Schlangenmuster schützt Stahl vor Reibung Donnerstag, 20.08.2015

Forscher des KIT haben ein Verfahren entwickelt, das Stahlbolzen widerstandsfähiger gegen Reibung macht – das Vorbild kommt aus der Natur

Eine Schlange kommt auch ohne Beine vorwärts, weil sie sich mit ihrem Bauch vom Boden abstößt. Sie erzeugt dabei nur an den Stellen Reibung, die sie braucht, um sich nach vorne zu bewegen und kann so verhindern, dass sich ihre Schuppen durch zu starke Reibung abnutzen. Forscher des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT)  haben eine Möglichkeit gefunden, diese Eigenschaft auf Bauteile in beweglichen Systemen zu übertragen. So könnten Stahlbolzen widerstandsfähiger gegen Reibung gemacht oder die Lebensdauer von Hüftprothesen, Computer-Festplatten oder Smartphones verlängert werden.
 
Mit einem Faserlaser haben die Forscher Schuppen auf einen Stahlbolzen mit 8 mm Durchmesser gefräst. Jede Schuppe ist fünf Mikrometer hoch und hat eine seitliche Abmessung von 50 Mikrometer (10-6 Meter).  In der Natur sind die Schuppen einer Schlange etwa 300 bis 600 Nanometer (10-9 Meter) klein, die des Sandfisches etwa zwei mal drei Millimeter (10-3 Meter). Damit stimmen die eingelaserten Schuppen in ihrer Größe zwar nicht mit denen der Reptilien überein. Allerdings konnten Wissenschaftler des KIT in einem anderen Projekt zeigen, dass eine Veränderung der Größe nicht zwangsläufig dazu führt, dass die künstliche Struktur weniger effektiv ist als die natürliche.
Um zu untersuchen, ob die Schuppen Reibung verringern können, wurde die bearbeitete Oberfläche der Bolzen auf eine sich drehende Platte angebracht. Die Versuche fanden einmal ohne und einmal mit Schmiermittel statt.  Versuche im geölten Zustand zeigten, dass sowohl eine enge als auch eine weite Anordnung der Schuppen die Reibung im Vergleich zum unbehandelten Bolzen erhöht. Im nicht-geölten Zustand dagegen konnten die Schuppen, die mit einem weiten Abstand zueinander eingelasert waren, die Reibung um mehr als 40 Prozent reduzieren, die eng aneinanderliegenden um 22 Prozent.

Bild: Von der Natur inspiriert und per Laser auf einen Stahlbolzen gefräst: 3-D-Aufnahme der schuppenähnlichen Struktur (Aufnahme: Christian Greiner, KIT)


20.08.2015
KK