WO2014044659A1 - Verfahren zum herstellen eines mit öl gekühlten maschinenteils - Google Patents

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WO2014044659A1
WO2014044659A1 PCT/EP2013/069232 EP2013069232W WO2014044659A1 WO 2014044659 A1 WO2014044659 A1 WO 2014044659A1 EP 2013069232 W EP2013069232 W EP 2013069232W WO 2014044659 A1 WO2014044659 A1 WO 2014044659A1
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machine part
oil
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protective layer
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Ulrich Bischofberger
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Mahle International Gmbh
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    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C8/00—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
    • C23C8/02—Pretreatment of the material to be coated
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    • C23C8/06—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases
    • C23C8/08—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases only one element being applied

Definitions

  • the present invention relates to a method of manufacturing an oil cooled machine part.
  • the invention also relates to a machine part produced by this method.
  • the nobler copper forms only to a lesser extent oxides, which also continue to have a catalytic effect on the decomposition of oil. Especially with the use of copper, therefore, its catalytic effect is disadvantageous, which starts an oxidation of the oil at already significantly lower temperatures, so that an oil carbonization can not be effectively avoided.
  • an engine component for example a piston for an internal combustion engine, is known, which is provided on its surface at least partially with an anti-adhesive layer of amorphous and / or quasi-crystalline metal, thereby adhering an oil coating and thus the structure of a Heat insulation layer, to be avoided.
  • DE 10 2005 006 670 A1 discloses a coating for a component which comes into contact with carbon-containing compounds, the coating consisting of a thermally stable hybrid polymer. This should also reduce carbon deposits.
  • EP 0 035 290 A1 also discloses an oil-cooled piston
  • the present invention is concerned with the problem of improving a machine part, in particular a piston of an internal combustion engine.
  • the present invention is based on the general idea
  • Machine part in particular a piston cooled with cooling oil
  • Protective layer are coated or it is first applied a copper-containing réelleleitbe slaughterung on the base material, in which case the base material must not contain copper.
  • a heat-conductive coating consisting of copper or copper is then applied to the temperature-loaded and in operation with cooling oil in contact for distributing the heat occurring during operation, then at least the planteleitbe slaughterung is coated with the copper sulfide-containing protective layer whose catalytic
  • the machine part is designed, for example, as a piston, which preferably consists of steel or aluminum or alloys thereof, the aforementioned heat-conducting coating can be applied, for example, to a piston, which preferably consists of steel or aluminum or alloys thereof, the aforementioned heat-conducting coating can be applied, for example, to a piston, which preferably consists of steel or aluminum or alloys thereof, the aforementioned heat-conducting coating can be applied, for example, to a
  • Inner surface of a cooling channel are attached and help to dissipate the heat occurring during operation of the piston in an internal combustion engine evenly in the direction of the piston shaft. Due to the copper sulfide-containing protective layer provided here as well, a catalytic reaction is made more difficult and thus the service life of the cooling oil is significantly increased since, in particular, coking of the oil with undesirable adhesions to the inner surface of the cooling channel can be avoided.
  • Adhesions are particularly detrimental to the cooling of the piston, since they represent an insulating layer.
  • the trained as a copper sulfide layer protective layer by applying the machine part at the temperature-loaded point with
  • Hydrogen sulfide gas are produced, resulting in copper surfaces of the machine part itself or applied to this
  • the protective layer according to the invention thus avoids direct contact between the cooling oil and the copper surface, that is, the surface of the machine part itself or the surface of the copper-containing réelleleitbe Anlagenung, whereby the ⁇ loxidation preferably avoided and thereby the oil life can be significantly extended.
  • the present invention is further based on the general idea to produce a machine part of an internal combustion engine, of a base material containing copper and / or coated with a copper-containing réelleleitbe slaughterung for distributing the heat occurring during operation, and on a temperature-loaded and in operation with to provide the cooling oil in contact point with a copper sulfide-containing protective layer whose catalytic reactivity with respect to the cooling oil is smaller than that of the base material and / or the bathleitbe harshung.
