Es ist ein altbekanntes Problem: Die Räder von Velos oder Inlineskates beginnen mit der Zeit zu quietschen oder blockieren vollständig. Ein Mitarbeiter der Freiburger Hochschule für Technik und Architektur hat Vorarbeit geleistet, um für dieses Problem Abhilfe zu schaffen. Unter der Lei- tung seines Dozenten, Stefan Hengsberger, hat Adrien Spaggiari im Rahmen seiner Masterarbeit ein Kugellager aus Kunststoff entwickelt, das weniger Reibung erzeugt und effizienter ist als solche aus Stahl. Dafür ist er im Februar mit dem Swiss-Plastics-Cluster-Preis ausgezeichnet worden.

Anfrage von einer Firma

Der gebürtige Tessiner arbeitet an der Hochschule im Institut für angewandte Forschung in der Kunststofftechnik (iRAP) als wissenschaftlicher Assistent. Er beschäftigt sich mit dem Einsatz und der Anwendung verschiede- ner Kunststoffarten. Bei seiner Masterarbeit habe er die Jesa AG, eine Spezialistin für Kugellagerlösungen, in Forschung und Entwicklung unterstützt, erklärt Adrien Spaggiari gegenüber den FN.

«Die Anfrage ist relativ simpel gewesen», sagt er. Die Firma aus Villars-sur-Glâne setze in der Praxis einen stählernen Käfig für ihre Kugellager ein, zu dem sie Fett und Öl als Schmiermittel hinzufügen müsse. Dies könne mit der Zeit aushärten oder aus dem Kugellager geschleudert werden. «Nun war es meine Aufgabe, eine alternative Lösung dafür zu finden. Dieses Projekt diente für mich als Masterarbeit.» Ab September 2012 habe er 18 Wochen daran gearbeitet.

Kunststoff statt Metall

So habe er für die neuen Kugellager einen Käfig aus Kunststoff entwickelt, aus dem sich mit der Zeit Schmiermittel lösen solle. «Das Ziel war, einen Käfig herzustellen, zu dem kein zusätzliches Schmiermittel beigefügt werden muss.» Ein Teil von Spaggiaris Forschungsarbeit sei die Suche nach idealen Materialien gewesen. Als geeignet seien ihm Kunststoffe erschienen, die bereits Kevlar, Teflon oder Silikonöle enthalten: «Es gibt auf dem Markt Kunststoffmaterialien, die bereits eine Art Schmiermittel als Zusatzstoff enthalten. Diese eignen sich besonders gut.»

 Mithilfe eines 3D-Druckers habe er ein Modell für den neuen Käfig konstruiert. «Dann habe ich eine Plastikspritzgussform gebaut, mit der ich rund hundert Käfige herstellen konnte.» Anschliessend habe er die Käfige mehreren Tests unterzogen. Unter anderem habe er das Drehmoment und die Abnutzung unter Extrembedingungen getestet.

Probleme in der Praxis

«Derzeit ist das Kugellager aus Kunststoff aber noch nicht am Punkt, an dem man es auf den Markt bringen könnte», sagt Spaggiari. Ein grosses Manko sei vor allem der Preis. Während Kugellager aus Stahl nur einige Rappen kosten würden, liege der Preis für Kugellager aus Kunststoff im Frankenbereich. «Das liegt daran, dass die Kunststoffe sehr komplex und hochwertig sind.»

Ein weiteres Problem habe der Belastungstest offenbart: «Kugellager aus Stahl haben eine längere Lebensdauer.» Diese hätten im Test unter Ex-trembedingungen rund drei Tage funktioniert. Das Kugellager aus Plastik sei nach acht Stunden zerbrochen. «Wegen dieser finanziellen und technischen Hürden wird sich die Weiterarbeit am Projekt vorerst auf diese Probleme konzentrieren.» Trotzdem ist Spaggiari mit dem Projekt zufrieden: «Die Integration von Schmiermitteln in Kunststoff ist eine gute Sache und könnte in anderen Bereichen angewendet werden.» Schliesslich sei für Spaggiari auch die Kooperation mit der Jesa AG eine wertvolle Erfahrung gewesen.

«Die Integration von Schmiermitteln in Kunststoff ist eine

gute Sache.»

Adrien Spaggiari

Mitarbeiter der Freiburger Hochschule für Technik und Architektur