Neuer Kolben von Federal-Mogul ermöglicht
eine spezifische Leistung
von 93 kW/l in einem Triple-Turbo 3.0-Liter Diesel Motor von BMW
Nürnberg, 20. Juni 2012. Federal-Mogul
hat einen Aluminium-Kolben entwickelt, der die Anforderungen nach höherer
Festigkeit und thermischer Leistung in extrem kraftvollen Dieselmotoren
erfüllt. Als erster Hersteller setzt BMW den neuen Kolben in einem Triple-Turbo
3.0-Liter Diesel Motor (N57D30S1) im BMW M550d xDrive ein. Eine spezifische
Leistung von 93 kW pro Liter macht das Aggregat damit zum stärksten Serien-Pkw-Dieselmotor
der heutigen Zeit.
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| Die neuen Kolben von Federal Mogul werden erstmals in einem BMW 550d xDrive eingesetzt |
Premium-Automobilhersteller
wie Audi, Mercedes oder BMW bauen immer leistungsfähigere Dieselmotoren. Sie
wollen einerseits die Leistung und die Fahreigenschaften der Motoren verbessern
und müssen gleichzeitig die CO2-Emission und den Kraftstoffverbrauch
senken.
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| Der hochgesetzte Kühlkanal in den Aluminiumkolben von Federal-Mogul ermöglicht eine effiziente Wärmeabfuhr von Kolbenrand und Mulde. Motorenhersteller können so Zündtemperaturen und -drücke erhöhen. |
Aber bei einer Ausgangsleistung von mehr als 90 kW/Liter stießen
bisherige Kolbenkonstruktionen an ihre Grenzen. „Wenn Hersteller die Leistung
der Motoren steigern wollen, dann führt das zwangsläufig zu höheren
mechanischen Drücken und Temperaturen. Dadurch wird beim Kolben die Hitzeableitung
genauso wichtig wie seine Festigkeit“, sagt Gian Maria Olivetti Vice President
for Technology and Innovation, Powertrain Division, Federal-Mogul „ Wir
haben unsere ganze Prozess- und Materialexpertise
genutzt und einen Aluminiumkolben mit der Festigkeit und den thermischen
Charakteristiken entwickelt, die Hochleistungsdieselmotoren brauchen. Unsere
Komponenten arbeiten auch unter hohen thermischen und mechanischen Belastungen
effizient. Gleichzeitig senken sie die Gefahr von Kohlenstoffablagerungen im
Motor, der durch das ungewollte Cracken des Motoröls entsteht. Diese
Entwicklung lässt Aluminiumkolben ihre führend Position in Dieselmotoren für
Pkw auf absehbare Zeit behalten.“
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| Eine Motorleistung von 93 kW/l in einem Diesel stellt einen Rekord in einem Serein-Pkw dar |
Die
innovative Ausgestaltung des Aluminium-Kolbens baut auf den DuraBowl® Prozess von Federal-Mogul. In
diesem Prozess wird das Aluminium rund um den Rand der Kolbenmulde lokal aufgeschmolzen.
Dieses Verfahren verfeinert die Mikrostruktur des Aluminiums und verbessert die
Ermüdungsfestigkeit des Materials. Um die Einhaltung der Schlüsselparameter
sicherzustellen, wird jede Mulde mit einem speziell entwickelten Wirbelstromprozess
untersucht. So werden auch Fehler im Material entdeckt, die bei einer
Oberflächenanalyse nicht bemerkt worden wären. Damit wird ein verstärkter
Muldenrand geschaffen, der hohen mechanischen und thermischen Belastungen widersteht.
Der Wärmeentzug
resultiert dabei aus der Anordnung des Kühlkanals in der Nähe des Muldenrands.
Daneben tragen auch die Ringträger und die Kolbenbuchsen zur gesteigerten Leistungsfähigkeit des
Kolbens bei.
Im Kühlkanal
des Kolbens fließt das Kühlöl so nahe wie möglich an der Kolbenmulde entlang
und erlaubt eine maximale Kühlwirkung. „Der Kolben läuft im Betrieb bei
deutlich niedrigerer Temperatur. Das verbessert die Haltbarkeit und reduziert
zudem die innere Reibung“, sagt Arnd Baberg, Chief Engineer Piston Product Engineering
bei Federal-Mogul. „Diese Technologie wird eine wesentliche Rolle dabei
spielen, dass die Hersteller durch Downsizing noch effizientere Dieselmotoren
mit noch niedrigerem Kraftstoffverbrauch und weniger CO2 Emissionen
einführen können.“
Wenn
der Kühlkanal näher an Kolbenrand und Mulde sitzt, dann stellt dies höhere
Anforderungen an Präzision und Zuverlässigkeit des Gießprozesses. Federal-Mogul
hat dafür eine neue Technik der zweidimensionalen Ultraschall-Untersuchung
entwickelt. Der „2D-ultrasonic“-Prozess von Federal-Mogul liefert 125.000
Datenpunkte pro Analysevorgang und ermöglicht eine genaue Lokalisierung von
Gussfehlern. Durch die genaue Größe und Position des Fehlers können die
Ingenieure wertvolle Hinweise für die Entwicklung des Gießvorgangs gewinnen.
Die detaillierten Informationen durch den zerstörungsfreien Prüfvorgang sichern
zudem eine durchgängig hohe Qualität der
Hoch-Präzisions-Komponenten.
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