  • Machine part can in this case in particular a piston of an internal combustion engine come into consideration, which flows through a cooling channel with cooling oil and is thereby cooled.
  • a heat-conducting coating In order to improve the heat dissipation, in particular in the region of an inner surface of the cooling channel, a heat-conducting coating,
  • Protective layer is not applied directly to the metal of the piston, preferably steel or aluminum, but on the planteleitbe Anlagenung and there prevents direct contact between the cooling oil and the furnishedleitbe harshung.
  • the protective layer must therefore always be applied at the top and is itself in direct contact with the cooling oil. Due to the low catalytic reactivity of the protective layer in relation to the cooling oil, this is not oxidized even at comparatively high temperatures and therefore ages much less quickly.
  • the sulfide layer may preferably be treated by pressurizing the base material
  • Hydrogen sulfide gas is applied directly to a machine part made of copper or containing copper which reacts with hydrogen sulfide to form a copper sulfide layer.
  • a sulfide can be produced, which is not only much more stable than the base material of the machine part or the
  • Protective layer is thus flooded the temperature-loaded and in operation with cooling oil in contact point with hydrogen sulfide gas, which forms the desired copper sulfide layer on the copper-containing surface of the base material or the bathleitbe harshung.
  • This represents a comparatively simple way of producing the protective layer and in particular is also of high quality, since flooding of the sites to be coated with hydrogen sulfide gas is also comparatively difficult
  • the combustion chamber facing areas preferably at least at the hottest, the combustion chamber facing areas, be lined with a copper-containing réelleleitbe slaughterung.
  • the cooling channel can be flushed in the circumferential direction with hydrogen sulfide gas and thereby at the copper-coated sites with a Kupfersulfid harsh be provided without being accessible to direct processing, for example by spraying.
  • Copper sulphide layers produced in this way are not only extremely stable to oil, in particular cooling oil, but are also very thin and therefore virtually neutral in weight, which is of great advantage, in particular in the case of moving machine parts such as pistons.
  • FIG. 1 individual process steps of a method according to the invention for
  • Fig. 2 shows two possible embodiments of the invention
  • the machine part 1 in this case consists of a base material 5, which contains copper, and / or which is coated with a copper-containing réelleleitbe Anlagenung 6 for distributing the heat occurring during operation, and has a
  • the machine part 1 is now made of a copper-containing base material 5, for example cast, whereupon in a step B, the machine part 1 at least at its temperature-loaded and in operation with the cooling oil in contact point 3 directly with a protective layer 4 of copper sulfide is coated, whose catalytic reactivity with respect to the cooling oil is smaller than that of the base material 5 of the machine part. 1
  • a protective layer 4 formed as a copper sulfide layer can be laid directly over the base material 5, so that the high catalytic reactivity of the
  • Base material 5 which promotes oil aging and oil coking, can be significantly reduced.
  • a method step C can also take place, in which first a point 3, which is exposed to temperature and comes into contact with the cooling oil during operation
  • the machine part 1 may preferably be a machine part 1 made of a material other than copper, such as a piston 2 made of steel or aluminum Internal combustion engine act, which has a cooling channel 7, the surface of which is at least partially provided with the existing of copper or copper heat conducting coating 6. Only then is now in the
  • Reactivity of the protective layer 4 with respect to the cooling oil is smaller than that of the heat-conductive coating 6. This case is illustrated in the right half of FIG.
  • the protective layer 4 can thus be applied either directly to the base material 5 of the machine part 1 or to the sautbe slaughterung 6, wherein the protective layer 4 in both cases direct contact between the cooling oil and the metallic, copper-containing surface either of the base material 5 or the sautbe slaughterung. 6 prevented and thereby the carbonization and oil aging can be reduced or preferably even completely suppressed.
  • FIG. 2 Two possible embodiments of the present invention are shown together in FIG. 2, using the example of a piston 2.
  • the piston 2 has a cooling channel 7 whose inner surface is at least partially provided with the copper-containing heat-conducting coating 6 and the protective layer 4 having the copper sulphide as shown in the right half of FIG. 2.
  • the piston 2 in this case need not itself consist of copper or copper to contain, but may preferably be made of steel or aluminum.
