Das ist die Härte: DLC-Beschichtungen im Motorenbau

Die Formel 1 gilt als Erprobungsfeld, um mit neuesten Tricks immer mehr aus den Rennwagen herauszuholen. Doch etliche F1-Technologien sind teuer, sie kommen für weniger finanzkräftige Rennställe nicht in Betracht. Eine Ausnahme macht die DLC-Beschichtung. Seit mehr als einem Jahrzehnt in der Formel 1 bewährt, kann sie mittlerweile eine breitere Klientel nutzen. Darauf verweist die auf Metallverarbeitung und Beschichtungen spezialisierte Bekaert Deutschland GmbH im hessischen Friedrichsdorf.

Worum geht es?

Auf hochbeanspruchte Motorteile wird diamantartiger Kohlenstoff (DLC, Diamond-Like Carbon) als Schutzschicht aufgetragen. Die in der Regel glänzend schwarze Farbe der so behandelten Komponenten ist das Erkennungsmerkmal der DLC-Technologie. Die DLC-Beschichtung erfolgt in einem Vakuumbehälter. Im luftleeren Raum werden die Bauteile je nach Anwendung auf Temperaturen zwischen 200 °C und 350 °C erhitzt. Anschließend wird auf die Bauteiloberfläche eine Schichtenfolge aufgedampft, in der gasförmiger Kohlenstoff und Metalle wie Titan enthalten sind. Die funktionelle DLC-Deckschicht, in der Regel nicht mehr als zwei bis drei µm, hat vor allem zwei Eigenschaften: extreme Härte und einen äußerst niedrigen Reibungskoeffizienten. Die daraus resultierenden Vorteile – längere Lebensdauer und geringere Reibungsverluste – kommen unterschiedlichen Motorteilen zugute, die Verschleiß und/oder Reibung unterliegen.

Erstes Einsatzgebiet im Rennsport war der Ventiltrieb. Die verschleißfeste DLC-Beschichtung verlängert die Lebensdauer der Kipp- und Schlepphebel sowie der Nocken und Nockenwellen ganz wesentlich. So können beschichtete Bauteile entweder bei gleichbleibenden Abmessungen höher belastet oder von Anfang an kleiner und leichter ausgelegt werden. Diese Strategie, der Einsatz kleinerer, leichterer Komponenten mit ausgezeichnetem Verschleißverhalten, war ein wesentlicher Faktor bei der Erhöhung der Motordrehzahl in der Formel 1 hin zu den lange als utopisch geltenden 20.000 U/min. Ohne DLC-Beschichtungen könnte der Ventiltrieb einer derartigen Belastung wohl kaum über mehrere Rennen standhalten.

Auch ein weiteres Plus zählt: Schätzungen zufolge können DLC-beschichtete Nocken in einem 4-Zylinder-Motor mit 16 Ventilen den Kraftstoffverbrauch eines Kleinwagens um ein bis zwei Prozent verringern. Deshalb wird davon ausgegangen, dass DLC-beschichtete Bauteile schon ab 2011 in Ventiltrieben von Großserienwagen zum Einsatz kommen werden.

Auch für die Kolbenbaugruppe scheint die DLC-Technologie prädestiniert zu sein. Kolbenbolzen werden bereits seit nahezu zehn Jahren mit DLC beschichtet. Dadurch erübrigen sich die Kupferbuchsen im Pleuelauge, was wiederum eine deutliche Verkleinerung des oberen Pleuelendes bei entsprechender Gewichtsersparnis ermöglicht. Relativ neu ist die Idee, auch den Aluminiumkolben selbst zu beschichten. Die dadurch erzielte Reibungsminderung, die die verfügbare Antriebskraft erhöht, gibt DLC-Anbietern Anlass zu der Erwartung, dass mehr und mehr Hersteller und Zulieferbetriebe beschichtete Kolben in ihr Sortiment aufnehmen werden.

Kurzum: Jener Technologie, die noch bis vor Kurzem als Privileg der finanzkräftigsten Motorsportteams galt, steht eine breite Anwendung in der Autobranche bevor.