Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Gleitfläche an einem Maschinenelement. Ferner betrifft die Erfindung auch ein Maschinenelement mit einer Gleitfläche.

Die DE 10 2009 060 924 A1 beschreibt eine Struktur enthaltend einen Festschmierstoff für eine vakuumtribologische Anwendung. Dabei wird auf einer Substratbasis ein Schichtsystem, umfassend eine Schicht aus diamantartigem Kohlenstoff ausgebildet. Ferner wird im Schichtsystem oder in der Substratbasis und im Schichtsystem mittels eines Laserinterferenzverfahrens eine Vertiefungsstruktur ausgebildet, die mit einem Festschmierstoff gefüllt wird.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung einer Gleitfläche an einem Maschinenelement sowie ein Maschinenelement mit einer Gleitfläche weiterzuentwickeln.

Diese Aufgabe wird ausgehend vom Oberbegriff des Anspruchs 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Die hierauf bezogenen, abhängigen An- sprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.

Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer Gleitfläche an einem Maschinenelement wird zunächst zumindest teilweise eine Beschichtung auf eine Oberfläche des Maschinenelements aufgebracht, wobei danach zumindest teil- weise eine Oberflächenstruktur zur Reibungsreduzierung mittels Laser auf der Beschichtung ausgebildet wird, wobei die Oberflächenstruktur eine Vielzahl von Erhebungen umfasst, die durch eine lokale Phasenumwandlung der Beschichtung mittels Laser ausgebildet werden. Mit anderen Worten findet unmittelbar nach der Beschichtung der Oberfläche des Maschinenelements die Erzeugung der Oberflächenstruktur mittels Laser durch die lokale Phasenumwandlung der Beschichtung statt. Durch die Erhebungen auf der Beschichtung wird die Gleitfläche des Maschinenelements ausgebildet. Insbesondere ist das Maschinenelement als Tassenstößel ausgebildet. Das Maschinenelement ist dazu vorgesehen, vorzugsweise einen Gleit-Wälzkontakt zu dem weiteren Maschinenelement aufzuweisen. Ferner kann das Maschinenelement auch als hebelartiger Nocken- folger für ein Ventiltriebssystem einer Brennkraftmaschine oder als Komponente einer Pumpe ausgebildet sein.

Die Erhebungen in der Beschichtung haben eine Reibungsreduzierung zur Folge, die abhängig ist von der effektiven Kontaktfläche zwischen den beiden Maschinenelementen. Eine verbesserte Reibung kann beispielsweise erzielt werden, in dem etwa 25% der Oberfläche des Maschinenelements in einem wirksamen Kontakt mit dem weiteren Maschinenelement steht. Mit anderen Worten ist etwa ein Viertel der Oberfläche des Maschinenelements beziehungsweise der daran ausgebildeten Beschichtung mit Erhebungen bedeckt, die in wirksamem Kontakt mit dem weiteren Maschinenelement stehen. Alternativ kann aber auch ein größerer beziehungsweise ein kleinerer Anteil der Oberfläche des Maschinenelements mit den Erhebungen bedeckt sein. Die Erhebungen sind vorzugsweise auf einer Tassenstößelstirnfläche angeordnet und insbesondere kreisförmig auf mehreren Kreisbahnen, die unterschiedliche Durchmesser aufweisen, angeordnet. Ferner können die Erhebungen spiralförmig oder zufällig verteilt auf der Tassenstößelstirnfläche angeordnet sein, oder aber auch in alternativen Formen ausgebildet sein, die gleichmäßig verteilt oder zufällig angeordnet sind. Ergänzend können weitere Erhebungen auf der Tassenstößelmantelfläche ausgebildet sein. Dabei können die Erhebungen auf umlaufenden Kreisbahnen angeordnet sein, die axial beabstandet zueinander angeordnet sind. Ferner können die Erhebungen auf der Tassenstößelmantelfläche zufällig verteilt angeordnet sein. Vorzugsweise weisen die Erhebungen eine Höhe von 0,02 bis 2 pm und einen Durchmesser von 1 bis 100 pm auf. Die radialen Freiräume zwischen den Erhebungen können insbesondere zur Aufnahme von Schmiermittel vorgesehen sein, sodass das Schmiermittel in der Gleitfläche zwischen den beiden Maschinenelementen gehalten wird. Unter dem Ausdruck„zumindest teilweise" ist zu verstehen, dass die Oberflächenstruktur und die Beschichtung zumindest an einem Teil der Oberfläche des Maschinenelements ausgebildet sind. Ferner ist es aber auch denkbar, dass die Oberflächenstruktur und die Beschichtung an der gesamten Oberfläche des Maschinenelements ausgebildet sind. Vorzugsweise wird die Beschichtung durch ein PVD- oder PACVD- oder CVD- Verfahren zumindest teilweise auf die Oberfläche des Maschinenelements aufgebracht. Mit anderen Worten wird die Beschichtung nach einem Verfahren gemäß PVD (Physical Vapour Deposition) oder PACVD (Plasma-Assisted Chemical Vapour Depositen) oder CVD (Chemical Vapour Deposition) aufgebracht. Im PVD-Verfahren werden beispielsweise durch Sputtern Partikeln aus einem Targetmaterial herausgelöst und in einem Plasma auf die Oberfläche des Maschinenelements transportiert. Bei dem CVD-Verfahren erfolgt die Schichtabscheidung an der erhitzten Oberfläche des Maschinenelements aufgrund einer chemischen Reaktion aus einer Gasphase. Ferner erfolgt beim PACVD-Verfahren die Schichtabscheidung beispielsweise über eine Plasmaanregung eines kohlenwasserstoffhaltigen Gases.