  • a protective layer 4 may also be attached directly to an inner mold 8 or any other surface of the machine part 1, such as a part of the piston 2, if this consists of copper or at least contains sufficient copper to react on its surface with hydrogen sulfide to form a copper sulfide layer (protective layer 4). It may be an inner mold 8, which also in direct
  • the protective layer 4 is applied directly to the base material 5 of the piston 2, as shown in the left half of Fig. 2.
  • the protective layer 4 prevents direct contact between the copper-containing metallic surface of the base material 5 and the réelleleitbe slaughterung 6 and the cooling oil, whereby the oil aging and in particular the oil oxidation and thus the formation of carbon can be at least reduced.
  • the base material 5 or the heat-conducting coating 6 could of course also contain other materials, provided that they are at least in contact with the protective layer 4
  • Machine part 1 as a piston 2 for an internal combustion engine significantly reduce oil aging and also a coal formation, which has an advantageous effect on the cost of operating the internal combustion engine.
  • By preventing the formation of carbon black but also the cooling effect of the cooling oil can be maintained long term, whereby the cooling of the machine part 1, that is, respectively, the piston 2, can be improved in the long term.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines mit Kühlöl gekühlten Maschinenteils (1), insbesondere einer Brennkraftmaschine, aus einem Grundmaterial (5), das Kupfer enthält und/oder das mit einer Kupfer enthaltenden Wärmeleitbeschichtung (6) zum Verteilen der beim Betrieb auftretenden Wärme überzogen ist, und bei dem eine temperaturbelastete und im Betrieb mit dem Kühlöl in Kontakt tretenden Stelle (3) des Maschinenteils (1) mit einer Kupfersulfid enthaltenden Schutzschicht (4) überzogen wird, deren katalytisches Reaktionsvermögen zumindest in Bezug auf das Kühlöl kleiner ist als dasjenige des Grundmaterials (5) des Maschinenteils (1) und/oder der Wärmeleitbeschichtung (6). Hierdurch kann eine zwischen dem Kühlöl und einem Kupfer enthaltenden Material des Maschinenteils (1) gelegene Trennschicht (4) geschaffen werden, die die Ölalterung verhindert oder zumindest erschwert.

Description

Verfahren zum Herstellen eines mit Öl gekühlten Maschinenteils
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines mit Öl gekühlten Maschinenteils. Die Erfindung betrifft außerdem ein nach diesem Verfahren hergestelltes Maschinenteil.
Eisen bildet, wie andere Zwischengruppenelemente auch, insbesondere Kupfer, einen Katalysator für thermische Oxidationsreaktionen im Öl. Diese finden bevorzugt an den heißesten Stellen statt, also bei Kolben für
Brennkraftmaschinen beispielsweise im Bereich eines Kühlkanals und
verursachen dort einen Ölkohleaufbau sowie eine fortlaufende beschleunigte Ölalterung. Insbesondere an der Oberfläche von Kühlkanälen bei Stahlkolben in Brennkraftmaschinen treten teilweise Temperaturen von über 300°C auf, die diese Ölalterung beschleunigen. Um eine Oxidationsneigung von Kühlöl an diesen Stellen und damit einen Aufbau einer isolierenden Ölkohleschicht zu verringern, ist aus dem Stand der Technik bekannt, eine Innenoberfläche des Kühlkanals zumindest teilweise mit einer Wärmeleitbeschichtung, beispielsweise Kupfer oder Aluminium zu beschichten, und dadurch die lokal auftretende Wärme gleichmäßig über den gesamten Kühlkanal zu verteilen und insbesondere auch die Maximaltemperatur deutlich zu reduzieren. Während Aluminium dazu neigt, mit Luftsauerstoff schnell unter Ausbildung einer stabilen Aluminiumoxidschicht zu reagieren, findet an Kupferoberflächen keine derartige selbständige
Passivierung statt. Das edlere Kupfer bildet nur in einem geringerem Maße Oxide, die zudem weiterhin eine katalytische Wirkung hinsichtlich der Zersetzung von Öl aufweisen. Besonders bei der Verwendung von Kupfer ist deshalb dessen katalytische Wirkung von Nachteil, die eine Oxidation des Öls bei bereits deutlich niedrigeren Temperaturen startet, so dass eine Ölkohlebildung nicht wirkungsvoll vermieden werden kann. Aus der DE 103 01 390 A1 ist ein Motorenbauteil, beispielsweise ein Kolben für eine Brennkraftmaschine, bekannt, das an seiner Oberfläche zumindest teilweise mit einer Antihaftschicht aus amorphem und/oder quasi kristallinem Metall versehen ist, wodurch ein Anhaften einer Ölkohleschicht und damit der Aufbau einer Wärmeisolierungsschicht, vermieden werden soll.
