Laser-Func-Light

Laserinterferenz-funktionalisierte Leichtmetallhybridkeramik

Funktionalisierung von Zylinderinnenflächen mittels direkten Laserinterferenzstrukturieren.
© Fraunhofer IWS Dresden
Funktionalisierung von Zylinderinnenflächen mittels direkten Laserinterferenzstrukturieren.

Fördergeber:
Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)
Programm: KMU-innovativ: Ressourceneffizienz und Klimaschutz
Laufzeit: 01.04.2019 – 31.03.2021
Gesamtzuwendung: 786.000 €

Projektpartner:
ELB - Eloxalwerk Ludwigsburg Helmut Zerrer GmbH
Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik (IWS)


Motivation

Die Kolbengruppe, bestehend aus Kolben, Kolbenringen sowie Zylinderlaufbuchse nimmt mit 48 % den größten Anteil an Reibungsverlusten innerhalb eines Otto-Motors ein. Durch eine Reibungs- und Verschleißoptimierung innerhalb der Kolbengruppe – insbesondere an den Zylinderlaufflächen – kann eine Reduzierung des Reibverlustes um bis zu 60 % erreicht werden. Dadurch ergibt sich eine CO2- Reduktion um bis zu 4 %. In absoluten Zahlen ausgedrückt bedeutet das eine Einsparung von 3,25 Millionen Liter Kraftstoff bei neu zugelassenen PKWs in Deutschland und somit ein Reduzieren von 8073 Tonnen CO2.

Ziele und Vorgehen

Das Ziel des Projektes besteht im ersten Schritt in der Entwicklung eines innovativen Verschleißschutzes durch eine Verbundhybridschicht bestehend aus keramischer Oberfläche sowie einer polymeren Verschleißschicht für bewegte Leichtbauanwendungen in der Lager- und Motorentechnik, insbesondere für Zylinderlaufflächen aus Al-Si-Legierungen. In Folge kann die Reibung und dadurch der Kraftstoffverbrauch deutlich reduziert sowie die Verschleißbeständigkeit erhöht werden. Im zweiten Schritt werden durch den Ansatz des direkten Laserinterferenzstrukturierens (engl. Direct Laser Interference Patterning - DLIP) Mikrokavitäten eingebracht, so dass Notlaufeigenschaften in Verbindung mit den Polymereinlagerungen in der Hybridschicht gewährleistet sind.

Innovationen und Perspektiven

Durch eine gezielte oberflächenmodifizierte Beschichtung von Zylinderlaufflächen in Al-Si-Motorgehäusen werden diese an das gesteigerte Anforderungsprofil heutiger Motorentechnologien angepasst. Dabei sollen zugleich die zur Verbesserung dieser Funktionalität notwendigen Technologien energieeffizient und ressourcenschonend ausgelegt sein. Insbesondere ist auf Hochenergieverfahren zu verzichten und das Einsatzmaterial zur Zylinder-Laufflächen-Bearbeitung zu minimieren.