Schlangenmuster beeinflusst Reibung

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Reibung und Verschleiß sind zwei der größten Herausforderungen, wenn Bauteile aufeinandertreffen. Die schuppige Struktur der Haut von Reptilien brachte nun Forscher auf die Idee, deren Reibungsverhalten in Technik zu übersetzen.

Schlangen wie die Königspython oder Echsen wie der Sandfisch nutzen zwar Reibung um sich fortzubewegen, können diese aber dank ihrer Schuppen auf das Nötigste reduzieren. Michael Schäfer und Christian Greiner vom Karlsruher Institut für Technologie (KIT) haben nun ein Verfahren entwickelt, mit dem sie die schuppige Struktur der Reptilien auf Bauteile übertragen können: Mit einem Faserlaser haben sie für ihre Tests Schuppen auf einen Stahlbolzen gefräst.

Ob der Abstand zwischen den Schuppen das Reibungsverhalten beeinflusst, haben die beiden Materialwissenschaftler mit zwei unterschiedlichen Anordnungen geprüft. In der ersten überschneiden sich die Schuppen und liegen eng aneinander, wie die Bauchschuppen einer Königspython. Bei der zweiten Struktur sind die Schuppen in vertikalen Reihen mit größerem Abstand angelegt, wie bei der Haut des Sandfisches. Und um nun zu untersuchen, ob die Schuppen Reibung verringern können, haben Greiner und Schäfer die bearbeitete Oberfläche der Bolzen auf eine sich drehende Platte angebracht.

Schuppen dämpften signifikant

Die Versuche fanden einmal ohne und einmal mit Schmiermittel statt. Die Versuche im geölten Zustand zeigten, dass sowohl die enge als auch die weite Anordnung der Schuppen die Reibung im Vergleich zum unbehandelten Bolzen erhöht: Die weiten Schuppen um den Faktor 1.6, die engen sogar um den Faktor 3. Im nicht-geölten Zustand dagegen konnten die Schuppen, die mit einem Abstand zueinander eingelasert waren, die Reibung um mehr als 40 Prozent reduzieren, die eng aneinanderliegenden um 22 Prozent (siehe die Publikation der Ergebnisse in der Zeitschrift Bioinspiration & Biomimetics). In weiteren Versuchen wollen die Materialwissenschaftler nun herausfinden, wie sich das Verhalten der Bolzen hinsichtlich Reibung verändert, wenn sie die Größen der Schuppen variieren oder ein härteres Material verwenden. Anwendungen ihrer Ergebnisse sehen sie beispielsweise in der Verlängerung der Lebensdauer von Hüftprothesen oder Computer-Festplatten.