel iletkenlikleridir. Burada iki temel endişe vardır. Birincisi, bir gresin iletkenliği çok yüksekse, akım kaçaklarına ve kısa devreye neden olabilir. Hangi seviyenin ‘çok yüksek’ olduğuna dair kesin bir sınır yoktur; bu seviye uygulamaya göre değişecektir. İkincisi, bir gresin iletkenliği çok düşükse, bu, motor yataklarında önemli hasar yaratabilecek statik elektrik birikmesine ve ark oluşumuna neden olabilir. Aynı şekilde, bunun için de kesin bir sınır yoktur, iletkenliğin ne kadar düşük olması gerektiği uygulamaya göre belirlenecektir. OEM'ler ve gres formülatörlerinin optimum iletkenlik seviyelerini belirlemek için birlikte çalışması gerekecektir.

Elektrikli araçlardaki belirli gresler, araç verimliliğine ve dolayısıyla elektrikli araç yelpazesini geliştirmeye de katkıda bulunabilir. Bu uygulamalar arasında şunlar vardır:

• Güç aktarma mafsalları ve yatakları
• Ön taraf yardımcı tahrik yatakları
• Tekerlek yatakları
• Direksiyon mekanizmaları

Bununla birlikte, bu dört kritik uygulamada daha yüksek verimlilik sağlamanın da bazı olumsuz sonuçları olabilir. Örneğin, düşük hızlarda iyi yağlama filmleri oluşturulmaz. Enerji kayıplarına neden olabilecek sınır içi yağlama eğilimi vardır. Daha kalın bir baz yağa geçmek düşük hızda film kalınlığını artıracak, yüksek hızda çalkalama kayıplarına yol açacaktır. Bunun yanı sıra, daha yüksek hızlarda, üretilen yağlama filmleri daha kalın olma eğilimindedir. Bu durumlarda, daha düşük viskoziteli gresler, daha ince filmler sağlayabilir ve çalkalama kayıplarını azaltabilir. Bununla birlikte, film çok ince olursa, bileşenlerin dayanıklılığı tehlikeye girebilir.

Bir denge kurulması ve gerekli performansı elde etmek için gelişmiş formülasyonlar üretilmesi gerekecektir. Doğru baz yağ, koyulaştırıcı ve katkı paketi seçimi, verimli bir elektrikli araç gresi için ideal formülasyona katkıda bulunabilir.

Tüm dünyada yollardaki elektrikli araçların sayısı artmaya devam ederken, paydaşların gres formülasyonlarının nasıl etkileneceğini en iyi şekilde düşünmesi gerekmektedir. Pek çok bilinmeyen olsa da, kritik önemdeki belli başlı greslerin, genel araç dayanıklılığının yanı sıra daha fazla enerji verimliliği ve menzil sağlamaya yardımcı olabileceği açıktır. Çalkalama kaybını azaltmak için daha düşük viskoziteler ile en yüksek düzeyde koruyuculuk arasındaki dengeyi sağlayan gres formülasyonları bu hedeflere ulaşabilir. Sektör olarak, elektrikli araçların daha temiz bir gelecek için tüm potansiyellerini gerçekleştirmelerine yardımcı olabilecek formülasyonlar geliştirmek için birlikte çalışmalıyız.