Aus der DE 10 2005 006 670 A1 ist eine Beschichtung für ein Bauteil, das mit kohlenstoffhaltigen Verbindungen in Berührung kommt, bekannt, wobei die Beschichtung aus einem thermisch beständigen Hybridpolymer besteht. Dies soll ebenfalls Ölkohleanbackungen reduzieren.
Auch aus der EP 0 035 290 A1 ist ein ölgekühlter Kolben einer
Brennkraftmaschine bekannt, wobei auf einer Unterseite eines Oberteils des Kolbens ein Kühlkanal mit einem hochwärmeleitenden Stoff, beispielsweise mit Kupfer oder Aluminium, beschichtet ist.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, ein Maschinenteil, insbesondere einen Kolben einer Brennkraftmaschine, zu verbessern.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der
unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind
Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, ein
Maschinenteil, insbesondere einen mit Kühlöl gekühlten Kolben einer
Brennkraftmaschine, an einer temperaturbelasteten und im Betrieb mit dem Kühlöl in Kontakt tretenden Stelle mit einer Kupfersulfid enthaltenden
Schutzschicht zu überziehen, deren katalytisches Reaktionsvermögen in Bezug auf das Kühlöl deutlich kleiner ist als dasjenige des kupferhaltigen Grundmaterials des Maschinenteils, wodurch ein katalytischer Effekt unterdrückt und damit eine thermische Oloxidation reduziert werden. Dabei kann alternativ das kupferhaltige Grundmaterial direkt mit der Kupfersulfid enthaltenden
Schutzschicht überzogen werden oder es wird zunächst eine kupferhaltige Wärmeleitbeschichtung auf das Grundmaterial aufgebracht, wobei in diesem Fall das Grundmaterial kein Kupfer enthalten muss. In letztem Fall wird somit auf die temperaturbelastete und im Betrieb mit Kühlöl in Kontakt tretende Stelle zunächst eine aus Kupfer bestehende oder Kupfer enthaltende Wärmeleitbeschichtung zum Verteilen der beim Betrieb auftretenden Wärme aufgebracht, wobei anschließend zumindest die Wärmeleitbeschichtung mit der Kupfersulfid enthaltenden Schutzschicht überzogen wird, deren katalytisches
Reaktionsvermögen in Bezug auf das Kühlöl kleiner ist als dasjenige des
Grundmaterials des Maschinenteils und/oder der Wärmeleitbeschichtung. Mittels der erfindungsgemäß aufgebrachten Wärmeleitbeschichtung kann durch die hohe spezifische Wärmeleitfähigkeit des Kupfers eine bessere Wärmeabfuhr und damit auch eine gleichmäßigere Wärmeverteilung erreicht werden, wodurch insbesondere für die Oloxidation kritische hohe Temperaturen vermieden werden können. Ist das Maschinenteil beispielsweise als Kolben ausgebildet, der vorzugsweise aus Stahl oder Aluminium bzw. deren Legierungen besteht, so kann die zuvor erwähnte Wärmeleitbeschichtung beispielsweise an einer
Innenoberfläche eines Kühlkanals angebracht werden und dazu beitragen, die beim Betrieb des Kolbens in einer Brennkraftmaschine auftretende Wärme gleichmäßig in Richtung des Kolbenschaftes abzuleiten. Durch die auch hier vorgesehene, Kupfersulfid enthaltende Schutzschicht wird eine katalytische Reaktion erschwert und damit die Lebensdauer des Kühlöls deutlich erhöht, da insbesondere eine Verkokung des Öls mit unerwünschten Anhaftungen an der Innenoberfläche des Kühlkanals vermieden werden können. Derartige
