Hochleistungskunststoffe maßgeschneidert

Verbundwerkstoffe gegen Reibung und Verschleiß im Getriebe

Bauteile aus Thermoplasten werden meist auf Basis von Standardcompounds produziert. Das gilt bislang auch für Hochleistungskunststoffe wie PEEK, dem Polymer für hohe Einsatztemperaturen. Speziell zugeschnittene PEEK-Typen wurden hinsichtlich der spezifischen Anforderungen von Getriebedichtungen und Anlaufscheiben sollen sich unter anderem durch geringere Reibung und niedrigere Temperaturentwicklung auszeichnen.

95 Prozent weniger Verschleiß und 55 Prozent weniger Reibung dank angepasstem gegenüber Standard-Gleitkunststoffen. © Freudenberg Sealing

Regalware hat viele Vorteile: Sie ist standardisiert, meist gut verfügbar und hat sich schon in vielen Anwendungen bewährt. Gerade bei Bauteilen aus Thermoplasten wird deswegen überwiegend auf ein Standardsortiment aus Basispolymeren zurückgegriffen, die ohne Füllstoffe oder allenfalls mit standardisierten Füllstoffen verarbeitet werden. Das gilt nicht nur für einfache Kunststoffe und technische Thermoplaste, sondern auch für Hochleistungskunststoffe wie PEEK. Mit der Entwicklung spezieller Füllstoffpakete hat Freudenberg Sealing Technologies Hochleistungs-Verbundwerkstoffe entwickelt, die beispielsweise besonders geeignet seien für Anwendungen wie Dichtringe und Anlaufscheiben in Automatikgetrieben.

Grundlage der neuen Werkstoffe ist die Kenntnis der Anwendung. Um die Materialeigenschaften daraufhin zu optimieren, wird das Basispolymer variantenreich angepasst: Füllstoffe wie Graphit oder Glas- und Kohlenstofffasern können das Material verstärken, Reibung und Verschleiß senken oder Leitfähigkeit herstellen. Additive wie Pigmente, Wachse und Stabilisatoren beeinflussen beispielsweise Kristallisation und Fließverhalten, und bestimmte Farben erleichtern die korrekte Montage des Bauteils. Am Ende entstehen Hochleistungswerkstoffe, die auf die Anwendung zugeschnitten sind.

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Ein Beispiel ist der Werkstoff Quantix 55-14, der auf Grundlage des Hochleistungspolymers PEEK entwickelt wurde. Dieses Material wird auch als „Low Hardness PEEK“ bezeichnet und hat die Eigenschaft, im Kontakt mit dem Gegenlaufpartner Stahl weniger Verschleiß zu verursachen. Aus dem Werkstoff werden Dichtringe für Automatikgetriebe gefertigt, die als hydraulische Drehdurchführungen auf der Getriebewelle angebracht sind und den Ölstrom zwischen Kupplung und dem Inneren der Getriebewelle dichten. Der Vorteil des neuen Materials: Dank geringerer Aggressivität gegenüber dem Gegenlaufpartner sinken die Härteanforderungen an die Getriebewellen deutlich von Rockwell-Einheit HRC 45 auf HRC 25. Damit verringern sich die Produktionskosten der Hersteller. Die neuen Getriebedichtringe haben laut Freudenberg mehrere Kundentests bereits bestanden und werden demnächst in Serie gehen.

Ein weiterer Einsatzbereich sind Anlaufscheiben mit der Bezeichnung Levitorq. Die flachen, scheibenförmigen Bauteile kommen zum Beispiel in Drehmomentwandlern und Automatikgetrieben zum Einsatz und nehmen dort Axialkräfte von rotierenden Bauteilen auf. In diesen Anwendungen kommt es auf niedrige Reibung an: Fängt die Welle an zu drehen, soll das Öl möglichst schnell auf der Anlaufscheibe verteilt werden. So entsteht ein hydrodynamischer Schmierfilm, der die anfängliche Feststoff- und Mischreibung in einen Zustand ohne Feststoffreibung verändert. Verhindern die Einsatzbedingungen den Betrieb im hydrodynamischen Bereich, nimmt die Bedeutung des Werkstoffs wieder zu, wenn es darum geht, Verschleiß und Reibung zu reduzieren.

Die Entwickler erprobten Anlaufscheiben aus dem neuen Werkstoff und verglichen diesen mit einem häufig eingesetzten, frei verfügbaren und bereits auf niedrigen Verschleiß und geringe Reibung ausgelegten Hochleistungskunststoff. Das Ergebnis: Der Verschleiß sank um 95 Prozent, die Reibung um 55 Prozent und die Öltemperatur um 35 Kelvin.

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