DE4338768A1

DE4338768A1 - Beschichtung von Motorteilen mit Keramik

Info

Publication number: DE4338768A1
Application number: DE19934338768
Authority: DE
Inventors: Ludwig Elsbett; Guenter Elsbett; Klaus Elsbett
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1993-11-12
Filing date: 1993-11-12
Publication date: 1995-05-18

Description

Sehr viele Motorenhersteller haben in den vergangenen Jahren am sogenannten Keramikmotor entwickelt. Der Vorteil von Keramik liegt u. a. in der guten Gleiteigenschaft und in der großen Temperaturfestigkeit. Der Werkstoff konnte sich jedoch in diesem Anwendungsgebiet nicht durchsetzen, weil Bauteile aus Keramik sehr teuer, kaum bearbeitbar und extrem bruchempfindlich sind.

Es war folglich die Aufgabe der Erfindung, Bauteile, die hoher mechanischer und hoher thermischer Belastung und starken Gleitreibungseinflüssen ausgesetzt sind, so zu konzipieren, daß die Vorteile der herkömmlichen metallischen Materialien erhalten bleiben und mit den zusätzlichen Vorteilen der harten keramischen Werkstoffe kombiniert werden können.

Um dies zu erreichen, wurde bereits versucht, metallische und keramische Bauteile so miteinander zu verbinden, daß ein zweischichtiges Bauteil entsteht (vgl. DE-OS 40 22 705). Hier ergaben sich jedoch nicht lösbare Probleme durch die unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten der beiden Werk stoffe.

Es hat sich nun überraschenderweise herausgestellt, daß die angestrebten Vorteile auch dann erzielt werden können, wenn ein herkömmliches Bauteil aus metallischem Werkstoff ver wendet wird, welches mit einer harten Schicht aus insbeson dere einem keramischen Werkstoff von weniger als 5 Mikro meter Dicke versehen ist. Eine Schicht in dieser Stärke verursacht nicht die Nachteile, wie sie aus dem beschriebe nen Stand der Technik bekannt sind. Insbesondere das Ab splittern keramischen Werkstoffes durch die unterschiedli chen Ausdehnungskoeffizienten wird sicher vermieden.

Die Beschichtung eines Kolbenbolzens führt beispielsweise dazu, daß sich der Durchmesser gegenüber herkömmlichen Bol zen verringern läßt und die Flächenpressung verdoppelt werden kann. Die Lagerschale entfällt, da die Reibpaarung Keramik/Metall nicht zum Kaltverschweißen neigt. Die Eigen schaften des Grundmetalls bleiben erhalten; es kann gehärtet oder vergütet werden. Die Fertigbearbeitung erfolgt vor der Beschichtung - ihre Dicke beträgt nur wenige Mikrometer. Damit entfällt eine Nachbearbeitung der Keramik, und die Ge nauigkeit liegt dennoch im Bereich der bei Motoren üblichen Präzision.

Ein anderes Beispiel ist die Beschichtung von Kurbel- oder Hauptlager bei Kurbelwellen. In der Regel ist hier der Bauraum sehr beschränkt. Da die Lagerschalen entfallen können, kann nun der Lagerdurchmesser vergrößert - das heißt die Stabilität erhöht - werden, ohne daß das Gegen stück geschwächt werden muß.

Die keramische Beschichtung führt zu leichteren Bauteilen, höherer Belastbarkeit, höherer Temperaturverträglichkeit und benötigt geringere oder kurzzeitig überhaupt keine Schmierung.

In vorteilhafter Weise besteht die Schicht aus Titannitrit oder Titan-Carbonitrit. Das Aufbringen der Schicht kann mit Verfahren erfolgen, wie sie beispielsweise von der Vergütung von Schneidwerkzeugen bekannt sind, um dort standzeitverlän gernde Beschichtung aufzubringen.

Claims

1. Dieselbrennkraftmaschine hoher Leistungsdichte, bei der ein Kolben in einem Zylinder auf und ab bewegt wird und die translatorische Bewegung über einen Kolbenbolzen, eine Pleuelstange und ein Pleuellager auf eine rotieren de Kurbelwelle übertragen wird, dadurch gekennzeichnet, daß Bauteile, die unter hoher mechanischer und/oder hoher thermischer Belastung starken Gleitreibungseinflüs sen ausgesetzt sind, wie zum Beispiel Kolbenbolzen, Pleuellagerkomponenten oder Kolbenringe, mit einer dünnen Schicht eines Materials mit niedrigem Reibungs koeffizienten und einer Mikrohärte von mehr als 1500 HV 0,25 N in einer Schichtstärke von weniger als 5 Mikro metern überzogen sind.

2. Dieselbrennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Schicht aus keramischem Material be steht.

3. Dieselbrennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Schicht aus TiN besteht.

4. Dieselbrennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Schicht aus TiCN besteht.

5. Dieselbrennkraftmaschine nach Anspruch 1 , dadurch gekenn zeichnet, daß die Schicht WC enthält.