{"id":406855,"date":"2022-09-19T12:47:38","date_gmt":"2022-09-19T10:47:38","guid":{"rendered":"https:\/\/innovationorigins.com\/?post_type=selected&p=406855"},"modified":"2022-09-19T12:47:38","modified_gmt":"2022-09-19T10:47:38","slug":"erstaunliche-entdeckung-schnellere-reibung-weniger-verschleiss","status":"publish","type":"selected","link":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/de\/selected\/erstaunliche-entdeckung-schnellere-reibung-weniger-verschleiss\/","title":{"rendered":"Erstaunliche Entdeckung: Schnellere Reibung, weniger Verschlei\u00df"},"content":{"rendered":"\n

Forscher der TU Wien haben eine erstaunliche Entdeckung gemacht: Reibung richtet normalerweise bei h\u00f6heren Geschwindigkeiten mehr Schaden an. Aber bei sehr hohen Geschwindigkeiten kehrt sich das um. Dank einer hochmoderne Supercomputer waren die Wissenschaftler in der Lage, diese komplexen Vorg\u00e4nge an der Materialoberfl\u00e4che zu modellieren. So die TU Wien in einer Pressemeldung<\/a>.<\/p>\n\n\n\n

Wenn zwei Metalloberfl\u00e4chen gegeneinander gleiten, kommt es zu einer Vielzahl komplizierter Ph\u00e4nomene, die zu Reibung und Verschlei\u00df f\u00fchren: Kleine kristalline Bereiche, aus denen Metalle typischerweise aufgebaut sind, k\u00f6nnen verformt, verdreht oder zerbrochen werden, oder auch miteinander verschmelzen. F\u00fcr die Industrie ist es wichtig, solche Effekte zu verstehen. Verschlei\u00df kann schlie\u00dflich Maschinen zerst\u00f6ren und eine Menge Geld kosten.<\/p>\n\n\n\n

Normalerweise ist der Verschlei\u00df umso gr\u00f6\u00dfer, je schneller die beiden Oberfl\u00e4chen aneinander vorbeigleiten. Doch bei extrem hohen Geschwindigkeiten, etwa in der Gr\u00f6\u00dfenordnung der M\u00fcndungsgeschwindigkeit einer Schusswaffe, kann sich das umkehren: Oberhalb einer bestimmten Geschwindigkeit nimmt der Verschlei\u00df wieder ab. Dieses \u00fcberraschende und scheinbar widersinnige Ergebnis konnten der Forschungsbereich Tribologie an der TU Wien und das Exzellenzzentrum f\u00fcr Tribologie (AC2T research GmbH) in Wiener Neustadt in Zusammenarbeit mit dem Imperial College in London nun mit Hilfe von Computersimulationen erkl\u00e4ren.<\/p>\n\n\n\n

Supercomputer<\/h2>\n\n\n\n

“Bisher konnten Reibung und Verschlei\u00df nur im Experiment untersucht werden”, sagt Stefan Eder, Forscher an der TU Wien. “Supercomputer sind inzwischen so leistungsf\u00e4hig, dass wir die sehr komplexen Prozesse an der Materialoberfl\u00e4che modellieren k\u00f6nnen.”<\/p>\n\n\n\n

Stefan Eder und sein Team bauen am Computer verschiedene Metallverbindungen mit einer streng regelm\u00e4\u00dfigen und fehlerfreien Anordnung der Atome nach. Dabei handelt es sich um eine Verbindung, die der Realit\u00e4t sehr viel n\u00e4her kommt: eine geometrisch komplizierte Anordnung von kleinen Kristallen, die in verschiedene Richtungen gedreht sind. “Das ist wichtig, denn alle diese Fehler haben einen entscheidenden Einfluss auf Reibung und Verschlei\u00df”, sagt Eder. “Wenn wir ein perfektes Metall am Computer simulieren w\u00fcrden, h\u00e4tte das Ergebnis wenig mit der Realit\u00e4t zu tun.<\/p>\n\n\n\n

\u00dcberraschende Resultate<\/h2>\n\n\n\n

Das Forscherteam berechnete, wie sich die Gleitgeschwindigkeit auf den Verschlei\u00df auswirkt: “Bei relativ niedrigen Geschwindigkeiten, in der Gr\u00f6\u00dfenordnung von zehn oder zwanzig Metern pro Sekunde, ist der Verschlei\u00df gering. Nur die \u00e4u\u00dferen Schichten ver\u00e4ndern sich, die darunter liegenden Kristallstrukturen bleiben weitgehend erhalten”, sagt Eder.<\/p>\n\n\n\n

Erh\u00f6ht man die Geschwindigkeit auf 80-100 Meter pro Sekunde, nimmt der Verschlei\u00df zu – das ist zu erwarten, da dann mehr Energie pro Zeiteinheit auf das Metall \u00fcbertragen wird. “Dann kommt man allm\u00e4hlich in einen Bereich, in dem sich das Metall wie eine viskose Fl\u00fcssigkeit verh\u00e4lt, \u00e4hnlich wie Honig oder Erdnussbutter”, erkl\u00e4rt Eder. Tiefere Schichten des Metalls werden in Richtung der vorbeiziehenden Oberfl\u00e4che mitgerissen, und die Mikrostruktur im Metall wird vollst\u00e4ndig umgestaltet. Die einzelnen K\u00f6rner, aus denen sich das Material zusammensetzt, werden verdreht, gebrochen, zusammengeschoben und schlie\u00dflich mitgezogen.<\/p>\n\n\n\n

