Tribologie (Tribology)

 

Liquid Crystals in Variable Friction Devices,
R. Eidenschink, Angew. Chem. 100, 1639 (1988). 

 

Abstract: Phase changes between a low viscous phase of low order parameter to a liquid crystal phase of high molecular order can be exploited in bearings, clutches and brakes. The change of friction moments is measured going from the nematic to the smectic B phase of a bicyclohexane derivative.


 

Eine neue Anwendung flüssiger Kristalle in der Tribologie,
(A new application of liquid crystals in tribology)

R. Eidenschink, Liq. Cryst. 5, 1517 (1989).

 

Abstract: In einem mit trans,trans-4-Methoxy-4’-pentyl-bicyclohexyl (1) geschmierten Gleitlager wurde im Temperaturbereich des Überganges zwischen der nematischen und der SB-Phase ein steiler Anstieg des Reibungsmomentes gemessen. Die Ergebnisse lassen erwarten, daß die schnelle und reversible Änderung tribologischer Eigenschaften bei Phasenumwandlungen flüssiger Kristalle im Maschinenbau vorteilhaft anwendbar sind. Kleinere Reibungsmomente in der SB-Phase ergaben sich nach Dotieren von 1 mit 4-Pentyl-benzoesäure. Entsprechende Messungen mit 2,3,7,8,12,13-Hexakis[decanoyloxy]truxen im Temperaturbereich des Übergangs zwischen der Reentrant-ND-Phase und der columnaren Phase zeigten bei Temperaturerhöhung eine geringe Erhöhung des Reibungsmoments.

 

A steep increase of the friction moment of a plain bearing lubricated with
trans,trans-4-methoxy-4’-pentyl-bicyclohexyl (1) was measured in the temperature range of its transition between the nematic and the SB phase. The results give rise to the expectation that the fast and reversible change of tribologic properties occurring at liquid crystal phase transitions will have advantageous applications in engineering. Smaller friction moments in the SB phase were obtained after doping 1 with 4-pentylbenzoic acid. Corresponding measurements with 2,3,7,8,12,13-hexakis[decanoyl]truxene in the temperature region of the transition between the re-entrant ND and the columnar phase showed a small increase of the friction moment with increasing temperature.


 

Reibungseigenschaften eines Schmierstoffes auf der Basis von Flüssigkristallen,
(Frictional behaviour of a lubricant on the basis of liquid crystals)

A.M. Häger, IVW-Bericht 95-22 (1995) Universität Kaiserslautern.

 

Abstract: Es wurden der Schmierstoff S2 und das Getriebeöl ARAL EP SAE 80W im Gleitlagertest (Stahl/Stahl-Paarung) untersucht. Der Reibwert fällt bei Schmierung mit S2 zu höheren Lasten und niedrigeren Gleitgeschwindigkeiten hin ab und erreicht extrem niedrige Werte von kleiner 0,02. Im Gegensatz dazu bleibt das Reibwertniveau des Getriebeöls ARAL EP SAE 80W bei 0,101. Das Reibungsverhalten des S2 weist Ähnlichkeiten mit dem der PTFE-Stahl-Paarung auf. Das lastabhängige Verhalten lässt sich durch eine Exponentialfunktion annähern. 

 

Reibungsuntersuchungen von flüssigkristallinen Schmierstoffen im Vergleich zu herkömmlichen Ölen im Schwingverschleißprüfstand,
(Investigation of friction of a liquid crystal lubricant in a SRV test stand, comparison with conventional oils)

B. Schönauer, IVW-Bericht 96-37 (1996) Universität Kaiserslautern.

 

Abstract: Im Rahmen dieser wissenschaftlichen Arbeiten wurden flüssigkristalline Schmiermittel mit stäbchenförmigen und mit scheibenförmigen Molekularaufbau in einem Schmierspalt eines tribologischen Systems unter oszillierenden Relativbewegung auf ihr Reibverhalten hin untersucht und mit herkömmlichen Schmierölen verglichen. Bestimmt wurde die Reibungszahl als Funktion der Normalkraft, Frequenz, Rauheit und Temperatur. Es wurden Versuche unter Punktkontakt mit einer Stahlkugel und unter Linienkontakt mit einem Stahlzylinder durchgeführt. Bei der Testreihe unter Punktkontakt zeigten beide flüssigkristallinen Modifikationen gegenüber den herkömmlichen Schmierölen keine Vorteile. Die Versuchsreihe unter Linienkontakt zeigte bei den stäbchenförmigen flüssigkristallinen Schmiermitteln nur bei einer niedrigen Last eine Überlegenheit durch niedrigere Reibwerte gegenüber den Schmierölen. Die scheibenförmigen flüssigkristallinen Schmiermittel waren den herkömmlichen Schmierölen wegen der erzielten niedrigen Reibwerte weit überlegen, besonders bei höheren Temperaturen. Beigemischte Haftvermittler und Verunreinigungen mit Schmierölen erhöhten den Reibwert gegenüber den reinen flüssigkristallinen Schmiermitteln.

