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Lernen Sie unseren Friction Inserts Experten kennen

Als einer der Erfinder von Friction Inserts und als Anwendungsingenieur bei Freudenberg Performance Materials erzählt Tobias Speth die Geschichte dieser innovativen Technologie zur Reibwerterhöhung. Woher stammt diese Idee? Wie wurde sie zur Realität? Welche Vorteile bringt sie Kunden in den diversen Branchen?

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Wie kamen Sie auf die Idee, eine neue Lösung für eine optimalere Kraft- und Drehmomentübertragung zu entwickeln?

Mein Vater befasst sich bereits seit 2001 mit reibwerterhöhenden Technologien und Oberflächen. Seit 2010 arbeite ich selbst mit Technologien und Produkten für diese Anwendung. Gemeinsam waren wir im Projekt GECKO (Gestaltung und Ermittlung charakterisierender Kennwerte von reibschlussoptimierten Oberflächen) der FVV (Forschungsvereinigung Verbrennungsmotoren) eingebunden. Eine wichtige Erkenntnis dieses Forschungsprojekts war, dass eine reproduzierbare und wirtschaftliche Lösung zur Reibwertsteigerung zwangsläufig auf Hartpartikel-Technologien basieren muss. Das Ergebnis unserer Entwicklung sind die Friction Inserts.

Motivation darüber hinaus war, dass reibwerterhöhende Maßnahmen eine Schlüsseltechnologie zur Realisierung von Leichtbaukonzepten sowie zukünftiger Anforderungen an die Performance in der Automobilindustrie darstellen. Sowohl bei Hybrid- und E- als auch bei Wasserstoff-Fahrzeugen wird unsere Technologie daher einen entscheidenden Einfluss auf eine wirtschaftliche, verlässliche sowie nachhaltige Auslegung der Fahrzeugaggregate nehmen.

Was hat Sie bewogen, einen Vliesstoff als Träger für die Hartpartikel einzusetzen und was war dabei die größte Herausforderung?

Zu Beginn hatten wir nicht gleich an einen Vliesstoff gedacht. Entscheidend für die Entwicklung war, dass die Hartpartikel den Haftreibkoeffizienten im System uneingeschränkt erhöhen und keine zusätzlichen Toleranzen an den Bauteilen erforderlich werden. Außerdem sollten Wirtschaftlichkeit und Nachhaltigkeit im industriellen Maßstab wesentliche Merkmale des Produkts sein und daher auch Auswahl und Herstellverfahren der Materialien zu den relevanten Themen gehören.

In der ersten Entwicklungsphase haben viele erprobte Materialien die Wirkung der Partikel stark eingeschränkt, gar verhindert, oder haben aus anderen Gründen unsere Anforderungen nicht erfüllt. Der letztlich verwendete Vliesstoff hingegen erfüllt nicht nur sämtliche Anforderungen, er hat zudem auch den Vorteil, dimensionsstabil zu sein. Dadurch können die Hartpartikel in definierter Korngröße und Anzahl einfach transportiert und bei der Montage im Fügespalt zwischen beide Bauteile genau positioniert werden. Darüber hinaus gewährleistet der Aufbau des Trägermaterials, dass keine zusätzlichen Toleranzen an den Bauteilen berücksichtigt werden müssen.

Welche Vorteile bieten Friction Inserts gegenüber bestehenden Entwicklungen im Markt?

Aufgrund des physikalischen Applikationsverfahrens der Hartpartikel auf den Vliesstoff können wir die Abscheiderate der Partikel in einem sehr engen Toleranzfenster kontrollieren. Hiermit unterliegt der erzielbare Haftreibwert in der finalen Anwendung beim Kunden nur marginalen Schwankungen. Damit sind die notwendigen Voraussetzungen bereits in der Entwicklungsphase geschaffen, um unsere Friction Inserts als Designelement berücksichtigen zu können. Im Vergleich hierzu werden heute gängige Hartpartikeltechnologien noch überwiegend als Reparaturlösungen oder mit sehr hohen Sicherheitsabschlägen eingesetzt.

Einzigartig ist unser Portfolio bei den Korngrößen der Hartpartikel. Waren bisher lediglich Korngrößen bis max. 35µm verfügbar, so erweitert sich unser Angebot auf bis zu 115µm. Mit unseren großen Hartpartikeln können wir selbst an zum Beispiel KTL beschichteten Bauteilen den Haftreibwert maximal steigern, ohne das Korrosionsverhalten der Verbindung negativ zu beeinflussen. Ein weiterer Vorteil unserer Friction Inserts liegt darin, dass der gesamte Aufbau aus inerten Materialien besteht und somit kein zusätzlicher metallischer Werkstoff in den Fügespalt eingebracht wird, der unter Umständen das Korrosionsverhalten der Komponenten negativ beeinflussen kann.

