Edle Beschichtungen für Kunststoffbauteile

Lager sind Universalbauteile: Kaum ein Gerät kommt ohne sie aus. Ob als Kugellager im Fahrrad, als Gleitlager in Kurbelwellen von Schiffen oder als Hochleistungslager im Motorsport – sie erfüllen eine ganze Reihe von Funktionen. In vielen Fällen müssen sie enormen Drehzahlen sowie thermischen Belastungen standhalten. Deshalb ist der Anspruch an das Material, aus dem die Lager und die dazugehörigen Lagerkäfige bestehen, enorm hoch.

Forscher am Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM in Freiburg arbeiten an den Lagern der Zukunft. Die Wissenschaftler verpassen den Bauteilen eine ganz besondere Schicht. Diese sorgt dafür, dass beispielsweise Hochleistungswälzlager noch langlebiger und zuverlässiger werden.

Bei der Beschichtung handelt es sich um diamantenähnlichen Kohlenstoff – diamond like carbon DLC. »Mit Hilfe einer solchen Schicht können wir Bauteile produzieren, die viel robuster sind als herkömmliche Elemente, etwa aus unbeschichtetem Kunststoff«, sagt Dr. Sven Meier, Bereichsleiter am IWM. »Die beschichteten Lager bleiben selbst dann stabil, wenn sie etwa nicht ausreichend geschmiert sind oder trocken laufen.«

Um die DLC-Beschichtungen auf die Bauteile aufzutragen, ist ein spezielles Verfahren notwendig, das die Wissenschaftler am IWM entwickelt haben. »Unsere Beschichtungsmethode eignet sich auch für geometrisch komplexe Bauteile, zum Beispiel Lagerkäfige«, erläutert Meier. Die Ingenieure haben das Verfahren so optimiert, dass sie auch besonders dicke DLC-Schichten – dicker als 20 Mikrometer – aufbringen können. »Mit unserem Prozess können wir gezielt mikrostrukturierte Schichtsysteme erzeugen.

So lassen sich beispielsweise die Wirkung von Schmierstoffen optimieren sowie Reibung und Verschleiß der Lager minimieren. Bei Bedarf können wir auch ultraglatte Oberflächen herstellen.« Die besten Beschichtungsergebnisse erzielten die Forscher auf Bauteilen aus Spezialkunststoff: Mit der neuen Beschichtung erreichen Lager aus diesem Material deutlich höhere Drehzahlen als in unbeschichteter Form, entwickeln weniger Wärme und weisen eine wesentlich bessere Laufleistung auf.

Derzeit arbeiten die Forscher daran, mit Hilfe von mathematischen Modellen gezielte und für den Anwendungsfall optimierte Beschichtungsprozesse zu realisieren. Auf diese Weise soll die aufwändige Entwicklung solcher Prozesse in Zukunft kostengünstiger werden.