WO2015192944A1 - Verfahren zum behandeln einer oberfläche - Google Patents

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WO2015192944A1
WO2015192944A1 PCT/EP2015/001084 EP2015001084W WO2015192944A1 WO 2015192944 A1 WO2015192944 A1 WO 2015192944A1 EP 2015001084 W EP2015001084 W EP 2015001084W WO 2015192944 A1 WO2015192944 A1 WO 2015192944A1
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WO
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microstructures
cylinder
micro
dead center
pressure chambers
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PCT/EP2015/001084
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Philipp Köser
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Mtu Friedrichshafen Gmbh
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/26—Deposition of carbon only
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/0605—Carbon
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F1/00—Cylinders; Cylinder heads 
    • F02F1/004—Cylinder liners
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F1/00—Cylinders; Cylinder heads 
    • F02F1/18—Other cylinders
    • F02F1/20—Other cylinders characterised by constructional features providing for lubrication

Definitions

  • the invention relates to a method for treating a surface of a
  • Machine element and a crankcase as an example of a machine element, in which at least one cylinder is formed with a cylinder bore having a correspondingly treated surface.
  • the invention further relates to a cylinder liner with appropriately treated cylinder surface.
  • crankcase is regularly referred to the engine block of an internal combustion engine.
  • crankcase in addition to the storage of the crankshaft and the cylinders which are formed in this.
  • Cylinders are again the machine elements of the
  • the tribology examines the occurring interfacial effects under stress of a Solid body by contact and movement against a solid, liquid or gaseous counterpart and the resulting tribological damage
  • the presented method is used for processing a surface of a machine element, in which by means of a microstructure, a load-dependent arrangement of
  • Micro-pressure chambers is generated and then the surface is coated with a thin film.
  • the microstructuring takes place, for example, by means of a mechanical processing.
  • Micro-pressure chambers are chambers that can receive and store a means, for example. Oil, which serves as a lubricant.
  • Oil which serves as a lubricant.
  • the thin film is so thin that the microcompartments are not covered. In this way, the friction behavior is positively influenced.
  • Oil consumption can be reduced.
  • a DLC layer (DLC: diamond like carbon) is used as the thin film. It is an amorphous carbon layer that reduces friction and wear.
  • the surface is at least partially honed or finely turned before and / or after the microstructuring and before the coating with the thin film.
  • the load-dependent arrangement of the micro-pressure chambers can take place in the radial and / or axial direction.
  • the generation of the microstructures takes place in such a way that no or only small microstructures result above the top dead center.
  • the generation of the microstructures can take place in such a way that many and / or large microstructures result in the region of bottom dead center.
  • the generation of the microstructures can take place in such a way that few and / or fine microstructures result between the top dead center and the bottom dead center in the region of a high piston speed.
  • crankcase for an internal combustion engine presented in the
  • At least one cylinder is provided with a cylindrical path, the surface of which is treated by a method of the type described above, so that a load-dependent arrangement of micro-pressure chambers is generated and the surface is coated with a thin layer.
  • the cylinder liner described has a tread which is treated by a method as set forth above such that a load dependent array of micro-pressure chambers is created and the tread is coated with a thin film.
  • a cylinder liner is an insert in a cylinder of an internal combustion engine
  • a reciprocating engine which represents the running surface for the piston.
  • engine blocks are made, for example, of aluminum or cast iron.
  • the piston inside the cylinder does not always run directly in the engine block material, as this material does not meet the tribological requirements in many cases. For this reason, often a cylinder liner is installed.
  • Cylinder liner is drilled in most cases after installation and finely machined. As materials for the cylinder liner comes cast iron, steel or a
  • the presented method is used in particular for optimizing a tribological system, i. H. a tribology pairing.
  • a tribology pairing for example, the mating
  • Cylinder liner / piston considered. The process achieves a reduction in friction and oil consumption as well as a reduction in wear.
  • a cylinder runway is created, which is coated after honing with DLC. The coating spreads evenly over the existing one
  • Honing structure and gives this one to one again. Consequently, the surface structure does not change. Due to the very low friction coefficient, this is extremely well suited to reducing friction. The low coefficients of friction minimize wear, for example, the cylinder liner in addition.
