Смазки на основе минеральных масел обычно используются для смазки подшипников машин. Это предотвращает трение металла о металл и вызывает износ подшипников. Ежегодно в Германии используется около миллиона тонн смазки. Производство, эксплуатация и утилизация нефти также проблематичны с экологической точки зрения.
Экологически чистые смазки на водной основе
С точки зрения защиты окружающей среды, было бы лучше производить смазки на водной основе. Однако до сих пор нет аргументов в пользу того, что металлические детали подвергаются коррозии, если они подвергаются воздействию воды. Рабочая группа из Института механики материалов им. Фраунгофера IWM во Фрайбурге в настоящее время преуспела в использовании присадок для замены воды, чтобы в будущем ее можно было использовать в качестве смазки. Д-р Таким образом, Тобиас Аманн и его коллеги из Fraunhofer IWM смогли убить двух зайцев одним выстрелом: с одной стороны, общая смазка должна улучшиться, потому что вода менее вязкая, чем масло. С другой стороны, коррозия должна быть предотвращена.
Подшипники скольжения с электрохимической внутренней частью
Исследователи подробно разработали свой процесс на подшипнике скольжения. Такой подшипник напоминает кольцо с вращающимся стальным валом. Это кольцо состоит из нескольких слоев, которые расположены снаружи следующим образом: гильза, которая окружает подшипник, слой алюминия и слой спеченного металла, который окружает вал. Изюминкой является то, что спеченный внутренний слой пересекается небольшим каналом. Это позволяет воде течь между вращающимся валом и наружным алюминиевым слоем. Эта прямая связь имеет решающее значение для электрохимического процесса. Это основано на том факте, что между основными металлами, такими как алюминий, и благородными металлами, такими как железо, накапливается электрическое напряжение без применения внешнего электрического поля.
Превратить воду в смазку
Исследователи используют это электрическое напряжение между алюминием в подшипнике скольжения и железом в валу, чтобы преобразовать воду в смазку. «Мы добавляем в воду так называемые ионные жидкости», - объясняет Аманн. «Это жидкие соли, которые содержат анионы и катионы». Эти ионы выравниваются в электрическом поле и откладываются на внутренней части кольца из спеченного металла - таким образом, что их концы выступают вверх к вращающемуся валу. Таким образом, они образуют своего рода гальванически созданный защитный слой, по которому вал может скользить.
Исследовательская группа теперь смогла показать, что метод работает. Аманн и его команда в настоящее время ищут промышленных партнеров, с которыми они хотят дополнительно оптимизировать ионные жидкости. «Одна из проблем заключается в том, что при движении волны выделяется тепло, которое позволяет воде испаряться», - говорит исследователь. «Теперь мы хотим найти смеси ионных жидкостей, которые препятствуют испарению».
Более низкое потребление энергии с водой
Ионизированная вода не только более экологична, чем нефть. Это также должно помочь сделать подшипники скольжения еще более эффективными. «Волна скользит легче, когда ее смачивают водой. Вот почему потребление энергии во время работы ниже, чем у гораздо более вязкого масла », - говорит Аманн. Кроме того, по данным института, коррозии избегают. Кислород из воды обычно реагирует с железными сталями и в конечном итоге вызывает их ржавчину. Этого следует избегать электрическим полем.
Измерять значения износа и трения подшипников скольжения непосредственно во время работы
В своих двух проектах, которые финансируются государством Министерством экономики, труда и жилищного строительства Баден-Вюртемберг, эксперты IWM вместе с коллегами из Фрайбургского университета разработали даже больше, чем подшипник скольжения с электрохимическим внутренним пространством.
Кроме того, исследователи разработали новое измерительное устройство - так называемый трибометр на месте - с помощью которого можно измерять и контролировать износ металла и коэффициент трения непосредственно на подшипнике скольжения во время работы. До сих пор износ подшипника можно измерить только в том случае, если вы его демонтируете, а затем исследуете и измеряете поверхности. Это отнимает много времени. «С нашим новым трибометром теперь возможно измерение на месте, что не только облегчает разработку подходящих смазочных материалов на водной основе, но и позволяет осуществлять непрерывный контроль подшипников», - подчеркивает Аманн.