Bevorzugt ist die Beschichtung zumindest teilweise aus amorphen Kohlenstoff ausge- bildet. Amorpher Kohlenstoff ist ferner unter der Bezeichnung DLC (Diamond Like Carbon) oder diamantähnlicher Kohlenstoff bekannt. Vorzugsweise ist die Beschichtung zumindest teilweise aus tetraedrischem wasserstofffreiem amorphem Kohlenstoff (ta-C) ausgebildet. DLC weist eine vergleichsweise hohe Härte, hohe chemische Resistenz und Abriebfestigkeit sowie einen niedrigen Reibkoeffizient auf. Durch einen Energieeintrag des Lasers wird die Beschichtung bis unterhalb der Verdampfungstemperatur lokal erhitzt, sodass eine Phasenumwandlung des Kohlenstoffs in der Beschichtung stattfindet. Dabei wandeln die in der amorphen Kohlenstoff Schicht, beziehungsweise in der ta-C-Schicht vorherrschenden sp ³ Bindungen teilweise in sp ² Bindungen um. Dadurch kommt es zu einer lokalen Volumenzunahme in der Beschich- tung beziehungsweise zu einer lokalen Vergrößerung der Schichtdicke der Beschichtung. Mit anderen Worten bilden sich die zuvor beschriebenen lokalen Erhöhungen, die radial aus der Beschichtung herausragen. Der Zerfall der sp ³ Bindungen in ta-C findet in der Regel bei Temperaturen oberhalb 700°C und Oxidation oberhalb 450°C statt. Vorteilhafterweise weist Graphit relativ gute Schmiermitteleigenschaften auf, wodurch die Reibung in der Gleitfläche zusätzlich gesenkt wird.

Die Einwirkdauer des Lasers, insbesondere der Laserpulse an der Beschichtung zur Ausbildung der Oberflächenstruktur ist im Femtosekunden- bis Nanosekundenbereich. Insbesondere beträgt die Pulsdauer des Lasers zwischen 100fs und 100ns. Ferner ist die Wellenlänge des Lasers derart auf die Oberfläche des Maschinenelements abgestimmt, dass eine Verdampfung des Werkstoffs vermieden wird, sodass lediglich die lokale Phasenumwandlung in der Einwirkzone der Laserstrahlung erfolgen kann. Die einzustellende Wellenlänge ist insbesondere von dem Werkstoff des Maschinenele- ments und der Schmelz- beziehungsweise Verdampfungstemperatur der Beschichtung abhängig.

