Thermochemische Verfahren, Korrosionsschutz und Motorentechnik

Thermochemische Behandlungen

Diese Behandlungen werden durchgeführt, um eine hohe Härte, Verschleißfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit zu erreichen.

• Einsatzhärten: Anreicherung der Stahloberfläche mit Kohlenstoff.
• Karbonitrieren: Anreicherung der Stahloberfläche mit Stickstoff und Kohlenstoff.
• Nitrieren: Anreicherung der Eisenoberfläche mit Stickstoff.

Korrosion und Korrosionsschutz

Korrosion ist die fortschreitende Zerstörung von Materialien durch Oxidation. Sie tritt meist in feuchten Umgebungen auf, kann aber auch unter trockenen, heißen Bedingungen vorkommen.

Arten der Korrosion

• Gleichmäßige Korrosion: Ein Metall in einem Elektrolyten (z. B. feuchte Luft) bildet Bereiche, die als Anode oder Kathode fungieren.
• Galvanische Korrosion: Tritt auf, wenn zwei unterschiedliche Metalle in einem Elektrolyten (Wasser, feuchte Luft) verbunden sind.
• Spaltkorrosion (Differentialbelüftung): In Rissen oder Spalten dringt Feuchtigkeit ein. Da der Sauerstoffzutritt im Inneren geringer ist als außen, entsteht eine Korrosionszelle.
• Lochfraß: Lokale Korrosion in kleinen Rissen, die sich durch Sauerstoffmangel im Inneren vertieft.
• Interkristalline Korrosion: Ausscheidungen an Korngrenzen bilden galvanische Zellen.
• Erosionskorrosion: Mechanischer Abtrag der schützenden Oxidschicht durch strömende Flüssigkeiten.

Korrosionsschutzmaßnahmen

• Design: Wahl geeigneter Materialien; Anodenfläche größer als Kathodenfläche wählen; Schweißnähte statt Spalten bevorzugen.
• Inhibitoren: Stoffe, die mit Sauerstoff reagieren oder eine Schutzschicht bilden.
• Schutzanstriche: Isolierung von Anode und Kathode durch saubere Beschichtungen (Metallisch, Organisch/Lacke oder chemische Oberflächenumwandlung).
• Anodischer Schutz (Passivierung): Bildung eines wasserdichten Films zur Verhinderung galvanischer Zellen.
• Kathodischer Schutz: Das zu schützende Metall wird zur Kathode gemacht (z. B. durch Opferanoden).

Verbrennungskraftmaschinen

Eine Maschine, die thermische Energie in mechanische Arbeit umwandelt.

Klassifizierung nach Verbrennungsort

• Externe Verbrennung: Die Wärme wird über ein Zwischenmedium (z. B. Dampf) übertragen (z. B. Dampfmaschinen, Dampfturbinen).
• Interne Verbrennung: Die Gase aus der Verbrennung erzeugen direkt die Bewegung (z. B. Dieselmotoren, Gasturbinen).

Dampfmaschinen und Turbinen

Wasser wird im Kessel verdampft und überhitzt. Der Dampf treibt einen Kolben oder eine Turbine an und wird im Kondensator wieder verflüssigt.

Hubkolbenmotoren

Wandeln thermische Energie durch Kolbenbewegungen in mechanische Energie um. Man unterscheidet zwischen Viertakt- und Zweitakt-Verfahren.

Viertakt-Zyklus

1. Ansaugen: Kolben bewegt sich abwärts, Luft-Kraftstoff-Gemisch strömt ein.
2. Verdichten: Ventile schließen, Kolben verdichtet das Gemisch.
3. Arbeitstakt: Zündung, Expansion treibt den Kolben an.
4. Ausstoßen: Abgase werden ausgeschoben.

Schmierung und Kühlung

Schmierung verhindert Verschleiß durch Ölkreisläufe. Kühlung erfolgt durch Luft (Kühlrippen) oder Wasser (Wasserkreislauf mit Kühler).

Kältetechnik und Wärmepumpen

Kältesysteme nutzen den Phasenwechsel von Kältemitteln (Verdampfer, Kompressor, Kondensator). Eine Wärmepumpe arbeitet nach dem Prinzip eines Kühlschranks, wobei Wärme zwischen zwei Reservoirs ausgetauscht wird.