Reibungsverlust bei Verbrennungsmotoren minimieren

Neue Pkw-Motoren benötigen eine Einlaufzeit, bevor sie optimal funktionieren. In dieser Phase sollten die Autofahrer laut dem Fraunhofer Institut „auf schnelles Beschleunigen und ständige Kurzstrecken verzichten“. Auf den ersten 1 000 Kilometern verändert sich die Reibungswirkung bei Bauteilen, die mechanischen Kontakt haben; sie werden glatter. Dabei verfeinert sich die Körnung der Oberflächen und es entsteht eine sogenannte „nanokristalline Schicht“, wobei sich das Material verfestigt. Die Laufeigenschaften der Oberflächen hängen nach den Angaben der Wissenschaftler vom Einfahrverhalten der Kunden ab, was naturgemäß nicht immer zu idealen Ergebnissen führt. Daher versuchen sie nun, diese Feinanpassung bereits in den Fertigungsprozess zu integrieren. Das brächte nicht nur Vorteile für die Autoindustrie, da ein mögliches „falsches Einfahren“ nicht mehr stattfinden kann, sondern auch für die Kunden.

Denn lange Einlaufzeiten gehören dann der Vergangenheit an. Darüber hinaus verringert sich durch die verbesserte Oberflächenstruktur die Reibung und damit auch Verbrauch des Motors. Im Rahmen des Projekts „TRIBOMAN“ suchen die Forscher nach neuen Werkstoffen, Fertigungsverfahren und Prozessen, die Verbrennungsmotoren bezüglich der Reibung optimieren. Im Mittelpunkt des Interesses stehen dabei Bauteile, die besonders hoher Reibung ausgesetzt sind wie etwa Zylinderlaufflächen. Durch eine Endbearbeitung mit Präzisionsbohrern, die spezielle Schneiden besitzen, erreichen die Wissenschaftler eine sehr hohe Oberflächengüte. „Wir nutzen gezielt die Kräfte des Zerspanungsprozesses, um die „Kornfeinung“, also das Verfestigen der Werkstoffe, bereits während der Fertigung herbeizuführen“, sagt Torsten Schmidt vom Fraunhofer Institut.

Tests mit einem Versuchsmotor haben ergeben, dass nach dieser Behandlung der Zylinderlaufflächen „die Korngröße signifikant geringer ausfällt als bei herkömmlichen Verfahren. Die Oberflächengeometrie ist mit der einer gut eingelaufenen Zylinderoberfläche vergleichbar.“Das Ende der Entwicklung ist damit jedoch nicht erreicht. Aktuell arbeiten die Forscher daran, die Nachbearbeitung auf neue Entwicklungstrends in der Automobilfertigung anzupassen. Dazu gehört etwa die Einführung von Biokraftstoffen, die Oberflächen wegen ihres höheren Ethanolgehaltes stärker angreifen als konventioneller Kraftstoff. Um sie besser vor Korrosion zu schützen, erhalten Aluminiumteile daher mittlerweile in der Regel eine Beschichtung.