Prof. Dr. Michael Moseler

20% der weltweit erzeugten Energie geht durch Reibung verloren. Durch konsequente Anwendung neuer reibreduzierender Werkstoffe, Oberflächen und Schmierstoffe könnten davon 40% eingespart werden, was einer Reduktion der CO₂-Emissionen um mehr als 3 Gt/a entspräche. Zur Reibreduktion werden häufig Wälzlager eingesetzt, da bei Rollbewegungen wenig Reibung entsteht. Allerdings besitzen Wälzlager erhebliche Nachteile z.B. hinsichtlich Kosten, Bauraum, Gewicht, Geräuschentwicklung und Lebensdauer, weshalb häufig bei Konstruktionslösungen auf konventionelle Gleitlager mit deutlich höherer Reibung zurückgegriffen wird. Nun zeigen aber Grundlagenversuche, dass gut aufeinander abgestimmte Material-Schmierstoff-Paarungen extrem niedrige Reibung –»Supraschmierung«– ermöglichen. So haben das Fraunhofer IWS und Fraunhofer IWM in einer Pionierarbeit nachgewiesen, dass diamant-ähnliche Kohlenstoffschichten unter organischer Grenzschmierung superkleine Reib- und Verschleißwerte aufweisen. Mit solchen Tribopaarungen werden Gleitlager denkbar, die in der Energieeffizienz Wälzlager sogar übertreffen können.

Die Fraunhofergesellschaft hat die Wichtigkeit der Supraschmierung erkannt und fördert seit April diesen Jahres innerhalb des PREPARE-Programms das SupraSlide-Verbundprojekt der Fraunhofer-Institute IWM, IKTS, IPA und IWS. Ziel des SupraSlide-Projekts ist die Überführung der Supraschmierung in technische Anwendungen, was eine neue Generation von Gleitlagersystemen ermöglicht. Die einmalige Kombination der wissenschaftlich-technischen Expertise der Institute in den Bereichen Tribologie (IWM, IWS), Multiskalensimulation (IWM), Beschichtungen (IWS, IWM), keramischen Werkstoffen (IKTS) und Graphen (IPA) sowie der Systementwicklung und Produktevaluierung (IPA) soll so gebündelt werden, dass im Vergleich zu konventionellen Gleitlagern mit hohen Reibverlusten eine 90%ige Energieeinsparungen ermöglicht und somit ein wesentlicher Beitrag zur Energiewende geleistet wird. Das Anwendungspotenzial von Supragleitlagern soll dargestellt werden, indem robuste Lösungen für Mobilität, Anlagentechnik, Mechatronik und Robotik realisiert werden.

Durch SupraSlide entsteht eine institutsübergreifende Plattform »Supragleitlager« mit dem Ziel einer gemeinsamen Entwicklungsdienstleistung, die diese neue Generation von Lagern und Dichtungen für industrielle Kunden aus den Bereichen Anlagen- und Maschinenbau, Fahrzeugindustrie, Produktion und Energieerzeugung, Mikroelektronik, Mikrosystemtechnik und Medizin bereitstellt. Das beinhaltet sowohl die Entwicklung und Optimierung von Komponenten und Systemen als auch die Auslegung mittels Simulation, tribometrischer Testung und Analyse mit und für Kunden. Des Weiteren erlaubt das im Projekt generierte tiefere Verständnis der tribologischen Eigenschaften von keramischen Komponenten und Schichten auch neue Lösungen in anderen Bereichen z. B. des Maschinen- und Anlagenbaus jenseits von Gleitlagern und Dichtungen.

[1] Long, Y.; Kuwahara, T.; De Barros Bouchet, M.-I.; Ristić, A.; Dörr, N.; Lubrecht, T.; Dupuy, L.; Moras, G.; Martin, J.M.; Moseler, M., In situ synthesis of graphene nitride nanolayers on glycerol-lubricated Si3N4 for superlubricity applications, ACS Applied Nano Materials 4/3 (2021) 2721-2732 Link

[2] Kuwahara, T.; Romero, P.A.; Makowski, S.; Weihnacht, V.; Moras, G.; Moseler, M., Mechano-chemical decomposition of organic friction modifiers with multiple reactive centres induces superlubricity of ta-C, Nature Communications 10 (2019) Art. 151,11 Seiten Link

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