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stingray

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  • »stingray« ist der Autor dieses Themas

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1

Freitag, 31. Dezember 2021, 14:13

Zylinder Sleeve | Stahl-Zylinderlaufbuchsen | Wärmeausdehnungskoeffizient Stahl vs. Alu

Die Hochwertig aufgebauten Motoren bekommen Laufbuchsen eingesetzt aus Stahl und das in ein Motorblockgehäuse aus Aluminium oder zumindest in eine Alulegierung. Dabei dehnt sich das Alu schneller aus weil es Wärme besser leitet, und der Koeffizient ist auch größer.
Alu ca. 23 Stahl zwischen 11 und 13 das heißt das Alu dehnt sich auch mehr aus als der Stahl.
Ich weiß das P. Gengler das so macht und die teuren Blockgehäuse von Billet haben auch Stahlbuchsen, es scheint ja gut zu funktionieren. In der Entwicklung versucht man eigentlich solche Konstellationen zu vermeiden, besonders wenn die Teile thermisch hoch belastet werden.

Wo ist mein Denkfehler ?

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habi12623

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2

Freitag, 31. Dezember 2021, 15:49

Die Verbrennung findet ja innerhalb des Zylinders und somit innerhalb der Stahlbuchsen statt. Dadurch nehmen die Buchsen zuerst die thermische Energie auf und haben im Betrieb eine höhere Temperatur als der Block aus Aluminium. Zusätzlich hat Aluminium eine etwa drei- bis vierfach höhere Wärmeleitfähigkeit als Stahl und wird deutlich schneller durch ein Kühlmedium (Luft oder Wasser) abgekühlt. Das Kühlen ist auch notwendig, da die meisten Alugusslegierungen keine hohe Warmfestigkeit aufweisen und somit schon bei Kerntemperaturen von etwa 150°C stark an Festigkeit verlieren.
Wenn man sich für die richtige Stahlegierung entscheidet, sollten sich die Buchsen durch die höhere Temperatur im gleichen Maß ausdehnen wie der kältere Block.

racerat

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3

Freitag, 31. Dezember 2021, 17:25

Deine Überlegung ist schon korrekt. Man muss aber zwischen "nass" und Trockenbüchsen unterscheiden. Trockenbüchsen sind wirklich etwas problematisch, auch aber wegen der Kontaktkorrosion über Zeit. Gussbüchsen sind hierbei zu bevorzugen.
Grosse Temperaturunterschiede zwischen dem Alu und der Büchse gibt es aber nicht. Zudem trägt der niedrige E Modul des Alu bei Spannungen problemlos zu kompensieren.
Das grosse Geheimnis bei der Sache sind die Tolleranzen bzw das Spiel welches man lassen muss.
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TOHO333

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4

Samstag, 1. Januar 2022, 16:02

Die Serienblöcke haben aber auch eine sehr dünne Stahlbuchse als Lauffläche im Zylinder. Dort geht es auch. Die Ausdehnung ist zu gering, das da was "locker wird".
Darton z.B. schreibt eine mindest-ΔT von 50° vor bei der die Buchsen eingepresst werden. Im Betrieb sollte der Unterschied am Buchsensitz <50° sein. Zudem werden die Buchsen im eingebauten Zustand duch den Zylinderkopf nach unten gegen den Block gespannt und die Kraft, die auf die Buchsen wirkt, wirkt ja auch in eine andere Richtung. Es ist ja nicht so, dass der Kolben immer gegen eine Kante im OT hämmert und die Buchse dann aus dem Sitz treibt.
MfG
Tony

Amadeus

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5

Sonntag, 20. Februar 2022, 23:21

Schon vor 15 Jahren hab ich aufgeplatzte 2,5L Blöcke mit Gussbuchsen versehen.
Dabei gab es meistens mit einer undichten ZKD ein problem.
Einerseits weil die Buchsen abrutschten und auch weil sich das Alu etwas mehr ausdehnt.
Weil die Buchsen unten (an den Hauptlagerböcken) aufliegen, wirkt sich eine unterschiedliche Ausdehnung im ZK Dichtungsbereich aus.
Um gegen das Buchsen-setzen und der Ausdehnung zu wirken, habe ich die Buchsen um 0,2 mm herausragen lassen.
Ich habe einmal einen schon gebuchsten und gelaufenen Block, mit frisch geschliffener Deckplatte bei 80° ins Backrohr gelegt. Man konnte mit dem Fingernagel die unterschiedliche Ausdehnung spüren.
Diese Gebuchsten (Serien) Blöcke werden auch Instabiler.
Bei Billet Blöcken könnte man die Buchsen im oberen bereich gegen ein abrutschen sicheren. Die Ausdehnung wird dann im unteren bereich ausgeglichen.

Offtopic - Lesen auf eigene Gefahr
Vor einem Jahr hab ich einen Block von einem Spezialisten??? Buchsen lassen (nicht bei S-P).
Ein Zyl. war 0,05 mm oval, einer hatte 0,145mm Kolbenspiel. Nach dem zweiten mal hatte er mit größeren Kolben 0,16mm Laufspiel....
Der Motor hatte immer Leistungsprobleme. Meine annahme ist, dass die Buchsen zu weich waren, da auch immer schon nach 1000km längsriefen in den Buchsen waren.

Die Serienblöcke haben aber auch eine sehr dünne Stahlbuchse als Lauffläche im Zylinder. Dort geht es auch.

Die Serien Stahlbuchsen sind in Aluminium eingegossen.

lg

TOHO333

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6

Dienstag, 22. Februar 2022, 22:48

Jo, sind schon beim Guss mit in der Form.

Das hält aber nicht weil es durch das Gießen verklebt, ich denke das wird wegen der Spannung im Block halten - ich hab aber auch nicht Gießereitechnik studiert.


Dauerhaltbarer wird es durch die Buchsen nicht unbedingt, man kann aber mehr Mitteldruck im Zylinder fahren. M.E. nur für viel Leistung oder als Rep-Lösung zu gebrauchen. An sonnsten reicht der Serien-Block.

Buchsen gibt es heutzutage, bei Serienanwendungen, nicht umsonst nur noch bei Industrie- und NfZ-Motoren.
MfG
Tony

Legator

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7

Mittwoch, 23. Februar 2022, 11:53

Um auf den Anfang zurück zu kommen: Der Denkfehler besteht darin, dass du von einer homogenen, also gleichmäßigen Temperaturverteilung ausgehst. Diese Modellvorstellung würde z. B. für eine Erwärmung in nem großen Industrieofen zutreffen. Dann könnte sich die stärkere Wärmeausdehnung des Alu's gg Stahl bemerkbar machen, aber selbst diese Differenz könnte man mit genügend Übermaß (Presspassung) der Stahllaufbuchsen abfangen. Das ist aber fernab den Verhältnissen in einem Motor.

Die Realität sieht so aus: Es gibt im System Brennraum-Laufbuchse-Alublock eine hochgradig ungleichmäßige Temp.-Verteilung, genauer gesagt einen steilen Verlauf von "innen nach außen". Sprich, im Brennraum herrschen Spitzen von über 1000°C, während der Alublock an der Kühlwasserkontaktfläche vlt. mal auf 100°C kommt. Dazwischen befindet sich der angesprochene steile Verlauf (Gradient). Sprich, die stärkere Wärmeausdehnung ist "egal", da das Alu einfach viel kälter bleibt.