MMaterialsgateNEWS vom 22.05.2014

Verwandte MaterialsgateCARDS

Flüssigkristalle als Schmierstoffe

Kleine Antriebe können Dank einer neuen Schmierstoffklasse nun nahezu ohne Reibung laufen. Möglich machen das Flüssigkristalle, die die Reibung und den Verschleiß stark verringern. Für diese Innovation erhalten die Forscher den Wissenschaftspreis des Stifterverbands.

Schmierstoffe sind fast überall im Einsatz – in Motoren, Produktionsmaschinen, Getrieben, Ventilen. Obwohl sie in nahezu allen Maschinen für einen ruhigen Lauf sorgen, gab es auf diesem Gebiet in den vergangenen beiden Jahrzehnten keine grundlegenden Innovationen. Das Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM in Freiburg hat mit einem Konsortium jetzt eine völlig neue Substanzklasse entwickelt, die für einen Durchbruch sorgen könnte: Flüssigkristallbasierte Schmierstoffe. Ihre Besonderheit: Sie sind zwar flüssig, zeigen aber auch richtungsabhängige physikalische Eigenschaften wie ein Kristall. Werden zwei Oberflächen gegeneinander bewegt, richten sich die dazwischen befindlichen Flüssigkristall-Moleküle so aus, dass der Reibungswiderstand extrem gering ist. So ermöglichen Flüssigkristalle 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 Dr. 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.

Stäbchenförmige Moleküle bilden flüssige Kristallstruktur

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«, erklärt Dr. 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 Dr. Tobias Amann, Dr. Andreas Kailer, Susanne Beyer-Faiß, Werner Stehr und Dr. 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.

Quelle: Fraunhofer-Gesellschaft - 21.05.2014.

Recherchiert und dokumentiert von:

Dr.-Ing. Christoph Konetschny, Inhaber und Gründer von Materialsgate
Büro für Material- und Technologieberatung
Die Recherche und Aufbereitung der in diesem Dokument genannten Daten erfolgte mit größter Sorgfalt.
Für die Richtigkeit, Gültigkeit, Verfügbarkeit und Anwendbarkeit der genannten Daten übernehmen wir zu keinem Zeitpunkt die Haftung.
Bitte diskutieren Sie die Verwendung und Eignung für Ihren konkreten Anwendungsfall mit den Experten der genannten Institution.

Sie wünschen Material- und Technologierecherchen zu diesem Thema?

Materialsgate steht für hochwertige Werkstoffberatung und innovative Materialrecherchen.
Nutzen Sie unseren Beratungsservice

MMehr zu diesem Thema

Maschinenteile verschleißen, wenn ihre metallischen Oberflächen aufeinander reiben. Dagegen helfen Schmierstoffe oder Funktionsöle. Sie verbinden sich mit Schmutz, Abrieb und Staub und verklumpen oder verharzen nach einiger Zeit.

Dann müssen Maschinenteile aufwändig gereinigt und nachgefettet werden - häufigere Wartungen, höherer Ressourcenverbrauch, umweltbelastende Abfälle oder Maschinenausfälle sind die Folgen. Forscher am INM – Leibniz-Institut für Neue Materialien entwickelten jetzt einen Gleitlack, der auch ohne Fett schmiert und gleichzeitig vor Korrosion schützt. Er eignet sich als Beschichtung für Metalle und Metalllegierungen, wie zum Beispiel Stahl, Aluminium oder Magnesium. Vom 7. bis 11. April 2014 präsentieren die Forscher des INM dieses und weitere Ergebnisse in Halle 2 am Stand C48 auf der Hannover Messe im Rahmen der Leitmesse Forschung, Entwicklung und Technologietransfer. Dazu gehören... mehr mehr lesen

An seinem wichtigsten europäischen Standort für die Herstellung von Schmiedetrennmitteln und Spezialoberflächenbeschichtungen in Scheemda (Niederlande) hat Henkel eine neue Produktionslinie in Betrieb genommen. Dank der innovativen Technologie zum Mahlen des Rohstoffs Graphit werden Hochleistungsschmierstoffe für die Automobil- und Elektronikindustrie in verbesserter Qualität und erhöhter Kapazität als bisher hergestellt.

Der Herstellungsprozess wird hierbei sowohl hinsichtlich Flexibilität und Stabilität als auch in Bezug auf Nachhaltigkeitsaspekte optimiert. Mit der Investition in Scheemda (Niederlande) bestätigt Henkel seine führende Rolle im Markt der Schmierstoffe für die Metallverarbeitung und das Streben nach kontinuierlicher Weiterentwicklung der Herstellungsprozesse. Die moderne Technologie der neuen Produktionslinie erhöht die Produktionskapazität des Werkes, um die wachsende Nachfrage des Marktes zu bedienen. Unter anderem beliefert Henkel von Scheemda aus den europäischen und internationalen Automobilmarkt mit Schmierstoffen, die beim Warm- und Halbwarmschmieden von Teilen aller Formen... mehr mehr lesen

Unabhängigkeit vom Erdöl ist der Traum vieler rohstoffarmer Länder. Doch das schwarze Gold nimmt nach wie vor nicht nur eine dominante Rolle als Energieträger, sondern auch als Material für die chemische Industrie ein. Um das zu ändern, haben Forscher das Projekt »Integrierte BioProduktion« gestartet.

Im Fraunhofer-Zentrum für Chemisch-Biotechnologische Prozesse CBP in Leuna beginnt ab Anfang Oktober die Herstellung von Epoxiden aus heimischen pflanzlichen Ölen im Pilotmaßstab. Die chemischen Zwischenprodukte dienen zur Herstellung von Schmierstoffen, Tensiden oder Emulgatoren. Epoxide sind sehr reaktionsfähige organische Verbindungen, die aus einem Dreiring mit zwei Kohlenstoff- und einem Sauerstoffatom bestehen. Die chemische Industrie nutzt sie unter anderem zur Herstellung von Schmierölen für Fahrzeuge und Motoren oder von Tensiden und Emulgatoren für Wasch- und Reinigungsmittel. Bisher basieren Epoxide meist auf Ausgangsstoffen, die aus Erdöl gewonnen werden. Forscher am... mehr mehr lesen

Nanoröhren aus Kohlenstoff gelten wegen ihrer herausragenden physikalischen und chemischen Eigenschaften als Top-Kandidaten, um mikroelektronische Bauelemente weiter zu miniaturisieren und das heute gängige Silizium eines Tages zu verdrängen.

Der technologischen Anwendung stehen jedoch ungünstige Material-Eigenschaften entgegen wie etwa das Zusammenkleben der Röhrchen. Wissenschaftler der TU Dresden und des Forschungszentrums Dresden-Rossendorf (FZD) demonstrierten die Überlegenheit von Nanodrähten aus Molybdänsulfid in Experiment und Simulation und veröffentlichten ihre Ergebnisse vor kurzem in dem Fachjournal "Nano Letters". Seit der Entdeckung der Kohlenstoff-Nanoröhren im Jahr 1991 arbeiten Wissenschaftler intensiv daran, die Nanoröhren für unterschiedlichste Technologien zu erschließen: man erhofft sich Nanoröhren-Transistoren oder Nanoröhren-Speicher aus Kohlenstoff. Die nur wenige millionstel Millimeter... mehr mehr lesen

MaterialsgateNEWSLETTER

Partner der Woche

Suche in MaterialsgateNEWS

Bücher und Produkte

MaterialsgateANSWERS

MaterialsgateFAIR:
LASSEN SIE SICH INSPIRIEREN