Über uns

Um die Riefenbildung in den Zylinderlaufbahnen der früheren Alusil- und Lokasil-Motoren zu verhindern, stieg die Porsche AG auf weit fortschrittlichere Beschichtungstechnologien um. Zum einen auf die sogenannte „Plasma Transferred Wire Arc“ (PTWA) und später dann auf die „Atmospheric Plasma Spray“ (APS) Methode. Diese zum damaligen Zeitpunkt recht neue Beschichtungstechnologien stellten einen großen Fortschritt in der Haltbarkeit der Zylinderlaufflächen dar und sind heute Standard in vielen Hochleistungsmotoren und fast allen Motoren der Porsche AG.
Während frühere Generationen von Porsche-Motoren mit Alusil- und Lokasil-Bohrungen von Bohrungsfehlern geplagt waren, wurden mit der Einführung fortschrittlicher eisenbasierter Spritzbeschichtungen - APS (Atmospheric Plasma Spray) und PTWA (Plasma Transferred Wire Arc) - bedeutende Fortschritte erzielt. Diese Technologien ermöglichten es, Porsche die Leichtbauvorteile von Aluminium-Motorblöcken beizubehalten und gleichzeitig die Verschleißfestigkeit und Langlebigkeit von eisenhaltigen Laufflächen (Grauguss) zu erreichen. Kolbenfresser in den modernen Porsche-Motoren wurden dadurch vermieden. 

Wie aus der obigen Auflistung ersichtlich findet man die PTWA Beschichtung (Plasma Transfer Wire Arc) in den neueren Sechszylindermotoren von Porsche, beginnend mit den Modellen 991.2 / 911 ab 2016 sowie in den 718 Boxster/Cayman Modellen.

APS-Beschichtungen kommen in Hochleistungsmotoren von VW/Audi zum Einsatz, beginnend mit dem Motortyp EA825 im 4.0L Doppelturbo-V8, der ab 2017 im Panamera Turbo (971) verbaut wurde. Dieselbe Motorarchitektur wurde später im Cayenne Turbo (9Y0) und ab dem Modelljahr 2019, im Panamera GTS, im Macan GTS/Turbo verwendet. Zeitgleich auch in verschiedenen Audi RS- und S-Modellen.

Bei den EA839 V6-Motoren in den Macan S-, Panamera 4- und Cayenne-Basismodellen ab 2019 verzichtete man ebenfalls auf das Blockmaterial Alusil, sondern stieg um auf eingepresste Graugussbuchsen. Die Festigkeit und damit die Haltbarkeit der Zylinder wurde dadurch weiter verbessert. Diesen technischen Fortschritt wollten wir bei Cartronic ebenfalls nutzen, jedoch ohne Reparaturzylinder mit Graugussbuchsen zu versehen, die generell nach dem Ausbohren des Lokasil-Zylinders nur eingepresst werden können. Und das leider nur mit einem sehr schlechten Tragbild, welches in einer unregelmäßigen und nicht kontrollierbaren Wärmeableitung führt.  
Beschichtungen sind in der Regel etwa 0,13-0,15 mm stark  und bieten eine hervorragende Wärmeleitfähigkeit, hohe Verschleißfestigkeit und eine sehr gute Ölkontrolle. Dünnwandige Graugussbuchsen die man einpressen (keine gute Lösung) und eingießen (eine hervorragende, wenn auch sehr kostspielige Lösung?). Tatsächlich erreichte die Porsche AG damit eine bis zu 90%-ige Verringerung des Zylinderverschleißes im oberen als auch im unteren Totpunkt (OT und UT). Man proklamiert einen um 50 % geringeren Ölverbrauch im Vergleich zu älteren Lokasil und Alusil- Motoren. Die Motoren ab dem Modelljahr 2017 leiden nicht mehr an den bekannten Problemen und Ausfällen durch Kolbenfresser. 

