Untersuchung und Qualifizierung unterschiedlicher Beschichtungstechnologien zur Substitution der Pleuellagerschalen und Darstellung einer verkürzten Prozesskette im Schleudergussverfahren

In der vorliegenden Arbeit wird eine Substitution der Pleuellager durch eine thermische Beschichtung sowie durch ein direktes Aufgießen des Lagermaterials im Schleudergießverfahren untersucht. Zur Definition der Gießparameter, d. h. v. a. der Gießzeitpunkte des Lagermaterials im Vergleich zum Stahl der Pleuelstange, wird eine Simulation durchgeführt und über erste Abgüsse validiert. Als Alternative zum gegossenen Pleuellager wird das Atmosphärische Plasmabeschichten (APS), das Hochgeschwindigkeitspulverflammspritzen (HVOF) sowie das Kaltgasspritzen (CGS) betrachtet. Die mit diesen Verfahren hergestellten Schichten werden hinsichtlich ihrer Eigenschaften (Struktur, Härte, Haftfestigkeit, Eigenspannungen) untersucht und die am besten geeigneten Prozessparameter identifiziert. Diese Schichten werden im Folgenden hinsichtlich ihrer tribologischen Eigenschaften auf einem Schwingreibverschleißprüfstand unter-sucht. Aufgrund der, verglichen mit APS und HVOF, geringen Prozesskenntnisse des CGS, wird dieses Verfahren mittels Statistischer Versuchsplanung (DoE) detailliert betrachtet. Zur abschließenden Betrachtung der Integration von beschichteten Pleuelstangen in bestehende Serienprozesse wird die Bruchtrennfähigkeit nachgewiesen. Im Rahmen der Arbeit wird gezeigt, dass die thermischen Spritzschichten teilweise bessere tribologische Eigenschaften aufweisen als derzeitige Serienlager. Das Schleudergießverfahren stellt aufgrund geringerer Festigkeitseigenschaften bei der derzeitigen Belastungssituation keine Alternative zur geschmiedeten Pleuelstange dar. Eine intermetallische Phase zwischen gegossenem Lagermaterial und Pleuelstange konnte nicht realisiert werden. Eine ausreichende Haftung ist hierdurch nicht gegeben.