Anhaftungen sind insbesondere nachteilig für die Kühlung des Kolbens, da diese eine Isolierschicht darstellen. Zweckmäßig wird die als Kupfersulfidschicht ausgebildete Schutzschicht durch beaufschlagen des Maschinenteils an der temperaturbelasteten Stelle mit
Schwefelwasserstoffgas hergestellt werden, wodurch sich an Kupferoberflächen des Maschinenteils selbst bzw. der auf dieses aufgebrachten
Wärmeleitbeschichtung, die Kupfer enthält, ein schwarzer Belag aus Kupfersulfid, bildet. Insbesondere bildet Kupfersulfid dabei eine stabile Schutzschicht aus, die darüber hinaus die Öloxidation auch bei Oberflächentemperaturen bis 300°C nicht beschleunigt. Die erfindungsgemäße Schutzschicht vermeidet somit einen direkten Kontakt zwischen dem Kühlöl und der Kupferoberfläche, das heißt der Oberfläche des Maschinenteils selbst bzw. der Oberfläche der kupferhaltigen Wärmeleitbeschichtung, wodurch die Öloxidation vorzugsweise vermieden und dadurch die Öllebensdauer deutlich verlängert werden kann.
Die vorliegende Erfindung beruht weiter auf dem allgemeinen Gedanken, ein Maschinenteil einer Brennkraftmaschine, aus einem Grundmaterial, das Kupfer enthält und/oder das mit einer Kupfer enthaltenden Wärmeleitbeschichtung zum Verteilen der beim Betrieb auftretenden Wärme überzogen ist, herzustellen und an einer temperaturbelasteten und im Betrieb mit dem Kühlöl in Kontakt tretenden Stelle mit einer Kupfersulfid enthaltenden Schutzschicht zu versehen, deren katalytisches Reaktionsvermögen in Bezug auf das Kühlöl kleiner ist als dasjenige des Grundmaterials und/oder der Wärmeleitbeschichtung. Als
Maschinenteil kann hierbei insbesondere ein Kolben einer Brennkraftmaschine in Betracht kommen, der in einem Kühlkanal mit Kühlöl durchströmt und dadurch gekühlt ist. Zur Verbesserung der Wärmeabfuhr kann insbesondere im Bereich einer Innenoberfläche des Kühlkanals eine Wärmeleitbeschichtung,
beispielsweise aus Kupfer aufgebracht werden, so dass in diesem Fall die
Schutzschicht nicht direkt auf dem Metall des Kolbens, vorzugsweise Stahl oder Aluminium, sondern auf der Wärmeleitbeschichtung aufgebracht wird und dort einen direkten Kontakt zwischen dem Kühlöl und der Wärmeleitbeschichtung verhindert. Die Schutzschicht muss demzufolge immer an oberster Stelle aufgebracht werden und steht selbst in direktem Kontakt mit dem Kühlöl. Durch das geringe katalytische Reaktionsvermögen der Schutzschicht in Bezug auf das Kühlöl wird dieses auch bei vergleichsweise hohen Temperaturen nicht oxidiert und altert dadurch deutlich weniger schnell. Alternativ kann die Sulfidschicht vorzugsweise durch Beaufschlagen des Grundmaterials mit
Schwefelwasserstoffgas unmittelbar auf ein Maschinenteil aufgebracht, das aus Kupfer besteht oder Kupfer enthält, das mit Schwefelwasserstoff unter Bildung einer Kupfersulfidschicht reagiert.
