Neuartiger Schmierstoff ermöglicht reibungsloses Gleiten

Das Freiburger Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik entwickelt Schmierstoffe, die auf Flüssigkristallen basieren. Werden zwei Oberflächen gegeneinander bewegt, richten sich die dazwischen befindlichen Flüssigkristall-Moleküle so aus, dass der Reibungswiderstand extrem gering ist.

Schmierstoffe sind fast überall im Einsatz – in Motoren, Produktionsmaschinen, Getrieben, Ventilen. Doch seit zwei Jahrzehnten gab es auf diesem Gebiet keine grundlegenden Innovationen. Nun hat das Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM in Freiburg mit einem Konsortium flüssigkristallbasierte Schmierstoffe entwickelt, die für einen Durchbruch sorgen könnte.

Die Besonderheit der flüssigkristallbasierten Schmierstoffe besteht darin, dass diese zwar flüssig sind, aber zugleich richtungsabhängige physikalische Eigenschaften zeigen wie ein Kristall. Werden zwei Oberflächen gegeneinander bewegt, richten sich die dazwischen befindlichen Flüssigkristall-Moleküle so aus, dass der Reibungswiderstand extrem gering ist. Dies ermöglicht ein nahezu reibungsloses Gleiten.

Flüssigkristalle sind eher durch ihren Einsatz in LCD-Bildschirmen von Fernsehern, Handys oder Touchscreens bekannt. Die ungewöhnliche Idee, sie als Schmierstoff zu verwenden, hatte die Nematel GmbH. Das Unternehmen wandte sich damit an das Fraunhofer IWM. Dort setzte Tobias Amann die Flüssigkristalle als Schmierstoff zwischen zwei Werkstücken aus Metall ein. „Schon bei den ersten Proben haben wir überraschenderweise extrem niedrige Reibungskoeffizienten gemessen“, erinnert sich Amann.

Als Schmierstoff eignen sich diejenigen Flüssigkristalle, die aus stäbchenförmigen Molekülen bestehen, fanden die Wissenschaftler am IWM heraus. „Gibt man den Flüssigkristall als Schmierstoff zwischen zwei Oberflächen, die sich gegenläufig bewegen, richten sich die Stäbchen parallel zueinander in Schichten auf“, sagt Andreas Kailer, stellvertretender Leiter des Geschäftsfelds Tribologie am IWM. Diese Schichten sind in sich sehr stabil, lassen sich aber leicht gegeneinander verschieben. Das reduziert die Reibung und den Verschleiß auf ein Minimum.

Um aus den Flüssigkristallen einen praxistauglichen Schmierstoff zu entwickeln, fehlte allerdings noch viel. Daher startete das IWM 2010 gemeinsam mit der Nematel GmbH und den Schmierstoffexperten der Dr. Tillwich GmbH ein Projekt, das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördert wurde.

Susanne Beyer-Faiß, Schmierstoffentwicklerin bei Tillwich, verbesserte mit Hilfe von Additiven die Stabilität der Flüssigkristalle-Schmierstoffe. Gleichzeitig baute ihr Kollege Werner Stehr einen speziellen Prüfstand, auf dem er die extrem geringen Reibungswerte mit Lasertechnik berührungslos messen konnte.

Tobias Amann entschlüsselte die Mechanismen, die zu den ultraniedrigen Reibwerten führen und fand heraus, wie die neuen Schmierstoffe gezielt weiter optimiert werden konnten. Außerdem untersuchte er die chemischen Mechanismen im Reibkontakt und die Auswirkung von Mischungen unterschiedlicher Flüssigkristallmoleküle.

Am Ende des Projekts hatten die Partner den Prototyp eines flüssigkristallinen Schmierstoffs in der Hand, der seine beste Wirkung in Gleitlagern aus Eisen zeigt. Für diese Pionierleistung erhalten Tobias Amann, Andreas Kailer, Susanne Beyer-Faiß, Werner Stehr und Holger Kretzschmann den Wissenschaftspreis des Stifterverbands, der alle zwei Jahre für exzellente Verbundprojekte der angewandten Forschung vergeben wird.

Zurzeit entwickelt das Team gemeinsam mit weiteren Industriepartnern innovative, mit Flüssigkristallen geschmierte Gleitlager für Elektrokleinmotoren in Autos, wie sie zum Beispiel in Lichtmaschinen oder zum Antrieb von Scheibenwischern zum Einsatz kommen.