  • the proposed method is used, for example, for at least sectionally machining a surface or a surface layer of a cylinder bore of a cylinder, which is formed in a crankcase.
  • the method can also be used for processing at least one section of an inner side of a cylinder liner.
  • the surface of the inner surface, which is also referred to herein as the inner surface, of the cylinder liner is processed, which represents the cylinder surface.
  • a crankcase for an internal combustion engine having a cylinder with a cylinder bore, the surface of which is processed by a method for introducing microstructures, in particular according to a method described above, such that the cylinder bore is a load-dependent arrangement of
  • the cylinder has a cylinder liner, the inner surface of which represents the surface of the cylinder bore. In this case, the inside and thus the
  • Method for introducing microstructures is processed such that the inside has oil holding volumes at predetermined locations.
  • a cylinder liner is an insert in a cylinder of an internal combustion engine
  • a reciprocating engine which represents the running surface for the piston.
  • engine blocks are made, for example, of aluminum or cast iron.
  • the piston inside the cylinder does not always run directly in the engine block material, as this material does not meet the tribological requirements in many cases. For this reason, often a cylinder liner is installed.
  • Cylinder liner is drilled in most cases after installation and finely machined.
  • the presented method is used in particular for optimizing a tribological system, i. H. a tribology pairing.
  • a tribology pairing for example, the mating
  • Cylinder liner / piston considered.
  • a cylinder is in an internal combustion engine, the machine element in which the
  • a piston is moved up and down in the cylinder.
  • the inner surface of the cylinder, along which the piston moves, that is, with which the piston is in contact, is referred to as the cylinder surface.
  • the inside of the cylinder, the surface of which represents the cylinder surface, is referred to as the cylinder bore.
  • Dead centers uniquely determined by the geometry of crankshaft, connecting rod and piston. It is differentiated between the top dead center (TDC), in which the piston top is close to the cylinder head, and the bottom dead center (UT), in which the piston top is remote from the cylinder head. In four-stroke engines, a distinction is additionally made between the charge-exchange TDC and the TDC.
  • Top dead center serves as reference for the crankshaft position. A crankshaft position of 0 degrees usually corresponds to the ignition TDC position. The top dead center thus indicates the highest point that the piston occupies during its up and down movement in the cylinder. In an internal combustion engine, top dead center is important when setting the ignition. Top dead center is the phase before the reversal point of the piston.
  • FIG. 1 shows a cylinder liner during machining.
  • FIG. 2 shows different friction forces in a graph.
  • FIG. 3 shows a coated machine element
  • FIG. 4 shows a cylinder bore
  • a cylinder liner 10 is shown in a cylinder of a
  • a tool 12 is inserted into the cylinder liner 10 to process the inside of the cylinder liner 10.
  • the tool 12 is brought close to the inner side 14 of the cylinder liner 10.
  • the surface of the inner side 14 forms the running surface for the piston.
  • a first arrow 16 shows the direction of movement of the tool 12 during insertion.
  • a field 18 indicates a portion of the surface of the inner surface 14 being processed.
  • the cylinder liner 10 is rotated in accordance with a second arrow 20 while at the same time the tool 12 is rotated in accordance with a third arrow 22.
  • FIG. 2 shows 50 different frictional forces in a graph.
  • a crankshaft angle [°] is plotted on an abscissa 52 and the friction force [N] is plotted on an ordinate 54.
  • a first curve 56 shows the course of the frictional force in an uncoated smooth surface.
  • a second curve 58 shows the progression of the frictional force on a surface coated with DLC.
  • the illustration illustrates the reduction of friction by a coating. This has an advantageous effect on the operation of a tribosystem, such as.
  • FIG. 3 shows a machine element 70 made of a base material whose
  • a thin layer 72 in this case a DLC layer.
  • an adhesive layer 74 which ensures a good connection between the surface of the machine element 70 and the cover layer 72.
