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23.07.2014

Mikrostruktur verringert Haftgleiteffekt

Als Vorbild für die polymeren Mikrostrukturen diente bei den Versuchen die Haut der Kalifornischen Kettennatter (Foto: Martina Baum/CAU)

Polymeroberflächen, deren Mikrostruktur einer Schlangenhaut ähnelt, können in Zukunft den Verschleiß an technischen Bauteilen minimieren. Zu diesem Ergebnis kommt eine Forschungsgruppe der Christian-Albrechts-Universität (CAU) in Kiel. Bei der durch Schlangen inspirierten mikrostrukturierten Polymeroberfläche, kurz SIMPS, und verschiedenen anderen ähnlichen Oberflächen analysierten die Forschenden das Reibungsverhalten und insbesondere den so genannten Haftgleiteffekt („Stick-Slip-Effekt“). Dieser Effekt kann auftreten, wenn die Haftreibung zwischen zwei Festkörpern größer ist als die Gleitreibung. Dabei kommt es zu einer schnellen Bewegungsfolge aus Haften, Verspannen, Trennen und Abgleiten, die auch als Ruckgleiten bezeichnet wird. Bekannte Beispiele für diesen Effekt sind quietschende Bremsen oder ratternde Scheibenwischer. Neben unerwünschten Geräuschen führt dieses Ruckgleiten auch zu Materialermüdung und erhöht den Materialverschleiß.

Sowohl ein Abdruck der echten Schlangenhaut als auch die SIMPS zeigten in den Untersuchungen ein reduziertes Ruckgleiten. Außerdem ergaben die Untersuchungen, dass es keinen einfachen Zusammenhang zwischen Reibungskoeffizient und Ruckgleiten gibt. Das verminderte Ruckgleiten bei Schlangenhaut und SIMPS weist darauf hin, dass die Bauchschuppen von Schlangen nicht nur reibungsoptimiert, sondern auch abriebminimiert sind, um länger intakt zu bleiben. Technische Polymeroberflächen, die durch Reibung beansprucht werden, könnten von den Erkenntnissen profitieren und nach Vorbild der Schlangenhaut verbessert werden.

Die Haut einer Schlange steht aufgrund der fehlenden Gliedmaßen in kontinuierlichem Kontakt mit dem Untergrund und muss deshalb besondere Gleiteigenschaften aufweisen. Ein anisotropisches Gleitverhalten führt dabei zur effektiven Fortbewegung. Als Vorbild für die polymeren Mikrostrukturen diente bei den Versuchen die Haut der Kalifornischen Kettennatter, die eine Körperlänge von bis zu 2 Metern erreicht. Am Projekt waren neben der CAU die Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität, Bonn und die Leonhard Kurz Group Stiftung & Co, Fürth, beteiligt.

Dr.-Ing. Harald Sambale
sambale <AT> hanser.de

zusätzliche Links

"Schlangenhaut gegen den Verschleiß" , Pressemeldung der Christian-Albrechts Universität, Kiel, Juli 2014

Fachartikel "Friction behavior of a microstructured polymer surface inspired by snake skin" , Beilstein Journal of Nanotechnology, 2014, 5, 83–97

Christian-Albrechts-Universität zu Kiel
Christian-Albrechts-Platz 4
DE 24098 Kiel
Tel: +49 431 880-00
Fax: +49 431 880-2072


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