iReibung vergeudet bis zu sieben Prozent der deutschen Wirtschaftsleistung Ähnliche Probleme durch Reibung entstehen in vielen Maschinen, zum Beispiel in Lokomotiven und Fräsen. Selbst die modernen Elektroautos verschwenden einen Teil ihrer Batterieladung durch Reibung im Elektromotor und an anderen beweglichen Teilen. Schätzungen besagen, dass Reibung und der damit verbundene Verschleiß jährlich zwei bis sieben Prozent der deutschen Wirtschaftsleistung auffressen.
Zwar lässt sich Reibung nicht gänzlich vermeiden, wohl aber vermindern. Als Beispiel dafür haben die IWS-Experten ihre Anti-Reibungs-Technologien an Kolbenringen erprobt. Das sind jene Ringe, die wie eine Dichtung die Motorkolben umschließen, um Schmieröl von der Verbrennungskammer fernzuhalten.
Mikroskopisches Ölfluss-Delta schmiert den Motor Neu ist die photonische Strukturierung: Dafür senden Laser sehr kurze, aber energiereiche Lichtpulse aus. Auf diese Weise erzeugen die Wissenschaftler wenige Mikrometer (Tausendstel Millimeter) kleine Löcher auf den Kolbenringen. Dadurch entstehen Muster, die mit bloßem Auge kaum wahrnehmbar sind, unter dem Mikroskop aber wie Abflussrinnen oder Fischgräten aussehen. Diese Grätenmuster haben zwei Funktionen, erklärt Dr. Udo Klotzbach: »Einerseits vermindern wir dadurch die Flächen, die überhaupt an der Zylinderwand reiben können. Andererseits leiten die Rinnen das Motoröl zu den Stellen, wo normalerweise die größten Reibungsverluste entstehen. Wenn wir bei der Fischgräte bleiben, ist deren Wirbelsäule gewissermaßen der Fluss, durch den bei Bedarf neues Öl nachfließt.« Dadurch schwimmt die ganze Zeit ein schützender Ölfilm zwischen Ring und Zylinder-Innenwand, wenn der Motor arbeitet. Extrem kurze Laserpulse graben präzise Muster Der Laser muss das Grätenmuster allerdings hochpräzise erzeugen, ohne dabei scharfe Grate zu erzeugen. Deshalb setzen die IWS-Wissenschaftler auch die erwähnten Ultrakurzpulslaser ein: Die senden Lichtpulse aus, die oft nur 500 Femtosekunden dauern. Zum Vergleich: Zwei Billionen solcher Pulse sind nötig, bis eine ganze Sekunde vergangen ist. »Weil diese Pulse so kurz sind, erhitzt sich das Material kaum«, erklärt Dr. Klotzbach. »Dadurch entstehen so gut wie keine unerwünschten Veränderungen im Material.« Mittlerweile haben die Fraunhofer-Ingenieure mit ihren Lasern auch ein Bearbeitungstempo erreicht, das die Technologie für die Massenproduktion tauglich macht. Sie testen dieses Verfahren nun gemeinsam mit Partnern aus der Automobilindustrie. Auch loten sie weitere Anwendungen für ihre Mikro-Fischgräten aus, zum Beispiel im Maschinenbau und für Sportgeräte.