  • the thin film has in design a thickness between 2 and 30 ⁇ , as illustrated by a double arrow 76.
  • the structures of the thin film are illustrated by a double arrow 76.
  • Machine element 70 one to one on the surface of the coating.
  • FIG. 4 shows a cylinder bore 80, which is processed according to the presented method.
  • This cylinder bore 80 has a surface 82 with a load-dependent
  • micro-pressure chambers 90 which were introduced by means of microstructuring. It should be noted that the micro-pressure chambers 90 are greatly simplified here, only shown schematically. Thus, a first region 84 is provided above top dead center, in which no or only small microstructures are provided. In a second area 86 high
  • Piston speeds are only a few and / or fine microstructures provided.

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Abstract

Es wird ein Verfahren zum Behandeln einer Oberfläche eines Maschinenelements vorgestellt. Bei dem Verfahren wird mittels einer Mikrostrukturierung eine belastungsabhängige Anordnung von Mikrodruckkammern erzeugt. Anschließend wird die Oberfläche mit einer Dünnschicht beschichtet.

Description

BESCHREIBUNG Verfahren zum Behandeln einer Oberfläche
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Behandeln einer Oberfläche eines
Maschinenelements und ein Kurbelgehäuse als Beispiel eines Maschinenelements, in dem mindestens ein Zylinder ausgebildet ist mit einer Zylinderlaufbahn, die eine entsprechend behandelte Oberfläche aufweist. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Zylinderlaufbuchse mit entsprechend behandelter Zylinderlauffläche.
Mit Kurbelgehäuse wird regelmäßig der Motorblock eines Verbrennungsmotors bezeichnet. Somit umfasst das Kurbelgehäuse neben der Lagerung der Kurbelwelle auch die Zylinder, die in diesem ausgebildet sind. Zylinder sind wiederum die Maschinenelemente des
Verbrennungsmotors, in denen die Verbrennung stattfindet und die Umwandlung in kinetische Energie, durch Bewegen eines Kolbens, der in dem Zylinder geführt ist, erfolgt. Der Kolben bewegt sich somit entlang einer Zylinderlaufbahn, die durch die Innenseite des Zylinders bzw. durch das Kurbelgehäuse im Bereich des Zylinders gebildet wird. Die Oberfläche der Innenseite stellt die Zylinderlauffläche dar. Dabei kann eine Zylinderlaufbuchse eingesetzt werden, die einen Einsatz in den Zylinder darstellt und dann die Lauffläche für den Kolben bereitstellt. Die Zylinderlaufbuchse stellt dann die Zylinderlaufbahn dar. Die Innenfläche der Zylinderlaufbuchse ist die Zylinderlauffläche. Bei der Bewegung des Kolbens entlang dessen Lauffläche kommt es zu Wechselwirkungen zwischen den beiden Maschinenelementen Kolben und Zylinderlaufbahn, insbesondere in Folge von Reibung, die berücksichtigt werden müssen.
Als Tribologie wird die Wissenschaft von gegeneinander bewegten und aufeinander
einwirkenden Oberflächen bezeichnet. Diese beschäftigt sich mit der wissenschaftlichen
Beschreibung von Reibung, Verschleiß und Schmierung sowie der Entwicklung von
Technologien zur Optimierung von Reibungsvorgängen, die auch als wechselwirkende
Oberflächen in relativer Bewegung oder tribologisches System bezeichnet werden. Dabei untersucht die Tribologie die auftretenden Grenzflächenwirkungen bei Beanspruchung eines festen Körpers durch Kontakt und Bewegung gegen einen festen, flüssigen oder gasförmigen Widerpart sowie die daraus resultierenden tribologischen Schäden durch
Oberflächenveränderungen und Materialverlust. Als Tribotechnik wird die technische
Anwendung tribologischer Erkenntnisse bezeichnet.
