In der deutschen Autoindustrie läuft vieles reibungslos, nicht umsonst genießt sie weltweit einen guten Ruf. Allein das Produkt selbst kämpft mit Reibung: Ob Kolbenring oder -bolzen, Autofahrer könnten weltweit mehr als 100 Milliarden (!) Liter Sprit einsparen, wenn die Reibungsverluste nicht so hoch wären.
Diese Einschätzung kommt von Andreas Leson (auf dem Titelfoto in der Mitte), Forscher am Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik (IWS) in Dresden. Die Lösung liefert er gleich mit: Die Bauteile müssten mit einer hauchdünnen Schicht diamantähnlichen Kohlenstoffs überzogen werden.
Technisch ist das schon länger machbar, allerdings war es umständlich und teuer, den Kohlenstoff aufzutragen – bis jetzt.
Forscher um Leson haben die Tür zu einer industriellen Nutzung der Beschichtungstechnik weit aufgestoßen: Mit dem sogenannten Laser-Arc-Verfahren. Damit lassen sich Kohlenstoffschichten nicht nur wie am Fließband auftragen, sie haben zudem eine stabilere Form als die Schichten, die bisher gewissermaßen von Hand aufgebracht wurden.
Verfahren wie beim Schweißen„Leider kann man Diamantstaub nicht einfach abkratzen und dann aufbügeln. Deshalb mussten wir einen anderen Weg finden“, sagt der ebenfalls beteiligte Hans-Joachim Scheibe (auf dem Foto rechts). Die Lösung fanden die Forscher beim Elektroschweißen.
Schweißgeräte lassen ein besonders heißes Plasma zwischen zwei Elektroden entstehen, den sogenannten "Lichtbogen". Dies haben die Dresdener Forscher kopiert, eine der Elektroden ist in diesem Fall allerdings eine Kohlenstoffwalze. Das Plasma besteht dementsprechend auch aus Kohlenstoff-Ionen.
Die Ionen finden auf der Oberfläche der Motorenbauteile eine neue Heimat. Sie haften so fest, dass selbst die extremen Belastungen in einem Verbrennungsmotor ihnen nichts anhaben können. Ein Magnetfeld lenkt die Ionen, sodass sie sich gleichmäßig auf den Unterlagen absetzen, etwa auf den Kolbenringen.
Umweltgedanke gab den Anstoß„Für bestimmte Einsatzfälle, insbesondere in der Automobilindustrie, sind große Schichtdicken entscheidend, da diese Bauteile über längere Zeiten enormen Belastungen ausgesetzt sind“, so Volker Weihnacht (auf dem Foto links), ebenfalls Teil des Forscher-Teams.
Kein Problem für Laser-Arc. Möglich sind Dicken von bis zu 20 Mikrometern, also 20 Tausendstel Millimeter. Klingt zwar nach wenig, ist aber bei Beschichtungen ganz schön eindrucksvoll. Der Auto- und Motorradhersteller BMW arbeitet bereits daran, das Verfahren in den industriellen Alltag zu integrieren. Der Verbrauch soll sich um drei Prozent senken lassen.
Für Leson ist Laser-Arc damit ein wichtiger Beitrag zum Umweltschutz. So profitiert der begeisterte Motorradfahrer auch selbst von seiner Entwicklung: „Das lässt mich mit einem besseren Gewissen auf meine Maschine steigen.“
Die Fraunhofer-Gesellschaft hat zu dem Verfahren auch ein Video produziert.