Worauf ist die bessere Performance zurückzuführen und welche Rolle spielen die Materialien der Fügepartner?

Da bei uns der gesamte Korndurchmesser der Hartpartikel als Traganteil zur Reibwertsteigerung zur Verfügung steht, können wir Haftreibwerte bis µ=0,95 erreichen. Im Fügespalt der Verbindung wird beim Verschrauben / Verpressen der Fügepartner ein Mikroformschluss erzeugt. Die Höhe des jeweils erreichbaren Haftreibwerts basiert auf dem Mechanismus der Materialverdrängung beim Kraftschluss. Dies bedeutet für die jeweiligen Anwendungsfälle: Je härter eine Materialpaarung ist, desto höher kann der maximal erzielbare Haftreibwert ausfallen. Bei sogenannten Hart-Weich-Kombinationen ist somit wiederum der weichere Fügepartner der limitierende Faktor des Reibwerts. Prinzipiell ist aber zu sagen, dass der Reibkoeffizient eine Systemgröße und somit von vielen Faktoren abhängig ist. Die Materialien der Fügepartner sind hier nur eine Indikation, die wir für die Auswahl der richtigen Körnung und Flächenbelegung betrachten.

Wieviel Beratung ist für den Einsatz der Friction Inserts notwendig?

Im ersten Schritt bitten wir den Kunden, unser Application Information Sheet (AIS) auszufüllen und uns eine Zeichnung der Applikationsfläche zukommen zu lassen. Anhand dieser Angaben können wir in unserer Datenbank nach ähnlichen Materialkombinationen und Flächenpressungen suchen und für den ersten Versuch eine Empfehlung für die Spezifikation unserer Friction Inserts aussprechen, um die gewünschte Performance zu erreichen. Auf Basis der Kundenzeichnung bestimmen wir dann die Geometrie des Zuschnitts, der später auf das Bauteil appliziert wird. Hier gibt es aufgrund der Eigenschaften unseres Produktes die Möglichkeit, die Friction Inserts lokal und damit kostenoptimiert nur in bestimmten Bereichen zu applizieren, in denen Lastspitzen auftreten.

Unterstützen Sie ihre Kunden auch darüber hinaus?

Wir bieten unseren Kunden zum Beispiel die Möglichkeit, erste Prototypen in unterschiedlichen Konfigurationen für Applikationsversuche im Rahmen einer Pauschale zu bestellen. Nach den Testläufen hat es sich als zielführend erwiesen, gemeinsam die Oberflächen der geprüften Bauteile zu begutachten. Anhand der Oberflächeneffekte können wir erkennen, ob und gegebenenfalls was wir hinsichtlich unserer Produktkonfiguration verändern sollten, um die Ergebnisse - falls erforderlich - zu optimieren.

Wurden alle Testläufe erfolgreich durchgeführt und die Performance unserer Friction Inserts vom Kunden abgenommen, unterstützen wir ihn auch im Bereich des passenden Applikationsprozesses. Dieser kann sowohl manuell als auch vollautomatisiert als In-Line oder Batch-Applikation erfolgen.

Gibt es typische Anwendungen und welche davon sind bereits realisiert beziehungsweise geplant?

Friction Inserts werden derzeit hauptsächlich in der Automobilindustrie eingesetzt. Anwendungsfelder sind neben dem Motor auch Chassis und Antriebsstrang. Ein Beispiel, wo wir bereits erfolgreich unsere Friction Inserts im Einsatz haben, ist der Torsionsschwingungsdämpfer. Aufgrund unseres breiten Portfolios bieten sich zudem neue Einsatzgebiete an, vor allem im Fahrwerk bei Querlenkern und Radträgern sowie generell bei Lagerkomponenten von Fahrzeugaggregaten. Auch zur Reichweitenverlängerung bei Elektrofahrzeugen aufgrund signifikanter Gewichtseinsparungen haben unsere Friction Inserts schon beigetragen.

Arbeiten Sie mit Friction Inserts auch an effizienteren Lösungen für andere Industriezweige?

Neben der Automobilindustrie haben wir zudem Kunden in weiteren Industriebranchen, wie dem Windkraftanlagenbau.

Hier geht es vor allem um die Effizienzsteigerung der Anlagen durch die Verwendung längerer Rotorschwingen. Diese Neuerung soll jedoch ohne konstruktive Anpassungen an den Flanschverbindungen durchgeführt werden. Aufgrund der weit höheren Momente, die die Flanschverbindung übertragen muss, kann es unter Umständen zu einer Deformierung der Bolzen kommen, was im Servicefall negative Auswirkungen haben könnte. Durch die reibwerterhöhende Wirkung unserer Friction Inserts wird die Verbindung bei der Übertragung der anfallenden Momente unterstützt und somit ein Deformieren der Verbindungselemente verhindert.

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