Lager werden in der Regel mit Öl geschmiert. Doch Teile dieser Öle landen leider in der Umwelt. Am Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM wurde eine Methode entwickelt, mit der sich Gleitlager auf Wasserbasis schmieren lassen. Das ist deutlich umweltfreundlicher und reibungsärmer zugleich.

In Deutschland werden pro Jahr rund eine Million Tonnen Schmiermittel auf Mineralölbasis verbraucht. Deren Herstellung, Betrieb und Entsorgung ist nicht sonderlich umweltfreundlich.
Umweltfreundlicher wäre es, Schmierstoffe auf Wasserbasis herzustellen. Doch leider korrodieren viele metallische Werkstoffe bei Wasserkontakt. Einer Arbeitsgruppe des Fraunhofer IWM in Freiburg gelang es, Wasser mithilfe von Additiven als Schmierstoff einzusetzen. Durch diese korrosionsfreie Wasserschmierung verbessert sich die Schmierung sogar noch, da Wasser weniger viskos ist als Öl.

 
Gleitlager mit Wasserschmierung und galvanischer Kopplung verhindert Tribokorrosion. Bild: Fraunhofer IWM.

Das wassergeschmierte Gleitlager besteht aus mehreren Schichten (von außen nach innen): eine elektrisch isolierende Hülse um das eigentliche Lager, eine Schicht aus Aluminium und eine die Welle umfassende Schicht aus gesintertem Metall. Die gesinterte, innere Schicht ist von einem kleinen Kanal durchzogen. Damit hat das Wasser nicht nur mit der rotierenden Welle, sondern auch mit der äußeren Aluminiumschicht Kontakt. Dies ist entscheidend für einen elektrochemischen Prozess wie bei einer Opferanode. Zwischen unedlem Metall wie Aluminium und relativ dazu edleren Metallen wie Eisen entsteht ein elektrisches Potential, das die Korrosion des Eisens chemisch verhindert.

Schmierstoff auf Wasserbasis

Der Korrosionsschutz ist noch nicht alles: Dem Wasser werden sogenannte ionische Flüssigkeiten zugesetzt. Im elektrischen Feld richten sich deren Ionen aus und lagern sich auf der Innenseite des gesinterten Metallrings an. Dies geschieht so, dass ihre Enden der rotierenden Welle entgegen ragen. Auf dieser galvanisch hergestellten Schutzschicht gleitet die Welle.

 
Ionische Fluide an der Metalloberfläche verbessern Reibung und Verschleiß. Bild: Fraunhofer IWM.

Die Funktion konnte inzwischen demonstriert werden. Zurzeit wird nach Industriepartnern gesucht, mit denen die ionischen Flüssigkeiten noch optimiert werden sollen. Eine Herausforderung ist nämlich, dass bei der Bewegung der Welle Temperaturen entstehen können, die das Wasser verdampfen lässt. Gesucht sind daher Mischungen mit ionischen Flüssigkeiten, die dem Verdampfen entgegenwirken.

Besserer Wirkungsgrad von Elektromotoren

Die Wasserschmierung ist nicht nur umweltfreundlich, sondern macht Gleitlager auch reibungsärmer. Dank der geringeren Viskosität im Vergleich zu Öl gleitet eine Welle reibungsärmer. So ausgestattete Elektromotoren können daher prinzipiell einen besseren Wirkungsgrad erreichen.

In vom Ministerium für Wirtschaft, Arbeit und Wohnungsbau Baden-Württemberg geförderten Projekten hat das IWM in Kooperation mit der Uni Freiburg aber noch mehr entwickelt: Es wurde ein sogenanntes In-situ-Tribometer entwickelt, mit dem sich sogar während des Betriebes direkt am Gleitlager der Verschleiß und der Reibwert erfassen. Bislang war das nur möglich, wenn man die Lager zeitraubend auseinanderbaut und dann die Oberflächen begutachtet und vermisst. Eine In-situ-Messung erleichtert nicht nur die zeitökonomische Weiterentwicklung von Schmierstoffen auf Wasserbasis, sondern erlaubt eine kontinuierliche Überwachung von Lagern.