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ANS: Reibungsoptimierung von Motorenteilen

Tribokonditionierung von Applied Nano Surfaces

Applied Nano Surfaces (ANS), Spezialist für Oberflächenoptimierung, hat einen Prozess entwickelt, um Verschleiß und Lebensdauer von Motorenbauteilen zu optimieren. Darüber hinaus kann bei PKW-Motoren durch eine reduzierte Reibung der Antriebskomponenten sogar eine Kraftstoffersparnis von bis zu vier Prozent realisiert werden. Das Tribokonditionierung genannte Verfahren zur Reibungsoptimierung verbessert die Eigenschaften des Bauteils in Bezug auf Verschleißfestigkeit und Grenzreibung erheblich. Damit die Autoindustrie auch in Zukunft den immer strengeren gesetzlichen Normen genügen kann. Außerdem bedeutet geringerer Verschleiß eine deutlich längere Haltbarkeit.


Die Tribokonditionierung ist ein mechanisch-chemisches Oberflächenveredelungsverfahren zur Optimierung der Reibeigenschaften von mechanischen Bauteilen aus Stahl oder Gusseisen. Das Verfahren kombiniert das Polieren der Komponentenoberfläche mit der Bildung eines Festschmierstofffilms (Tribofilm), der chemisch in der Oberfläche des Bauteils gebunden ist. Dies verbessert insbesondere das Einlaufverhalten behandelter Bauteile, was von großer Bedeutung ist, da besser eingefahrene Motorenteile über einen deutlich längeren Zeitraum in einem guten Zustand bleiben.

Beim optimalen Einfahren eines Motors werden Oberflächenunebenheiten der einzelnen Bauteile geglättet und lokale Drücke zwischen den einzelnen Reibteilen reduziert. Dies begünstigt dann eine Vollfilmschmierung, die zu dramatisch weniger Verschleiß und einem geringeren Kraftstoffverbrauch führt. Die patentierte ANS-Tribokonditionierung von Motorenteilen verbessert diese Kontaktkonformität. Denn gerade beim Einfahren wird die Bauteiloberfläche schnell durch Mikrorisse und Ausbrüche geschädigt, was zu einem verfrühten Ausfall der Teile führen kann.

Durch die vorteilhaftere Oberfläche erhöht sich die Schmierfilmfestigkeit, was Automobilherstellern wiederum den Einsatz von modernen Energiesparschmierstoffen ermöglicht. Die Tribokonditionierung allein hat bei modernen Motoren ein Potential zur Verbesserung des Kraftstoffverbrauchs von etwa einem Prozent. In Kombination mit niedrigviskosen Motorölen können Autohersteller jedoch sogar zwei bis vier Prozent Kraftstoffersparnis erzielen.

Verschiedene Motorkomponenten profitieren von der Tribokonditionierung, unter anderem Nockenwellen, Kurbelwellen, Zylinderlaufflächen, Pleuel, Kipphebel und Nocken, Ventile und Ventilführungen. Also hilft die Tribokonditionierung, Verschleiß und verschleißfördernde Reibung an allen Bauteilen im geschmierten Kontakt vorzubeugen.

Tribokonditionierung bei Nocken und Lagern von Nockenwellen und Kurbelwellenlagern: günstig und weniger komplex

Die Tribokonditionierung von Nockenwellen reduziert die Reibung und damit den Verschleiß im Ventiltrieb. Die größten Vorteile konnten die Spezialisten von ANS für direktwirkende mechanische Ventiltriebe mit Tassenstößel (direct-acting mechanical bucket, DAMB) im emissionsstarken Stop-and-Go-Stadtverkehr messen. Die Wirkung der ANS-Tribokonditionierung lässt sich hier vor allem auf die optimierte Oberflächentopographie zurückführen. Zusätzlich verhindert die Triboschicht das Abreißen des Ölfilms bei niedrigen Drehzahlen, was Verschleiß an Nocken und Lagern vorbeugt.

Besonders die modernen automatischen Start-Stopp-Systeme und Motorenöle mit einer extrem niedrigen Viskosität neigen dazu, die Nockenwellenlager bis an ihre Grenzen zu belasten, was zu vorzeitigem Verschleiß führt. Viele Automobilhersteller verwenden daher elektrische Ölpumpen, die das Risiko eines Ölfilmabrisses zwar verringern, aber nicht vollständig beseitigen können. Die Tribokonditionierung von Nockenwellenlagern ist im Vergleich zu Elektropumpen die wesentlich kostengünstigere und maßgeblich weniger komplexe Lösung.

Auch Kurbelwellenlager haben aufgrund des Einsatzes von Start-Stopp-Technologien und niedrigviskosen Ölen zunehmenden Bedarf an der Optimierung des tribologischen Verhaltens. Denn durch wiederholtes Starten und Stoppen des Motors nehmen Reibungsverluste enorm zu und setzen die Lager einer deutlich höheren Oberflächenbelastung aus. Dies hat die Verwendung immer fortschrittlicherer und teurerer Materialien erforderlich gemacht. Das steigert die Produktionskosten und kann ungewollte erhöhte Geräuschpegel des Motors verursachen. Ähnlich wie bei Nockenwellen hilft hier die ANS-Tribokonditionierung, die Schmierfilmfestigkeit auf den Kurbelwellenlagern zu erhöhen, die Anlaufreibung sowie den Lagerabrieb auf der Gegenfläche der Kurbelwellenzapfen zu minimieren.

Fünf Jahre Tests belegen: Tribokonditionierung funktioniert!

Das technische Potenzial der Tribokonditionierung ist durch intensive Tests belegt. Diese fanden fünf Jahre lang an mehreren Forschungs- und Technologiezentren für unterschiedlichste Motorenteile wie Ventile, Pleuelstangen und Zylinderbohrungen statt, sowohl für den Pkw- als auch für den Nutzfahrzeugbereich. Unter anderem beim Autoproduzenten Ford.

Die messbare Optimierung kann auf drei Hauptfaktoren zurückgeführt werden: die Bildung eines selbstregenerierenden Tribofilms, die Verbesserung der Oberflächenintegrität nach dem Einfahren und ein modifiziertes Oberflächenrauheitsprofil.

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