Fahrzeuge werden energieeffizienter 15.06.2015, 14:05 Uhr

BMW reduziert Motorenreibung mit Kohlenstoffbeschichtung

BMW möchte ein Verfahren einsetzten, bei dem feinster Kohlenstoff den Reibungswiderstand zwischen Motorenkomponenten reduziert. Energieeffizienz und Fahrzeugleistung steigen dadurch. Serientauglich ist das Laserverfahren dank Entwicklungsarbeiten des Fraunhofer-Instituts.

Motorenproduktion bei BMW: Der Autohersteller will Motorenteile mit Kohlenstoffbeschichtungen veredeln. Das soll den Reibungswiderstand reduzieren und Sprit sparen.

Motorenproduktion bei BMW: Der Autohersteller will Motorenteile mit Kohlenstoffbeschichtungen veredeln. Das soll den Reibungswiderstand reduzieren und Sprit sparen.

Foto: Fraunhofer

Mehr als 100 Milliarden Liter Benzin ließen sich jährlich einsparen, sagen die Forscher vom Fraunhofer-Institut für Werkstoff und Strahlentechnik (IWS) in Dresden. Worauf sie hinaus wollen: ein laserbasiertes Verfahren, mit dem sich stark reibungsmindernde Kohlenstoffschichten verhältnismäßig einfach auf Motorkomponenten auftragen lassen.

Zwar wurden etwa Kolbenringe auch in der Vergangenheit ab und zu mit Kohlenstoffschichten überzogen, allerdings waren die dafür zur Verfügung stehenden Wege teuer wie kompliziert und kamen für großindustrielle Serienproduktionen eher nicht in Frage. Das sogenannte Laser-Arc-Verfahren macht die diamantharten Kohlenstoffbeschichtungen nun massetauglich. Im sogenannten Projekt Pegasus arbeitet BMW bereits an großtechnischen Einsätzen in Auto- und Motorradantrieben, unter anderem zusammen mit dem IWS.

Laser-Arc-Verfahren erlaubt schnelles Beschichten

Das Verfahren erlaubt es, Kohlenstoff mit hohen Beschichtungsraten aufzutragen und in großen Dicken von bis zu 20 µm – vor allem letzteres ist wichtig, da die infrage kommenden Bauteile wie Kolbenbolzen oder Schlepphebel über längere Zeit starken Belastungen ausgesetzt sind.

Mit dem Laser-Arc-Verfahren gelingt es den Fraunhofer-Forschern, reibungsmindernde verschleißarme Schichten auf Bauteile aufzubringen. Verschleißteile könnten dann ein ganzes Autoleben überdauern.

Mit dem Laser-Arc-Verfahren gelingt es den Fraunhofer-Forschern, reibungsmindernde verschleißarme Schichten auf Bauteile aufzubringen. Verschleißteile könnten dann ein ganzes Autoleben überdauern.

Quelle: Dirk Mahler/Fraunhofer

Zwischen einer Anode und dem Kohlenstoff als Kathode wird beim Laser-Arc-Verfahren im Vakuum ein Lichtbogen erzeugt. Um den Lichtbogen auszulösen, erklären die Forscher, trifft ein Laser auf den Kohlenstoff. In der Folge entsteht Plasma aus Kohlenstoffionen, das sich im Vakuum auf den zu beschichtenden Teilen absetzt. Damit industriell hohe Stückzahlen möglich werden, fährt ein gepulster Laser vertikal eine rotierende Kohlenstoffwalze ab und steuert so den Lichtbogen. Die Walze wird gleichmäßig abgetragen.

Autoteile sollen nicht mehr verschleißen

Dr. Johann Schnagl, Projektleiter bei der BMW Group, zeigte sich im Interview mit dem Informationsdienst Bine überzeugt vom ultrafeinen Kohlenstoffstaub: „Neben der außerordentlichen Gleitfähigkeit zeichnet sich das Material durch Antihafteigenschaften, chemischen Stabilität und in vielen Fällen durch eine hervorragende Verschleißbeständigkeit aus.“ Ziel der Kooperation ist es unter anderem, verschleißanfällige Bauteile durch die enorme Reibungsreduzierung so widerstandsfähig zu machen, dass sie ein gesamtes Autoleben überstehen.

Mit einer Kohlenstoffschicht veredelte Rohre. Dank des Laser-Arc-Verfahrens soll die Beschichtung besonders schnell gehen.

Mit einer Kohlenstoffschicht veredelte Rohre. Dank des Laser-Arc-Verfahrens soll die Beschichtung besonders schnell gehen.

Quelle: Fraunhofer

Ihr Potenzial zeigt die ultraharte Beschichtung vor allem im Zusammenspiel mit Schmierstoffen, wie Schnagl erläuterte: „Mit dünnen Schmierstoffen lassen sich Reibungsverluste reduzieren, jedoch verschiebt man seinen Arbeitspunkt in Richtung Mischreibung. Die Oberflächen berühren sich punktuell, was gleichzeitig auch höheren Verschleiß nach sich zieht. Diesen können sie durch eine verschleißbeständigere Oberfläche – beispielsweise durch eine Beschichtung – kompensieren.“

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