Eine \u00dcberraschung erlebte das Team jedoch, als es zu noch h\u00f6heren Geschwindigkeiten \u00fcberging: Oberhalb von etwa 300 Metern pro Sekunde – was in etwa der H\u00f6chstgeschwindigkeit von Zivilflugzeugen entspricht – nimmt der Verschlei\u00df wieder ab. Das Gef\u00fcge des Metalls knapp unter der Oberfl\u00e4che, das bei durchschnittlichen Geschwindigkeiten v\u00f6llig zerst\u00f6rt wird, bleibt nun wieder weitgehend intakt.<\/p>\n\n\n

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Wissenschaftler erfinden Material, das sich sekundenschnell selbst heilt<\/div>
Unsere Haut und unser K\u00f6rper k\u00f6nnen durch die angeborenen Selbstheilungskr\u00e4fte viele Sch\u00e4den selbst wieder beseitigen.<\/div><\/div><\/div>\n\n\n

Unbestrittene Wirkung<\/h2>\n\n\n\n

Genauere Analysen der Computerdaten haben nun gezeigt, wie dieser Effekt m\u00f6glich ist: Bei extrem hohen Geschwindigkeiten entsteht durch die Reibung viel W\u00e4rme – allerdings auf sehr ungleichm\u00e4\u00dfige Weise. Nur einzelne Stellen auf den Oberfl\u00e4chen der beiden gegeneinander gleitenden Metalle sind in Kontakt, und diese kleinen Bereiche k\u00f6nnen Tausende von Grad Celsius erreichen. Dazwischen ist die Temperatur viel niedriger.<\/p>\n\n\n\n

Dadurch k\u00f6nnen kleine Teile der Oberfl\u00e4che schmelzen und einen Bruchteil einer Sekunde sp\u00e4ter wieder kristallisieren. Die \u00e4u\u00dfere Schicht des Metalls wird also drastisch ver\u00e4ndert, aber genau das sch\u00fctzt die tieferen Teile des Materials: Nur die \u00e4u\u00dferen Schichten des Materials sp\u00fcren den Abrieb, die darunter liegenden kristallinen Strukturen ver\u00e4ndern sich nur geringf\u00fcgig.<\/p>\n\n\n\n

“Dieser bisher kaum diskutierte Effekt tritt bei unterschiedlichen Materialien auf”, sagt Eder. \u00dcberall dort, wo Reibung bei hohen bis extrem hohen Geschwindigkeiten auftritt, muss dies in Zukunft unbedingt ber\u00fccksichtigt werden. Das gilt zum Beispiel f\u00fcr moderne, hochtourige Lager und Getriebe in der E-Mobilit\u00e4t oder f\u00fcr Maschinen, die Oberfl\u00e4chen schleifen. Der jetzt besser verstandene Effekt spielt auch eine Rolle bei der Stabilit\u00e4t von Metallen bei einem Fahrzeugaufprall oder beim Aufprall kleiner Partikel auf Hochgeschwindigkeitsflugzeuge.<\/p>\n","protected":false},"author":2538,"featured_media":509298,"template":"","meta":{"_acf_changed":false,"advgb_blocks_editor_width":"","advgb_blocks_columns_visual_guide":""},"categories":[36843],"tags":[26421,29860],"location":[28185],"internal_archives":[],"class_list":["post-406855","selected","type-selected","status-publish","has-post-thumbnail","hentry","category-digital-de-de","tag-supercomputer-de","tag-tu-wien-de","location-oesterreich"],"blocksy_meta":[],"acf":[],"featured_img":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/wp-content\/uploads\/2019\/09\/robot-3256109_1280.png","coauthors":[],"author_meta":{"author_link":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/author\/youri-van-heumen\/","display_name":"Youri van Heumen"},"relative_dates":{"created":"Posted 4 years ago","modified":"Updated 4 years ago"},"absolute_dates":{"created":"Posted on September 19, 2022","modified":"Updated on September 19, 2022"},"absolute_dates_time":{"created":"Posted on September 19, 2022 12:47 pm","modified":"Updated on September 19, 2022 12:47 pm"},"featured_img_caption":"","tax_additional":{"category":{"linked":["Digital<\/a>"],"unlinked":["Digital<\/span>"],"slug":"category","name":"Categories"},"post_tag":{"linked":["Supercomputer<\/a>","TU Wien<\/a>"],"unlinked":["Supercomputer<\/span>","TU Wien<\/span>"],"slug":"post_tag","name":"Tags"},"language":{"linked":["DE<\/a>"],"unlinked":["DE<\/span>"],"slug":"language","name":"Tags"},"post_translations":{"linked":["pll_63283c8fbf23a<\/a>"],"unlinked":["pll_63283c8fbf23a<\/span>"],"slug":"post_translations","name":""},"location":{"linked":["\u00d6sterreich<\/a>"],"unlinked":["\u00d6sterreich<\/span>"],"slug":"location","name":"Locations"},"internal_archives":{"linked":[],"unlinked":[],"slug":"internal_archives","name":"Internal Archives"}},"series_order":"","_links":{"self":[{"href":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/wp-json\/wp\/v2\/selected\/406855","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/wp-json\/wp\/v2\/selected"}],"about":[{"href":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/wp-json\/wp\/v2\/types\/selected"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/wp-json\/wp\/v2\/users\/2538"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/wp-json\/wp\/v2\/media\/509298"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=406855"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=406855"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=406855"},{"taxonomy":"location","embeddable":true,"href":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/wp-json\/wp\/v2\/location?post=406855"},{"taxonomy":"internal_archives","embeddable":true,"href":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/wp-json\/wp\/v2\/internal_archives?post=406855"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}