Wissenschaftspreis des Stifterver-bandes 2014 - Forschung im Verbund

Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM

Fraunhofer IWM: Wissenschaftspreis des Stifterverbandes 2014 - Forschung im Verbund© Fraunhofer IWM
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) © Dirk Mahler/Fraunhofer
Der »Wissenschaftspreis des Stifterverbandes 2014 - Forschung im Verbund« ging an eine Entwicklung von technisch nutzbaren Flüssigkristall-basierten Schmierstoffen, die für einen Durchbruch in der Schmierungstechnik sorgen könnten. Diese neuen, sogenannten mesogenen Schmierstoffe können Reibungsverluste um 60% und den Gesamtverschleiß einer Schmierpaarung um etwa 20% verringern.

Fraunhofer IWM - Liquid Crystal as a Lubricant - video on YouTube
Klick auf das Bild: Start des englischen Videos »Liquid Crystal as a Lubricant«

Erarbeitet haben diese Lösung Dr. Andreas Kailer und Dr. Tobias Amann vom Freiburger Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM, Dr. Holger Kretzschmann der Nematel GmbH in Mainz sowie Werner Stehr und Susanne Beyer-Faiß der Dr. Tillwich GmbH Werner Stehr aus Horb-Ahldorf.
Fraunhofer IWM: Wissenschaftspreis des Stifterverbandes 2014 - Forschung im Verbund

Der mit 50 000 Euro dotierte Preis zeichnet alle zwei Jahre hervorragende wissenschaftliche Verbund-Arbeiten aus, die nachweislich hochwirksam für die Wirtschaft sind. Dabei geht es stets um Kooperationen zwischen Fraunhofer-Instituten und Wirtschaftsunternehmen.

Das vom BMBF geförderte Projekt erforderte Know-how und Ressourcen aus der Synthese, der Tribologie, der Schmierstoffentwicklung und dem Maschinenbau. Dr. Andreas Kailer und Dr. Tobias Amann vom Fraunhofer IWM erarbeiteten die tribologischen Grundlagen, um einen flüssigkristallinen Schmierstoff zu entwicklen. Sie transferierten mit ihren Kenntnissen der Tribologie und Tribochemie die Forschungsergebnisse aus dem Labor in die technische Anwendung.

Was ist das Besondere an den flüssigkristallinen Schmierstoffen und wie funktionieren sie?

© Nematel GmbH & Co KG
© Nematel GmbH & Co KG

Reibung und Verschleiß sind in vielen Maschinen die Hauptursachen für Energieverluste. Der mit dem Wissenschaftspreis ausgezeichnete Forschungsverbund hat Flüssigkristall-basierte Schmierstoffe entwickelt, die die Reibung im Vergleich zu herkömmlichen Schmierstoffen enorm senken. Das könnte einen großen Sprung für die Möglichkeiten der Schmierungstechnik bedeuten.

mehr Info

Wem nutzen flüssigkristalline Schmierstoffe?

Fraunhofer IWM: flüssigkristalline Schmierstoffe

Die flüssigkristallinen Schmierstoffe können Reibung und Verschleiß in vielen Maschinen drastisch reduzieren: Maschinen laufen so mit geringerem Energieverbrauch und reibbeanspruchte Bauteile leben länger, da sie weniger schnell verschleißen. Chancen dieser Art können der deutschen Industrie zu neuen globalen Wettbewerbsvorteilen verhelfen. Aufgrund der derzeit (noch) teuren Synthese mesogener Flüssigkeiten im Vergleich zu Standard-Schmierstoffen liegen die Einsatzbereiche dort, wo keine großen Mengen Schmierstoff zur Verfügung stehen müssen. Prädestiniert sind Gleitlager, die mit geringen Mengen Schmierstoff betrieben werden.

mehr Info

Sind die flüssigkristallinen Schmierstoffe schon einsatzbereit?