Bei unserer neuen Zylindertechnologie, die wir seit Herbst 2024 im Rahmen der Behebung der Motorschäden in den M96/97 Lokasil-Motoren verwenden, handelt es sich um das Beste aus zwei Welten. Unsere sogenannten „Cartronic-Hybrid-Zylinder“ bestehen aus zwei Materialien. Im Inneren befindet sich eine ausreichend starke Schicht aus Grauguss die im Außenbereich mit der Aluminium-Legierung umgossen ist aus dem auch der Motorblock besteht. Dies garantiert eine extrem gute Haltbarkeit, sehr geringe Verschleißraten, speziell im OT und UT-Bereich und eine sehr gute Wärmeableitung. Gerade im UT-Bereich des Kolbens neigen die Porsche Motoren dieser Generation zu sogenannten Auswaschungen. Ein Bild einer solchen Auswaschung eines Zylinders nach nur 125.000 Km Laufleistung finden Sie weiter unten in der Galerie.  

An dieser Stelle kommen wir noch einmal zurück auf das Thema Kolbenbeschichtung. Warum Kolbenhemd,- und Kolbenbodenbeschichtungen nicht nur für die Langlebigkeit des Kolbens, sondern auch für die Zylinder-Bohrungen wichtig sind haben wir weiter oben bereits eingehend beschrieben. Tatsächlich hat man bei der Diskussion um der Ursachen von Kolbenfressern bei den M96/97 und MA1-Motoren der Motorgenerationen ab dem Porsche 986 (Boxster/Cayman) bis zum 997 der Generation 1 dem Thema Kolbenbeschichtung, einem entscheidenden Elements in der Diskussion um Laufbahnschäden nicht genügend Aufmerksamkeit gewidmet. Sowohl in Lokasil, als auch in Alusil-Laufflächen neigen an den Hemden unbeschichtete Aluminiumkolben durch den direkten Kontakt mit oberflächig durch Ätzen oder Honen freigelegten Siliziumpartikeln zum fressen. Meist auf der druckbelasteten Seite des Kolbens. Porsche entschied sich, aus welchen Gründen auch immer, bei nahezu allen Motorgenerationen bis zum 991/1 für Kolbenhemden ohne Beschichtungen. Später und sicher um dem mehr und mehr aufkommenden Motorschäden entgegenzuwirken, orderte man Kolben mit Kolbenbeschichtungen vom Haus- und Hof-Lieferanten MAHLE. Es handelte sich um eisenhaltigen Beschichtungen mit der Bezeichnung „Ferrostan® und später „Ferroprint®.
Bei „FERROSTAN®“ handelte es sich um eine galvanisch aufgetragene Eisen-Zinn-Legierung. Diese kam  in Motoren in den 1990er Jahren zum Einsatz. Eine durchaus gute Beschichtung, die allerdings wegen der Verwendung des giftigen Rohstoffs Zinn, irgendwann gesetzlich verboten wurde.
Die bereits weiter oben beschriebene „FERROPRINT®“ Kolbenhemd-Beschichtung fand bei den ersten M96-Motoren in den frühen 2000er Jahren Verwendung. Dabei handelt es sich um eine Matrix aus Harz die mit Eisenpartikeln durchsetzt ist. Sie bietet ähnliche tribologische Vorteile wie die FERROSTAN®-Beschichtungen, jedoch zu Lasten der Haltbarkeit keine Nachteile für die Umwelt.

Beide Beschichtungen sind nicht erneuerbar. Verschlissene und/oder abblätternde Ferroprint®-Beschichtungen (ins besonders bei geschmiedeten MAHLE-Kolben in M96/M97 Motoren) können durchaus die Tendenz zu Kolbenfressern begünstigen. 

Eine in der Szene bekannte Firma aus den USA, die sich mit Porschemotoren beschäftigt, vermutet, dass der Wechsel von gegossenen Aluminiumkolben mit behaupteten haltbareren Ferrostan®-Beschichtungen zu geschmiedeten Kolben (MAHLE) mit Ferroprint®-Beschichtungen, die ursächlich wahrscheinlichste Ursache des Versagens der Motoren sei. Man verkündet, dass die unzureichende Haftung bzw. die geringe Verschleißfestigkeit der Beschichtung den Kolben zu einem direkten Abriebmittel gegen die siliziumreiche Bohrung macht, sobald Aluminium mit Aluminium in Berührung kommt. Wir teilen diese Ansicht nicht und beschreiben schlüssig warum es bei den M96/97 Motoren zu den bekannten Motorschäden kommt. Jeder, der tiefer in die Materie eintauchen möchte, kann sich unsere Analyse „Time-Over?“ von unserer Webseite herunterladen. 

