DE4127639A1

DE4127639A1 - Reibpaarung und verfahren zu ihrer herstellung

Info

Publication number: DE4127639A1
Application number: DE4127639A
Authority: DE
Inventors: Detlef Dr Repenning; Barry Prof Dr Mordike
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1990-11-05
Filing date: 1991-08-21
Publication date: 1992-05-07
Anticipated expiration: 2011-08-22
Also published as: DE4127639C2; DE59100303D1

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

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.