Reibungsreduzierung durch gradierte diamantähnliche Kohlenstoffschichten a-C:H:Zr und a-C:H:Ti in EHD-Kontakten des Automobilantriebsstrangs

Die Applikation diamantähnlicher Kohlenstoffschichten (Diamond-like Carbon, DLC) auf Komponenten in hochbelasteten, geschmierten Kontakten des Automobilantriebsstrangs entspricht dem Stand der Technik bei der Effizienzsteigerung durch Reduzierung der Reibungsverluste und des Kraftstoffverbrauchs bei gleichzeitiger Minimierung der Schadstoffemissionen. Neben der Reibungsreduzierung in der Grenz- und Mischreibung weisen die Ergebnisse in praxisnahen Prüfständen darauf hin, dass diamantähnliche Kohlenstoffschichten zudem in der Fluidreibung unter elastohydrodynamischen (EHD) Schmierungsbedingungen zu einer Reibungsreduzierung beitragen. Anhand der beiden Leitanwendungen Kurbelwellenhauptlagerung und Getriebe wird mittels hydrodynamischer Gleitlagerschalen in der Hauptlagerung des Kurbeltriebs und mittels Stirnradverzahnungen eines Automobilgetriebes nachgewiesen, dass eine thermische Isolierwirkung der diamantähnlichen Kohlenstoffschichen die rheologischen Eigenschaften des Schmierstoffs im tribologischen Kontakt beeinflusst und eine Reibungsreduzierung bewirkt. Dieser Effekt wird auf die thermophysikalischen Eigenschaften in Form der Wärme- und Temperaturleitfähigkeit zurückgeführt, die für diamantähnliche Kohlenstoffschichten um Größenordnungen unterhalb der niedriglegierter Stahlwerkstoffe liegen. Anhand der diamantähnlichen Kohlenstoffschichten auf Zirkoniumbasis a-C:H:Zr und auf Titanbasis a-C:H:Ti werden unter Einsatz diskreter und gradierter Schichtvarianten die thermophysikalischen Eigenschaften temperaturabhängig gemessen und mit der chemischen Zusammensetzung und Strukturinformationen korreliert. Auf diese Weise trägt die Arbeit zur Erlangung eines grundlegenden Verständnisses der Wirkmechanismen diamantähnlicher Kohlenstoffschichten in der Fluidreibung bei.