Maximale Leistungsentfaltung von Verbrennungs-Motoren durch diamantartige Kohlenstoff-Beschichtung

[Düren, Juli 2014] Liebhaber schneller Autos verfolgen stets das Ziel, an die Leistungsgrenzen von Motor und Material zu gelangen – oder darüber hinaus. Die Formel-1-Technologie ist hier oft Vorbild und Ideengeber für die Entwicklung und Optimierung von Hochleistungsmotoren. Der Beschichtungsexperte Surcoatec bietet eine Tuningmaßnahme an, die F1-würdig ist: Hochleistungskolben und Zylinderbuchsen werden mit DLC, einer hauchdünnen Schicht aus diamantartigem Kohlenstoff, beschichtet. Die Wirkung: Die Reibung und damit der Verschleiß im Kolben-Zylinder-System sinken. Der Motor lässt sich sicher und länger im extremen Drehzahlbereich mit ausreichend Leistungsreserve betreiben.

Im Rennsport arbeiten Motoren, deren Hochleistungskom-ponenten die besten Ingenieure der Welt über Jahrzehnte immer weiter perfektioniert haben. Was viele Rennsportbe-geisterte nicht wissen ist die Tatsache, dass zahlreiche Mo-torenkomponenten mit einer nur wenige tausendstel Millime-ter dicken Schutzschicht aus diamantähnlichem Kohlenstoff überzogen sind, um die enorme Leistung bei gleichzeitig ausreichender Leistungsreserve zu entfalten. Diese Schutz-schicht heißt „Diamond Like Carbon“, kurz DLC. Sie vermin-dert die Reibung und reduziert den Verschleiß. Aus weniger Verlust entsteht konsequenterweise mehr verfügbare An-triebskraft. Im Kolben-Zylinder-System steckt hier zum Bei-spiel oft ungenutztes Potential.

Was in der Formel-1-Motorenentwicklung ihren Ursprung hat, findet im Rennsport mehr und mehr Beachtung. Als Be-schichtungsspezialist hat Surcoatec unter dem Namen DC99® ein Verfahren entwickelt, das mit seinen auf die be-sonderen Belastungen im Rennsport einstellbaren Härten und Reibwerten die charakteristischen Eigenschaften auf-weist, die es zur Nummer 1 für Motorenfreunde macht.

Was macht eine DLC-Beschichtung so besonders?

Kinematisch bedingt drückt der Kolben an die Zylinderlauf-bahn, was zu Mischreibungen und damit Leistungsverlusten führt. Aufgrund unzureichender Ölversorgung verstärkt sich dieser Effekt unter Kaltstartbedingungen noch. Die un-gleichmäßige thermische Verformung, die besonders die dünnwandigen Rennsportkolben aus Alu trifft, verstärkt die Reibung im Betrieb von Kolben und Zylinder und die Neigung zum Fressen zusätzlich. Dem wirkt eine DLC-Beschichtung des Kolbens, wie zum Beispiel bei DC99®, entgegen. Nicht nur die Reibwerte werden durch die selbstschmierenden Eigenschaften von DLC gesenkt, auch der Schmiermittelbedarf sinkt.

Besonders in kritischen Betriebszuständen, wo der Kom-promiss aus maximaler Leistungsentfaltung und ausreichen-der Schmierung des Motors ausgereizt werden muss, bieten DLC-Beschichtungen die notwendigen Reserven, um sicher bis an die Leistungsgrenzen und zeitweise auch darüber hinaus zu agieren.

Doch die beste Beschichtung ist nur so gut, wie der Unter-grund, auf den sie aufgebracht wird. Durch die Mikrostruktu-rierung der Oberflächen und durch geeignete Prozesspara-meter während der Schichtabscheidung werden die Oberflä-chen von Kolben oder von gehonten Zylindern für die Be-schichtung optimiert. Die im Nachgang aufgebrachten DLC-Schichten weisen eine sehr glatte, reibungsreduzierte und verschleißbeständige Oberfläche auf.

Bisher war die geglättete Zylinder- und Kolbenoberfläche ein „rotes Tuch“ für den Motorenoptimierer. Skeptiker haben be-fürchtet, dass die optimierte Oberflächenstruktur negative Auswirkungen auf das tribologische Verhalten hat. Das Ge-genteil war der Fall, wie Tests gezeigt haben. Die Eigen-schaften der quasi Insitu-Schmierung (Selbstschmierung der Schicht), das geringere mögliche Einbauspiel sowie ein dün-ner notwendiger Schmierfilm wirken sich leistungssteigernd aus. Gleichzeitig bewirkt die hohe Oberflächenenergie der sehr glatten DLC-Grenzschicht eine gute Benetzbarkeit mit dem Schmierstoff.

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