Die besten Resultate wurden mit einer glatten Oberfläche (RZ = 0,103 µm) erzielt.


 

Reibungsmessung im Kugelgewindetrieb an flüssigkristallinen Schmierstoffen,
(Mesurement of friction in spherical plain barings with liquid crystal lubricants)

Haberkern, Ganz, Institut für Werkzeugmaschinen und Betriebstechnik der Universität Karlsruhe (wbk) (1996).

 

Abstract: Some smectogenic and discogenic oils were compared in a linear bearing. The friction moments measured are distinctly lower than obtained with a known standard oil.


 

Reibungszahlmessungen an mesogenen Flüssigkeiten,

(Measurements of friction coefficients with mesogenic liquids)
B.-R. Höhn, K. Michaelis, F. Kopatsch, R. Eidenschink, Tribologie und Schmierungstechnik 44, 116 (1997); FZG Ber. 2093.

 

Abstract: Flüssigkristalle oder mesogene Flüssigkeiten finden bisher als Schmierstoffe kaum Anwendung. Doch bei Reibungszahlmessungen in einem Zweischeibenprüfstand zeigten derartige Fluide in einem weiten Bereich der Betriebsbedingungen wesentlich niedrigere Reibungszahlen als ein Mineralöl und ein Esteröl. Für das untersuchte, besonders interessante diskogene Öl D1 wurde ein FZG Zahnradtest gemacht: Nach Kraftstufe 13 ohne Riefen und Fressen.


 

Reduction of Friction through Presmectic Lubricants,
R. Eidenschink, A.M. Häger, Mol. Cryst. Liq. Cryst. 304, 513 (1997).

 

Abstract: Surprisingly low friction losses can be realized in plain bearings lubricated with different 4-(trans-4-alkylcyclohexyl)-alkylbenzenes. Possible reasons for this behaviour at temperatures far above the regime of ordered fluid phases are discussed. Limitations of application are outlined.


 

Reibungsmessungen an mesogenen Flüssigkeiten,
R. Eidenschink, B.-R. Höhn, K.Michaelis, F.Kopatsch, Tribologie Tagung Esslingen 13.-15.01.1998.

 

Abstract: The coefficients of friction of one smectogenic and two discogenic compounds measured in a twin machine are significantly lower than those of a standard mineral oil and an ester oil. Especially for conditions of low load and low sliding ration unprecedented low values could be found for the discogenics. Possible reasons are discussed and first applications are outlined.


 

Gutachtliche Untersuchung des Reibungsverhaltens eines Flüssigkristallschmierstoffes D1 im Zweischeibenprüfstand

 

 

FZG Technische Universität Arcisstraße 21, 80333 München, Lehrstuhl für Maschinenelemente Forschungsstelle für Zahnräder und Getriebebau 

 

Unusual lift by shearing mesogenic fluids,
R. Eidenschink, G. Konrath, H. Kretzschmann, M. Rombach,
Mol. Cryst. Liqu. Cryst. 330, 327 (1999).

 

Abstract: The compounds hexakis- and pentakis[octylthio]benzene showing discotic phases below room temperature were sheared in an osciallation mode under load between a cylinder and a disk of chromium steel at temperatures between 60 and 120°C. Surprisingly, after some initial wear friction coefficients f decreased to values between 0.005 and 0.001. Under these conditions known lubrication oils cause boundary friction with values some 100 times higher. The nonmesogenic compounds hexakis[2-ethylhexylthio]benzene and hexakis[2-octylthio]benzene behave like known oils. Possible reasons for this promising behaviour of the mesogenic compounds are discussed.


 

Einfluss mesogener Flüssigkeiten auf die Geräuschentwicklung im Fahrzeuggetriebe 
E. Altuntas, Diplom-Arbeit, Institut für Maschinenelemente der Universität Stuttgart, 1999

 

Abstract: Es wurden an einen Koaxial- und einem Frontquergetriebe die Luftschallpegel in Abhängigkeit von Drehzahl und Anregung gemessen. Im Vergleich zu herkömmlichen Ölen gleicher Viskosität lagen die Werte 1 bis 4 dB(A) niedriger.


