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Reden als Mittel gegen Reibung

Das Gebiet der Tribologie untersucht Reibung und Verschleiß. Doch dabei geht es schon lange nicht mehr nur um Walzen und Kugellager, Fette und Öle, sondern auch um elektrische Funken und künstliche Knorpel – und im übertragenen Sinn auch um das menschliche Miteinander.

Tribologie 23.07.2010

Der Tribologe Friedrich Franek im Interview über elektrische Entladungen, die Maschinen schädigen, die Reibung in künstlichen Gelenken, ökologische Schmierstoffe und Wertschätzung als Rezept gegen soziale Reibungsenergie.

science.ORF.at: Sie befassen sich beruflich mit Reibung. Die findet aber oft auch zwischen Menschen statt.

Porträt Friedrich Franek

Franek

Friedrich Franek ist Professor am Institut für Sensor- und Aktuatorsysteme (ISAS) der Technischen Universität Wien sowie Geschäftsführer und wissenschaftlicher Leiter des Österreichischen Kompetenzzentrums für Tribologie im Technologie- und Forschungszentrum Wiener Neustadt.

Bei den diesjährigen Technologiegesprächen des Europäischen Forums Alpbach diskutiert Friedrich Franek am 27. August im Arbeitskreis „Tribologie – unterschiedliche Betrachtungen von Reibung und Verschleiß“.

Friedrich Franek: Es gibt große Ähnlichkeiten zwischen einem tribologischen System, wo zwei Körper in Relativbewegung und Wechselwirkung zueinander stehen, und einem sozialen oder organisatorischen System. Auch dort gibt es Konstellationen, die ein Konfliktpotential darstellen. Das führt zu Effekten, die man nicht unbedingt haben will. Man möchte ja keine Reibungsenergie produzieren.

Man hat in einer Organisation oder sozialen Gruppe so wie bei technischen Systemen Belastungsdaten und Relativgeschwindigkeiten zwischen den Elementen, in dem Fall also zwischen Personen. So etwas wie einen Schmierstoff, der in einem Tribosystem die Reibflächen trennt und die Energieverluste senkt, gibt es auch im Sozialen.

Was ist ein solcher sozialer Schmierstoff?

Die Art und Weise der Kommunikation, die Sprache und die Wortwahl, Zeichen der Anerkennung oder Wertschätzung des Gegenübers.

Reibung sollte also nicht nur für Techniker interessant sein?

Reibungs- und Verschleißeffekte, der Einsatz von Werk- und Schmierstoffen und schlussendlich das Zuverlässigkeitsverhalten betreffen viele Bereiche des Lebens und damit Produkte, die jeder von uns verwendet. Wenn ein Fußabstreifer nach zwei Jahren verschlissen ist, ist das natürlich nicht so bedeutend, wie wenn täglich ein Getriebe in einem Antriebsaggregat ausfällt, insbesondere wenn es ein Flugzeug betrifft.

Ein wesentlicher Teil der Produktionsleistung Österreichs wie etwa der Industriegüter und Maschinen ist von tribologischen Aufgabenstellungen betroffen. Ich schätze, dass das gut und gern 20 Prozent des Bruttonationalprodukts sind.

Damit sind wir schon bei Ihrer Arbeit gelandet: Was sind aktuelle Forschungsthemen in der Tribologie?

Die Eigenschaften von Schmierstoffen verändern sich nach Inbetriebnahme relativ rasch. Man hat es dann mit Eigenschaften zu tun, die man vorab vielleicht gar nicht abschätzen konnte. Wir beschäftigen uns damit, wie sich die Gebrauchseigenschaften entwickeln und ob es Produkte mit verbesserter Stabilität gibt. Wir wollen Alterungszustände, die in einem realen Aggregat nach Monaten oder Jahren auftreten, innerhalb weniger Tage simulieren.

Um welche Änderungen geht es da?

Technologiegespräche in Alpbach

Von 26. bis 28. August finden im Rahmen des Europäischen Forums Alpbach die Technologiegespräche statt, organisiert vom Austrian Institute of Technology (AIT) und der Ö1-Wissenschaftsredaktion. Das Thema heuer lautet "Entwurf und Wirklichkeit in Forschung und Technologie". Dazu diskutieren Minister, Nobelpreisträger und internationale Experten.

Davor erscheinen in science.ORF.at regelmäßig Interviews mit den bei den Technologiegesprächen vortragenden oder moderierenden Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern.

