DE4127639A1 - Reibpaarung und verfahren zu ihrer herstellung - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Reibpaarung, bestehend aus der
Nockenlauffläche einer Nockenwelle und einer Gegenläufer
schicht, die auf das Grundmaterial eines z. B. als Tassen
stößel, Schlepp- oder Kipphebel ausgebildeten Gegenläufers
aufgebracht ist.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung
einer derartigen Reibpaarung.
Die üblicherweise zur Ventilsteuerung eingesetzte Materialpaa
rung von z. B. Tassenstößeln und Nockenwellen aus Einsatzstahl
und Schalenhartguß im nitrierten oder unnitrierten Zustand
weist meist hohe Reibwerte und dementsprechend auch einen ho
hen Verschleiß auf. Als nachteilig erweist sich ferner, daß
die angestellten Federkräfte nicht weiter erhöht werden kön
nen, was aber zur präziseren Ventilsteuerung wünschenswert
wäre.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Reibpaarung der
eingangs beschriebenen Art mit reduzierten Reibwerten und ge
ringerem Verschleiß sowie ein Verfahren zu deren Herstellung
zu entwickeln.
Die Aufgabe wird hinsichtlich der Reibpaarung erfindungsgemäß
dadurch gelöst, daß die Gegenläuferschicht eine nanodisperse,
amorphe Metall-Kohlenstoffschicht ist, die zu 50 bis 90 At%
aus Kohlenstoff, 2 bis 25 At% aus Wasserstoff und Rest aus Me
tall besteht, wobei der Kohlenstoff zum Teil in Diamantbin
dungsstruktur vorliegt.
Der besondere Vorteil der erfindungsgemäß gestalteten Gegen
läuferschicht liegt einerseits in ihrem geringen Reibkoef
fizienten im Kontakt mit metallischen Gleitpartnern und ande
rerseits darin, daß das Motoröl im Gleitkontakt nicht kataly
tisch zersetzt wird zu Sikkativen.
Die die Gegenläuferschicht bildende Kohlenstoffschicht kann
erfindungsgemäß nach verschiedenen Verfahren hergestellt wer
den. Möglich ist eine Herstellung nach dem Plasma-CVD-Verfah
ren, mit dem sich Ion-Carbon (i-C) oder Amorphous-Carbonhydro
gen (a-CH) herstellen lassen, die kein Metall enthalten. Mög
lich ist aber auch eine Herstellung nach dem PVD-Verfahren,
wie z. B. Sputter- oder ARC-Technologie, wobei gleichzeitig
Metalle verdampft und in die zu bildende Schicht eingebaut
werden, die auch als Metal-Carbonhydrogen-Schichten (Me-CH)
bezeichnet werden. Der Kohlenstoff bildet dabei mit den Metal
len Metalcarbide aus, so daß sich eine erhöhte Temperaturbe
ständigkeit der Schicht ergibt.
Das Metall der Gegenläuferschicht kann Titan, Niob, Tantal,
Chrom, Molybdän, Eisen und/oder Wolfram sein. Vorzugsweise
aber werden die Metalle Wolfram, Tantal und Titan in die
Gegenläuferschicht eingebaut und zwar entweder einzeln oder
aber als Legierungsbestandteile von Mischlegierungsverdamper
platten.
Die Gegenläuferschicht weist vorzugsweise eine Dicke von 2 bis
12 Mikrometer, eine Härte (H) von < 2000 HV 0.01, eine glasar
tige Struktur und/oder eine keine scharfen Spitzen aufweisende
Oberflächenrauhigkeit (Rz) zwischen 0,8 und 3 Mikrometer auf.
Die im wesentlichen kohlenstoffhaltigen Schichten der Gegen
läuferschicht werden vorzugsweise mit zumindest einer
Zwischenschicht auf das Grundmaterial aufgebracht. Hierzu
eignen sich besonders Chrom- oder chromhaltige Schichten.
Wählt man als Zwischenschicht eine Kombination Chrom/Chrom
nitrid, so ergibt sich hieraus nicht nur der Vorteil einer er
höhten Haftfestigkeit für die amorphe, diamantähnliche Kohlen
stoffschicht, sondern noch der zusätzliche Vorteil, daß mit
dieser sehr haftfesten Zwischenschicht eine tribologisch gün
stig wirkende "Gleit- und Verschleißreserve" geschaffen wird.
Sollte nämlich nach einer gewissen Gebrauchsdauer die auflie
gende amorphe Schicht teilweise verschlissen oder verletzt
sein, wirkt die Chromnitridschicht verschleiß- oder ölzerset
zungshemmend.
Statt Chromnitrid lassen sich für die Zwischenschicht auch an
dere, ähnlich wirkende Metalle verwenden wie z. B. Titan
nitrid, Titancarbit, Cirkoniumnitrid und dergleichen.
Die Dicke der Zwischenschicht beträgt vorzugsweise 0,1 bis 5
Mikrometer.
Um von vornherein einen günstigen Schmiertascheneffekt zu er
zielen, ist es vorteilhaft, wenn vor dem Aufbringen der Gegen
läuferschicht bzw. der Zwischenschicht die zu beschichtende
Fläche des Gegenläufers mit einem Strukturschliff mit einer
Rauhtiefe von 0,5 bis 10 Mikrometer versehen wird. Alternativ
kann auch eine sogenannte Orangenhaut an der Oberfläche er
zeugt werden.
Eine besonders vorteilhafte Reibpaarung zeichnet sich erfin
dungsgemäß dadurch aus, daß die Nockenlauffläche eine feinst
körnige ledeburitische Schicht aufweist, die im Laserum
schmelzverfahren gehärtet ist.
