Siliziumnitrid-Nockenwalze

Das Siliziumnitrid-Keramik-Nockenwalzensystem besteht aus drei Komponenten: einer Siliziumnitrid-Nockenwalze, einem Stahlnockenlappen und einem Stahlstift. Erhöhte Zylinderbetriebsdrücke und Kraftstoffeinspritzdrücke wurden aufgrund der Forderung nach effizienteren Dieselmotoren und strengeren Emissionsvorschriften gefordert. Diese Situationen erhöhen die Kontaktspannungen in kritischen Komponenten, was zu Verschleiß, Galing, Mikroschweißen und schließlich zum Ausfall von Komponenten führen kann. Um diese Probleme anzugehen, sind unterschiedliche Materialauswahlen erforderlich. Siliziumnitrid hat einzigartige tribologische und physikalische Eigenschaften (geringe Masse gepaart mit hoher Festigkeit und Beständigkeit gegen Kontaktermüdung), die es ermöglichen, es in Anwendungen mit hohen Kontaktspannungen zu verwenden.

Eigenschaften von Si3N4 Nockenwalzen

◆ Der Stahlstift ist viel härter als der entsprechende Bronzestift des Metallsystems, wodurch er widerstandsfähiger gegen Verschleiß durch unreines Schmiermittel und andere Ablagerungen ist.

◆ Siliziumnitrid ist ein gutes tribologisches Paar mit Stahl. Sowohl bei überfluteten als auch bei ausgehungerten Schmierbedingungen zeigen Siliziumnitrid und Stahl eine geringe und gleichmäßige Reibung.

3. Der Verschleiß an der ID von Siliziumnitridwalzen ist etwa um den Faktor drei bis zehn geringer als bei vergleichbaren Metallwalzen.

◆ Die Siliziumnitrid-Keramikwalze lässt sich aufgrund des minimalen Verschleißes und der Reibung des Kontakts zwischen Stift und Keramik-Siliziumnitrid-Walze sowie des geringen Gewichts von Siliziumnitrid (60 Prozent leichter als Metall) und des daraus resultierenden geringen Rotationsträgheitsmoments leicht drehen. Dadurch wird das Schleudern und Gleiten auf dem Nockenlappen deutlich gesenkt oder eliminiert, wodurch eine der Hauptquellen für Kontaktermüdung und Verschleiß in einem Metall-Nockenrollensystem beseitigt wird.

◆ Siliziumnitrid hat eine höhere Festigkeit gegenüber Kontaktermüdung als Lagerstähle (siehe Abbildung unten). Dadurch können Siliziumnitridwalzen größeren Anpressdrücken standhalten, ohne Lochfraß oder Abplatzen zu haben. Dadurch wird ein weiterer potenzieller Fehlerpunkt in Metallsystemen beseitigt.

◆ Der Klebstoffverschleiß sollte bei Siliziumnitrid-Stahl-Kontakten vernachlässigbar sein oder fehlen, wodurch eine weitere Ursache für Verschleiß und Kontaktermüdung im Metallnockenwalzensystem beseitigt wird. Aufgrund der Veränderung des Kontakts mit verschiedenen Materialien zeigen Studien, dass bei Verwendung einer hochglanzpolierten Keramikwalze der Verschleiß des Metallnockens trotz einer erhöhten Kontaktspannung verringert wird.

◆ Das Kronenprofil einer Nockenwalze aus Siliziumnitrid sollte ausreichend breit sein, um den Linienkontakt von den Kanten der Keramikwalze fernzuhalten. Die Kontaktspannungen sind in einem Siliziumnitridsystem in der Regel größer als in Stahl für das gleiche Stahl-Stahl-Profil, obwohl ein optimiertes Keramikprofil dies abschwächen kann.

Materialdatenblatt

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