Fraunhofer IWM: flüssigkristalline Schmierstoffe

Um die flüssigkristallinen Schmierstoffe für Gleitlager zu qualifizieren, haben die Experten im Projekt eine Prüftechnik für die anwendungsnahe Bauteilprüfung entwickelt: einen bauteilnahen Radialgleitlager-Prüfstand. Damit haben sie demonstriert, dass sich extrem niedrige Reibwerte auch in technischen Systemen realisieren lassen.

mehr Info

Wie komme ich an flüssigkristalline Schmierstoffe?

Fraunhofer IWM: flüssigkristalline Schmierstoffe

Das Interesse der Industrie steigt, allerdings gibt es bislang noch keine Anbieter für flüssigkristalline Schmierstoffe im industriellen Maßstab.
Bis voraussichtlich Ende 2016 wollen die Projektpartner jedoch ein ganzes Tribosystem anbieten, das aus einem Sinterlager und flüssigkristallinem Schmierstoff besteht, die optimal aufeinander abgestimmt sind. Dieses Gleitlager-Tribosystem ist für Pressungen von 1-10 MPa geeignet.

Die Wissenschaftler am Fraunhofer IWM wollen zudem die mesogenen Schmierstoffe in Wälzlagern untersuchen, die viel höhere Pressungen im GPa-Bereich erreichen. Hierzu suchen sie noch Projektpartner.

nach oben

Die Projektpartner

Das Projekt erfordert Know-how und Ressourcen aus der Synthese, der Tribologie, der Schmierstoffentwicklung und dem Maschinenbau. So entstand der vom BMBF geförderte Verbund aus einem Entwickler von Flüssigkristallen, einem Spezialisten im Bereich der Schmierstoffentwicklung und einem Institut mit Expertise in der Reibungs- und Verschleißforschung. Durch die Kooperation mit dem Fraunhofer IWM und den dort vorhandenen Vorkenntnissen der Tribologie und Tribochemie konnten die Forschungsergebnisse aus dem Labor in die technische Anwendung übertragen werden.

  

Fraunhofer IWM

Dr. Andreas Kailer
Dr. Tobias Amann

Beiträge zum Projekt
- Grundlagenuntersuchungen und Aufklärung der Reibungsmechanismen
- Identifizieren der Parameter für eine zielgerichtete Weiterentwicklung der Fluide und für deren technische Nutzung

Das Geschäftsfeld Tribologie im Fraunhofer IWM

Mit 62 Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern optimiert das Geschäftsfeld Tribologie des Fraunhofer IWM tribologische Systeme. Die Expertinnen und Experten entwickeln Lösungen für Reibungsminderung und Verschleißschutz mit technischer Keramik, durch neuartige Schmierstoffe, tribologische Schichtsysteme sowie durch fertigungstechnisch konditionierte Tribowerkstoffe.
Dazu klären sie Reibungs-, Abrieb-, Einlauf- und Verschleißmechanismen auf sowie die Tribochemie von Maschinenelementen wie Wälz- und Gleitlager, Schneid- und Umformwerkzeuge und Motor- und Getriebeelemente. Dazu nutzen sie experimentelle Untersuchungen, Multiskalenmodellierung und numerische Simulation als auch die Mikrostrukturanalyse.

    

Dr. Holger Kretzschmann

Beiträge zum Projekt
- Synthese von Mesogenen für ultraniedriger Reibung
- Erweiterung des Einsatztemperaturbereichs
- Syntheseoptimierung

Über Nematel GmbH & Co KG

Nematel beschäftigt sich mit der Synthese von Verbindungen für verschiedene Anwendungen flüssiger Kristalle. Die Hauptaufgaben sind Synthese und Vertrieb von Materialien für Flüssigkristall-Anzeigen, besonders für nematogene Verbindungen, dichroitische Farbstoffe und Präpolymere. Nematel besitzt eine lange Erfahrung auf dem Gebiet der thermotropen Flüssigkristalle und trägt damit zur Lösung spezieller Probleme in der Displaytechnik bei. Zudem liefert Nematel für den Maschinenbau mesogene Schmierstoffe mit einzigartigen Vorteilen, besonders für Gleitlager.

