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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Ein solches Verfahren zum Herstellen eines Bauteils in Form eines Pleuels ist beispielsweise bereits der
WO 99/06722 A1 als bekannt zu entnehmen. Das Pleuel weist ein Pleuelauge auf, in welchem eine Lagerschicht angeordnet ist, die durch thermisches Spritzen eines Lagerwerkstoffes auf das Pleuelauge aufgebracht wird. Dabei ist es vorgesehen, dass der Lagerwerkstoff im Verlauf des thermischen Spritzens mit unterschiedlichen Temperaturen auf dem Pleuelauge abgeschieden wird.
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Die
DE 10 2008 058 157 A1 offenbart eine Lagerbuchse für ein hydrodynamisches Radialgleitlager zum Lagern eines Rotors in einem Stator. Außerdem ist aus der
DE 602 08 848 T2 eine Pulvermetallmischung zur Herstellung eines Pulvermetallteils bekannt.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass sich eine besonders vorteilhafte Oberfläche realisieren lässt.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Um ein Verfahren der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass eine besonders vorteilhafte, insbesondere glatte beziehungsweise verschleiß- und somit reibungsarme, Oberfläche realisiert werden kann, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass hexagonales Bornitrid zumindest in einen Teilbereich einer Oberfläche des Bauteils eingearbeitet wird. Die Erfindung ermöglicht insbesondere eine Vorwegnahme eines Einlaufverhaltens und eine Reduktion von Verschleiß und Reibung. Hierzu wird beispielsweise bei dem letzten oder einem der letzten Bearbeitungsschritte zum Herstellen des Bauteils hexagonales Bornitrid in den Teilbereich und somit in die beispielsweise tribologisch beanspruchte und auch als Bauteiloberfläche bezeichnete Oberfläche eingearbeitet. Hierdurch können im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen deutlich schnellere Einlaufeffekte realisiert werden beziehungsweise Einlaufeffekte vermieden werden. Hexagonales Bornitrid ist dabei temperaturbeständig bis 900°C und vakuumbeständig bis 2000°C und weist gute Kriech- und Benetzungseigenschaften, ein hohes Druckaufnahmevermögen, einen temperaturunabhängigen Reibungskoeffizienten und eine elektrische Läsionsfähigkeit auf und ist physiologisch unbedenklich.
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Die gewünschte Bauteiloberfläche wird beispielsweise durch wenigstens ein oder mehrere konventionelle Fertigungsverfahren, wie beispielsweise Spannen, Umformen etc., hergestellt. Die Bauteilgeometrie hat beispielsweise als Endbearbeitung beziehungsweise in endbearbeitetem Zustand vorteilhafterweise eine feinbearbeitete Oberfläche, die eine zu optimierende tribologisch beanspruchte Bauteiloberfläche darstellt. Die Bauteiloberfläche kann beispielsweise vor und/oder nach dem Einarbeiten des hexagonalen Bornitrids in die auch als Werkstückoberfläche bezeichnete Oberfläche zusätzlich eingeglättet werden. Vor dem Einarbeiten des Bornitrids kann beispielsweise die insbesondere feinbearbeitete Oberfläche auch noch zusätzlich einer Fein- und/oder Feinstbearbeitung, beispielsweise durch Trovalisieren und/oder Flakko unterzogen werden. Das Einarbeiten des hexagonalen Bornitrids in die Oberfläche erfolgt beispielsweise, insbesondere zusätzlich, durch Infiltrieren. Hierbei wird beispielsweise das hexagonale Bornitrid unter Unterdruck auf die Oberfläche aufgebracht und durch Druckerhöhung in Poren beziehungsweise Oberflächenrauheiten der auch als Trieboberfläche bezeichneten Oberfläche eingepresst. Ferner ist das Einarbeiten des hexagonalen Bornitrids in die Oberfläche durch ein zusätzliches Verdichten dieser denkbar, beispielsweise durch Kugelstrahlen, Rollieren, Kaltumformen etc. Die Oberfläche wird beispielsweise mechanisch und zusätzlich durch das Bornitrid eingeglättet. Das Bornitrid füllt verbliebene Rauheitstäler im Mikrobereich und Submikrobereich auf. In der Folge kann zumindest der Teilbereich extrem eingeglättet werden, so dass eine extrem eingeglättete oder glatte Oberfläche darstellbar ist. Die so erzeugte Trieboberfläche kann beispielsweise in einem Nachgang auch nochmals durch ein Fein- und/oder Feinstbearbeitungsverfahren, insbesondere im Submikrobereich, optimiert, insbesondere eingeglättet, werden. Die Oberfläche beziehungsweise der die Oberfläche bildende Werkstoff kann beispielsweise durch eine poröse Schicht, durch eine thermische Spritzschicht, durch einen Metallschaum, durch ein Sintermetall, durch 3D-Druck etc. gebildet sein. Unter der thermischen Spritzschicht ist eine Schicht zu verstehen, welche durch