Unter einer Beschichtung ist ein Schichtsystem mit mindestens einer Schicht zu verstehen. Insbesondere können auch mehrere Schichten zumindest teilweise überei- nander und/oder nebeneinander ausgebildet sein.

Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der drei Figuren näher dargestellt. Es zeigen

Figur 1 eine schematische Teilschnittdarstellung zur Veranschaulichung des

Aufbaus einer Gleitfläche eines erfindungsgemäßen Maschinenelements, Figur 2 eine schematische Perspektivdarstellung des erfindungsgemäßen Maschinenelements gemäß Figur 1 , und

Figur 3 eine schematische Draufsicht des erfindungsgemäßen Maschinenelements gemäß Figur 1 .

Gemäß Figur 1 weist ein erfindungsgemäßes - hier nur teilweise dargestelltes - Maschinenelement 2 eine Gleitfläche 1 auf, die für einen gleitenden Kontakt mit mindestens einem weiteren - hier nicht dargestellten - Maschinenelement vorgesehen ist. Das Maschinenelement 2 weist eine Beschichtung 4 auf, auf der eine Oberflächen- struktur 3 mit einer Vielzahl von Erhebungen 7 mittels Laser ausgebildet ist. Die Erhebungen 7 bilden somit die Gleitfläche 1 .

Zur Herstellung der Gleitfläche 1 wird zunächst die Beschichtung 4 auf eine Oberfläche des Maschinenelements 2 aufgebracht, wobei die Beschichtung 4 durch ein CVD- Verfahren auf die Oberfläche des Maschinenelements 2 aufgebracht wird. Die Beschichtung 4 ist aus tetraedrischem wasserstofffreiem amorphem Kohlenstoff ausgebildet. In einem nachfolgenden Schritt wird die Oberflächenstruktur 3 mit den Erhebungen 7 mittels Laser in der Beschichtung 4 erzeugt, wobei die Erhebungen 7 durch eine lokale Phasenumwandlung der Beschichtung 4 durch den Laser ausgebildet werden. Die Beschichtung 4 wird durch den Laser auf eine Umwandlungstemperatur erhitzt, die zu einer lokalen Phasenumwandlung des amorphen Kohlenstoffs zu Graphit führt, wobei die Umwandlungstemperatur unterhalb der Verdampfungstemperatur sowohl der Beschichtung als auch des Werkstoffs des Maschinenelements 2 liegt. Die Erhebungen 7 weisen eine jeweilige Höhe von 0,02 bis 2 pm und einen jeweiligen Durchmesser von 1 bis 100 pm auf.

Nach Figur 2 ist das erfindungsgemäße Maschinenelement 2 als Tassenstößel ausgebildet. Eine Tassenstößelstirnfläche 6 weist zur Reibungsreduzierung die Beschich- tung 4 aus amorphem Kohlenstoff sowie die Oberflächenstruktur 3 an der Beschichtung 4 auf. Ergänzend kann ferner eine Tassenstößelmantelfläche 5 zur Reibungsreduzierung die Beschichtung 4 aus tetraedrischem wasserstofffreiem amorphem Kohlenstoff sowie die Oberflächenstruktur 3 an der Beschichtung 4 aufweisen. Die Oberflächenstruktur 3 wurde mittels Laser durch stellenweise Phasenumwandlung von ta-C zu a-C innerhalb der Beschichtung 4 erzeugt. Durch eine lokale Volumenzunahme der Beschichtung 4 wurden Erhöhungen 7 ausgebildet, die die Reibung an der Tassenstößelstirnfläche 6 reduzieren.

Figur 3 zeigt die Anordnung der Oberflächenstruktur 3 in der Draufsicht des erfin- dungsgemäßen Maschinenelements 2. Die Erhöhungen 7 sind radial auf der Tassenstößelstirnfläche 6 angeordnet, wobei die Erhöhungen 7 etwa 25% der Tassenstößelstirnfläche 6 bedecken. Bezugszeichenliste

Gleitfläche

Maschinenelement

Oberflächenstruktur

Beschichtung

Tassenstößelmantelfläche

Tassenstößelstirnfläche

Erhebung