Forskning om smörjfett gav tungt pris

Publicerad: 5 juni 2012

Forskare vid LTU kammade nyligen hem STLE:s (Society of Tribologists and Lubrication Engineers) fina pris Edmond E. Bisson Award för bästa publikation i den vetenskapliga tidskriften Tribology Transactions. STLE är en auktoritet i tribologivärlden och priset är onekligen ett kvitto på att den forskning som bedrivs vid LTU håller hög klass.

Det är ett lyckat samarbete mellan LTU:s forskningsämnen Strömningslära och Maskinelement samt storföretaget SKF som på ett tidigt stadium börjat ge resultat. Den prisbelönta artikeln är den första i en rad publikationer som kommer att handla om strömningsbeteendet hos fetter när det gäller smörjning av maskinelement. Forskningen kring smörjning, i det här fallet från fetter, är viktig att förstå för att skapa en lång livslängd hos exempelvis kullager.

– Vi är förstås jätteglada, det här var inget vi hade förväntat oss, säger Lars-Göran Westerberg, biträdande professor på forskningsämnet Strömningslära. Förutom Lars-Göran Westerberg består forskargruppen av Staffan Lundström och Torbjörn Green på Strömningslära, Erik Höglund och Jinxia Li på Maskinelement samt Piet Lugt och Pieter Baart som tillhör SKF Engineering & Research Center i Nieuwegein, Nederländerna.

Lyckade mätningar av smörjfett

Det som forskargruppen försökt ta reda på i den aktuella artikeln är om det går att mäta hastigheten hos smörjfett överhuvudtaget. Och visst kunde man det. Med hjälp av en metod som heter Micro Particle Image Velocimetry har forskarna med hjälp av laser och mikroskop kunnat mäta hastigheten för smörjfett i en enkel rektangulär kanal. Lars-Göran Westerberg nämner några fördelar med att använda just fett som smörjmedel.

– Fett är att föredra framför olja i många applikationer, men det är också mer komplext. Vid låga krafter beter sig fett som en solid kropp medan den i höga krafter beter sig som en vätska. Fett kan ses som en svamp som är indränkt i olja. Fett både smörjer och tätar, och hindrar därmed fukt och andra partiklar att komma in.

"Wall slip" gick att bevisa

Hur betedde sig då fettet i en rektangulär kanal? Lars-Göran Westerberg ger en pedagogisk förklaring:

– Där fettet strömmar närmast kanalens vägg uppstår så kallade skjuvkrafter och de här krafterna avtar ju längre in i kanalen du kommer. I kanalens mitt är skjuvkrafterna så låga att du får en konstant hastighet vilket gör att smörjfettet kan liknas vid en en solid kropp, ungefär som om du skulle trycka en träplugg genom kanalen.

– Det intressanta var att vi närmast väggen kunde hitta ett övergångsskikt för fettet där hastigheten ändras extremt fort, till skillnad från en vanlig så kallad Newtonsk vätska vars hastighet kontinuerligt går mot 0 nära väggen. Fettets beteende kallas wall slip, att du har en hastighet även mycket nära väggen. Det fenomenet blir ännu tydligare om ett tjockare fett används. Ytans/väggens egenskaper hade däremot inte så stor betydelse för hur fettet strömmade, enligt Lars-Göran Westerberg.

Utifrån de mätningar som gjordes i mikroskop kunde man sedan ta fram en matematisk modell för hur smörjfetter av olika tjocklek strömmar genom en kanal. Traditionellt har vätskors egenskaper (reologi) när de utsatts för skjuvkrafter uppmätts med hjälp av en så kallad reometer, men eftersom man då utgått från att wall slip inte existerar kan detta leda till felaktiga värden. Det gäller exempelvis smörjfetter som har en komplex reologi och ett komplext strömningsbeteende.

Nytta för industrin och miljön

– Rent praktiskt så bidrar våra resultat till att öka förståelsen för fettets strömningsbeteende vilket i förlängningen ökar förståelsen för smörjegenskaperna. Det bidrar i sin tur till att göra mer hållbara maskinelement som kullager, samt att optimera smörjningen - med mindre fettåtgång som en direkt följd. Det är förstås positivt för miljön, avslutar Lars-Göran Westerberg.

* Tribologi är vetenskapen om ytor i glidande eller rullande kontakt och omfattar friktion, nötning och smörjning.