thermisches Spritzen hergestellt wurde. Das hexagonale Bornitrid stellt eine Unterstützung der tribochemischen Reaktion an der Oberfläche idealerweise durch Druck- und/oder Temperatureinwirkung bereit (idealerweise etwas größer als die entsprechend der maximalen Betriebstemperatur und Belastung, welche lokal am Bauteil im Betrieb auftreten). Das hexagonale Bornitrid kann vor und/oder nach einem Prozessschritt, in welchem die Oberfläche verdichtet wird, auf die Trieboberfläche aufgebracht beziehungsweise in diese eingearbeitet werden. Denkbar ist es ferner, Bornitrid als Werkzeug einzusetzen, beispielsweise in Form einer stumpfen hohen Leiste. Hierbei wird beispielsweise die Oberfläche geglättet, und zusätzlich wird Bornitridabrieb in die Oberfläche eingearbeitet. Als Festschmierstoffe können auch zum Beispiel Graphit, Molybdändisulfit, und/oder Wolframdisulfit etc. verwendet werden. Insbesondere ermöglicht die Erfindung die folgenden Vorteile: Reduktion, Verschleiß und Reibung in Tribosystemen als auch durch zusätzliche Einbettung der Oberflächentopografie (Festschmierstoff Bornitrid); nochmals zusätzlich Verringerung der Oberflächenrauheit durch Bornitrid, Erhöhung Materialtraganteil, Abnahme Flächenpressung, zusätzliches Potential zur Reduktion der Reibung; Verringerung eines Kraftstoffverbrauchs beziehungsweise der CO2-Emissionen von Motoren ab der ersten Umdrehung durch Vorwegnahme des Einlaufverhaltens; eingebetteter Festschmierstoff bleibt Triboleben verfügbar, falls Verschleiß an der Bauteiloberfläche auftritt, bleibt die Schmierwirkung, durch das in den Tälern (Rauheit der Bauteiloberfläche) eingelagerte Bornitrid, erhalten.
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Insgesamt ist erkennbar, dass die Oberfläche eine Werkstückoberfläche ist, welche durch das Einarbeiten des hexagonalen Bornitrids als besonders reibungsarme Werkstückoberfläche ausgebildet werden und insbesondere für tribologisch beanspruchte Reibpartner, Bauteile etc. verwendet werden kann. Beispielsweise handelt es sich bei dem Bauteil um eine Zylinderbuchse oder um ein Kurbelgehäuse beziehungsweise um einen Zylinder, wobei durch die Oberfläche beziehungsweise zumindest durch den Teilbereich beispielsweise ein Zylinder einer insbesondere als Hubkolbenmaschine ausgebildeten Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug gebildet ist.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der einzigen Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Die Zeichnung zeigt in der einzigen Figur eine schematische Darstellung eines Bauteils, welches mittels eines erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt wurde.
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Die einzige Figur zeigt in einer schematischen Perspektivansicht ein Bauteil 10 für ein Kraftfahrzeug. Dies bedeutet, dass das Kraftfahrzeug in seinem vollständig hergestellten Zustand das Bauteil 10 umfasst. Das Bauteil 10 ist beispielsweise ein Kurbelgehäuse einer vorzugsweise als Hubkolbenmaschine ausgebildeten Verbrennungskraftmaschine, mittels welcher das Kraftfahrzeug angetrieben werden kann.
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Aus der Figur ist erkennbar, dass das Bauteil 10 eine, insbesondere außenumfangsseitige, Oberfläche 12 aufweist. Um nun besonders vorteilhafte Eigenschaften der Oberfläche 12 realisieren oder beispielsweise einen besonders energiegünstigen, insbesondere kraftstoffverbrauchsarmen, Betrieb der Verbrennungskraftmaschine zu realisieren, wird im Rahmen eines Verfahrens zum Herstellen des Bauteils 10 hexagonales Bornitrid zumindest in einen Teilbereich T der Oberfläche 12 eingearbeitet. Der Teilbereich T begrenzt beispielsweise einen Zylinder des Kurbelgehäuses, in dessen Zylinder ein Kolben translatorisch bewegbar aufgenommen ist. Beispielsweise bildet der Teilbereich T, in welchen das hexagonale Bornitrid eingearbeitet wurde beziehungsweise ist, eine den Zylinder begrenzende Laufbahn, an welcher der Kolben in seiner radialen Richtung abstützbar ist. Durch die Einarbeitung des Bornitrids kann eine besonders geringe Rauheit der Laufbahn geschaffen werden, so dass beispielsweise der Kolben beziehungsweise in dem Kolben vorgesehene Kolbenringe besonders reibungs- und verschleißarm an der Laufbahn abgleiten können. In der Folge kann ein besonders emissions- und kraftstoffverbrauchsarmer Betrieb der Verbrennungskraftmaschine gewährleistet werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Bauteil
- 12
- Oberfläche
- T
- Teilbereich
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 9906722 A1 [0002]
- DE 102008058157 A1 [0003]
- DE 60208848 T2 [0003]
