Wissensbasierte Schmiermittel für umweltfreundlichere Autos
Verbrennungsmotoren sind der Antrieb der Wahl und werden es auch noch für einige Zeit bleiben. Eine wirkungsvolle Schmierung, die den Kraftstoffverbrauch senkt sowie Emissionen und Wartung bzw. den Verschleiß reduziert, hat deshalb zentrale Bedeutung. Im letzten Jahrzehnt waren große Fortschritte in den Schmierungsrezepturen und -technologien zu verzeichnen. Dank der Nanotechnologie ergibt nun ein komplexer Cocktail aus Schmierstoffadditiven einen nanostrukturierten Grenzflächenfilm, der durch chemische Wechselwirkungen zwischen dem Schmiermittel und der Oberfläche/Umgebung (Tribochemie) zustandekommt. Bislang wurden jedoch kaum Designstrategien verfolgt, um die Grenzfläche zu optimieren, welche die Leistung des Schmiersystems bestimmt. Das von der EU geförderte Projekt "Tailoring of tribological interfaces for clean and energy-efficient diesel and gasoline power trains" (2020 INTERFACE) widmet sich der Gestaltung des ganzheitlichen Systems aus einer Beschichtung aus funktionalisiertem diamantartigen Kohlenstoff (diamond-like carbon, DLC) und einem Schmiermittel der neuen Generation. In der zweiten Projektphase konzentrierte sich das Team auf weitere Verfeinerungen der DLC-Beschichtungen und der Öle, um die Beschichtungsleistung zu verbessern. Die Beschichtungen wurden dem kompletten Protokoll aus tribologischen Prüfungen und Tribochemieanalyse unterzogen. Die siliziumdotierten (Si) DLC-Beschichtungen erwiesen sich als sehr reaktiv und zeigten in Reibungstests und weiteren Prüfungen nicht so gute Ergebnisse wie die wolframdotierten (W) Beschichtungen. Die chemische Modellierung der Reaktivität wurde fortgesetzt und zur Beschreibung des Verhaltens von Modellschmierstoffen und deren Reaktivität gegenüber Si eingesetzt. Die Wissenschaftler haben darüber hinaus ein FEM-Modell (Finite-Elemente-Methode) der mechanischen Eigenschaften von diamantartigem Kohlenstoff entwickelt. In der dritten und letzten Projektphase wird man Motortests und Großversuche durchführen. Die Wissenschaftler gehen davon aus, modernste Materialien und Modelle der Tribochemie im Zusammenhang mit den Schmiermittelwechselwirkungen mit DLC-Beschichtungen in Verbrennungsmotoren liefern zu können. Eine verbesserte Schmierung bedeutet letztlich weniger Kraftstoffverbrauch, Emissionen und Materialverschleiß, was angesichts des unaufhaltsamen weiteren Anstiegs der Zahl der Fahrzeuge mit herkömmlichen Antrieben größte Bedeutung hat.
