Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Weniger Reibungsverluste in Verbrennungsmotoren

03.06.2013
Forscher haben ein Verfahren entwickelt, das Reibung und Verschleiß im Motor bereits bei der Herstellung der Bauteile reduzieren kann. Kraftstoffverbrauch und CO2-Emissionen lassen sich durch spezielle Beschichtungen senken.

Damit der Motor eines Neuwagens »rund« läuft, muss er zunächst richtig eingefahren werden: Für die ersten 1000 Kilometer sollte man beispielsweise auf schnelles Beschleunigen und ständige Kurzstrecken verzichten. Warum ist diese »Schonfrist« nötig?


Für das Präzisionsbohren von Zylinderlaufflächen kommen definierte Schneiden zum Einsatz, deren Geometrie spezifisch ausgelegt wurde. Dadurch kann eine sehr hohe Oberflächengüte erreicht werden. (© Fraunhofer IWU)

Während des Einlaufprozesses verändert sich durch die Reibungswirkung bei den Gleitpaarungen – den Bauteilen, die miteinander mechanischen Kontakt haben – die Oberflächenrandzone: die Oberfläche selbst wird »glatter« und in einer Materialtiefe von etwa 500 bis 1000 Nanometer (nm) verfeinert sich die Körnung der Gefügestruktur, so dass eine nanokristalline Schicht entsteht.

Bis sich diese nanoskalige Randschicht ausgebildet hat, ist jedoch einiges an Reibarbeit notwendig. Deshalb geht während dieses Einlaufprozesses auch heute noch ein Großteil der Energie durch Reibung verloren. Zudem sind die Laufeigenschaften der Oberflächen abhängig vom Einfahrverhalten der Kunden. Für die Automobilbranche ein kritisches Thema: Denn vor dem Hintergrund immer knapperer Ressourcen und der Notwendigkeit, CO2 einzusparen, steht die Reduzierung reibungsbedingter Verluste ganz oben auf der Entwicklungsagenda.

Mehr Präzision durch optimierte Fertigungstechnologien

Forscher von fünf Fraunhofer-Instituten arbeiten im Rahmen des Projekts »TRIBOMAN« an neuen Werkstoffen, Fertigungsverfahren und Prozessen, die Verbrennungsmotoren tribologisch, also reibungstechnisch, optimieren sollen. Im Fokus stehen Bauteile, die besonders hoher Reibung ausgesetzt sind wie etwa Zylinderlaufflächen. »Unser gemeinsamer Ansatz ist es, den Prozess der Randschichtbildung in die Fertigung vorzuverlegen«, erklärt Torsten Schmidt vom Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU in Chemnitz.

Schmidt und sein Team haben in dem Zusammenhang optimierte Fertigungstechnologien zur Präzisionsendbearbeitung entwickelt. »Wir setzen für das Präzisionsbohren von Zylinderlaufflächen definierte Schneiden ein, deren Geometrie wir spezifisch ausgelegt haben. Dadurch erreichen wir eine sehr hohe Oberflächengüte«, erläutert Schmidt. »Außerdem nutzen wir gezielt die Kräfte des Zerspanungsprozesses, um die ›Kornfeinung‹, also das Verfestigen der Werkstoffe, bereits während der Fertigung herbeizuführen.«

Mit Hilfe des neuen Verfahrens soll der Einfluss auf Reibung und Verschleiß von Motorkomponenten zukünftig gesteigert werden. Die Automobilindustrie käme damit ihrem Ziel, Energie effizienter zu nutzen und CO2 einzusparen, ein gutes Stück näher. Doch auch die Kunden profitieren: Denn die Einlaufzeiten neuer Motoren wären dann wesentlich kürzer. Das ist nicht nur komfortabler, sondern verringert auch die Gefahr eines vorzeitigen Verschleißes durch falsches Einfahren.

An einem Einzylinder-Versuchsmotor mit Zylinderlaufflächen aus Aluminium konnten Forscher des Fraunhofer-Instituts für Werkstoffmechanik IWM in Freiburg bereits erste positive Auswirkungen einer solchen modifizierten Endbearbeitung nachweisen: So zeigten die Analysen der bearbeiteten Zylinderflächen, dass die Korngröße signifikant geringer ausfällt als bei herkömmlichen Verfahren. Die Oberflächenmikrogeometrie ist mit der von gut eingelaufenen Zylinderlaufflächen vergleichbar.

