Immer wieder wird der Motoreninstandsetzer mit Zylinderlaufbuchsen konfrontiert, deren Außenseite buchstäblich zerfressen ist. Diagnose: Kavitationsschaden – auch Lochfraß genannt. Wie entsteht ein solcher Schaden? Und was können Ihre Kunden tun, um ihn künftig zu vermeiden?

Eines haben diese Zylinderlaufbuchsen gemeinsam: Es handelt sich um sogenannte „nasse“ Buchsen (Typ WN), die während des Betriebs von Kühlmittel umspült werden. Durch diese konstruktive Lösung wird die entstehende Verbrennungswärme effektiv abgeführt und über den Wärmetauscher abgegeben.

SO SIEHT EIN KAVITATIONSSCHADEN AUS
Auffällig bei diesem Schadensbild: Die Löcher befinden sich häufig im Bereich oberer und unterer Umkehrpunkt des Kolbens. Bei diesen typischen Löchern oder Anfressungen sprechen wir von Kavitationsschäden.

Eine Anhäufung von vielen kleinen Löchern im Bereich des Wassermantels – Hinweis auf Kavitationsschäden.

WAS IST KAVITATION GENAU? UND WIE ENTSTEHT SIE AN DER ZYLINDERLAUFBUCHSE?
Kavitation (lat. cavitare „aushöhlen“) bezeichnet die Bildung von Hohlräumen in (stark fließenden) Flüssigkeiten – zumeist mit unmittelbar daran anschließender Auflösung der Hohlräume. Ursache dieses Phänomens sind Druckschwankungen, im Verbrennungsmotor verursacht von den Kolbenbewegungen. Diese Schwingungen übertragen sich auf den umgebenden Wassermantel, der so ebenfalls zum Schwingen gebracht wird. Beim Zurückweichen der Zylinderwand während einer Schwingungsphase entsteht im Kühlwasser ein Vakuum, das an dieser Stelle zur Dampfblasenbildung führt. Beim Zurückschwingen der Wassersäule implodieren diese Dampfblasen und „sprengen“ einzelne Atome aus der Oberfläche der Zylinderbuchse: Lochfraß entsteht.

KAVITATIONSSCHÄDEN ODER NORMALE KORROSION – EINE UNTERSCHEIDUNGSHILFE
Für Kavitationsschäden gibt es zwei eindeutige Merkmale: 1. Die Löcher treten nur an der Druck- oder Gegendruckseite der Buchsen auf. 2. Im Gegensatz zur normalen Korrosion werden die Löcher nach innen größer. Diese Ausarbeitung (Erosion) führt dazu, dass die Seitenwand des Zylinders völlig durchfressen wird – bis hin zum Kühlwassereintritt in den Zylinder. Und: Ist die Oberfläche des Zylinders einmal durch Kavitation beschädigt, bietet sie Angriffsmöglichkeiten für weitere Kavitation – und auch für Korrosion.

Karies an der Zylinderlaufbuchse: Nach dem Aufsägen werden die sich nach innen vergrößernden Einfressungen noch deutlicher.

LOCHFRASS – WAS SIND DIE URSACHEN?
Mangelhafter Frostschutz im Kühlmittel: Eine häufige Ursache für Kavitations-schäden ist die Zusammensetzung des Kühlmittels. In vielen Ländern dieser Erde werden Motoren ohne Frostschutzmittel im Kühlwasser betrieben – oder mit einem zu geringen Anteil.

Das Frostschutzmittel dient jedoch nicht nur dem Schutz vor Frost, es verhindert auch Korrosion in Kühler und Motor und schmiert die Kühlmittelpumpe. Ein geeignetes Frostschutzmittel beeinflusst die physikalischen und chemischen Eigenschaften des Kühlmittels – es verschiebt den Gefrierpunkt des Kühlmittels nach unten und seinen Siedepunkt nach oben. So verringert sich die Neigung zu Blasenbildung und damit das Risiko von Kavitationsschäden.

