Pin-on-disc für längere Lebensdauer

An der Technischen Universität Kaiserslautern arbeiten Forscher daran, Kunststoffe mit Eigenschaften auszustatten, die sie besser vor Verschleiß schützen und so ihre Lebensdauer erhöhen. Zum Einsatz kommt hierbei ein Tribometer.

"Wir untersuchen, wie sich Reibung, Verschleiß und Schmierung auf Kunststoffe auswirken und wie sich die Lebensdauer erhöhen lässt", sagt Doktorand Nicholas Ecke, der am Lehrstuhl für Verbundwerkstoffe bei Professor Dr. Alois Schlarb im Fachbereich Maschinenbau und Verfahrenstechnik die Eigenschaften des Materials erforscht. Experten sprechen in diesem Zusammenhang von Tribologie, der Wissenschaft von Reibung, Verschleiß und Schmierung.

Die Kaiserslauterer Ingenieure stellen eigene Kunststoffe her und arbeiten daran, sie resistenter gegenüber Reibung und Verschleiß zu machen. "Kohlenstofffasern helfen etwa, das Material zu verstärken und den Abrieb zu verringern", so Ecke. Aber auch andere Stoffe kommen hierbei zum Einsatz, etwa winzige keramische Partikel, die sich positiv auf das Reibungsverhalten auswirken und den Verschleiß senken. Auch an sogenannten reaktiven Kunststoffen arbeiten die Forscher.

"In ihnen bauen wir verschiedene Materialien ein, die zum Beispiel freigesetzt werden, wenn sich die Temperatur erhöht", erklärt Ecke. "Etwa Wasserdampf, der ähnlich wie ein Luftkissenboot fungiert und die Reibung senkt." Darüber hinaus können die Wissenschaftler verschiedene Füllstoffe in unterschiedlichen Größen kombinieren.

In ihren Laboren untersuchen die Forscher, wie es um die Eigenschaften ihrer selbstproduzierten Kunststoffe bestellt ist. Einer ihrer Prüfmaschinen ist das Stift-Scheibe-Tribometer, auch Pin-on-disc genannt. Eine kleine rechteckige Probe (Stift) wird dabei in eine Halterung gespannt. Darüber wird eine Metallscheibe eingesetzt, die direkt auf der Probe aufliegt. In diesem Prüfstand kann sich die Scheibe mehrere Stunden drehen.

"Dabei geben wir die Geschwindigkeit mittels eines Motors und die Anpresskraft der Scheibe mittels Luftdruck vor, auch die Temperatur lässt sich regeln", so Ecke. An dem Gerät gibt es Sensoren, welche die Anpress- und Reibungskraft messen. Ein Infrarotsensor erfasst zudem die Temperatur. Mit einem optischen Abstandsmesser können die Forscher weiterhin direkt den Verschleiß bei der Kunststoffprobe ermitteln. "Mit dieser Technik stellen wir unterschiedliche Bedingungen nach, denen Bauteile im laufenden Betrieb ausgesetzt sind", sagt der Ingenieur. „Die Messwerte helfen uns, zu sehen, wie sich der Kunststoff verhält."

sk