Aktuell arbeiten die Forscher daran, ihr Verfahren neuen Entwicklungstrends in der Automobilfertigung anzupassen, beispielsweise der Einführung von Biokraftstoffen: Da bei Biokraftstoffen der Ethanolgehalt höher ist, werden mittlerweile die Aluminiumbauteile in der Regel mit einer Spritzschicht auf der Oberfläche versehen, um sie besser gegen Korrosion zu schützen.

TorstenSchmidt | Fraunhofer Forschung Kompakt
Weitere Informationen:
http://www.fraunhofer.de/de/presse/presseinformationen/2013/juni/weniger-reibungsverluste-in-verbrennungsmotoren.html

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Verfahrenstechnologie:

nachricht Fraunhofer-Institute entwickeln zerstörungsfreie Qualitätsprüfung für Hybridgussbauteile
19.01.2017 | Fraunhofer IFAM

nachricht Löschwasser mobil und kosteneffizient reinigen
18.01.2017 | Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Verfahrenstechnologie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Innovatives Hochleistungsmaterial: Biofasern aus Florfliegenseide

Neuartige Biofasern aus einem Seidenprotein der Florfliege werden am Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP gemeinsam mit der Firma AMSilk GmbH entwickelt. Die Forscher arbeiten daran, das Protein in großen Mengen biotechnologisch herzustellen. Als hochgradig biegesteife Faser soll das Material künftig zum Beispiel in Leichtbaukunststoffen für die Verkehrstechnik eingesetzt werden. Im Bereich Medizintechnik sind beispielsweise biokompatible Seidenbeschichtungen von Implantaten denkbar. Ein erstes Materialmuster präsentiert das Fraunhofer IAP auf der Internationalen Grünen Woche in Berlin vom 20.1. bis 29.1.2017 in Halle 4.2 am Stand 212.

Zum Schutz des Nachwuchses vor bodennahen Fressfeinden lagern Florfliegen ihre Eier auf der Unterseite von Blättern ab – auf der Spitze von stabilen seidenen...

Im Focus: Verkehrsstau im Nichts

Konstanzer Physiker verbuchen neue Erfolge bei der Vermessung des Quanten-Vakuums

An der Universität Konstanz ist ein weiterer bedeutender Schritt hin zu einem völlig neuen experimentellen Zugang zur Quantenphysik gelungen. Das Team um Prof....

Im Focus: Traffic jam in empty space

New success for Konstanz physicists in studying the quantum vacuum

An important step towards a completely new experimental access to quantum physics has been made at University of Konstanz. The team of scientists headed by...

Im Focus: Textiler Hochwasserschutz erhöht Sicherheit

Wissenschaftler der TU Chemnitz präsentieren im Februar und März 2017 ein neues temporäres System zum Schutz gegen Hochwasser auf Baumessen in Chemnitz und Dresden

Auch die jüngsten Hochwasserereignisse zeigen, dass vielerorts das natürliche Rückhaltepotential von Uferbereichen schnell erschöpft ist und angrenzende...

Im Focus: Wie Darmbakterien krank machen

HZI-Forscher entschlüsseln Infektionsmechanismen von Yersinien und Immunantworten des Wirts

Yersinien verursachen schwere Darminfektionen. Um ihre Infektionsmechanismen besser zu verstehen, werden Studien mit dem Modellorganismus Yersinia...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Mittelstand 4.0 – Mehrwerte durch Digitalisierung: Hintergründe, Beispiele, Lösungen

20.01.2017 | Veranstaltungen

Nachhaltige Wassernutzung in der Landwirtschaft Osteuropas und Zentralasiens

19.01.2017 | Veranstaltungen

Künftige Rohstoffexperten aus aller Welt in Freiberg zur Winterschule

18.01.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

21.500 Euro für eine grüne Zukunft – Unserer Umwelt zuliebe

20.01.2017 | Unternehmensmeldung

innovations-report im Interview mit Rolf-Dieter Lafrenz, Gründer und Geschäftsführer der Hamburger Start ups Cargonexx

20.01.2017 | Unternehmensmeldung

Niederlande: Intelligente Lösungen für Bahn und Stahlindustrie werden gefördert

20.01.2017 | Förderungen Preise