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Spitzenleistung dank moderner Beschichtungstechnologie

Der Porsche 918 Spyder ist ein umweltfreundliches Hybrid-Fahrzeug und gleichzeitig ein leistungsstarker Sportwagen. Eines der Geheimnisse seiner enormen Leistung: eine dünne Beschichtung auf den Zylinderwänden, die die Motorreibung verringert.

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Eine Fahrt im Porsche 918 Spyder kommt dem Fliegen in einem Kampfjet wohl am nächsten: Einmal das Gaspedal durchdrücken, und die Beschleunigung von 887 PS presst einen tief in die niedrigen Sitze der Kohlefaser-Karosserie. In nur 2,6 Sekunden sprintet der 918 Spyder von 0 auf 100 km/h, weitere knapp fünf Sekunden und der Tacho zeigt 200 km/h.

Hohe Leistung, geringer Verbrauch

Der 918 zählt zu den schnellsten Serien-Fahrzeugen der Welt und ist aber eigentlich  kein Rennwagen, denn konzipiert wurde er als alltagstaugliches Hybrid-Fahrzeug, das sich dank unterschiedlicher Fahrmodi und lenkbarer Vorder- und Hinterachsen auch für Rennstrecken eignet.

Der 918 besticht durch Spitzendesign und kluge Technik. Mit seinen drei Motoren – einem konventionellen V8-Motor mit einer maximalen Leistung von 608 PS und zwei Elektromotoren mit 285 PS kommt der 918 Spyder auf insgesamt 893 PS. Viel Leistung mit vergleichsweise geringem CO2 Ausstoss. Hybridfahrzeuge, die  einen Verbrennungsmotor mit einem elektrischen Antrieb kombinieren erfreuen sich zunehmender Beliebtheit und sind ökologisch attraktiv und zeichnen sich durch einen niedrigen Kraftstoffverbrauch aus. So verbraucht der 918 auf 100 Kilometer nur 3,0 bis 3,1 Liter Benzin, was sich positiv auf Emissionen und Betriebskosten auswirkt.

„Neben dem Anspruch, seinen Kunden ein aufregendes Fahrerlebnis zu bieten, fühlt sich Porsche dazu verpflichtet, Lösungen zu finden, die selbst unsere leistungsfähigsten Fahrzeuge umweltfreundlicher machen“, sagt Dr. Frank-Steffen Walliser, Vice President Motorsport bei der Porsche AG.

Das Auto ist ein Meisterwerk im Bereich Design, Ingenieurskunst und Produktion. Ein Element, das wesentlich dazu beiträgt, ist von Aussen nicht zu erkennen. Es ist eine dünne Spezial-Beschichtung auf den Zylinderlaufflächen im Innern des Motors, die die Reibung stark verringert und die Leistung verbessert.

Beschichtungen sind chemische Verbindungen und Gemische, die auf eine Fläche aufgetragen werden. Ein bekanntes Beispiel ist pulverbeschichteter Stahl wie der Rahmen eines Fahrrads. Bei einem Auto ist der Beschichtungsprozess einer Zylinderbohrung eines Motors jedoch bedeutend komplexer.

Die Beschichtung in den acht Zylindern muss stabil und dauerhaft sein, das Auftragen erfordert höchste Präzision. Anschliessend wird die Schicht durch Honen bearbeitet um die endgültige Bohrungsform und Rauigkeit zu erzeugen. Der Beschichtungsprozess muss auch eine anhaltend gute Haftung der Schicht auf der Zylinderoberfläche sicherstellen.

Die Schicht ist im Zylinder des Verbrennungsmotors hohen Belastungen ausgesetzt. Das Benzin-/Luftgemisch wird im Brennraum des Zylinders gezündet, wodurch der Kolben, der mit der Antriebswelle verbunden ist, nach unten gedrückt wird. Die Antriebswelle dreht, das Auto rollt.

Die Beschichtung macht den Unterschied

Die Zylinderbeschichtung ist ein seit fast 20 Jahren bewährtes Verfahren, das von bekannten Auto- und Nutzfahrzeugherstellern in aller Welt verwendet wird. Oerlikon Metco, war als Entwicklungspartner am Porsche 918 Spyder Projekt beteiligt und zählt zu den  Pionieren im Bereich der Entwicklung von Beschichtungen. Das Gebiet ist facettenreich, denn es existiert keine Beschichtung, die allen Bedürfnissen gerecht wird. „Für die meisten Automobilhersteller hat  eine Reduktion der Reibung Priorität, was hilft, die Emissionen im Abgas zu senken“, sagt Dr. Peter Ernst, Leiter der SUMEBore Laufflächen Beschichtunstechnologie bei Oerlikon Metco. LKW-Hersteller bevorzugen dagegen häufig Beschichtungen, die den Motor vor Korrosion schützen, während wieder andere Auto- bzw. Motorenbauer eine längere Lebensdauer respektive weniger Verschleiss anstreben.

Die Zylinderlaufflächen des V8-Motors sind mit SUMEBore Technologie von Oerlikon Metco beschichtet.

Die Entscheidung, welche Beschichtung sich am besten eignet, ist nicht immer leicht, dauert mitunter Jahre und hängt vom Fahrzeug- bzw. Motorentyp ab. Für den 918 Spyder haben Porsche und Oerlikon Metco während fünf Jahren die unterschiedlichsten Beschichtungsvarianten getestet. Für Porsche war wichtig, dass für den  leistungsstarken Motor eine störungsfreie Lebensdauer von  100’000 bis 200’000 Kilometer garantiert werden kann. „Dazu benötigten wir eine Beschichtung, die sich in der Serienfertigung bewährt hat und minimale Reibung verursacht“, sagt Walter Buck, Projektleiter bei Porsche und verantwortlich für den Antriebsstrang des 918. Denn weniger Reibung bedeutet weniger Verluste und weniger Verschleiss.

Porsche hat sich am Ende für die Beschichtung „Metco F4301“ entschieden. F4301 beinhaltet einen hohen Anteil an Molybdän, welches den Verschleiss reduziert und dabei hilft, die Reibung zusätzlich zu verringern. Aufgetragen wird die Beschichtung durch das  „Atmosphärisches Plasma Spritzen“, kurz APS, genannt. Dabei werden die Beschichtungspartikel unter starker Hitze mit Hilfe von Spezialspritzgeräten und ionisiertem Gas aufgeschmolzen und an der Innenfläche der Zylinder aufgetragen. Weil dafür keine flüchtigen Chemikalien als Träger benötigt werden, ist dieses Verfahren vergleichsweise umweltfreundlich. „Das APS-Verfahren bietet maximale Variabilität im Schichtaufbau und ist deshalb bestens für die speziellen Anforderungen eines Motors geeignet“, sagt Buck.

Spitzentechnologie findet den Weg in den Massenmarkt

Technische Finessen sind das eine – was sie am Ende bewirken und wie man sie gewinnbringend einsetzen kann, darauf kommt es an. Viele Produkte und Verfahren, die ihren Ursprung in Nischenmärkten haben oder für anspruchsvolle Bedingungen wie zum Beispiel im Weltall entwickelt wurden, finden irgendwann den Weg in den Massenmarkt. Auch die Metco F4301 Beschichtung wie sie Porsche für den 918 Spyder verwendet, wird für die Verbesserung der CO2-Bilanz von Millionen von PKWs und LKWs auf unseren Strassen sorgen.

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