In der RWTH wird umweltfreundlich geschmiert

24.11.2009: "Wie geschmiert" sollen sie laufen, die Getriebe, Wälzlager, Werkzeuge und hydraulischen Pumpen in Werkzeugmaschinen. In der RWTH Aachen laufen die Maschinen vorbildlich - und das, obschon sie nicht mit dem üblichen Mineralöl betrieben werden, sondern mit einem neu entwickelten umweltverträglichen Pflanzenöl.

Schmierstoffe werden zur Verringerung von Reibung oder Verschleiß sowie zur Kraftübertragung, Kühlung, Schwingungsdämpfung und als Korrosionsschutz eingesetzt. Ein Großteil der eingesetzten Schmierstoffe sind Mineralöle, die zu 80 Prozent aus einem Grundöl und zu 20 Prozent aus Additiven bestehen. Diese Kombination ist umweltschädlich und giftig. Gelangen diese Schmierstoffe in die Umwelt, besteht ein großes ökotoxikologisches Gefährdungspotenzial. Gerade in der Fertigungstechnik, im täglichen Umgang mit Werkzeugmaschinen hat der Mensch ständigen Kontakt mit dem Schmierstoff. Doch es gibt Alternativen, die deutlich umweltverträglicher und für Mensch und Natur nicht gefährlich sind: Im Sonderforschungsbereich 442 (SFB 442) "Umweltverträgliche Tribosysteme durch geeignete Werkstoffverbunde und Zwischenstoffe am Beispiel der Werkzeugmaschine" der RWTH wurden in zwölfjähriger interdisziplinärer Arbeit pflanzlichbasierte Flüssigkeiten entwickelt, die in Verbindung mit speziellen Beschichtungen einzelner Maschinenbauteile zukünftig die alten Schmierstoffe ersetzen können.

Die neu entwickelten Beschichtungen, die in Tribosystemen eingesetzt werden, sollen Schmier- und Verschleißschutzeigenschaften der bisher eingesetzten mineralölbasierten und additivierten Stoffe übernehmen. Gleichzeitig sollen sie biologisch gut abbaubar und ökotoxikologisch unbedenklich sein. Tribosysteme sind die reibungsbehafteten Kontaktstellen von zueinander bewegten Bauteilen und kommen in unterschiedlichsten Formen im Maschinenbau vor. Es werden jetzt synthetische Ester eingesetzt, die nicht toxisch sind. In Kombination mit Beschichtungen der Wälzlager, Kolben und Zahnräder liegen nun günstigere Schmier- und Verschleißschutzeigenschaften vor.

Die Vorteile der neuen Stoffe und Materialien beziehen sich zunächst auf ökologische und ökonomische Aspekte, denn es können Rohstoffe eingespart werden. Außerdem zeigte sich, dass die Abnutzungserscheinungen beim Einsatz der neuen Beschichtungen in den Maschinen und deren Teilsystemen geringer sind, die Werkzeuge also länger zu gebrauchen sind. Die Produktionszeit ist kürzer und daher effizienter, was höhere Kosten in der Produktion der Beschichtungen folglich wieder ausgleicht.

Dass derartige Projekte durch die Bündelung vielfältigen Fachwissens Erfolge verzeichnen, liegt auf der Hand: So begann die grundlagenorientierte Forschung vor zwölf Jahren zunächst damit, neue synthetische Ester und Beschichtungen zu entwickeln und zu optimieren. Die biologisch gut abbaubaren Schmiermittel wurden von RWTH-Wissenschaftlern im Institut für Technische und Makromolekulare Chemie (ITMC) entwickelt. Ihr ökotoxikologisches Gefährdungspotenzial und die Abbaubarkeit wurden vom Institut für Hygiene und Umweltmedizin (IHU) untersucht. Biologen und Lebensmittelwissenschaftler bewiesen mithilfe von Abbaubarkeits- und Toxizitätstests die Umweltverträglichkeit der neu entwickelten Fluide und zeigten, dass diese keinen Einfluss auf menschliche Zellen haben. Erstmalig wurden auch gebrauchsbedingte Veränderungen der Schmierstoffe untersucht.

Die Materialwissenschaftler des Instituts für Oberflächentechnik (IOT) erforschten die neuen Beschichtungen und deren Applikationsprozesse. Die neuartig beschichteten Bauteile, beispielsweise Zahnräder, Wälzlager, Werkzeuge und Kolben, werden in Prüfständen des Instituts für fluidtechnische Antriebe und Steuerungen (IFAS), des Werkzeugmaschinenlabors (WZL) und des Instituts für Maschinenelemente (IME) getestet und optimiert. Hier werden hochbelastete Kontakte aus Maschinen nachgebildet und analysiert. Die hydraulische Pumpe einer Werkzeug- oder Baumaschine läuft in der Versuchshalle des IFAS komplett mit synthetischen Estern in Kombination mit beschichteten Lagern und Kolben. "Unser Ziel ist es, die neuen Tribosysteme ohne umweltschädigende Zusätze eins zu eins in die auf dem Markt existierenden Pumpen einbauen zu können", sagt Dipl.-Ing. Claus Enekes vom IFAS. Im Werkzeugmaschinenlabor (WZL) der RWTH Aachen kommen die neu entwickelten Tribosysteme auf den Prüfstand. Hier läuft schon eine Werkzeugmaschine unter Einsatz synthetischer Ester und beschichteter Teilsysteme.

Der seriennahe Prototyp einer hydraulischen Pumpe, der praktisch in jede Baumaschine eingebaut werden kann, soll Ende des Jahres 2010 fertiggestellt sein. Die Mitarbeiter des Sonderforschungsbereiches gehen davon aus, dass ihre Ergebnisse bereits in zwei bis drei Jahren auf dem Markt Anwendung finden.