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48,80 €
ISBN 978-3-8440-3501-8
Paperback
174 Seiten
12 Abbildungen
257 g
21 x 14,8 cm
Deutsch
Dissertation
April 2015
Marc-Manuel Matz
Lichtbogendrahtspritzen zur Armierung der ersten Kolbennut für moderne Verbrennungsmotoren
Die Marktentwicklung bei Diesel- und vor allem bei Ottoverbrennungsmotoren geht in Richtung immer höher aufgeladener Motoren. Diese haben eine entsprechend höhere Leistungsdichte. Dadurch können die Aggregate kleiner und damit leichter gebaut werden. Folglich reduziert sich der Kraftstoffverbrauch. Dies wirkt sich direkt proportional auf den Schadstoffausstoß aus. Motoren mit zunehmend höherer Leistungsdichte resultieren in immer stärkerer thermomechanischer Materialbelastung der verschiedenen motorischen Konstruktionselemente im Kurbeltrieb. Insbesondere der Kolben ist hier zu nennen. Gerade der Bereich der ersten Ringnut moderner Aluminiumkolben ohne Nutverstärkung hält den zukünftig hohen Belastungen nicht mehr Stand. Das Eingießen eines Ringträgers aus einer Eisennickellegierung (Ni-Resist), was Stand der Technik bei Dieselkolben ist, stellt derzeit das einzige Verfahren dar, welches für die wachsenden Anforderungen im Ottokolben angewendet wird. Dies führt aber zu wesentlich höheren Herstellungskosten und zu einem höheren Gewicht des Kolbens.

Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein Aluminiumkolben mit einer alternativen Kolbennutarmierung entwickelt. Die Armierung wurde mittels des Lichtbogendrahtspritzens (LDS) aufgetragen. Dieser Prozess wurde auf den Anwendungsfall optimiert. Entscheidend war die Veränderung der Strömungsmechanik durch ein neues Düsendesign. Dadurch konnte ein ideal gebündelter Partikelfreistrahl realisiert werden. Gerade bei der Beschichtung bzw. Auffüllung einer vorgefertigten V-Nut im Kolben, welche sich bei der Prozessentwicklung als ideal herauskristallisiert hat, bietet die Hochgeschwindigkeitsdüse die geeigneten Voraussetzungen. Aufsetzend auf bekannte Werkstofftechnologie wurde ein kostengünstiges und erfolgversprechendes Werkstoffsystem entwickelt und hergestellt. Die Funktionsfähigkeit des Systems konnte nachgewiesen werden. Im Vergleich zum aktuellen Standard, einem eingegossenen Ringträger aus Ni-Resists, hat die thermisch gespritzte Armierung ein geringeres Gewicht, eine bessere Anbindung an den Aluminiumkolben und verbesserte tribologische Eigenschaften.
Schlagwörter: Lichtbogendrahtspritzen; Kolbennut; Verbrennungsmotoren
Schriftenreihe Oberflächentechnik
Herausgegeben von Prof. Dr.-Ing. K. Bobzin, Aachen
Band 39
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