Auf die erfndungsgemäße Art kann ein Sulfid erzeugt werden, das nicht nur deutlich stabiler ist als das Grundmaterial des Maschinenteils bzw. der
Wärmeleitbeschichtung ist, sondern dessen katalytisches Reaktionsvermögen auch deutlich reduziert im Vergleich zu dem des metallischen Grundmaterials bzw. der metallischen Wärmeleitbeschichtung ist. Zur Herstellung der
Schutzschicht wird somit die temperaturbelastete und im Betrieb mit Kühlöl in Kontakt tretende Stelle mit Schwefelwasserstoffgas geflutet, wodurch sich auf der kupferhaltigen Oberfläche des Grundmaterials bzw. der Wärmeleitbeschichtung die gewünschte Kupfersulfidschicht bildet. Dies stellt eine vergleichsweise einfache Möglichkeit der Herstellung der Schutzschicht dar und ist insbesondere auch qualitativ hochwertig herzustellen, da eine Flutung der zu beschichtenden Stellen mit Schwefelwasserstoffgas auch an vergleichsweise schwer
zugänglichen Stellen leicht möglich ist. So können z.B. die Oberflächen von Kühlkanälen in Kolben für Brennkraftmaschinen ganz oder teilweise,
vorzugsweise zumindest an den heißesten, der Brennraummulde zugewandten Bereichen, mit einer Kupfer enthaltenden Wärmeleitbeschichtung ausgekleidet sein. Der Kühlkanal kann in Umfangsrichtung mit Schwefelwasserstoffgas durchspült und dadurch an den kupferbeschichteten Stellen mit einer Kupfersulfidschicht versehen werden, ohne einer direkten Bearbeitung z.B. durch Spritzverfahren zugänglich zu sein. Derartig hergestellte Kupfersulfidschichten, sind nicht nur äußerst stabil gegenüber Öl, insbesondere Kühlöl, sondern sind darüber hinaus auch sehr dünn und dadurch nahezu gewichtsneutral, was insbesondere bei bewegten Maschinenteilen wie Kolben von großem Vorteil ist.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen
Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
Dabei zeigen, jeweils schematisch,
Fig. 1 einzelne Verfahrensschritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum
Herstellen bzw. Beschichten eines mit Kühlöl gekühlten
Maschinenteils,
Fig. 2 zwei mögliche Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen
Maschinenteils. Entsprechend der Figur 1 ist ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Herstellen eines mit Kühlöl gekühlten Maschinenteils 1 dargestellt. Das Maschinenteil 1 besteht in diesem Fall aus einem Grundmaterial 5, das Kupfer enthält, und/oder das mit einer Kupfer enthaltenden Wärmeleitbeschichtung 6 zum Verteilen der beim Betrieb auftretenden Wärme überzogen ist, und weist eine
temperaturbelastete und im Betrieb mit Kühlöl in Kontakt tretende Stelle 3 auf. Erfindungsgemäß wird nun in einem Verfahrensschritt A das Maschinenteil 1 aus einem kupferhaltigen Grundmaterial 5 hergestellt, beispielsweise gegossen, woraufhin in einem Verfahrensschritt B das Maschinenteil 1 zumindest an seiner temperaturbelasteten und im Betrieb mit dem Kühlöl in Kontakt tretenden Stelle 3 unmittelbar mit einer Schutzschicht 4 aus Kupfersulfid überzogen wird, deren katalytisches Reaktionsvermögen in Bezug auf das Kühlöl kleiner ist als dasjenige des Grundmaterials 5 des Maschinenteils 1 . Dieser Fall ist in der linken Hälfte der Fig. 2 veranschaulicht. Beispielsweise kann durch Beaufschlagen des Kupfer enthaltenden Grundmaterials 5 mit Schwefelwasserstoffgas eine als Kupfersulfidschicht ausgebildete Schutzschicht 4 direkt über das Grundmaterial 5 gelegt werden, so dass das hohe katalytische Reaktionsvermögen des
Grundmaterials 5, welches die Ölalterung und auch die Ölverkokung begünstigt, deutlich reduziert werden kann.
