Onderzoekers van vijf Fraunhofer-Instituten hebben een proces ontwikkeld, dat wrijving en slijtage in de motor al tijdens de productie van de onderdelen kan reduceren. Het brandstofverbruik en de CO2-emissies kunnen door de speciale coatings dalen.
Om te zorgen, dat de motor van een nieuwe wagen regelmatig draait, moet deze eerst op de juiste manier worden ingereden. De eerste 1000 km moet men niet snel accelereren of steeds kleine stukjes rijden.
Tijdens het inloopproces veranderen de onderdelen, die langs elkaar glijden en mechanisch contact hebben in de oppervlaktezone, namelijk door wrijving. Hierdoor wordt het oppervlak gladder. Met een materiaaldiepte van ongeveer 500 nm tot 1000 nm verfijnt de korrelgrootte van de structuur, zodat een nano-kristallijne laag ontstaat.
Meer nauwkeurigheid
Er is echter enige wrijvingsarbeid noodzakelijk, voordat deze buitenlaag op nanoschaal is gevormd. Daarom gaat tijdens het inloopproces nog steeds een groot gedeelte van de energie verloren door wrijving. Bovendien zijn de loopeigenschappen van de oppervlakken afhankelijk van het gedrag van de klant tijdens het inrijden.
Dit is voor de automobielbranche een kritisch thema: door de steeds krapper wordende grondstoffen en de noodzaak om CO2 uitstoot te verminderen, staat de reductie van door wrijving veroorzaakte verliezen bovenaan de ontwikkelagenda.
Onderzoekers van vijf Fraunhofer instituten werken in het kader van het project Triboman aan nieuwe materialen, productiemethoden en processen, die de verbrandingsmotoren tribologisch maar ook wrijvingstechnisch moeten optimaliseren.
Vooral onderdelen die te maken krijgen met hoge wrijving, zoals de cilinderloopvlakken, vragen de aandacht. De gezamenlijke aanpak is gericht op het proces, waarmee de oppervlaktelaagvorming al tijdens de productie wordt verkregen.
Gedefinieerde beitels
De onderzoekers hebben de samenhang van de geoptimaliseerde productietechnologie ontwikkeld voor de precisie-eindbewerking. Ze gebruiken gedefinieerde beitels voor het precisieboren van cilinders, waarvan de geometrie specifiek is gevormd. Daardoor bereiken ze een hoge oppervlaktekwaliteit.
Bovendien gebruiken ze de krachten van het verspanend proces doelgericht om de korrel verfijning, dus het verstevigen van het materiaal, al tijdens de productie realiseren.
Met behulp van de nieuwe methoden moet de invloed op wrijving en slijtage van motoronderdelen in de toekomst groter worden. De auto-industrie lijkt daarmee een doel, namelijk energie efficiënter gebruiken en CO2 verminderen, dichterbij te halen.
Ook de klanten profiteren: de inlooptijd voor nieuwe motoren kan beduidend korter worden. Dat is niet alleen comfortabeler, maar het vermindert ook het gevaar van voortijdige slijtage door verkeerd inrijden.
Eéncilinder
Bij een experimentele ééncilindermotor, met een cilinder van aluminium, konden onderzoekers de eerste positieve gevolgen van een dergelijke gemodificeerde eindbewerking aantonen.
Analyses van de bewerkte cilinderloopvlakken toonden aan, dat de korrelgrootte beduidend kleiner wordt dan bij conventionele processen. De microgeometrie van de oppervlakken is te vergelijken met die van goed ingelopen cilinder loopvlakken.
Momenteel werken de onderzoekers eraan dat hun proces met nieuwe ontwikkelingstrends wordt aangepast aan de automobielproductie, zoals voor het gebruik van biobrandstoffen.
Omdat bij biobrandstoffen het ethanolgehalte hoger is, worden de aluminiumonderdelen inmiddels voorzien van een spuitcoating op de oppervlakte, om ze beter te beschermen tegen corrosie.
