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Hightech in der Zulieferindustrie: Nanostrukturen

Hauchdünne Schichten

In der Automobilindustrie spielen sie eine immer wichtigere Rolle. Sei es bei der Beschichtung von Motorteilen, im Reifen, in Filtermedien oder in Armaturendisplays.

Nanotechnologische Produkte sind eher unspektakulär und haben an den unterschiedlichsten Stellen fast unbemerkt Einzug ins Fahrzeug gehalten. Funktionale Strukturen werden in der Regel als nano­skalig beschrieben, wenn sie kleiner als 100 Nanometer sind. Ein Nanometer ist der millionste Teil eines Millimeters. Zur Verdeutlichung: 15 Kohlenstoff­atome sind einen Nanometer groß. Um Strukturen in dieser Größenordnung zu erforschen und entwickeln, reichen normale Elektronen-Raster-Mikroskope nicht mehr aus. Als Standardwerkzeuge dienen hier beispielsweise hochauflösende Transmissions-Elektronen-Mikroskope oder die Raman-Spektroskopie. Bei der Nanotechnologie handelt es sich um eine Querschnittstechnologie, die auf klassischen Gebieten wie Chemie, Physik und Maschinenbau fußt, aber auch neue Disziplinen wie Nano-Biotechnologie und Teilgebiete der Mikrosystemtechnik berührt. Nanotechnologie verbessert Reifen Nicht mehr wegzudenken sind nanotechnologische Produkte beispielsweise in Fahrzeugreifen. Eigenschaften wie Laufleistung, Reißfestigkeit und Straßenhaftung werden im Wesentlichen dadurch erreicht, dass dem Kautschuk neben Silica und Organosilane feine Rußpartikel beigemischt werden. Eine weitere Erhöhung der Laufleistung und der Griffigkeit verspricht sich die Reifenindustrie von sogenannten Nanostrukturrußen. Ihre Gewinnung erreichen die Reifen-Chemiker durch die thermische Zersetzung von Rußöl. Fortschritte der Analyse- und Messtechnik und neue Erkenntnisse bei den zugrunde liegenden Prozessen ermöglichen eine gezielte Modifizierbarkeit von Rußpartikeln. Somit lassen sich verschiedene Strukturen und Oberflächen schaffen, die ihrerseits wiederum die Reifen­eigenschaften beeinflussen. Eine große Zukunft in der Fahrzeugindustrie wird der nächsten Leuchtdioden-Generation, den organischen Leuchtdioden, vorhergesagt. Interessant sind sie besonders für jegliche Display-Spielarten, sei es in Form einer frei programmierbaren Instrumentenanzeige oder für Navigationsbildschirme. Weitere Einsatzgebiete sind Anzeigen auf Scheibenflächen oder die Beleuchtung des Kabinen-Innenraums. OLED-Anzeigen zeichnen sich durch hohen Kontrast und große Farbechtheit aus. Leuchten durch Elektronen Organische Leuchtdioden sind aus mehreren Schichten von bis zu 100 Nanometer Dicke aufgebaut. Trägermaterial sind in der Regel flexible Kunststofffolie oder Glas. Zuerst wird darauf Indiumzinnoxid als Anode aufgebracht. Darauf folgen Schichten aus leitendem Kunststoff und einem organischen Farbstoff. Zuletzt wird die Kathoden-Schicht aufgedampft. Wird der Stapel unter Strom gesetzt, fließen Elektronen zu dem Farbstoff, worauf er zu leuchten beginnt. Auch bei der Verringerung der Motorreibung zur Kraftstoffeinsparung leisten diverse Nano-Schichtsysteme einen wertvollen Beitrag. Reibungsverluste entstehen an den bewegten mechanischen Motorteilen. Dazu gehören die Kolben, Zylinderwandungen, Kurbelwelle, Pleuel und Lagerungen sowie Nockenwellen und Ventile. Den größten Anteil an den Reibungsverlusten haben die Kolben. Nanofriks nennt der Automobilzulieferer Kolbenschmidt Pierburg (KSPG) eine Beschichtung mit Nanoteilchen, die auf dem Kolbenschaft haftet. Ein Verbund aus Kohlenstofffasern im Mikrometerbereich und Partikeln im Nanometerbereich bilden die Laufschicht dieser Kolben. Sie sollen Verschleiß- und Reibungseigenschaften bei hoch belasteten Kolben verbessern und somit zur Verbrauchs- und Schadstoffreduzierung beitragen. Kolbenringe mit Nanobeschichtung Auch Mahle entwickelt Lösungen auf diesem Gebiet. Dazu gehören Beschichtungen für Kolbenringe, die auf Keramikstrukturen mit verschiedenen Nano-Mehrfachschichten basieren. Aufgebracht werden die Materialien in zehn Nanometer dicken Schichten. Eine andere Beschichtung namens Ceram-Slide bietet ­eine Struktur, bei der frei amorphe Kohlenteilchen in eine Keramikstruktur eingebettet sind. Bei der Verarbeitung der Schichten in einem Vakuum-Verdampfungsprozess wird die Materie Atom für Atom aufgebracht.   Unverzichtbar ist Nanotechnologie bei der Herstellung jeglicher Filtermedien. Bei der Produk­tion bringen Zulieferer wie Mann+Hummel oder Mahle feinste Polymerfasern in hauchdünnen Schichten auf Trägermaterialien auf. Bei Luftfiltern für Nutzfahrzeuge sind das beispielsweise Polyamidfasern mit ­einem Durchmesser von weniger als etwa 100 Nanometern, die auf einem dünnen, offenporigen Zellulosemedium haften. Hohe Abscheidegrade erreichen solche Systeme durch das Prinzip der Oberflächenfiltration. Das Filtermedium ist dabei sehr dünn gehalten, die Faltenabstände liegen eng beinander. Laut Mann+Hummel lassen sich mit solchen Nanobeschichtungen Abscheidegrade von bis zu 99,97 Prozent erreichen

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Dieser Artikel stammt aus Heft lastauto omnibus 12/2015.
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Andreas Wolf lastauto omnibus

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Datum

10. Dezember 2015
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