Reibungskoeffizient nahe Null 26.05.2014, 09:55 Uhr

Flüssigkristalle aus LCD-Bildschirmen sind auch effizienter Schmierstoff

Eigentlich sorgen Flüssigkristalle in LCD-Bildschirmen von Smartphones und Fernseher für ein gestochen scharfes Bild. Sie sind aber auch ein ausgezeichneter Schmierstoff, der kleine Getriebe nahezu ohne Reibung laufen lässt. 

Das Fraunhofer-Institut testete das neue Schmiermittel im Labor bereits mit Testgetrieben. Dabei stellten die Forscher fest, dass der Reibungskoeffizient nahe Null lag. 

Das Fraunhofer-Institut testete das neue Schmiermittel im Labor bereits mit Testgetrieben. Dabei stellten die Forscher fest, dass der Reibungskoeffizient nahe Null lag. 

Foto: Fraunhofer IWM/Screenshot

Ausgerechnet Feststoffe können zum Schmieröl der Zukunft werden. Dazu noch solche, die in einem völlig anderen Bereich eingesetzt werden: Als Bildpunkte in Displays von Fernsehern, Computern und Mobiltelefonen.

Die Idee hatte der Mainzer Flüssigkristalle-Spezialist Nematel. Er bat Forscher des Fraunhofer-Instituts für Werkstoffmechanik (IWM) in Freiburg um Mithilfe bei der Realisierung. Tobias Amann setzte die von Nematel gelieferten Flüssigkristalle als Schmiermittel zwischen zwei metallischen Bauteilen ein, die sich gegeneinander bewegten. „Schon bei den ersten Versuchen haben wir überraschenderweise extrem niedrige Reibungskoeffizienten gemessen“, erinnert sich Amann.

Kristalle verschieben sich beinahe ohne Kraftaufwand

Das Mainzer Unternehmen hatte Flüssigkristalle geliefert, die unter dem Mikroskop Stäbchen glichen. Zwischen zwei Metallteilen, die gegeneinander verschoben werden, drehen sie sich in die Bewegungsrichtung. Sie ordnen sich übereinander an, sodass sie eine Art Puffer zwischen den Bauteilen bilden. Die Stäbchenschichten sind für eine begrenzte Zeit sehr stabil, lassen sich allerdings sehr leicht gegeneinander verschieben. Dadurch reduziert sich die Reibung auf einen Wert nahe Null.

Präsentieren stolz den neuen Schmierstoff (v.l.n.r.): Dr. Holger Kretzschmann (Nematel), Werner Stehr und Susanne Beyer-Faiß (Dr. Tillwich GmbH), Dr. Andreas Kailer und Dr. Tobias Amann (Fraunhofer IWM).

Präsentieren stolz den neuen Schmierstoff (v.l.n.r.): Dr. Holger Kretzschmann (Nematel), Werner Stehr und Susanne Beyer-Faiß (Dr. Tillwich GmbH), Dr. Andreas Kailer und Dr. Tobias Amann (Fraunhofer IWM).

Quelle: TU Wien

Flüssigkristalle sind zwar Feststoffe. Auf Grund ihrer Struktur und ihrer geringen Größe verhalten sie sich jedoch wie Flüssigkeiten. Deren Moleküle beziehungsweise Kristalle können sich beinahe ohne Kraftaufwand gegeneinander verschieben.

Die Stäbchenkristalle hatten zwar bewiesen, dass sie als Schmierstoff taugen. Doch die Langzeitstabilität ließ zu wünschen übrig. Ähnlich wie Autobesitzer, die sich möglichst lange Intervalle zwischen zwei teuren Ölwechseln wünschen, hat auch die Industrie kein Interesse an häufigen Stillstandszeiten wegen Wartungsarbeiten.

Mehr noch: Ideal wäre ein Schmiermittel, das gar nicht mehr gewechselt werden muss. Das nahmen die Fraunhofer-Forscher und Nematel vor vier Jahren in Angriff. Ins Boot holten sie noch den Schmierstoffspezialisten Dr. Tillwich, ein Unternehmen aus dem Schwarzwaldstädtchen Horb.

Premiere in Scheibenwischermotoren von Autos geplant

Susanne Beyer-Faiß, Schmierstoffentwicklerin bei Tillwich, verbesserte mit Hilfe von Additiven die Stabilität der Flüssigkristalle-Schmierstoffe. Gleichzeitig baute ihr Kollege Werner Stehr einen Prüfstand, auf dem er die extrem niedrigen Reibungswerte mit Lasertechnik berührungslos messen konnte. Amann schließlich entschlüsselte die Mechanismen, die zu den ultraniedrigen Reibwerten führen.

Der neue Schmierstoff soll zuerst in Lichtmaschinen und Scheibenwischermotoren eingesetzt werden. Ziel ist es, ihn so langlebig zu machen, dass er ein komplettes Motorenleben übersteht.

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