Leichter lenken

Dichtungen und Lager sind zentrale Maschinenelemente des Fahrzeugbaus. Die einwandfreie Funktion der für den Fahrer unsichtbaren Komponenten entscheidet nicht nur über die Langlebigkeit, sondern auch über die Betriebssicherheit. Gleichzeitig sollen Maschinenelemente aber so klein und so leicht wie möglich ausfallen und zudem möglichst wenig kosten. Eine exakte Abstimmung von Dichtung und Lager ist die Voraussetzung dafür, diesen Zielkonflikt aufzulösen. Freudenberg Sealing Technologies stellt nach zweijähriger Entwicklungsarbeit nun erstmals eine Dichtung vor, die die Lagerfunktion optimal integriert.

Ausgangspunkt war das Gehäuse eines Sensors im Gestänge einer elektromechanischen Lenkung (EPS). Der Sensor erfasst den aktuellen Lenkwinkel und liefert damit Daten für wichtige Assistenzsysteme, etwa für das elektronische Stabilitätssystem ESP. Die Dichtung in dem mit einem Kunststoffdeckel versehenen Gehäuse hat die Aufgabe, den Sensor über die komplette Fahrzeug-Lebensdauer vor dem Eindringen von Staub, Spritzwasser und anderen Medien zu schützen. Doch auch die Aufgabe des bislang separat zugelieferten Lagers ist entscheidend, denn es ist im Betrieb erheblichen mechanischen Belastungen ausgesetzt. Im Einzelfall – etwa beim Überfahren einer Bordsteinkante mit vollem Lenkeinschlag – treten in radialer Richtung Kräfte von bis zu 3.000 Newton auf.

Verminderte Vibration, erhöhter Lenkkomfort

Freudenberg Sealing Technologies konnte mit seiner Lösung sowohl die Lagerungs- als auch die Dichtungseigenschaften wesentlich verbessern. Die Steifigkeit des integrierten Kunststofflagers ist höher, so dass dessen Auslenkung beim Auftreten von Querkräften um rund 50 Prozent sinkt. Dadurch vermindern sich die eingeleiteten Vibrationen, was den Lenkkomfort für den Fahrer erhöht. Die Dichtung hingegen weist eine um 35 Prozent geringere Reibung auf, was das Lenken einfacher macht – wichtig insbesondere für hochautomatisiertes Fahren. Das Gewicht des kompletten Bauteils sinkt durch die Integration sogar um 80 Prozent und leistet somit einen Beitrag zu einer nachhaltigen Produktgestaltung. Einen wesentlichen Anteil an den verbesserten Eigenschaften hat der von Freudenberg Sealing Technologies patentierte Aufbau des Kunststofflagers.

Jede Neuentwicklung für eine sicherheitskritische Anwendung im Automobil unterliegt zahlreichen Anforderungen, die der Hersteller im Vorfeld spezifiziert. Anhand einer solchen Spezifikation hat Freudenberg Sealing Technologies im Jahr 2019 zahlreiche Tests durchgeführt, etwa um die geforderte Temperaturfestigkeit im Bereich von -40 bis +125 Grad Celsius unter mechanischer Belastung nachzuweisen. Das Unternehmen prüfte auch Extremfälle – etwa das direkte Anstrahlen mit hohem Wasserdruck, das in der Praxis während einer Motorwäsche auftreten kann. Die Dichtung mit integriertem Lager hat sich in allen Tests bewährt. „Wir können eine kundenspezifische Serienentwicklung nun jederzeit starten“, sagt Freudenberg-Experte Frank Schönberg.

Derweil denken die Vorentwickler von Freudenberg Sealing Technologies schon über weitere Anwendungen nach, in denen sie das Kunststoff-Know-how und die Dichtungskompetenz verbinden können. Damit erschließt sich der Automobil- und Industriezulieferer einen großen Markt: Einsatzmöglichkeiten für Dichtungen mit integrierten Gleitlagern finden sich nicht nur im Automobil, sondern auch in vielen Industrieanlagen. Auch die Weiterentwicklung des Herstellverfahrens haben die Experten im Blick: Wird die Dichtungs-Lager-Einheit derzeit noch montiert, könnte sie mit neuen Werkstoffen künftig auch in einem integrierten Zweikomponenten-Spritzgussverfahren produziert werden.