In der Tribotechnik wird versucht, bspw. bei bewegten Maschinenteilen die Reibung und den Verschleiß herabzusetzen. Insbesondere wird versucht, dies durch Maßnahmen bei der
Konstruktion, der Fertigung, dem Betrieb und der Wartung zu erreichen. Ziel dabei ist grundsätzlich die Werterhaltung und insbesondere bei Maschinen die Vermeidung von
Funktionsbeeinträchtigungen und die Verringerung des Energieverbrauchs.
Vor diesem Hintergrund werden ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 , ein
Kurbelgehäuse nach Anspruch 11 und eine Zylinderlaufbuchse gemäß Anspruch 12 vorgestellt. Ausführungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung.
Das vorgestellte Verfahren dient zum Bearbeiten einer Oberfläche eines Maschinenelements, bei dem mittels einer Mikrostrukturierung eine belastungsabhängige Anordnung von
Mikrodruckkammern erzeugt wird und anschließend die Oberfläche mit einer Dünnschicht beschichtet wird.
Die Mikrostrukturierung erfolgt bspw. mittels einer mechanischen Bearbeitung.
Mikrodruckkammern sind Kammern, die ein Mittel, bspw. Öl, das als Schmiermittel dient, aufnehmen und speichern können. Die Dünnschicht ist so dünn, dass die Mikrokammern nicht abgedeckt werden. Auf diese Weise wird das Reibungsverhalten positiv beeinflusst. Der
Ölverbrauch kann reduziert werden.
Es erfolgt somit in Ausgestaltung eine mechanische Einbringung von Ölhaltevolumina bspw. in die Zylinderlaufbahn. Durch die richtige Einbringung der Ölhaltevolumina bzw. Ölreservoirs an den hochbeanspruchten Bereichen der Lauffläche können die Reibung, der Verschleiß und der Ölverbrauch gesenkt werden.
In einer Ausführung wird als Dünnschicht eine DLC-Schicht (DLC: diamond like carbon) verwendet. Es handelt sich hierbei um eine amorphe Kohlenstoffschicht, die eine Reduzierung der Reibung und des Verschleißes bewirkt. In einer weiteren Ausführung wird die Oberfläche vor und/oder nach der Mikrostrukturierung und vor der Beschichtung mit der Dünnschicht zumindest abschnittsweise gehont oder feingedreht..
Die belastungsabhängige Anordnung der Mikrodruckkammern kann in radialer und/oder in axialer Richtung erfolgen.
In einer weiteren Ausführung kann vorgesehen sein, dass die Erzeugung der Mikrostrukturen derart erfolgt, dass sich oberhalb des oberen Totpunkts keine oder nur geringe Mikrostrukturen ergeben. Außerdem kann die Erzeugung der Mikrostrukturen derart erfolgen, dass sich im Bereich des unteren Totpunkts viele und/oder große Mikrostrukturen ergeben. Weiterhin kann die Erzeugung der Mikrostrukturen derart erfolgen, dass sich zwischen dem oberen Totpunkt und dem unteren Totpunkt im Bereich einer hohen Kolbengeschwindigkeit wenige und/oder feine Mikrostrukturen ergeben.
Es wird weiterhin ein Kurbelgehäuse für eine Brennkraftmaschine vorgestellt, in dem
mindestens ein Zylinder mit einer Zylinderbahn vorgesehen ist, deren Oberfläche mit einem Verfahren der vorstehend beschriebenen Art behandelt ist, so dass eine belastungsabhängige Anordnung von Mikrodruckkammern erzeugt ist und die Oberfläche mit einer Dünnschicht beschichtet ist.
Die beschriebene Zylinderlaufbuchse weist eine Lauffläche auf, die mit einem Verfahren, wie dieses vorstehend dargelegt ist, behandelt ist, so dass eine belastungsabhängige Anordnung von Mikrodruckkammern erzeugt ist und die Lauffläche mit einer Dünnschicht beschichtet ist.