   

Werner Stehr
Susanne Beyer-Faiß

Beiträge zum Projekt
- Entwicklung von Schmierstoffen durch Additivierung der Fluide
- Verbesserung der Alterungsbeständigkeit
- Anwendungsnahe Prüfung in einem Gleitlagerversuch

Über Dr. Tillwich GmbH Werner Stehr

Neben der Entwicklung und Produktion von maßgeschneiderten Schmierstoffen für feinwerktechnische Anwendungen mit dem Ziel »Lebensdauerschmierung« entwickelt und produziert die Dr. Tillwich GmbH Werner Stehr tribologische Prüfgeräte für nahezu jede Problemstellung. Mit den Prüfgeräten können Reibungs- und Verschleißuntersuchungen mit oder ohne Schmierstoffe durchgeführt werden. Die Bewegungsformen können intermittierend, rotierend, oszillierend sowie bohrend und wälzend sein. Das Spezialgebiet sind Prüfgeräte, in denen Bauteile oder kleine Baugruppen wie Welle/Lager oder Kolben/Zylinder direkt untersucht werden können. Alle Prüfgeräte sind computergesteuert und wahlweise thermostatisierbar. Auch die Software kann kundenspezifisch angepasst werden.

nach oben

Publikationen des Frauenhofer IWM

  • Amann, T., Tribologische Untersuchung ausgewählter mesogener und ionischer Flüssigkeiten im Festkörperkontakt zur Entwicklung neuartiger Schmierstoffe, Dissertation, Der Andere Verlag, Uelvesbüll (2013) ISBN-13: 978-3-86247-349-6
  • Amann, T.; Dold, C.; Kailer, A., Complex fluids in tribology to reduce friction: Mesogenic fluids, ionic liquids and ionic liquid crystals, Tribology International 65 (2013) 3-12
  • Kailer, A., Nahezu reibungslos, Konstruktion (2013) IW 15-16
  • Amann, T.; Dold, C.; Kailer, A., Rheological characterization of ionic liquids and ionic liquid crystals with promising tribological performance, Soft Matter 8 (2012) 9840-9846
  • Amann, T.; Kailer, A., Analysis of the ultralow friction behavior of a mesogenic fluid in a reciprocating line contact, Wear 271 (2011) 1701– 1706
  • Amann, T.; Kailer, A., Rheological and tribological investigation of a mesogenic fluid with ultralow friction, 3rd European Conference on Tribology, June 7-9, 2011, Vol. 1, Publisher: Österreichische Tribologische Gesellschaft, Wien, (2011) 83-88
  • Kailer, A.; Amann, T.; Eidenschink, R.; Stehr, W.; Beyer-Faiss, S., Fast reibungslos, Erneuerbare Energien 20/12 (2010) 56-59
  • Amann, T.; Kailer, A., Relationship between ultralow friction of mesogenic-like fluids and their lateral chain length, Tribology Letters 41 (2010) 121-129
  • Amann, T.; Kailer, A., Ultralow friction of mesogenic fluid mixtures in tribological reciprocating systems, Tribology Letters 37 (2010) 343-352

nach oben

Publikationen Dr. Tillwich GmbH Werner Stehr

  • Beyer-Faiss, S., Novel Liquid Crystal Lubricants as For-Life Lubricants in the Context of Micromechanical Sliding Bearings. 19th International Colloquium Tribology - Industrial and Automotive Lubrication, Ostfildern (2014) 99
  • Beyer-Faiss, S.; Stehr, W., Evaluation of Novel Liquid Crystal Lubricants with Minimum Friction Coefficients in the Context of Micromechanical Sliding Bearings. 5th World Tribology Congress, Turin/Italien (2013) 69 or ID572 on USB stick
  • Beyer-Faiss, S., Neuartige flüssigkristalline Schmierstoffe zur Lebensdauerschmierung feinwerktechnischer Gleitlager. Tribologie-Fachtagung, Göttingen (2013) 15/1-11
  • Beyer-Faiss, S.; Stehr, W., Liquid Crystal Lubricants with Minimum Friction Coefficients for the For-Life Lubrication of Micromechanical Sliding Bearings. 18th International Colloquium Tribology Industrial and Automotive Lubrication, Ostfildern (2012) 64

nach oben

Social Media