 

Bestimmung der Struktur und Phasenumwandlungen des flüssigkristallinen Schmierstoffes D1 
W. DeOdorico, M. Stamm, Max-Planck-Institut für Polymerforschung, 1999

 

Abstract: Die mesogene Flüssigkeit D1 sowie 3 Vergleichssubstanzen wurden bzgl. ihres Phasenverhaltens insbesondere mit Hilfe der Differentialthermoanalyse und Röntgenweitwinkelstreuung im Temperaturbereich von -70 - +70°C untersucht. D1 unterscheidet sich vor allem in der Perfektion eines tellerförmigen Moleküls von den Vergleichssubstanzen. Daher sind die gefundenen wesentlichen Unterschiede im Phasenverhalten vor allem dieser stark anisotropen Struktur zuzuschreiben. Sie spiegelt sich auch in den Röntgenmessungen wider. Die vorherrschenden Abstände in der amorphen wie den kristallinen Phasen korrespondieren mit der Höhe und dem Durchmesser des tellerförmigen Moleküls.

 

 

Ein neuer Effekt in der Tribologie, Senkung von Energiebedarf und Verschleiß durch mesogene Verbindungen

Rudolf Eidenschink, Wissenschaftsforum Chemie 2009, Poster NPR01

 

Der Verlust an Energie und Material durch Reibung in Maschinenlagern ist von immenser volkswirtschaftlicher Bedeutung. Besonders nachteilig sind Gleitlager, die im sog. Regime der Mischreibung betrieben werden müssen. Es hat eine Reihe von Versuchen gegeben, diese Verluste durch Einsatz von thermotrop-flüssigkristalliner Schmiermittel zu mildern[1]. Die erzielten Verbesserungen waren bescheiden, auch wegen der hohen Herstellkosten solcher Öle ist eine Anwendung bisher ausgeblieben. Erst der Einsatz von mesogenen isotropen Flüssigkeiten, deren flüssigkristalline Phasen weit außerhalb des Bereiches ihrer thermodynamischen Stabilität im Druck-Temperatur-Bereich des Lager lagen, brachten eine überraschende Reduzierung des Reibungs-koeffizienten µ auf < 0,005, wo sonst Werte von 0,2 bis 0,05 möglich sind (sog. „hydro-dynamischer Effekt")[2]. Die hier vorgestellten mesogenen Verbindungen zeichnen sich gegenüber Verbindungen mit einer enantiotropen oder monotropen flüssigkristallinen Phase auch dadurch aus, dass sie sich auf Grund ihres einfacheren molekularen Baues wirtschaftlich herstellen lassen. Besonders wichtig unter anwendungstechnischen Gesichtspunkten ist, dass der gefundene Effekt Anteile herkömmlicher Mineralöle zulässt (je nach Verbindungstyp 5 bis 50 Masseprozent). Das Phänomen, bisher durch konventionelle Ansätze nicht erklärt, lässt sich mit dem hypothetischen Variationsprinzip der maximalen Fluss-Energie erfassen: durch die Scherung werden in der Flüssigkeit „innere Flächen" generiert und gleichzeitig eine molekulare Ordnung induziert, die der in einer flüssigkristallinen Phase herrschenden nahe kommt, was wiederum mit einer (angenähert adiabatischen) Kompression verbunden ist. Der sich mit dem Eintritt der Ordnung ändernde Fluss von Energie aus dem thermischen Pool senkrecht zu diesen Flächen resultiert in einem die Reibpartner trennenden Druckaufbau[3].

Literatur:

[1] J. Cognard, ACS Symp. Ser. 1990, 441 (Tribol. Liq.-Cryst. State), 1-47; С. Ф. Ермаков, В. Г. Родненков, Е. Д. Белоеко, Б. И. Купчинов, Жидкие кристаллы в технике и медицине, Москва, ЦеРо 2002 (ISBN 5-88711-175-5). [2] R. Eidenschink, G. Konrath, H. Kretzschmann, M. Rombach, Mol. Cryst. Liqu. Cryst. 1999, 330, 327; A. Kailer, T. Amann, G. Konrath, D. Janietz, H. Sawade in Friction and Wear Protection, Eds. A. Fischer, K. Bobzin, Whiley-VCH, 2008; B. Eidenschink, Untersuchung energiesparender Reibpaarungen mit mesogenen Schmierölen, Bachelor-Thesis, Technische Fachhochschule Berlin, 2008. [3] R. Eidenschink, Mol. Cryst. Liqu. Cryst. 2007, 461, 71.

 

 

 

...back to Selected papers, reports and data sheets