Eine Zylinderlaufbuchse ist ein Einsatz in einen Zylinder einer Brennkraftmaschine,
insbesondere eines Hubkolbenmotors, welche die Lauffläche für den Kolben darstellt. Zu beachten ist, dass Motorblöcke bspw. aus Aluminium- oder Eisenguss hergestellt werden. Der Kolben innerhalb des Zylinders läuft aber nicht immer direkt im Motorblockmaterial, da dieses Material die gestellten tribologischen Anforderungen in vielen Fällen nicht erfüllt. Aus diesem Grund wird oftmals eine Zylinderlaufbuchse eingebaut. Die innere Oberfläche der
Zylinderlaufbuchse wird in den meisten Fällen nach dem Einbau nachgebohrt und feinbearbeitet. Als Werkstoffe für die Zylinderlaufbuchse kommt Gusseisen, Stahl oder eine
Aluminiumlegierung in Betracht.
Das vorgestellte Verfahren dient insbesondere zum Optimieren eines tribologischen Systems, d. h. einer Tribologiepaarung. Als Tribologiepaarung wird bspw. die Paarung
Zylinderlaufbuchse/Kolben betrachtet. Mit dem Verfahren wird eine Reduzierung der Reibung und des Ölverbrauchs sowie eine Verringerung des Verschleißes erreicht.
Bei einer Ausführung erfolgt eine Erstellung einer Zylinderlaufbahn, die nach dem Honen mit DLC beschichtet wird. Die Beschichtung verteilt sich gleichmäßig auf der bestehenden
Honstruktur und gibt diese eins zu eins wieder. Die Oberflächenstruktur ändert sich folglich nicht. Durch die sehr geringen Reibkoeffizienten ist diese zur Reduzierung der Reibung äußerst gut geeignet. Die geringen Reibwerte minimieren den Verschleiß bspw. der Zylinderlaufbuchse zusätzlich.
Das vorgestellte Verfahren wird bspw. zum zumindest abschnittsweisen Bearbeiten einer Oberfläche bzw. einer Oberflächenschicht einer Zylinderlaufbahn eines Zylinders, der in einem Kurbelgehäuse ausgebildet ist, eingesetzt. Das Verfahren kann insbesondere auch zum Bearbeiten zumindest eines Abschnitts einer Innenseite einer Zylinderlaufbuchse eingesetzt werden. Es wird somit die Oberfläche der Innenseite, die hierin auch als Innenfläche bezeichnet wird, der Zylinderlaufbuchse bearbeitet, welche die Zylinderlauffläche darstellt. Es wird außerdem ein Kurbelgehäuse für einen Verbrennungsmotor mit einem Zylinder mit einer Zylinderlaufbahn vorgestellt, deren Oberfläche mit einem Verfahren zum Einbringen von Mikrostrukturen, insbesondere gemäß einem vorstehend beschriebenen Verfahren, derart bearbeitet ist, dass die Zylinderlaufbahneine belastungsabhängige Anordnung von
Mikrodruckkammern aufweist.
In einer Ausgestaltung weist der Zylinder eine Zylinderlaufbuchse auf, deren Innenfläche die Oberfläche der Zylinderlaufbahn darstellt. In diesem Fall ist die Innenseite und damit die
Oberfläche bzw. die Oberflächenschicht der Innenseite zumindest abschnittsweise entsprechend bearbeitet. Es wird weiterhin eine Zylinderlaufbuchse mit einer Innenseite vorgestellt, die mit einem
Verfahren zum Einbringen von Mikrostrukturen, insbesondere gemäß einem vorstehend erörterten Verfahren, derart bearbeitet ist, dass die Innenseite an vorab bestimmten Stellen Ölhaltevolumina aufweist.
Eine Zylinderlaufbuchse ist ein Einsatz in einen Zylinder einer Brennkraftmaschine,
insbesondere eines Hubkolbenmotors, welche die Lauffläche für den Kolben darstellt. Zu beachten ist, dass Motorblöcke bspw. aus Aluminium- oder Eisenguss hergestellt werden. Der Kolben innerhalb des Zylinders läuft aber nicht immer direkt im Motorblockmaterial, da dieses Material die gestellten tribologischen Anforderungen in vielen Fällen nicht erfüllt. Aus diesem Grund wird oftmals eine Zylinderlaufbuchse eingebaut. Die innere Oberfläche der
Zylinderlaufbuchse wird in den meisten Fällen nach dem Einbau nachgebohrt und feinbearbeitet. Das vorgestellte Verfahren dient insbesondere zum Optimieren eines tribologischen Systems, d. h. einer Tribologiepaarung. Als Tribologiepaarung wird bspw. die Paarung
Zylinderlaufbuchse/Kolben betrachtet.