Alternativ zum Verfahrensschritt B kann nach dem eigentlichen Herstellen des Maschinenteils 1 aus dem Grundmaterial 5 im Verfahrensschritt A auch ein Verfahrensschritt C erfolgen, in welchem auf die temperaturbelastete und im Betrieb mit dem Kühlöl in Kontakt tretende Stelle 3 zunächst eine
Wärmeleitbeschichtung 6 (vergleiche ebenso wiederum die Figur 2) mit hoher spezifischer Wärmeleitfähigkeit zum besseren Verteilen der beim Betrieb auftretenden Wärme aufgebracht wird. Bei dem Maschinenteil 1 kann es sich in diesem Fall vorzugsweise um ein Maschinenteil 1 aus einem anderen Material als Kupfer, wie z.B. einem aus Stahl oder Aluminium gefertigten Kolben 2 einer Brennkraftmaschine handeln, der einen Kühlkanal 7 aufweist, dessen Oberfläche wenigstens teilweise mit der aus Kupfer bestehenden oder Kupfer enthaltenden Warmeleitbeschichtung 6 versehen ist. Erst anschließend wird nun im
Verfahrensschritt D die Warmeleitbeschichtung 6 mit der Kupfersulfid
enthaltenden Schutzschicht 4 überzogen, wobei das katalytische
Reaktionsvermögen der Schutzschicht 4 in Bezug auf das Kühlöl kleiner ist als dasjenige der Warmeleitbeschichtung 6. Dieser Fall ist in der rechten Hälfte der Fig. 2 veranschaulicht.
Die Schutzschicht 4 kann somit entweder direkt auf das Grundmaterial 5 des Maschinenteils 1 oder aber auf die Wärmeleitbeschichtung 6 aufgebracht werden, wobei die Schutzschicht 4 in beiden Fällen einen direkten Kontakt zwischen dem Kühlöl und der metallischen, kupferhaltigen Oberfläche entweder des Grundmaterials 5 oder der Wärmeleitbeschichtung 6 verhindert und dadurch die Ölkohlebildung und die Ölalterung verringert oder vorzugsweise sogar gänzlich unterdrückt werden können.
In Figur 2 sind zwei mögliche Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gemeinsam gezeigt, und zwar am Beispiel eines Kolbens 2. Der Kolben 2 besitzt dabei einen Kühlkanal 7, dessen Innenoberfläche zumindest teilweise mit der Kupfer enthaltenden Wärmeleitbeschichtung 6 und darüber mit der Kupfersulfid aufweisenden Schutzschicht 4 versehen ist, wie es in der rechten Hälfte von Fig. 2 gezeigt ist. Der Kolben 2 braucht in diesem Fall selbst nicht aus Kupfer zu bestehen oder Kupfer zu enthalten, sondern kann vorzugsweise aus Stahl oder Aluminium hergestellt sein.
Eine Schutzschicht 4 kann auch unmittelbar an einer Innenform 8 oder einer beliebigen anderen Oberfläche des Maschinenteils 1 , wie z.B. eines Teils des Kolbens 2 angebracht sein, sofern dieses aus Kupfer besteht oder zumindest ausreichend Kupfer enthält, um an seiner Oberfläche mit Schwefelwasserstoff unter Bildung einer Kupfersulfidschicht (Schutzschicht 4) zu reagieren. Dabei kann es sich um eine Innenform 8 handeln, die ebenfalls in direkter
Nachbarschaft zur Brennraumseite 9 steht und dadurch einer hohen
Temperaturbelastung ausgesetzt ist. Im Bereich der Innenform 8 ist dabei die Schutzschicht 4 direkt auf das Grundmaterial 5 des Kolbens 2 aufgebracht, wie es in der linken Hälfte der Fig. 2 gezeigt ist.