Weitere Beiträge zu den Technologiegesprächen 2010:

Beiträge zu allen Technologiegesprächen

Eine wesentliche Eigenschaft ist die Viskosität. Sie sinkt meist ab, nimmt aber manchmal auch zu. Eine geringere Viskosität bedeutet eine deutlich geringere Tragfähigkeit bei geschmierten Systemen. Aber es gibt auch noch andere Effekte: Wasseraufnahme aus der Atmosphäre, Kontamination mit Staub oder chemisch bedingte Veränderungen durch Betriebsstoffe von Energieaggregaten. Da sind Substanzen dabei, die die Schmierstoffe zum Beispiel versäuern und dadurch chemische Aggressivität auslösen oder verstärken. Es gibt aber auch Wechselspiele von tribologischen Systemen und Elektrizität.

Wie sehen diese aus?

Es gibt Reibungssysteme, die nicht nur mechanisch belastet werden und unter gewissen dynamischen, kinetischen und thermischen Bedingungen arbeiten. Es gibt auch welche mit Stromdurchgang. In einem Elektromotor, zum Beispiel bei der Eisenbahn, muss der Strom ja irgendwo zum Motor kommen. In diesem elektrischen System kommt es zu ganz spezifischen Schäden durch den Lichtbogen.

An solchen Schnittstellen findet eine Vielzahl von kleinen elektrischen Entladungen satt. Da entstehen Funken. Und auch wo der Blitz einschlägt, ist meistens ein sehr deutlicher Schaden zu bemerken. Das spielt sich hier auf Mikroebene ab, ist aber bestimmend für die Funktionalität.

Sie untersuchen also den Schaden, den Funken an Schmierstoffen verursachen?

Nicht nur an Schmierstoffen, auch auf den Festkörperoberflächen. Die einzelnen Entladungsvorgänge erzeugen Mikrokrater. Wir haben hier eine besondere Art von Verschleißphänomen.

Wie steht es um umweltfreundliche Schmierstoffe?

Es gibt die klassischen Mineralölbasisprodukte, die insbesondere in der Massenanwendung nicht vom Markt zu verdrängen sein werden. Aber man sucht auch schmiertechnische Produkte, die eine besonders gute biologische Abbauarbeit haben oder toxikologisch unbedenklich sind. Man will auch biogene Schmierstoffe aus nachwachsenden Rohstoffen gewinnen. Das ist nicht völlig neu, aber es gibt neue Entwicklungen in der messtechnischen Erfassung der Eigenschaften. Man hat nichts davon, wenn man ein ökologisch verträgliches Produkt einsetzt, wenn das Aggregat nicht lange hält.

Woraus bestehen solche ökologischen Schmierstoffe?

Aus pflanzlichen Stoffen. Es ist ein vielleicht nicht ganz adäquater Vergleich: aber alle Öle, die für Lebensmittel geeignet sind – von Sonnenblumen- bis Jojobaöl – lassen sich auch als Basis für Schmierstoffe verwenden.

Es gibt ja den Teilbereich der Biotribologie. Beim dem geht es aber um etwas anderes.

Das wird oft falsch interpretiert. Unter Biotribologie versteht man die Tribologie biologischer Systeme, also Tribosysteme im menschlichen Körper und manchmal auch im tierischen Körper.

Zum Beispiel die Gelenke.

Bei künstlichen Gelenken beschäftigt man sich meist mit der rein technisch-mechanischen Basis. Man konstruiert künstliche Gelenke, die von der Funktion her den natürlichen adäquat sind. Doch es gibt immer Folgen durch nicht völlig zu vermeidenden Abrieb. Neue Ansätze gehen in Richtung Tissue Engineering, bei dem biologische Gewebe oder Zellverbände im Labor gezüchtet werden. Man will künstliche Knorpel herstellen, die statt den Metallflächen aneinander reiben.

Was genau untersuchen Sie bei den künstlichen Geweben?

Die im Labor gezüchteten biologischen Komponenten werden auf ihre mechanische und tribologische Eignung hin untersucht. Es geht um Festigkeitsparameter, Haftung, Verschleißwiderstand – wie das auch bei technischen Komponenten der Fall ist.

Das braucht entsprechende Voraussetzungen. Man muss zum Beispiel die Gelenksflüssigkeit durch eine geeignete Hilfssubstanz simulieren. Biologische Substanzen wirken in einer ganz bestimmen Umgebung und Atmosphäre. Da muss man auch im Labor diese Bedingungen schaffen.

Mark Hammer, science.ORF.at

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