DE102009053046A1

DE102009053046A1 - Nocken oder Lagerring für eine Nockenwelle

Info

Publication number: DE102009053046A1
Application number: DE102009053046A
Authority: DE
Inventors: Falk Schneider; Michael Kreisig; Haris Junuzovic
Original assignee: Mahle International GmbH
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2009-11-16
Filing date: 2009-11-16
Publication date: 2011-05-19

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Nocken oder Lagerring für eine Nockenwelle, insbesondere für einen Verbrennungsmotor. Erfindungswesentlich ist dabei, dass der Nocken oder der Lagerring mit einer die Reibung und den Verschleiß reduzierenden DLC-Schicht beschichtet ist. Hierdurch kann die Lebenserwartung der Nockenwelle erhöht werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Nocken oder einen Lagerring für eine Nockenwelle gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Beschichten eines derartigen Nockens bzw. eines derartigen Lagerrings.
Bei Verbrennungsmotoren, bei denen eine Nockenwelle in Gleitkontakt mit Nockenfolgern läuft, kommt es durch eine Reduzierung eines Ölangebotes, bspw. durch den Entfall einer Druckölversorgung bei Verwendung wälzgelagerter Nockenwellen zu einer Mangelschmierung einer Kontaktstelle zwischen den Nocken und den zugehörigen Nockenfolgern. Dies führt zu einer deutlich reduzierten Lebensdauer aufgrund eines erhöhten Verschleißes.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, insbesondere für einen Nocken der gattungsgemäßen Art, eine verbesserte oder zumindest eine alternative Ausführungsform anzugeben, die sich durch einen erhöhten Verschleißwiderstand auszeichnet.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, einen Nocken oder einen Lagerring einer Nockenwelle mit einer die Reibung und den Verschleiß reduzierenden DLC-Schicht (Diamond like carbon) zu beschichten bzw. zu versehen. Eine derartige DLC-Schicht ist dabei vergleichsweise hart (2.000 HV) und besitzt äußerst gute Reibungseigenschaften, d. h. einen geringen Reibungskoeffizienten, insbesondere gegenüber Stahl (ungeschmiert ca. 0,2), wobei die Eigenschaften der DLC-Schicht durch Abscheideparameter in zumindest gewissen Grenzen variiert werden können. Die Schicht ist weniger spröde als andere Hartstoffschichten und kann polymerartige Eigenschaften aufweisen. Darüber hinaus ist die DLC-Schicht resistent gegenüber vielen Chemikalien und physiologisch unbedenklich. Von besonderem Vorteil ist jedoch die reibungs- und damit verschleißreduzierende Wirkung einer derartigen DLC-Schicht, sodass es selbst bei einer Mangelschmierung einer Kontaktstelle zwischen dem Nockenfolger und dem Nocken nicht zu einem übermäßigen Verschleiß und dadurch zu einem frühzeitigen Ausfall der Nockenwelle kommt. Eine derartige DLC-Beschichtung kann dabei prozesstechnisch einfach und kostengünstig hergestellt werden, wobei die mit der Beschichtung erzielte Wirkung die Kosten des Beschichtungsverfahrens bei weitem überwiegt. Dabei kann der Nocken ausschließlich an seiner Nockenlauffläche mit der DLC-Schicht versehen/beschichtet ist, bzw. der Lagerring ausschließlich an seiner Lagerringlauffläche. Unter Lagerringlauffläche soll dabei insbesondere eine Fläche verstanden werden, über welche beispielsweise Lagerkräfte (Gleitlagerkräfte) übertragen werden.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung, ist die DLC-Schicht mittels PVD-Verfahren (physical vapor deposition) oder mittels PACVD-Verfahren (plasma assisted chemical vapor deposition) hergestellt. Beim PVD-Verfahren liegt das abzuscheidende Material in fester Form in einer meist evakuierten Beschichtungskammer vor. Durch den Beschuss mit Laserstrahlen, magnetisch abgelenkten Ionen oder Elektronen sowie durch Lichtbogenentladung wird das Material verdampft. Wie hoch der Anteil an Atomen, Ionen oder größeren Clustern im Dampf ist, ist von Verfahren zu Verfahren unterschiedlich. Das verdampfte Material bewegt sich entweder ballistisch oder durch elektrische Felder geführt durch die Kammer und trifft dabei auf die zu beschichtenden Teile, wo es zur Schichtbildung kommt.
Eine mittels des PVD-Verfahren aufgebrachte DLC-Schicht lässt sich darüber hinaus sehr gut mit anderen Sputter-Beschichtungen kombinieren. Beim PACVD-Verfahren wird die DLC-Schicht aus einem Argon-Methan-Plasma direkt abgeschieden. Wie beim PVD-Verfahren bleibt dabei die Substrattemperatur der DLC-Schicht im Bereich von unter 100°C. Sofern ein bipolar gepulster Plasmagenerator verwendet wird, können nahezu alle Arten von Substraten beschichtet werden. Mittels der beiden genannten Verfahren, die lediglich rein exemplarisch genannt sind, lässt sich die erfindungsgemäße DLC-Schicht kostengünstig und zugleich prozesssicher auf den Nocken bzw. den Lagerring aufbringen.
Die Erfindung beruht weiter auf dem allgemeinen Gedanken, das Beschichten der Nocken bzw. der Lagerringe zu vereinfachen und insbesondere zu rationalisieren. Hierzu werden die zu beschichtenden Nocken bzw. die zu beschichtenden Lagerringe zunächst auf einen Dorn, bspw. einen mechanischen oder einen hydraulischen Spanndorn, aufgefädelt. Die auf den Dorn aufgefädelten Nocken werden anschließend fertig geschliffen. Wiederum anschließend werden die Nocken bzw. die Lagerringe mitsamt dem Dorn in einen Beschichtungsofen gestellt und mittels der erfindungsgemäßen DLC-Schicht beschichtet. Nach Beendigung des Beschichtungsvorgangs werden die beschichteten Nocken bzw. die beschichteten Lagerringe vom Dorn vorzugsweise direkt auf die Nockenwelle aufgezogen. Hierdurch entfällt insbesondere ein häufiges und bisher erforderliches Auffädeln bzw. Abnehmen zum Durchführen der einzelnen Tätigkeiten, wie bspw. dem Schleifen oder dem Beschichten. Während des Beschichtungsvorgangs im Beschichtungsofen, können dabei die Nocken bzw. Lagerringe direkt aneinander anliegend angeordnet sein, sodass beim Beschichtungsprozess ausschließlich eine Lauf- bzw. Außenfläche beschichtet wird. Alternativ ist auch denkbar, dass zwischen den einzelnen Nocken/Lagerringen Distanzelemente angeordnet werden, die zumindest eine Bohrung des Nockens bzw. des Lagerrings abdecken und dadurch diese Bereiche vor einem ungewollten Beschichten schützen. Eine Beschichtung der Nockenbohrung bspw. ist deshalb unerwünscht, weil sich hierbei eine Reibung zwischen dem Nocken und der Nockenwelle verringern und dadurch die Gefahr eines ungewollten Relativverdrehens des Nockens bzgl. der Nockenwelle erhöhen würde.
Zum Fixieren der einzelnen Nocken bzw. der Lagerringe auf dem Dorn gegeneinander können darüber hinaus endseitige Deckel vorgesehen sein, die die jeweils endseitig angeordneten Nocken/Lagerringe abdecken und zugleich ein Spannelement halten, bspw. eine Schraube, welche innerhalb des Dorns geführt ist und dafür sorgt, dass die einzelnen Nocken bzw. Lagerringe gegeneinander verspannt und dadurch fixiert sind. Denkbar ist selbstverständlich auch, dass die einzelnen Nocken bzw. Lagerringe zum Beschichten von dem Dorn abgenommen und anschließend mittels den endseitigen Deckeln abgedeckt und über das Spannelement miteinander verspannt und in diesem Zustand beschichtet werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren bietet somit den großen Vorteil, aufgrund der hohen, im Beschichtungsofen möglichen, Packungsdichte, einen hohen Beschichtungsdurchsatz je Beschichtungsvorgang zu erreichen. Wären die Nocken bzw. die Lagerringe bereits auf die Nockenwelle aufgezogen und müssten in diesem Zustand beschichtet werden, müssten die nicht zu beschichtenden Teile der Nockenwelle bzw. der Nocken, bspw. der Seitenflächen der Nocken, aufwändig abgedeckt werden. Durch das erfindungsgemäße Verfahren zum Beschichten der Nocken bzw. der Lagerringe kann somit das Beschichtungsverfahren insgesamt kostengünstiger ausgeführt werden, wobei die an den insbesondere Nocken vorgesehene Reibungs- und Verschleißreduzierung der Beschichtung die Lebenserwartung der Nocken bzw. der Nockenwelle deutlich erhöhen.