Rein technisch gesehen, sind weder Ferrostan® noch Ferroprint®-Beschichtungen in Verbindung mit  Nikasil-, PTWA-, APS- oder Grauguss-Zylinderbohrungen zwingend erforderlich. Eine einfache Gleitlack-Beschichtung, die man unter dem Gesichtspunkt den initialen Einlauf der Motoren zu optimieren, ist eine hilfreiche Maßnahme. Bis heute trägt kein Kolbenhersteller Hemdbeschichtungen auf, die primär ihren Dienst als Opferschicht leisten um damit auf lange Sicht das bekannte und nicht gewünschte Kippen der Kolben zu verhindern. Warum dieses Entwicklungsziel nicht in die Lastenhefte der Hersteller Einzug gehalten hat, ist uns nicht bekannt. Ob man dies mit dem alten Sprichwort „Was ich nicht weiß, macht mich nicht heiß“, erklären kann?

Kolben ohne oder mit einer konventionellen sehr dünnen Hemdbeschichtung werden letztendlich wenig bis keine negativen Auswirkungen auf die Haltbarkeit der Motoren haben. Generell berühren die Kolbenhemden aus Aluminium die Zylinderlaufbahnen. Kritisch wird es wenn es zu Ovalitäten des Zylinders kommt, der Druck auf die Kolbenhemden zu hoch wird oder es zu einem starken Kraftstoffeintrag auf Grund defekter Einspritzventile kommt. Irgendwann kommt es zu einem Volumenverlust am Kolbenhemd und der Lauffläche (der typische Kolbenfresser einhergehend mit einem Kolbenkipper).

PTWA- und APS-Beschichtungen näher betrachtet 

PTWA (Plasma Transferred Wire Arc) ist ein thermisches Spritzverfahren, bei dem ein Drahtmaterial auf Eisenbasis durch einen Plasmalichtbogen geschmolzen und mit hoher Geschwindigkeit (Gasstrom) auf die Zylinderwand aufgespritzt wird. Das Ergebnis ist eine dünne, verschleißfeste Eisenbeschichtung die in der Regel 0,12-0,15 mm stark ist. Diese verbindet sich mit der Aluminiumfläche der Zylinderbohrung. PTWA bietet auf Grund der gut einstellbaren Porosität ein hervorragendes Ölrückhaltevermögen, geringe Reibung und eine ausgezeichnete Wärmeleitfähigkeit. Diese Technologie wird in modernen Porsche-Boxermotoren eingesetzt, angefangen beim 991.2 über den 911 bis hin zu den Modellen 718 Boxster und Cayman. 

Auch wir haben uns mit dieser Technologie eingehend beschäftigt, allerdings im Rahmen eines neu entwickelten „umgekehrten“ Herstellungsverfahren. Wir haben in langwierigen Versuchen komplette plasma-metallgespritzte Zylinder hergestellt. Innen eine eisenhaltige Legierung, Außen und als Anbindung zum Motorblock eine Aluminiumlegierung, die der Legierung des Motorblocks entspricht. Leider erwiesen sich die Produktionskosten als zu hoch und wir mussten davon Abstand nehmen. Weiter unten in der Fotogalerie zeigen wir einen dieser Zylinder. 

APS (Atmospheric Plasma Spray), ein Verfahren, welches von Oerlikon bzw. (Sulzer-Metco) entwickelt wurde und  im US-amerikanischen Raum als „SUMEbore“ vermarktet wird, ist vergleichbares Verfahren, das bei den V6- und V8-Motoren von Porsche zum Einsatz kommt. Diese Motoren sind keine Eigenentwicklung, sondern werden innerhalb des VW/Audi-Konzern zugekauft. APS-Beschichtungen werden in einem Verfahren hergestellt, bei dem man pulverförmiges metallisches Ausgangsmaterial aufschmelzt und mit Druck auf das Innere der blanken Aluminiumbohrungen spritzt. Es entsteht eine hoch verschleißfeste Reibschicht, die man von der Porosität gut einstellen kann. Die Ölrückhaltung ist perfekt und man ist in der Lage den Zylinderverschleiß stark zu reduziert. Es kommen spezielle, moderne Honverfahren zum Einsatz. 

