Fertigungsintegrierte Reduzierung von Reibung und Verschleiß von Verbrennungsmotorkomponenten

Die Ressourceneinsparung und Reduktion von CO2-Emisionen stehen im Mittelpunkt aktueller Entwicklungsanstrengungen der Automobilindustrie. Dazu kann ein wesentlicher Beitrag durch die Reduzierung reibungsbedingter Verluste im Verbrennungsmotor und in weiteren Komponenten des Antriebsstrangs geleistet werden. Durch die Entwicklung von Werkstoffen, Fertigungsverfahren und Prozessen, bei denen fertigungsintegriert eine nanoskalige Randschicht kombiniert mit definierten Oberflächeneigenschaften gebildet wird, können sich bereits in der Fertigung Modifikationen in der Oberflächenrandzone der Gleitpaarungen in Verbrennungsmotoren einstellen. Diese wurden bisher erst während des Einlaufprozesses beim Kunden ausgebildet. Im Ergebnis sollen verkürzte, kundenunabhängige Einlaufzeiten von Systemkomponenten bei geringeren Reib- und Verschleißwerten erreicht werden. Das Ziel der Präzisionsendbearbeitung von Zylinderlaufflächen ist die Entwicklung von Fertigungstechnologien zur Herstellung geometrisch präziser Bauteile mit geeigneter Oberflächenmikrogeometrie sowie die Erzeugung eines feinstkistallinen Randschichtgefüges. Dabei wird die Nutzung definierter Schneiden für die Endbearbeitung untersucht. Zur Erreichung der Zielstellungen wurde der Präzisionsausbohrprozess mit einer speziell modifizierten WIPER-Schneidengeometrie weiterentwickelt. Die Untersuchungen erfolgten in einer feinkörnigen untereutektischen AlSi-Legierung, die zu einer lauffähigen Zylinderfläche eines Verbrennungsmotors qualifiziert werden soll. Bei der Auswertung von Bearbeitungsproben konnte die angestrebte Verringerung der Korngröße in der Oberflächenrandschicht durch die Endbearbeitung nachgewiesen werden. Auch die Kennwerte der Oberflächenmikrogeometrie entsprachen der einer gut eingelaufenen Oberfläche eines Zylinderliners. Somit weisen die mit dem modifizierten Fertigungsverfahren gefertigten Oberflächen ein hohes Potenzial aus, das zur Reduzierung der Einlaufzeit, Reibung und Verschleiß von Motorkomponenten führen kann. Erste tribologische Untersuchungen an speziell gefertigten Bauteiloberflächen wurden in einem Kolbenring-Zylinder Simulator sowie in einem Verbrennungsmotor durchgeführt.