Autenrieth: Tribologische Reaktionen verlängern Lebensdauer von Kunststoffbauteilen

Im Rahmen der Produktion wurden verschiedene Angussvarianten getestet, um die Leistung und Effizienz zu optimieren - (Bild: Autenrieth-Kunststofftechnik).

Kunststoffe in der Mechanik unterliegen oft hohem Verschleiß. Vor allem in dynamischen Anwendungen gilt die die tribologische Beständigkeit als wichtig. Hier setzt eine Forschungsarbeit von 1A Autenrieth-Kunststofftechnik an, die auf der Fakuma 2024 vorgestellt wird. Dabei wird durch Tribo-Reaktionen der Verschleiß vermindert.

Im Mittelpunkt der Methode stehen Tribo-Reaktionen, die unter mechanischen Belastungen im Polymermaterial auftreten. Diese chemischen Reaktionen werden durch Reibung und Wärme aktiviert und verändern die Oberfläche der Kunststoffe auf molekularer Ebene. Dieser Prozess führt zu einer selbstregulierenden Schutzschicht, die den Verschleiß reduziert.

Steffen Autenrieth, Geschäftsführer der 1A Autenrieth Kunststofftechnik: „Wir haben erkannt, dass herkömmliche Additive, die zur Verschleißminderung in Kunststoffen eingesetzt werden, über die Zeit an Wirksamkeit verlieren. Mit den Tribo-Reaktionen setzen wir stattdessen auf einen Mechanismus, der sich durch die Beanspruchung des Materials selbst aktiviert und somit dauerhaft Schutz bietet.“

Die Entwicklungsarbeit an den Tribo-Reaktionen beginnt mit einer Analyse der Reibungsprozesse. Die Autenrieth-Techniker untersuchen mehrere Polymerarten, darunter Polyamide und Polyoxymethylen, und analysieren die Reibungskoeffizienten unter verschiedenen Belastungen. Dabei stellen sie fest, dass durch gezielte Modifikationen der Molekülketten die tribochemischen Reaktionen beschleunigt werden können. Ein Ergebnis ist die Reduzierung des Reibungskoeffizienten um bis zu 30 Prozent bei Belastungen von 2,5 MPa, verglichen mit herkömmlichen Kunststoffen ohne triboaktive Elemente. Als einen weiteren Erfolg nennt das Unternehmen die Verlängerung der Lebensdauer der Probekörper im Dauertest auf 10.000 Betriebsstunden, was einer Verdopplung im Vergleich zu bisher üblichen Lösungen entsprechen soll.

Um die Effizienz weiter zu validieren, wird weiterhin geprüft. So können inzwischen die Abriebverluste in Versuchsreihen um 45 Prozent gesenkt werden, bei einer gleichzeitigen Erhöhung der Oberflächenhärte um 20 Prozent. Diese Ergebnisse würden das Potenzial zeigen, um den Verschleiß zu reduzieren und die mechanische Festigkeit der Materialien zu verbessern. „Unsere Entwicklung zeigt, dass wir durch eine präzise Abstimmung der tribochemischen Prozesse, Kunststoffe geschaffen haben, die selbst unter extremen Bedingungen eine signifikant längere Lebensdauer aufweisen“, betont Autenrieth.

Herkömmliche Ansätze zur Reduktion von Verschleiß würden oft die Zugabe von Additiven beinhalten, die jedoch im Laufe der Zeit verbraucht würden. Die neuartigen Tribo-Reaktionen hingegen würden einen kontinuierlichen Schutz bieten, da sie direkt im Material ausgelöst werden. Dies würden zu einer längeren Haltbarkeit sowie zu einer hohen Leistungsfähigkeit über die Lebensdauer der Kunststoffkomponente hinweg führen.

Besonders in der Automobilindustrie, dem Maschinenbau und der Medizintechnik eröffnen sich Einsatzgebiete. Tribo-Reaktionen könnten die Effizienz von Getrieben, Lagern und anderen beweglichen Teilen steigern. Zudem würde sich der Pflegeaufwand reduzieren, da die Materialien weniger ausgetauscht oder gewartet werden müssten.

Fakuma 2024, Friedrichshafen, 15.-19. Oktober 2024, Halle B1, Stand 1009

Weitere Informationen: www.autenrieth-kunststofftechnik.de

1 A Autenrieth Kunststofftechnik GmbH & Co. KG, Heroldstatt

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