Ein Zylinder ist in einer Brennkraftmaschine das Maschinenelement, in dem der
Energieumwandlungsprozess ausgeführt wird. Hierzu wird in dem Zylinder ein Kolben auf- und abbewegt. Die Innenfläche des Zylinders, entlang derer sich der Kolben bewegt, also mit welcher der Kolben in Kontakt steht, wird als Zylinderlauffläche bezeichnet. Die Innenseite des Zylinders, dessen Oberfläche die Zylinderlauffläche darstellt, wird als Zylinderlaufbahn bezeichnet.
Unter einem Totpunkt ist zu verstehen, dass bei einem Hebelmechanismus die verbindenden Gelenke und die einwirkenden Kraft vektoren auf einer Linie liegen. Bei einem
Verbrennungsmotor werden als Totpunkte die Stellungen der Kurbelwelle bezeichnet, bei denen der Kolben keine Bewegung mehr in axialer Richtung ausführt. Dabei wird die Lage der
Totpunkte durch die Geometrie von Kurbelwelle, Pleuel und Kolben eindeutig bestimmt. Es wird dabei zwischen dem oberen Totpunkt (OT), bei dem die Kolbenoberseite sich nahe am Zylinderkopf befindet, und dem unteren Totpunkt (UT), bei dem die Kolbenoberseite entfernt vom Zylinderkopf ist, unterschieden. Bei Viertaktmotoren unterscheidet man zusätzlich zwischen dem Ladungswechsel-OT und dem Zünd-OT. Der obere Totpunkt dient als Referenz für die Kurbelwellenlage. Eine Kurbelwellenlage von 0 Grad entspricht in der Regel der Stellung Zünd-OT. Der obere Totpunkt bezeichnet somit den höchsten Punkt, den der Kolben während seiner Auf- und Abbewegung im Zylinder einnimmt. Bei einem Verbrennungsmotor ist der obere Totpunkt beim Einstellen der Zündung von Bedeutung. Der obere Totpunkt ist die Phase vor dem Umkehrpunkt des Kolbens.
Weitere Vorteile oder Ausgestaltungen ergeben sich aus der Beschreibung der
Ausführungsformen und der beiliegenden Zeichnung.
Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen
Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
Figur 1 zeigt eine Zylinderlaufbuchse während der Bearbeitung.
Figur 2 zeigt in einem Graphen unterschiedliche Reibungskräfte.
Figur 3 zeigt ein beschichtetes Maschinenelement.
Figur 4 zeigt eine Zylinderlaufbahn.
In Figur 1 ist eine Zylinderlaufbuchse 10 dargestellt, die in einem Zylinder einer
Brennkraftmaschine zur Anwendung kommt. Zu erkennen ist, dass ein Werkzeug 12 in die Zylinderlaufbuchse 10 eingeführt wird, um die Innenseite der Zylinderlaufbuchse 10 zu bearbeiten. Hierzu wird das Werkzeug 12 nahe an die Innenseite 14 der Zylinderlaufbuchse 10 herangeführt. Die Oberfläche der Innenseite 14 bildet die Lauffläche für den Kolben. Bei der Bearbeitung wird die Oberfläche bzw. eine Oberflächenschicht der Innenseite 14 der
Zylinderlaufbuchse 10 behandelt, wobei mechanisch Ölhaltevolumina eingebracht werden.
Anschließend erfolgt eine Beschichtung mit einer Dünnschicht. Ein erster Pfeil 16 zeigt die Bewegungsrichtung des Werkzeugs 12 bei dem Einführen. Ein Feld 18 zeigt einen Bereich der Oberfläche der Innenseite 14 an, der gerade bearbeitet wird. Während der Bearbeitung wird die Zylinderlaufbuchse 10 entsprechend einem zweiten Pfeil 20 gedreht, während gleichzeitig das Werkzeug 12 entsprechend einem dritten Pfeil 22 gedreht wird.