Die Dicke der die fertig bearbeitete Nockenlauffläche bilden
den Schicht beträgt vorzugsweise 50 bis 400 Mikrometer.
Schließlich ist es vorteilhaft, wenn die die Nockenlauffläche
bildende Schicht nach dem Laserumschmelzen fein geschliffen
wird.
In der Zeichnung ist eine als Beispiel dienende Ausführungs
form der Erfindung schematisch dargestellt.
Die Zeichnung zeigt eine Nockenwelle 1 mit einer Nockenlauf
fläche 2, die mit einer Gegenläuferschicht 3 eines Gegenläu
fers 4 zusammenwirkt.
Die Nockenlauffläche 2 wird von einer feinstkörnigen ledeburi
tischen Schicht 5 gebildet, die im Laserumschmelzverfahren ge
härtet ist.
Die Gegenläuferschicht 3 ist eine Cerid-Schicht, die über eine
Zwischenschicht 6 auf den Gegenläufer 4 aufgebracht ist, der
z. B. aus 16 MnCr 5 bestehen kann.
Claims (19)
1. Reibpaarung, bestehend aus der Nockenlauffläche (2) einer
Nockenwelle (1) und einer Gegenläuferschicht (3), die auf das
Grundmaterial eines z. B. als Tassenstößel, Schlepp- oder
Kipphebel ausgebildeten Gegenläufers (4) aufgebracht ist, da
durch gekennzeichnet, daß die Gegenläuferschicht (3) eine na
nodisperse, amorphe Metall-Kohlenstoffschicht ist, die zu 50
bis 90 At% aus Kohlenstoff, 2 bis 25 At% aus Wasserstoff und
Rest aus Metall besteht, wobei der Kohlenstoff zum Teil in
Diamantbindungsstruktur vorliegt.
2. Reibpaarung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Gegenläuferschicht (3) mit zumindest einer Zwischen
schicht (6) auf das Grundmaterial aufgebracht ist.
3. Reibpaarung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
die Zwischenschicht (6) eine chromhaltige Schicht ist.
4. Reibpaarung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
die Zwischenschicht (6) eine kombinierte Chrom/Chrom
nitrid-Schicht ist.
5. Reibpaarung nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Dicke der Zwischenschicht (6) 0,1 bis
5 Mikrometer beträgt.
6. Reibpaarung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß das Metall der Gegenläufer
schicht (3) Titan, Niob, Tantal, Chrom, Molybdän, Eisen
und/oder Wolfram ist.
7. Reibpaarung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
die Metalle Wolfram, Tantal und Titan einzeln in die Ge
genläuferschicht (3) eingebaut sind.
8. Reibpaarung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
die Metalle Wolfram, Tantal und Titan von Mischlegie
rungsverdampferplatten als Legierungsbestandteile in die
Gegenläuferschicht (3) eingebaut sind.
9. Reibpaarung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß die Dicke der Gegenläufer
schicht (3) 2 bis 12 Mikrometer beträgt.
10. Reibpaarung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß die Gegenläuferschicht (3) ei
ne Härte (H) < 2000 HV 0.01 sowie eine glasartige Struk
tur aufweist.
11. Reibpaarung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß die Oberflächenrauhigkeit (Rz)
der Gegenläuferschicht (3) zwischen 0,8 und 3 Mikrometer
liegt und keine scharfen Spitzen aufweist.
12. Reibpaarung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß die Nockenlauffläche (2) eine
feinstkörnige ledeburitische Schicht (5) aufweist, die
im Laserumschmelzverfahren gehärtet ist.
13. Reibpaarung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,
daß die Dicke der die fertig bearbeiteten Nockenlaufflä
che (2) bildenden Schicht (5) 50 bis 400 Mikrometer be
trägt.
14. Verfahren zur Herstellung einer Reibpaarung, bestehend
aus der Nockenlauffläche einer Nockenwelle und einer Ge
genläuferschicht, die auf das Grundmaterial eines Gegen
läufers aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß
die Gegenläuferschicht nach dem Plasma-CVD-Verfahren als
diamantähnliche Kohlenstoffschicht (i-C, a-CH) herge
stellt wird.
15. Verfahren zur Herstellung einer Reibpaarung, bestehend
aus der Nockenlauffläche einer Nockenwelle und einer Ge
genläuferschicht, die auf das Grundmaterial eines Gegen
läufers aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß
die Gegenläuferschicht nach dem PVD-Verfahren, wie z. B.
Sputter - oder ARC-Technologie, als diamantähnliche Koh
lenstoffschicht hergestellt wird, die 50 bis 90 At% Koh
lenstoff, 2 bis 25 At% Wasserstoff und als Rest Metall
aufweist, das durch gleichzeitige Verdampfung in die
Schicht eingebaut wird und so eine Metal-Carbonhydrogen-
Schicht (Me-CH) bildet.
16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeich
net, daß die Gegenläuferschicht mit zumindest einer Zwi
schenschicht aufgebracht wird.
17. Verfahren nach Anspruch 14, 15 oder 16, dadurch gekenn
zeichnet, daß vor dem Aufbringen der Gegenläuferschicht
bzw. der Zwischenschicht die zu beschichtende Fläche des
Gegenläufers mit einem Strukturschliff mit einer Rauh
tiefe von 0,5 bis 10 Mikrometer versehen wird.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch
gekennzeichnet, daß als Nockenlauffläche durch Laserun
schmelzen eine feinstkörnige ledeburitische Schicht er
zeugt wird.
19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß
die die Nockenlauffläche bildende Schicht nach dem La
serumschmelzen fein geschliffen wird.
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