Matthias Scherge

Die Gruppe Multiskalenmodellierung und Tribosimulation des Fraunhofer IWM betrachtet Reibungs- und Verschleißprozesse mittels atomarer Simulationsmethoden. Ziel ist es dabei aus einem fundamentalen mikroskopischen Verständnis anwendungsrelevanter Systeme Designvorschläge für ein optimiertes tribologisches Verhalten abzuleiten.

Innerhalb der Gruppe wird nun ein neues Team aufgebaut, das sich in diesem Zusammenhang speziell auf das Verhalten von Schmierstoffen fokussiert: Das Team Molekulares Schmierstoffdesign, unter Leitung von Dr. Kerstin Falk, nutzt insbesondere Molekulardynamik (MD) Simulationen zur Untersuchung flüssiger oder weicher Schmiermittel. Das Themen-Spektrum reicht dabei zum Beispiel von wasserbasierten Schmierstoffen, über niederviskose Öle, bis hin zu Schmierfetten.

Ein besonderes Augenmerk liegt dabei oft auf dem Verhalten in engen Tribo-Spalten, in denen nur eine bis wenige Moleküllagen Schmierstoff im Kontakt verbleiben. Dieser Bereich der Mangelschmierung ist einerseits experimentell schwer fassbar und theoretisch noch ungenügend verstanden, spielt andererseits aber eine entscheidende Rolle für das Systemverhalten im Mischreibungsbereich und beim Übergang zur Grenzreibung. Mit MD Simulationen lässt sich dieses nanoskalige Verhalten direkt beobachten und analysieren, und in Struktur-Eigenschaft-Beziehungen übersetzen. Letztere sind die Grundlage für das eigentliche Ziel: eine Vorhersage der optimalen molekularen Struktur eines Schmierstoffs mit bestimmten gewünschten Eigenschaften.

Um die mikroskopisch gewonnenen Einsichten in eine höherskalige Modellierung zu überführen sind außerdem angepasste rheologische Konstitutivgesetze nötig. Deren physikalisch-basierte Ableitung und nachfolgende Validierung innerhalb von Kontinuumsansätzen, etwa mit Reynolds, ist ein weiterer Arbeitsschwerpunkt des Teams.

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