Kommentare

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  1. Rudolf Steinmetz sagt:

    ACHTUNG Fraunhofer! Euer Schmierstoff entspricht NICHT dem Rockefeller-Design, d.h. er kommt womöglich OHNE Erdöl aus. Das bedeutet, entweder er verschwindet vom Markt bzw. kommt erst gar nicht erst dorthin (bzw. dessen Promotern). NOTABENE: Forschungsgelder hängen stärkt von dieser Design-Regel ab.
    ZUM BEISPIEL DAS E-Auto – in seiner schlüssig entwickelten Form (also inclusive intelligenten Stromnetzen mit virtuellen Kraftwerken) verstösst gegen das Rockefeller-Design. D.h. hier geschieht nichts, was den eigentlich-heimlichen Eigentümern der USA nicht gefällt, d.h. der City of London. So weit, so gut. Nehmen wir einmal an, jemand macht eine Erfindung, die gegen das Rockefeller-Design verstösst, d.h. sie wäre tatsächlich (!) nachhaltig, dann kommt sie nicht auf den Markt. Entweder sie verschwindet in einem NSA-Archiv, oder es macht Bumm (so z.B. wie bei Herrhausen, Buback oder Beckurts).
    WARUM ALSO DER BEGRIFF „Rockefeller-Design“? Das Drehbuch für sämtlichen Vorkommnisse seit 1912 (!) betreffend dem Herzen Europas, nämlich den Deutschen oder dem Deutschen (Kaiser)Reich bis hin zur EU, der Euro-Krise, den Öl-Kriegen in Arabien, dem dramatischen Geburtenrückgang UND der Vergiftung unserer Lebensgrundlagen (alias TOTALE & GLOBALE KONTROLLE über Bildung, Energie, Fortpflanzung, Ernährung und Medien), findet man hier (Haliburton, Monsanto & CO sind mächtige Erfüllungsgehilfen): Gary Allen, The Rockefeller-File, USA 1975,  deutsch:  Die  Rockefeller  Papiere, Wiesbaden 1976, Vorwort Lawarence P. McDonald,  Mitglied des US-Kongresses,  der 1983 für seine Courage, diesen Plan einer “privaten” Weltregierung öffentlich zu bekämpfen, im Jumbo-Jet  der Korea Airline  (KAL 007)  mit 270 Menschen an Bord abgeschossen wurde.
    NOTABENE: Atomkraft wie auch das schmutzige Fracking entsprechen dem Rockefeller-Design!
    D.H. wenn mann in diesem globalen Saustall gewisse geheime Spielregeln verletzt, etwa gegen das Rockefeller-Design verstösst, dann rollt wie aus dem Nichts eine Lawine an mit zahlreichen Eskalationsstufen. So wie in der Ukraine, oder Syrien oder auch in Bosnien. Allerhöchste Zeit diesem Spielchen ein Ende zu bereiten.
    KONRAD ADENAUER war mit dem Rockefeller-Banker John Jay McCloy verwandt, der nach dem II.Weltkrieg als „einflussreichste Privatperson Amerikas“ und US-Hochkommissar die Atlantik-Brücke so baute, dass sie uns Deutsche keine Luft mehr lässt zum Atmen. UND Das ebenso Gottlose wie bigotte Europa der Rockefeller wurde bereits 1890 (!) auf einer Landkarte im britischen Magazin „Truth“ publiziert, Näheres in dem Beitrag „Zertrümmerung Mitteleuropas“: http://www.perseus.ch/PDF-Dateien/Zertruemmerung_0610.pdf
    HANDLANGER der City of London waren u.a. der letzte Reichskanzlers Prinz Max von Baden, der Kaiser Wilhelm II. zur Abdankung drängte. WIE AUCH DIE SOGENANNTEN Väter Europas, u.a. Konrad Adenauer, Jean Monnet undRobert Schumann – der letzte authentische Europäer nach Karl dem Grossen war Charles de Gaulles.
    VERSTEHT SICH von selbst, dass sämtliche Freihandelsabkommen wie FATCA, TAFTA, oder TTIP nur die kollektive Versklavung wollen, einen Überblick bietet Eberhard Hammer, Atlantische Partnerschaft oder Untertänigkeit: http://www.zeit-fragen.ch/index.php?id=1704

  2. Christian Stroetmann sagt:

    Die grundlegende Idee ist schon älter.
    So führte ein Bericht über ein Unternehmen, das an ähnlichen Flüssigkeiten arbeitet(e), im Jahr 2008 zu unseren Innovationsprojekten Fluid Diamond und NanoFluid/NanoLiquid im OntoLab und von Style of Speed.
    Zugegebenermaßen haben wir unsere Projekte entweder so beschrieben, das sie auf das Kühlen oder auf die allgemeine Verbesserung von Flüssigkeiten ausgerichtet sind. Nichtsdestotrotz sind die Ideen und Umsetzung sehr verwandt und insbesondere Fluid Diamond deutet auch auf einen Schmierstoff hin. Man muß ja schließlich das Kind nicht immer mit dem Bade ausschütten.

    Wer etwas von Schiffsschrauben versteht, der weiß, dass das eigentliche Problem die Kavitation ist und nicht eine möglichst effiziente Form des Propellers. Ähnlich verhält es sich mit diesen Stoffen. Das Problem, das wir mit solchen Schmierstoffen und Kühlmitteln also sehen, ist nicht die Reibung in der Flüssigkeit selber, sondern der Abrieb genau an der Grenzschicht zwischen den Oberflächen und der dazwischen liegenden Flüssigkeit.

    Mit schönen Grüßen
    Christian Stroetmann