Autos der Zukunft : Flüssigkristalle als Energiesparer

Durch den Einsatz neuer Schmierstoffe kann die Reibung in Motoren verringert werden.

Ralf Nestler

Ein Tritt aufs Gaspedal und der Wagen stürmt nach vorn. Das könnte noch schneller – oder zumindest mit weniger Kraftstoffverbrauch – geschehen. Wenn da nicht die Reibung wäre. „Bei mechanischen Systemen, wie einem Auto, wird etwa ein Zehntel der eingesetzten Energie nicht in Bewegung, sondern in nutzlose Wärme umgewandelt“, sagt Andreas Kailer.

Der Wissenschaftler vom Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik (IWM) in Freiburg forscht an einem neuen Schmierstoff, der Reibung deutlich besser reduziert als herkömmliche Öle und Fette. Er setzt auf Flüssigkristalle. Auf jene Substanzen also, die man vor allem von Flachbildschirmen (LCD-Technologie) kennt.

Die Stoffe befinden sich im Übergang zwischen festem und flüssigem Zustand: Das heißt, sie sind zwar fließfähig, doch die einzelnen organischen Moleküle haben noch eine gewisse Ordnung. „Wie Zahnstocher in der Verpackung oder Karten in einem Stapel“, erläutert Kailer. Erst wenn die Temperatur steigt, geht diese Orientierung verloren und die Moleküle sind genauso zufällig in der Lösung verteilt wie Wassermoleküle in der Sprudelflasche. Das Wasser zum Trinken macht einen solchen Zwischenschritt übrigens gar nicht mit. Aus festem Eis wird sofort flüssiges Wasser, mit wild verteilten Molekülen.

Ganz anders die Flüssigkristalle: Wenn sie sich zwischen zwei Flächen befinden, die gegeneinanderreiben, richten sich die Moleküle weitgehend gleich aus. Das hat zur Folge, dass der Widerstand, den sie einer Bewegung entgegensetzen, in bestimmten Richtungen deutlich geringer ist.

Greift die Kraft beispielsweise seitlich an dem mikroskopischen Kartenstapel an, werden die Moleküle einfach verschoben. „Die Flüssigkristalle können deshalb Reibung bis zu zehnmal stärker reduzieren als herkömmliches Öl“, sagt der Fraunhofer-Wissenschaftler. Damit würden die Verluste beispielsweise an einer rotierenden Welle weniger als ein Prozent betragen.

Allerdings funktionieren die neuen Schmierstoffe nur bis zu einem gewissen Druck. An den winzigen Kontaktpunkten eines Kugellagers ist die Belastung besonders groß, dort wird die uniforme Ausrichtung der Moleküle zerstört. Deshalb sollen die Flüssigkristalle vor allem in Gleitlagern eingesetzt werden, sagt Kailer. Diese sind in vielen beweglichen Teilen zu finden: Etwa an Kurbelwellen in Motoren oder zur Lagerung der Unruhe in mechanischen Uhrwerken.

Jetzt wollen die Wissenschaftler gemeinsam mit Industrieunternehmen untersuchen, welche Molekülstrukturen besonders geeignet sind Reibung zu mindern und wie diese in großer Menge preiswert hergestellt werden können, berichtet Kailer. Bis die neuen Schmierstoffe auf den Markt kommen, werden seiner Meinung nach noch mindestens drei Jahre vergehen. nes

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