APS-Coatings kamen erstmalig mit dem Panamera Turbo (Modell 971) im Jahr 2017 zum Einsatz. Man findet dieses Coating in allen neueren Cayenne-, Macan- und auch in den Motoren der Audi RS-Modellen. Es hat sich gezeigt, dass APS den Zylinderverschleiß im Vergleich zu Alusil um bis zu 90 % reduziert. Ein echter Fortschritt.
Beide Beschichtungstechnologien erlauben den Herstellern leichte Aluminium-Motorblöcke zu verwenden und gleichzeitig die Vorteile eine von der Zusammensetzung graugussähnlichen Oberfläche bei guter Haltbarkeit zu genießen. Sicher führen in Aluminium eingegossene Graugussbüchsen im Vergleich zu einer dünnen eisenhaltigen Beschichtung zu etwas mehr an Gewicht. In unserem Bereich der Porsche Boxermotoren sehen wir diese wenigen Gramm an Mehrgewicht durch die Verwendung unserer Hybrid-Zylinder allerdings nicht als wirklichen Nachteil an, zudem unser Produktionsverfahren nichts anderes erlaubt. Der Stabilitätsvorteil den unsere Zylinder im Vergleich zu Aluminiumzylinder die galvanisch mit Nikasil beschichtet wurden, ist erheblich. Verzugsmessungen von Zylindern gelaufener Motoren beweisen eine bis zu 80% geringere Neigung oval zu werden. Verformungstests bescheinigen unseren Zylindern eine bis dahin nicht gekannte Stabilität. 

Die Paarung unser Hybridzylinder mit unseren einzigartigen Kolbenbeschichtungen erlauben ein sehr engeres und dabei betriebssicheres Spiel zwischen Kolben und Zylinderlauffläche und eine exzellente Ölkontrolle. Das drückt sich in einem geringeren Ölverbrauch einem deutlich geringeren Blow-By und einem reduzierten Kippwinkel der Kolben aus. Das sich dies, zusammen mit unseren anderen Optimierungsmaßnahmen und Systemänderung z.B. dem Umbau von Open-Deck auf Closed-Deck in einer Steigerung der Betriebssicherheit und in einer längeren Motorlebensdauer sowie einer höheren Effizienz niederschlägt, ist leicht zu verstehen. 

Durch unsere modernen Kolben-Beschichtungsmethoden in Verbindung mit den Closed-Deck-Hybridzylinder sind wir in der Lage die betroffenen Motoren standfest zu machen. Bei keinem der über 2000 optimierten Motoren ist es zu neuerlichen Kolbenfressern gekommen. Die Ursachen der über ein Jahrzehnt bei den wassergekühlten Lokasil,- und Alusil-Motoren von Porsche bekannten Probleme kann man durch entsprechende Maßnahmen eliminieren. 

Wir von Cartronic sind in der Lage, sowohl die Motoren der Generation M96/97 mit Saugrohreinspritzung als auch die MA1 Direkteinspritzermotoren nachhaltig standfest zu machen. 

Zu unserem Leidwesen aber zur Freude der Kunden, wurden die Motoren der neueren Modelle durch modernen Technologien weitaus robuster und zuverlässiger. 

Porsche-Modelle mit geringen Risiko von Kolbenfressern:

• Alle Porsche Macan Basismodelle mit dem VW/Audi 2.0T-Grauguss-Motoren ab 2014
• Alle Porsche 991 der 2.ten Generation mit der PTWA-Zylinderbeschichtung
• ab 2016
• Alle Porsche 718 Boxster und Cayman (alle Varianten) ab 2016 mit der PTWA-Zylinderbeschichtung
• Alle Porsche Panamera GTS und Turbo (971) Modelle ab 2017 mit APS beschichteten Bohrungen 
• Alle Porsche Cayenne Turbo (9Y0), Macan Turbo und GTS Modelle mit APS-Coating ab Modelljahr 2019
• Alle Porsche Macan S und Panamera 4 mit dem EA839 V6-Motor ab 2019 mit eingepressten Graugussbuchsen
• Porsche Cayenne Basismodelle mit dem EA839 V6-Motor ab 2019 mit den dünnwandigen eingepressten Graugussbuchsen 
• Alle M96 und M97 Motoren der Modelle 986 und 987 (Boxster) sowie 996 und 997 mit einem von Cartronic Motorsport optimierten Motoren