Schmierstoffe: Nahezu reibungslos

Passagiere geben ihre Koffer auf, die über Fließbänder automatisch weiter befördert werden, Personenförderbänder und Rolltreppen laufen stundenlang ohne Pause – an den Großflughäfen rattern tausende von Getrieben. Der Stromverbrauch ist enorm, er liegt im Bereich von mehreren Gigawattstunden pro Jahr. Ein wesentlicher Teil davon geht durch Reibung verloren.

Auch bei Windenergieanlagen und im Auto werden einige Prozent der Energie gleich wieder in die Reibung gesteckt – der Wirkungsgrad sinkt dementsprechend. Abhilfe schaffen könnten neuartige Schmierstoffe, die Reibungseffekte nahezu ausschalten. Einmal angeschubst, laufen Lager, und laufen und laufen.

Doch was unterscheidet das neue Schmiermittel von den Ölen, die bisher die Lager gefettet haben? »Bei diesem Schmierstoff handelt es sich um Flüssigkristalle, die man auch vom Flachbildschirm kennt«, erklärt Dr. Andreas Kailer, Abteilungsleiter am Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM in Freiburg. »Im Gegensatz zu üblichen Flüssigkeiten sind die Moleküle in Flüssigkristallen ausgerichtet – man kann sie mit Streichhölzern vergleichen, deren Köpfe alle in die gleiche Richtung zeigen.«

Die Forscher am IWM untersuchen gemeinsam mit ihren Kollegen vom Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP in Potsdam und der Mainzer Firma Nematel, welche Flüssigkristalle sich unter welchen Bedingungen am besten als Schmiermittel eignen. Dazu spannen sie einen Metallzylinder in eine Prüfmaschine, die diesen mit einer bestimmten Kraft auf die Unterlage drückt und hin und her bewegt. Bei welchem Schmiermittel braucht die Maschine am wenigsten Energie, um den Metallzylinder zu bewegen?

Während sich die Reibung bei herkömmlichem Öl kaum verändert, sinkt sie bei den Flüssigkristallen nach einiger Zeit auf nahezu null ab. Wie lange dies dauert, hängt vor allem vom Druck ab, mit dem der Zylinder bei seiner Bewegung auf die Unterlage gepresst wird. Vergleicht man dies mit einem Schlitten, entspräche dies dem Gewicht des Kindes, das auf ihm sitzt. »Für Kugellager eignen sich die Flüssigkristalle bisher nicht als Schmierstoff, hier ist der Kontaktdruck zu hoch – die Reibung sinkt hier nicht genügend ab.

»Für Gleitlager hingegen sind die Flüssigkristalle optimal«, sagt Kailer. Da Flüssigkristalle bislang vor allem für Bildschirme hergestellt werden, müssen sie hochrein sein – was sie sehr teuer macht. Die Forscher wollen die Herstellung nun vereinfachen, denn als Schmiermittel eignen sich auch weniger reine Stoffe. »Wir hoffen, in drei bis fünf Jahren einen Schmierstoff aus Flüssigkristallen auf den Markt bringen zu können«, sagt Kailer.