Claims

Nocken oder Lagerring für eine Nockenwelle, insbesondere für einen Verbrennungsmotor, dadurch gekennzeichnet, dass der Nocken oder der Lagerring mit einer die Reibung und den Verschleiß reduzierenden DLC-Schicht versehen ist.
Nocken nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, – dass der Nocken ausschließlich an seiner Nockenlauffläche mit der DLC-Schicht versehen/beschichtet ist, und/oder – dass der Lagerring ausschließlich an seiner Lagerringlauffläche mit der DLC-Schicht versehen/beschichtet ist.
Nocken oder Lagerring nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die DLC-Schicht mittels PVD-Verfahren (Physical Vapour Deposition) oder mittels PACVD-Verfahren (Plasma Assisted Chemical Vapour Deposition) hergestellt ist.
Verfahren zum Beschichten eines Nockens oder eines Lagerrings nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit einer DLC-Schicht, bei dem – die zu beschichtenden Nocken und/oder Lagerring auf einen Dorn aufgefädelt werden, – die Nocken/Lagerringe auf dem Dorn geschliffen werden, – die Nocken und/oder die Lagerringe mitsamt dem Dorn in einen Beschichtungsofen gestellt und beschichtet werden, – die beschichteten Nocken/Lagerringe vom Dorn auf die Nockenwelle aufgezogen werden.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den einzelnen Nocken/Lagerringen Distanzelemente angeordnet werden, die zumindest eine Bohrung des Nockens/Lagerrings abdecken und dadurch vor einem ungewollten Beschichten schützen.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Nocken/Lagerringe auf dem Dorn aneinanderliegend angeordnet werden, sodass beim sich anschließenden Beschichtungsprozess ausschließlich eine Lauf-/Außenfläche beschichtet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Nocken/Lagerringe auf einem mechanischen oder hydraulischen Spanndorn angeordnet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Nocken/Lagerringe auf dem Dorn mit endseitigen Deckeln abgedeckt und über ein Spannelement, beispielsweise eine Schraube, gegeneinander verspannt werden.