In beiden Fällen verhindert die Schutzschicht 4 einen direkten Kontakt zwischen der kupferhaltigen metallischen Oberfläche des Grundmaterials 5 bzw. der Wärmeleitbeschichtung 6 und des Kühlöls, wodurch die Ölalterung und insbesondere auch die Öloxidation und damit die Ölkohlebildung zumindest reduziert werden können. Neben Kupfer könnte das Grundmaterial 5 bzw. die Wärmeleitbeschichtung 6 selbstverständlich auch noch andere Materialien enthalten, sofern diese zumindest an den mit der Schutzschicht 4 zu
versehenden Stellen die Reaktion des Kupfers mit dem Schwefelwasserstoff unter Bildung der erfindungsgemäßen passivierenden Schutzschicht 4 nicht verhindern.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und auch mit dem erfindungsgemäßen Maschinenteil 1 lässt sich somit insbesondere bei einer Ausbildung des
Maschinenteils 1 als Kolben 2 für eine Brennkraftmaschine eine Ölalterung und auch eine Ölkohlebildung deutlich reduzieren, was sich vorteilhaft auf die Kosten beim Betrieb der Brennkraftmaschine auswirkt. Durch die Verhinderung der Ölkohlebildung kann aber auch die Kühlwirkung des Kühlöls langfristig erhalten bleiben, wodurch die Kühlung des Maschinenteils 1 , das heißt respektive des Kolbens 2, langfristig verbessert werden kann. Durch das Beaufschlagen der Kupferoberfläche des Grundmaterials 5 bzw. der Wärmeleitbeschichtung 6 mittels Schwefelwasserstoffgas (vergleiche Verfahrensschritt B oder D in Figur 1 ) kann eine Kupfersulfidschicht, geschaffen werden, deren katalytisches Reaktionsvermögen deutlich unter demjenigen des metallischen Kupfers liegt und dadurch die Oloxidation erschwert.
*****

Claims

Ansprüche
1 . Verfahren zum Herstellen eines mit Kühlöl gekühlten Maschinenteils (1 ), insbesondere einer Brennkraftmaschine, aus einem Grundmaterial (5), das Kupfer enthält und/oder das mit einer Kupfer enthaltenden
Wärmeleitbeschichtung (6) zum Verteilen der beim Betrieb auftretenden Wärme überzogen ist, und bei dem eine temperaturbelastete und im Betrieb mit dem Kühlöl in Kontakt tretenden Stelle (3) des Maschinenteils (1 ) mit einer Kupfersulfid enthaltenden Schutzschicht (4) überzogen wird, deren katalytisches Reaktionsvermögen zumindest in Bezug auf das Kühlöl kleiner ist als dasjenige des Grundmaterials (5) des Maschinenteils (1 ) und/oder der Wärmeleitbeschichtung (6).
2. Verfahren nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Maschinenteil (1 ) an der temperaturbelasteten Stelle (3) mit Kupfer als Wärmeleitbeschichtung (6) beschichtet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Grundmaterial (5) und/oder die Wärmeleitbeschichtung (6) zur Herstellung der Schutzschicht (4) mit Schwefelwasserstoffgas
beaufschlagt werden/wird.
4. Mit Öl gekühltes Maschinenteil (1 ), insbesondere einer
Brennkraftmaschine, aus einem Grundmaterial (5), das Kupfer enthält und/oder das mit einer Kupfer enthaltenden Wärmeleitbeschichtung (6) zum Verteilen der beim Betrieb auftretenden Wärme überzogen ist, hergestellt nach dem Verfahren nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, mit einer an einer temperaturbelasteten und im Betrieb mit dem Kühlöl in Kontakt tretenden Stelle (3) aufgebrachten, Kupfersulfid enthaltenden Schutzschicht (4), deren katalytisches Reaktionsvermögen in Bezug auf das Kühlöl kleiner ist als dasjenige des Grundmaterials (5) und/oder der Wärmeleitbeschichtung (6).
5. Maschinenteil nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Maschinenteil (1 ) als Kolben (2) einer Brennkraftmaschine ausgebildet ist.
6. Maschinenteil nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Kolben (2) einen Kühlkanal (7) aufweist, dessen Innenoberfläche zumindest teilweise mit der Kupfersulfid enthaltenden Schutzschicht (4) und der Kupfer enthaltenden Wärmeleitbeschichtung (6) versehen ist.
7. Maschinenteil nach einem der Ansprüche 4 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Schutzschicht (4) durch Beaufschlagen des Kupfer enthaltenden Grundmaterials (5) des Maschinenteils (1 ) oder der Kupfer enthaltenden Wärmeleitbeschichtung (6) mit Schwefelwasserstoffgas hergestellt ist.
8. Maschinenteil nach einem der Ansprüche 5 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Kolben (2) aus einem Leichtmetall, insbesondere aus Aluminium, oder aus Stahl hergestellt ist.
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