Samstag, 23. Juni 2012

Neuer Kolben sorgt für Rekord


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.


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. 

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.“

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.

Quelle: Federal Mogul
Autor: Presse Federal Mogul