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Hart wie Diamant: Wie Kohlenstoff die Energieeffizienz von Autos erhöht

Reibung an bewegten Teilen, zum Beispiel im Getriebe eines Fahrzeugs, führt zu Energieverlusten und Verschleiß. Forscher in zwei vom Bundeswirtschaftsministerium geförderten Projekten untersuchten, wie sich solche Verluste verringern lassen.

Autos, Erntemaschinen, Pumpen: Sie alle enthalten Zahnräder, Ketten und andere bewegte Teile. Im Betrieb reiben diese aneinander. Das sorgt nicht nur für erhebliche Energieverluste, sondern auch für Verschleiß, der zum Versagen einzelner Komponenten führen kann. Schmiermittel helfen dabei, die Reibung zu verringern. Eine vollständige Schmierung ist jedoch nicht immer möglich, etwa bei manchen Erntemaschinen, Motorradketten oder Pumpen. Forscher im Fachgebiet Tribologie – so lautet der Fachbegriff für Reibungslehre – arbeiten daran, die Oberflächen sich gegeneinander bewegender Teile zu optimieren, um durch geringere Reibung die Energieeffizienz zu erhöhen. Auch passen sie die Schmiermittel an die unterschiedlichen Oberflächen an.

Zwölf Projektpartner aus Industrie und Wissenschaft haben in den vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) mit rund 18 Millionen Euro geförderten und inzwischen abgeschlossenen Projekten PEGASUS I und II neue Methoden untersucht, um die Reibung im Antriebsstrang und im Motor von Fahrzeugen deutlich zu reduzieren. Dabei hat sich gezeigt: Diamantähnliche Kohlenstoffschichten auf bewegten Oberflächen in Kombination mit angepassten Schmiermitteln reduzieren die Reibung und somit den Energieverlust auf nahezu Null. Wissenschaftler sprechen vom Superlubricity-Effekt, der im PEGASUS-Vorhaben für die technische Anwendung in der Industrie nutzbar gemacht wurde: Erste Antriebssysteme für Kraftfahrzeuge sind verfügbar, die mit der neuen Technologie energieeffizienter und langlebiger betrieben werden. Sie tragen so zu geringerem Kraftstoffverbrauch bei.

Bislang lassen sich Reibungskräfte nicht exakt berechnen

Das BMWi hat die Forschung zum Thema Reibung im Forschungsfeld Tribologie gebündelt. Die größte Herausforderung: Bislang lassen sich Reibungskräfte nicht exakt berechnen, denn neben der Beschaffenheit der Oberflächen und der Schmierstoffe haben auch Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Geschwindigkeit und andere Parameter Einfluss auf die Reibung. Weitere Forschungs- und Entwicklungsarbeit ist notwendig, um die Energie- und Ressourceneffizienz auch für neue industrielle Anwendungen zu erschließen.

Am 16. und 17. März 2017 treffen sich Experten des BMWi-Forschungsfelds Tribologie anlässlich der Abschlussveranstaltung von PEGASUS, um Erfolge weiterer Projekte vorzustellen und Forschungsergebnisse zu diskutieren.