Undichtigkeiten im Kühlsystem/mangelhafte Überdruck-Funktion: Unter normalen Betriebsbedingungen herrscht ein Überdruck im Kühlsystem, der die Neigung zur Dampfblasenbildung reduziert. Jedoch: Schon ein undichter Kühlerdeckel verhindert den Aufbau des Überdrucks – und kann die Ursache für Kavitationsschäden an Zylinderlaufbuchsen sein. Auch defekte Thermostate oder Visko-Kupplungen der Lüfter können das Temperaturniveau des Motors so stark absenken, dass sich kein Überdruck im Kühlsystem aufbauen kann.

Motorbetrieb im unteren Temperaturbereich: Kavitationsschäden wurden insbesondere bei Motoren beobachtet, die im unteren Temperaturbereich (50–70 °C) arbeiten. Bei höheren Temperaturen (90–100 °C) verhindert der höhere Wasserdruck die Dampfblasenbildung.

Billigware: Qualitativ minderwertige Zylinderlaufbuchsen, die wegen grober Fertigungstoleranzen nicht korrekt im Kurbelgehäuse fixiert werden können, bewegen sich im Motor. Durch die verstärkten Schwingungen entstehen hier häufig Kavitationsschäden. Auch minderwertige Werkstoffe können zu Kavitationsschäden führen.

MOTORENINSTANDSETZUNG NACH KAVITATIONSSCHADEN – TIPPS AUS DER PRAXIS
Der Aufnahmedurchmesser des unteren Buchsenbereichs darf bei korrodierter Oberfläche nicht nachgearbeitet werden – es sei denn, es werden Buchsen mit größerem Einbaudurchmesser verwendet.

Das korrekte Kolbeneinbauspiel ist unbedingt einzuhalten – und ein Nachhonen der Buchse mit Durchmesservergrößerung ist ebenso zu vermeiden wie der Wiedereinbau bereits gelaufener Kolben. Stattdessen sollte entweder auf das nächstgrößere Übermaß aufgebohrt (und ein entsprechender Übermaßkolben verwendet) oder ein neues Assembly eingesetzt werden.

Die vom Motorenhersteller in der Betriebsanleitung vorgeschriebene Dauer-frostschutzfüllung mit Korrosionsschutz sollte unbedingt eingesetzt werden – selbst dann, wenn der Betrieb ausschließlich in warmen Regionen ohne Frost oder innerhalb eines Gebäudes (z. B. Generatorantrieb) erfolgt. Auch Angaben zu Wechselintervallen und alternativen Zusätzen für bestimmte Regionen sind dringend zu beachten.

Die Wasserqualität ist ebenfalls wichtig: Ungeeignet ist destilliertes, stark alkalisches oder säurehaltiges Wasser. Wir empfehlen die regelmäßige Überprüfung von Kühlsystem, Thermostat und Lüfter. Der Überdruck im Kühlsystem ist zu sichern (ggf. Verschlussdeckel des Kühlsystems austauschen).

KAVITATIONSSCHÄDEN VERMEIDEN – MIT MOTORENTEILEN VON MAHLE
In enger Zusammenarbeit mit der Motoren- und Automobilindustrie entwickeln die MAHLE Ingenieure Motorenteile mit einer minimierten Kavitationsanfälligkeit.

Voraussetzung für ein langes, kavitationsfreies Motorleben ist ein laufruhiger Kolben. MAHLE optimiert bereits während der Entwicklungsphase die Kolbenform – in vielen Versuchsreihen, auch im Motor selbst. Das Ergebnis: gute Laufruhe und minimierte Impulse beim Anlagewechsel im Zylinder.

Ein MAHLE Zylinder gewährleistet optimale Funktion, Laufkultur, Langlebigkeit und Zuverlässigkeit des Motors: Wichtigster Schutz vor Kavitation der Zylinderlauf-buchse ist die Minimierung von Schwingungsübertragungen. MAHLE Zylinderlauf-buchsen werden daher hochexakt und in minimalsten Fertigungstoleranzen gearbeitet – zur optimalen und schwingungsarmen Fixierung im Motorgehäuse und damit zuverlässigen Funktion über das gesamte Motorenleben.