Ressourceneffizienz
ODPat

Keine Leichtgewichte in Sachen Effizienz… sind hochbelastete Komponenten aus Aluminium.

Jürgen Niehues Koordinator

KSPG AG 07132 33-4341 07132 33-2905 juergen.niehues@de.kspg.com
Beschreibung

Bei der Verbrennungsmotoren-Entwicklung steigen auch die werkstofflichen Anforderungen an die hochbelasteten Komponenten wie beispielsweise die Kolbenbaugruppe. Leichtbau-Kolbensysteme aus Aluminium besitzen zudem eine Schlüsselfunktion im Hinblick auf die Kraftstoffeinsparung. Die Verwendung von Aluminium hat aber den Nachteil, dass es sich bei hohen Belastungen verformt sowie für verschleiß- und reibungsminimierende Beschichtungen, wie z.B. DLC (Diamond-Like-Carbon), eine unzureichende Stützfunktion aufweist. Deshalb ist eine adäquate Oberflächenbehandlung des Aluminiumwerkstoffs essenziell. Die Entwicklung einer Duplex-Plasmatechnologie im Rahmen des Projekts ODPat soll dies ermöglichen und zugleich das Anwendungsspektrum des Leichtmetalls im Fahrzeugbau stark erweitern. Diese Technologie verknüpft die Verfahrensschritte Härtung durch Plasmadiffusion, Wärmebehandlung und Plasma-CVD-Beschichtung und wird in einer Demonstrationsanlage getestet. Im Ergebnis soll es möglich werden, auf einer thermisch und mechanisch stabilen Aluminiumnitritschicht eine reibungs- und verschleißminimierende DLC-Schicht von etwa 10 μm zu erzeugen. Als Beispielanwendungen sind Kolben und Liner von Verbrennungsmotoren und Komponenten von Verdrängerpumpen geplant. Die Technologie hat das Potenzial für einen breiten Einsatz in vielen Bereichen des Leichtbaus, insbesondere bei hochbelasteten und verschleißbeanspruchten Komponenten.

Projektlaufzeit

01.07.2009 bis 31.12.2012

Projektwebsite

www.iwm.fraunhofer.de

Projektpartner
Eckerle Industrie-Elektronik GmbH
Malsch
inprotec AG
Heitersheim
Plasmetrex GmbH
Berlin
Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik (IWM)
Freiburg
Federal-Mogul Burscheid GmbH
Burscheid
KSPG AG
Neckarsulm

ODPat Abschlussbericht

Die im Rahmen des Projekts ODPat entwickelte Beschichtungstechnologie hat Potenzial für einen breiten Einsatz in vielen Bereichen des Leichtbaus, wie im Fahrzeugbau oder als Alternative zu Konstruktionen aus Stahl. Die innovative Duplex-Plasmabeschichtung auf Basis von Hochfrequenz-Plasmen erhöht die Festigkeit und Lebensdauer von Aluminiumkomponenten und eröffnet damit neue Möglichkeiten für den Einsatz des Leichtmetalls in Bereichen, wo dies aufgrund der mangelnden Belastbarkeit bisher nicht möglich war.

ODPat Lösung: Duplex-Plasma-Oberflächenbehandlung von Aluminiumkolben

Damit Leichtbau-Kolbensysteme aus Aluminium für Verbrennungsmotoren den werkstofflichen Anforderungen gerecht werden, versieht man sie mit einer Diamond-Like-Carbon (DLC) Beschichtung. Die ODPat-Projektpartner haben dazu ein kontinuierliches Plasma-Enhanced-Chemical-Vapour-Deposition (PECVD) Verfahren entwickelt, das die Beschichtung von sehr schmalen Kavitäten ermöglicht. Die Stabilisierung des Prozesses erfolgt über plasmadiagnostische Verfahren. Erste Praxistests an Motorkolben laufen seit Dezember 2011.

Dr. Sven Meier Fraunhofer IWM

0761 5142-233 sven.meier@iwm.fraunhofer.de
Fraunhofer ISI VDMA