TeflonⓇ als fester Schmierstoff für Gleitlager

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Wenn in einer Maschine Bauteile beweglich gelagert werden sollen, dann müssen die Lager gut geschmiert werden, denn nur so lässt sich die Reibung zwischen den Teilen, zum Beispiel in einem Gleitlager, ausreichend verringern. Fett oder Öl sind dabei allerdings nicht immer die beste Wahl, da sie Rückstände an den Maschinen hinterlassen, die man in Produktionszweigen mit hohen Ansprüchen an Hygiene und Sauberkeit, wie der Lebensmittelproduktion oder der Medizintechnik, nicht gebrauchen kann. Aber auch im Automobilbau verzichte man gerne auf Fette und Öle, da sie in Kombination mit Staub und Schmutz von der Straße eine Art Schleifpaste bilden.

An der Hochschule Mannheim befasst sich das Forscherteam von Prof. Dr. Jürgen Molter, Leiter des Kompetenzzentrums Tribologie, in dem vom BMBF mit rd. 323T€ geförderten Projekt PTFE-Transferfilme, ob und wie gut sich Teflon® – auch als Polytetrafluorethylen oder PTFE bekannt – als fester Schmierstoff für Gleitlager in Maschinen eignet.

Der Kunststoff PTFE ist eines der gleitfähigsten Materialen überhaupt – an diesem Material haftet praktisch gar nichts. Es ist nicht brennbar, lässt sich in keinem bekannten Lösungsmittel auflösen, quillt nicht auf und zeichnet sich überhaupt durch bemerkenswerte chemische Stabilität aus. Eigentlich wäre PTFE also ein perfektes Schmiermittel, meint Projektmitarbeiter Andreas Keller – wenn es nur auch mechanisch etwas stabiler wäre. „PTFE ist leider etwa um das sechsfache druckempfindlicher als andere Polymere“, erklärt der junge Wissenschaftler. „Ein Bauteil aus diesem Material würde unter Druck einfach wegflutschen. Man muss das PTFE daher in eine Matrix aus einem stabileren Material einbetten.“

Hieran arbeiten Prof. Molter und sein Team seit nun fast drei Jahren, um die optimalen Bedingungen für ein solches Bauteil zu bestimmen: Welche Stoffe kommen als Matrix infrage, was ist das beste Mischverhältnis von Matrix und PTFE, und was passiert überhaupt in einem solchen PTFE-Gleitlager? Klar ist erst einmal nur, dass sich ein dünner Schmierstofffilm aus PTFE auf das Gegenstück im Lager überträgt – der so genannte Transferfilm, der dem Projekt seinen Namen gegeben hat. „Wir wollen genau wissen, wann und wie das passiert, denn es gibt nur ein schmales Fenster von idealen Bedingungen, in dem sich gute Transferfilme bilden“, erklärt Prof. Molter.

In bisher über 300 Versuchen mit unterschiedlichen PTFE-Mischungen unter verschiedenen Bedingungen hat das Projektteam inzwischen die optimale Zusammensetzung für einen neuen PTFE-Werkstoff herausgearbeitet. Diese Erkenntnisse kann der Projektpartner, die GGB Heilbronn GmbH, in Form neuer Produkte verwerten. Mindestens ebenso wichtig ist Jürgen Molter aber der analytisch-methodische Fortschritt, den das Projekt bereits jetzt, einige Monate vor Projektende, gebracht hat: „Wir haben eine Menge Know-How zu Reibung, Verschleiß und Filmbildung gewonnen und konnten auch einige Hinweise finden, die die bestehenden Modelle teilweise bestätigen.“

Prof. Molter und sein Team haben schon Pläne geschmiedet, wie sie mit den umfassenden Daten weiterarbeiten könnten, die sie gewonnen haben. Eine selbstgebaute Auswertungssoftware, die die Kennwerte verschiedener PTFE-Mischungen ausgibt, gibt es bereits. Darauf aufbauend, meint Molter, könnte man ein KI-basiertes Tool entwickeln, das das Verhalten verschiedener Werkstoffe präzise vorhersagt.


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