Reibung bestimmt Energieverbrauch, Verschleiß und Lebensdauer technischer Systeme. Mit dem Forschungsprojekt BioSlide untersucht das Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS, wie sich Gleitsysteme nachhaltiger und energieeffizienter auslegen lassen. Das vom Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR) im Programm BioKreativ 4 mit rund 3,3 Millionen Euro geförderte Projekt ermöglicht den Aufbau einer neuen interdisziplinären Nachwuchsgruppe. Diese befasst sich mit biobasierten Werkstoffen, Schmierstoffen und Supraschmierung.
Gleitlager zählen zu den am häufigsten eingesetzten Funktionselementen im Maschinen- und Anlagenbau. Sie kommen in Motoren, Getrieben, Pumpen oder Antriebssystemen zum Einsatz und definieren maßgeblich den Energiebedarf ganzer Maschinen. Heute bestehen die Gleitelemente oft aus Stahl, Bronze oder technischen Kunststoffen und arbeiten mit mineralölbasierten Schmierstoffen. BioSlide verfolgt einen alternativen Ansatz: Nachwachsende Rohstoffe sollen etablierte Materialien ersetzen und gleichzeitig neue tribologische Leistungsreserven erschließen.
Im Mittelpunkt des Projekts steht die Supraschmierung. Bei diesem Zustand wird der Reibkoeffizient von 0,01 unterschritten. Bauteile erwärmen sich weniger, der Verschleiß sinkt und der Energiebedarf im Betrieb reduziert sich spürbar. Das Fraunhofer IWS erforscht Supraschmierung seit mehreren Jahren und überträgt dieses Wissen nun gezielt auf biobasierte Material- und Schmierstoffsysteme. BioSlide verbindet unsere Supraschmierungsforschung mit der Frage nach nachhaltigen Werkstoffen, sagt Dr. Stefan Makowski, Gruppenleiter Tribologische Systeme. Die Forschenden untersuchen ihm zufolge, ob sich klassische Materialien in Gleitsystemen durch biobasierte Alternativen ersetzen lassen und welche Chancen biobasierte Schmierstoffe für extrem niedrige Reibung bieten.
Gleitlager-Teststand für die besonders anwendungsnah Prüfung neuer Werkstoffe (© Jürgen Jeibmann/Fraunhofer IWS)
Beschichtungen eröffnen neue Werkstoffkombinationen
Ein technologischer Schwerpunkt liegt auf funktionalen Beschichtungen aus tetraedrisch amorphem Kohlenstoff. Diese sogenannten ta-C-Schichten erzeugen glatte, verschleißarme Oberflächen und gelten als Schlüssel für Supraschmierung. Mit dem am Fraunhofer IWS entwickelten Laser-Arc-Verfahren lassen sie sich auch auf nichtleitende Substrate aufbringen und ohne mechanische Nachbearbeitung verwenden. Dadurch rücken erstmals auch biobasierte Kunststoffe, Holzfaserverbundwerkstoffe oder andere nachwachsende Materialien als tragende Elemente in Gleitsystemen in den Fokus.
Funktionale Kohlenstoffschichten für Gleitsysteme (© Jürgen Jeibmann/Fraunhofer IWS)
Förderung ermöglicht Aufbau einer neuen Nachwuchsgruppe
Die Projektförderung des BMFTR dient dem Aufbau einer eigenständigen Forschungsgruppe am Fraunhofer IWS. Über eine Laufzeit von vier Jahren arbeiten Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen sowie technisches Personal gemeinsam an der Frage, wie sich tribologische Systeme künftig ressourcenschonender gestalten lassen. Dazu hat das Institut Ende 2025 die Gruppe Tribologische Systeme unter der Leitung von Dr. Makowski etabliert. Neben der wissenschaftlichen Qualifizierung finanziert das Projekt zwei Promotionsstellen und schafft damit eine langfristige Kompetenzbasis am Institut. Ein Beratungsteam aus Unternehmen und internationalen Mentorinnen und Mentoren unterstützt die Gruppe.
Die neue Gruppe bündelt spezialisierte Infrastruktur für tribologische Untersuchungen. Tribometer erfassen extrem niedrige Reibwerte präzise und reproduzierbar. Ein Lagerprüfstand misst Reibung und Verschleiß direkt im Gleitlager. Ergänzende Analysen von Werkstoffen, Schichten und Schmierstoffen ermöglichen ein umfassendes Verständnis der Grenzflächenprozesse. Diese Ausstattung erlaubt es, neue Konzepte realitätsnah zu bewerten und in Richtung Anwendung zu entwickeln. Mit BioSlide bauen wir gezielt eine Kompetenz auf, die Grundlagenforschung und industrielle Fragestellungen verbindet, unterstreicht Prof. Christoph Leyens, Institutsleiter des Fraunhofer IWS. Die Förderung ermögliche es, diese Themen strukturiert und über mehrere Jahre hinweg zu bearbeiten.
Neben der wissenschaftlichen Arbeit steht die industrielle Anschlussfähigkeit im Fokus. BioSlide adressiert insbesondere den Maschinen- und Anlagenbau sowie Anwendungen mit hohen Anforderungen an Energieeffizienz, Zuverlässigkeit und Umweltverträglichkeit. Die Nachwuchsgruppe ist offen für Kooperationen mit Industriepartnern und bietet tribologische Prüf- und Entwicklungsleistungen an.
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