Nahaufnahme von grauen Zahnrädern, die ineinander greifen
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Tribologie – Reibung, Schmierung, Verschleiß

 Die Wissenschaft der Tribologie beschreibt Reibung, Schmierung und Verschleiß von Oberflächen, die sich gegeneinander bewegen. Je weniger Reibung, desto geringer sind die Energieverluste und desto höher ist die Lebensdauer.

Im Motor eines Fahrzeugs liegt das Potenzial, Reibung zu reduzieren, etwa bei 30 Prozent – was wiederum knapp einen Liter weniger Kraftstoffverbrauch auf 100 Kilometer bedeutet. Umgerechnet auf den gesamtdeutschen Autoverkehr ließen sich jährlich fast drei Milliarden Liter Kraftstoff und rund sieben Millionen Tonnen CO2 einsparen.

Von der Tribologie zwischen Festkörpern, Festkörpern und Flüssigkeiten oder Gasen hängen Energieverbrauch, nutzbare Leistung, Lebensdauer und Wartungskosten ab. Die Wissenschaft schätzt, dass in Industrieländern Reibung und Verschleiß einen volkswirtschaftlichen Schaden von bis zu sieben Prozent des Bruttosozialprodukts verursachen.

Tribologie – wie sich Energie und Material einsparen lässt

Die Tribologie bietet in der Industrie überall dort, wo sich mechanische Teile gegeneinander bewegen, Energieeinsparpotenziale: Das ist nicht allein auf Verbrennungs- und Elektromotoren beschränkt. Auch zum Beispiel Landmaschinen, Getriebe, Lager, Kettenförderbänder in der Produktion oder auch Pumpen setzen Energieverluste durch Reibungswärme frei.

Im Industriesektor sind Millionen von Pumpen im Einsatz – allein an einem einzigen großen Chemiestandort sind bis zu 50.000 Pumpen installiert. Diese Anzahl macht deutlich, dass hier viel Strom verbraucht wird. Etwa zwei Drittel des Stromverbrauches gehen auf das Konto elektronisch angetriebener Systeme. Reibung führt auch zu Verschleiß von Teilen, die neu hergestellt und ersetzt werden müssen und so ein zusätzlicher Energieaufwand anfällt.

Tribologieforschung ist interdisziplinär

Die Tribologie ist keine isolierte Wissenschaft, sondern eine Querschnitttechnologie, bei der ForscherInnen unterschiedlicher Bereiche zusammenkommen: Maschinenbau, Fertigung, Werkstoffkunde, Chemie, Chemieingenieurwesen, Physik, Mathematik, Biomedizin, Biomedizintechnik, Computerwissenschaften und viele mehr.

Forschungsnetzwerk Industrie und Gewerbe Graue Zahnräder, die ineinander greifen, von oben fließt ein Schmierstoff in die beiden Zahnräder
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Um die Prozesse der sich gegeneinander reibenden Kontaktflächen in Motoren, Lagern oder Pumpen energetisch zu optimieren, wollen WissenschaftlerInnen die Interaktion noch besser verstehen:

Welche Rolle spielt das Material, die Form der Oberfläche oder die Chemie des Schmierstoffs? Welchen Einfluss haben Temperatur und Luftfeuchtigkeit? Wie rau oder glatt müssen die im tribologischen Kontakt zueinander stehenden Flächen sein?

Die tribologischen Lösungsansätze umfassen sichere, kostengünstige und verschleißbeständige Beschichtungstechnologien, neue Legierungen sowie Fortschritte bei Schmierstoffen.

Die Forschung arbeitet daran, Bauteile und Beschichtungen so zu optimieren, dass sie im Langzeitbetrieb beständig sind.

Schall macht Reibung, Schmierung und Verschleiß transparent

Für die Industrie stecken in der Tribologie beachtliche Potenziale, die Energie- und Ressourceneffizienz zu verbessern. Dazu ist allerdings eine immer empfindlichere Sensorik notwendig: So verrät zum Beispiel der Ton (Körperschall) einer rotierenden Welle ihren mechanischen Zustand. Die Auswertung derartiger akustischer Signale könnte etwa bald Reibung, Schmierung und Verschleiß eines Bauteils transparent machen.

So können seine Leistung sowie Lebensdauer optimiert werden, ohne dass dafür die Anlage angehalten und das Bauteil ausgebaut werden muss. Das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) fördert innovative Technologien und Konzepte in diesem Bereich und vernetzt die Akteure im Forschungsfeld Tribologie.

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