Innovative Leichtbaukonzepte fur Ottokolben im Schwerkraftkokillenguss

摘要

Die Forderungen nach immer hoherer spezifischer Motorleistung bewirken eine zunehmende mechanische und thermische Belastung des Kolbens. Dabei stehen neben hoheren Festigkeiten vor allem eine verbesserte Verschleissbestandigkeit sowie die Laufruhe im Motor als Entwicklungsziele fur Ottokolben im Vordergrund. Die Laufruhe des Kolbens wird primar uber das Design und uber das Gewicht definiert. Gewichtsreduzierungen lassen sich bei Ottokolben unter anderem durch dunnere Wandstarken realisieren. Die Giessbarkeit dunner Wandstarken wird begrenzt durch die angewandten Giessverfahren. Aufgabe war daher, die Weiterentwicklung der vorhandenen Serien-Giessverfahren zu dunnwandigerem Guss fur Kolben abzubilden. Ergebnis einer simultanen Produkt- und Prozessentwicklung sind Otto-Kolben mit schrag gestellten Kastenwanden auf der Druck- und Gegendruckseite, ausserst dunnen Kastenwanden auf der Gegendruckseite und weiter verringerten Bodenstarken im Schwerkraftkokillenguss. Bedingt durch die gestiegenen Zunddrucke und die damit einhergehenden hoheren mechanischen Belastungen tritt zunehmend ein erhohter Verschleiss der 1. Nut beim Otto-Kolben in Erscheinung. Abhilfe hatte bisher entweder eine Erhohung des Silizium-Gehaltes oder auch eine Beschichtung durch Hartanodisieren erbracht. Vor allem aufgrund von erhohtem Verschleiss (plastisch und abrasiv) erfordern Neuentwicklungen heute auch den Einsatz von Ringtragem aus Gusseisen zur Nutbewehrung, analog zu Dieselkolben. Da diese Ringtrager aus Grauguss mit einer deutlichen Gewichtszunahme einhergehen, arbeitet MAHLE an moglichen Alternativen. Im Vordergrund der Entwicklung steht dabei der Einsatz von porosen, metallischen Werkstoffen als Ringtragerersatz im Kokillenguss. Durch eine besondere Prozessfuhrung beim Giessen ist es jetzt gelungen, metallische Schaume im Schwerkraftkokillenguss einzugiessen. Damit konnte zukunftig ein Beitrag zur wirtschaftlichen Fertigung von hochbelasteten und gewichtsoptimierten Ottokolben geleistet werden.