Figur 2 zeigt in einem Graphen 50 unterschiedliche Reibungskräfte. Dabei ist an einer Abszisse 52 ein Kurbelwellenwinkel [°] und an einer Ordinate 54 die Reibungskraft [N] aufgetragen. Eine erste Kurve 56 zeigt den Verlauf der Reibungskraft bei einer unbeschichteten glatten Oberfläche. Eine zweite Kurve 58 zeigt den Verlauf der Reibungskraft bei einer Oberfläche, die mit DLC beschichtet ist.
Die Darstellung verdeutlicht die Reduzierung der Reibung durch eine erfolgte Beschichtung. Dies wirkt sich vorteilhaft auf den Betrieb eines Tribosystems, wie bspw.
Zylinderlaufbahn/Kolben, aus.
In Figur 3 ist ein Maschinenelement 70 aus einem Grundwerkstoff dargestellt, dessen
Oberfläche mit einer Dünnschicht 72, in diesem Fall eine DLC-Schicht, beschichtet ist.
Zwischen der Dünnschicht 72 und dem Maschinenelement 70 kann noch eine Haftschicht 74 vorgesehen sein, die eine gute Verbindung zwischen Oberfläche des Maschinenelements 70 und der Deckschicht 72 gewährleistet.
Die Dünnschicht weist in Ausgestaltung eine Dicke zwischen 2 und 30 μπι auf, wie dies durch einen Doppelpfeil 76 verdeutlicht ist. Bei dieser Beschichtung können die Strukturen der
Oberfläche bzw. Strukturen in der Oberfläche bzw. der Oberflächenschicht des
Maschinenelements 70 eins zu eins auf der Oberfläche der Beschichtung wiedergefunden werden.
Figur 4 zeigt eine Zylinderlaufbahn 80, die entsprechend dem vorgestellten Verfahren bearbeitet ist. Diese Zylinderlaufbahn 80 weist eine Oberfläche 82 mit einer belastungsabhängigen
Anordnung von Mikrodruckkammern 90 auf, die mittels Mikrostrukturierung eingebracht wurden. Zu beachten ist, dass die Mikrodruckkammern 90 hier stark vereinfacht, lediglich schematisch dargestellt sind. So ist ein erster Bereich 84 oberhalb des oberen Totpunkts vorgesehen, in dem keine oder nur geringe Mikrostrukturen vorgesehen sind. In einem zweiten Bereich 86 hoher
Kolbengeschwindigkeiten sind nur wenige und/oder feine Mikrostrukturen vorgesehen.
Schließlich sind in einem dritten Bereich 88 beim unteren Totpunkt viele und/oder große Mikrostrukturen vorgesehen.
Nach Einbringen der Mikrostrukturen bzw. der Mikrostrukturierung auf bzw. in die Oberfläche 82 bzw. die Oberflächenschicht wird ggf. noch eine Haftschicht und abschließend eine
Dünnschicht aufgebracht, durch die dann die Oberfläche bzw. die Oberflächenschicht der Zylinderlaufbahn 80 gegeben ist. Diese Schicht ist derart ausgeführt, dass die Mikrostrukturen und damit die Mikrodruckkammem 90 sich auf der Oberfläche der Beschichtung wiederfinden lassen.

