Forschungsprojekt Mikrostrukturen für rüttelsichere Stecker

Beispiel für eine lasererzeugte Oberflächenstruktur
Beispiel für eine lasererzeugte Oberflächenstruktur.

Ein deutsch-österreichisches Forschungsteam hat eine neue Methode für ausfallsichere Steckverbinder entwickelt. Dafür nutzen die Wissenschaftler Laserlicht.

Sind Steckverbinder Erschütterungen oder Vibrationen ausgesetzt, zum Beispiel in Autos, beginnen die Stecker hin und her zu wackeln. Das sogenannte „Fretting“ sorgt für Verschleiß und kann zum Ausfall des Kontakts führen.

Wissenschaftler der Universität des Saarlandes in Saarbrücken, der TU Dresden und der TU Wien wollen das Problem mit neuen Erkenntnissen aus der Tribologie bekämpfen – der Wissenschaftsdisziplin, die sich mit Reibung und Verschleiß auseinandersetzt. »Das Problem ist, dass wir zwei schwer vereinbare Anforderungen gleichzeitig erfüllen müssen«, sagt Prof. Carsten Gachot vom Institut für Konstruktionswissenschaften und Technische Logistik der TU Wien. »Einerseits sollen die Kontakte halten und auch durch Vibrationen nicht gelockert werden, andererseits sollen sich die Stecker mit relativ geringem Kraftaufwand ein- und wieder ausstecken lassen.«

Die Lösung: Die Wissenschaftler versehen die Stecker mit einer feinen Struktur. »Verschiedene Muster auf mikroskopischer Skala, die dem Material aufgeprägt werden, können das Reibe- und Verschleißverhalten drastisch beeinflussen«, so Gachot. »In Simulationsberechnungen und Experimenten untersuchen wir an der TU Wien, welche Strukturen das beste Ergebnis liefern.«

Mit Laserlicht eingebrannt

Um die feinen Strukturen herzustellen, nutzen die Forscher Laserlicht und dessen Welleneigenschaften: Die Materialoberfläche lässt sich mit einem komplizierten Wellenmuster beleuchten, wenn man einen Laserstrahl in zwei Teile aufspaltet und beide anschließend auf der Oberfläche überlagert. Das entstehende Lichtmuster verdampft das Material an bestimmten Stellen, an anderen Orten aber bleibt die Oberfläche unversehrt. So lassen sich, je nachdem, wie die Strahlen miteinander überlagert werden, in kurzer Zeit unterschiedliche Mikro- und Nanostrukturen erzeugen.

»Mit bisherigen Methoden wäre es nicht wirtschaftlich gewesen, Steckkontakte mit solchen Strukturen zu versehen«, sagt Gachot. »Aber mit dieser Lasermethode kann man innerhalb von 40 Sekunden die Strukturierung für alle Steckkontakte eines ganzen Autos durchführen – für Zusatzkosten von 21 Cent pro Auto.«

Die Entwicklung von Mikro- und Nanostrukturen für Steckverbindungen ist aber nicht nur für die Automobilindustrie interessant. Die Erkenntnisse lassen sich auf viele technische Bereiche übertragen, von Alltagsgeräten bis Flugzeugturbinen.