Claims

ANSPRÜCHE
1. Verfahren zum Bearbeiten einer Oberfläche (82) eines Maschinenelements (70), bei dem mittels einer Mikrostrukturierung eine belastungsabhängige Anordnung von
Mikrodruckkammern (90) erzeugt wird und anschließend die Oberfläche (82) mit einer Dünnschicht (72) beschichtet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem als Dünnschicht (72) eine DLC-Schicht verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Oberfläche (82) vor und/oder nach der Mirkostrukturierung zumindest abschnittsweise gehont wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 2, bei dem die Oberfläche (82) vor und/oder nach der Mirkostrukturierung zumindest abschnittsweise feingedreht wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die belastungsabhängige Anordnung der Mikrodruckkammern (90) in radialer Richtung erfolgt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die belastungsabhängige Anordnung der Mikrodruckkammern (90) in axialer Richtung erfolgt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die Erzeugung der Mikrostrukturen derart erfolgt, dass sich oberhalb des oberen Totpunkts keine Mikrostrukturen ergeben.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die Erzeugung der Mikrostrukturen derart erfolgt, dass sich oberhalb des oberen Totpunkts geringe Mikrostrukturen ergeben.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem die Erzeugung der Mikrostrukturen derart erfolgt, dass sich im Bereich des unteren Totpunkts viele und/oder große Mikrostrukturen ergeben.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem die Erzeugung der Mikrostrukturen derart erfolgt, dass sich zwischen dem oberen Totpunkt und dem unteren Totpunkt im Bereich hoher Kolbengeschwindigkeit wenige und/oder feine Mikrostrukturen ergeben.
11. Kurbelgehäuse für eine Brennkraftmaschine, in dem mindestens ein Zylinder mit einer Zylinderbahn (80) vorgesehen ist, deren Oberfläche (82) mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 behandelt ist, so dass eine belastungsabhängige Anordnung von
Mikrodruckkammern (90) erzeugt und die Oberfläche (82) mit einer Dünnschicht (72) beschichtet ist.
12. Zylinderlaufbuchse mit einer Lauffläche, die mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 behandelt ist, so dass eine belastungsabhängige Anordnung von Mikrodruckkammern (90) erzeugt ist und die Lauffläche mit einer Dünnschicht (72) beschichtet ist.
PCT/EP2015/001084 2014-06-17 2015-05-27 Verfahren zum behandeln einer oberfläche WO2015192944A1 (de)

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DE102014008981.9A DE102014008981A1 (de) 2014-06-17 2014-06-17 Verfahren zum Behandeln einer Oberfläche
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102015219702A1 (de) * 2015-10-12 2017-04-13 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Hubkolbenmaschine
GB2560902B (en) * 2017-03-27 2019-07-03 Ford Global Tech Llc A cylinder for receiving a reciprocating piston
GB2577505B (en) 2018-09-26 2020-10-14 Ford Global Tech Llc A bore portion for receiving a reciprocating piston

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010044216A1 (ja) * 2008-10-15 2010-04-22 本田技研工業株式会社 摺動部材およびその製造方法
JP2010255847A (ja) * 2009-03-31 2010-11-11 Nippon Piston Ring Co Ltd シリンダ
JP2013119814A (ja) * 2011-12-08 2013-06-17 Fuji Wpc Co Ltd ピストンスカート構造及び摺動部材

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10355685B4 (de) * 2003-11-28 2009-05-20 Gehring Gmbh & Co.Kg. Werkstück mit einer als Zylinder ausgebildeten tribologisch beanspruchbaren Fläche und Verfahren zu deren Herstellung
DE102004002759A1 (de) * 2004-01-20 2005-08-04 Daimlerchrysler Ag Brennkraftmaschine
US7104240B1 (en) * 2005-09-08 2006-09-12 Deere & Company Internal combustion engine with localized lubrication control of combustion cylinders
DE202011105754U1 (de) * 2011-09-14 2011-11-22 Federal-Mogul Burscheid Gmbh Brennkraftmaschine
DE102012217181A1 (de) * 2012-09-24 2014-03-27 Federal-Mogul Nürnberg GmbH Kolbenbolzen mit strukturierter Oberfläche und Verfahren zu dessen Herstellung

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010044216A1 (ja) * 2008-10-15 2010-04-22 本田技研工業株式会社 摺動部材およびその製造方法
JP2010255847A (ja) * 2009-03-31 2010-11-11 Nippon Piston Ring Co Ltd シリンダ
JP2013119814A (ja) * 2011-12-08 2013-06-17 Fuji Wpc Co Ltd ピストンスカート構造及び摺動部材

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