Im Automobilbau spielt das Massenreduzierungspotential zunehmend eine größere Rolle. Bei Zylinderkurbelgehäusen (ZKG) beträgt es durch Einsatz von Aluminium und Magnesium anstatt des bisher üblichen Grauguß, 35 % (Al) und 42 % (Mg) bei vergleichbaren akustischen Eigenschaften. Wird die aufgrund der niedrigeren E-Module von Al und Mg gegenüber GG notwendige Versteifung durch eine Verrippung, statt durch größere Querschnitte vorgenommen, können theoretisch sogar 53 % und 64 % erreicht werden. Im Vergleich der drei Materialien, auch in Ökobilanzen, zeigt sich, daß sich der Einsatz von Al objektiv lohnt, Mg jedoch weniger geeignete Werkstoffeigenschaften (niedriger E-Modul, geringe Warmfestigkeit, relativ geringe Härte, Verarbeitungsproblematik) aufweist. Ein Vorteil der Leichtmetalle, insbesondere Al, sind ihre besseren Wärmeleiteigenschaften, die eine schnellere Erwärmung des Motors bringen. Ihre größere Wärmeausdehung ist positiv für die Spielgebung beim Kolben, negativ beim Kurbelwellenhauptlagerspiel. Der starke Kostendruck führt zu heterogenen Lösungen mit eingegossenen GG-Büchsen, bei denen aber Eigenspannungen aus der Erstarrung und Volumenwachstum infolge von Ausscheidungsvorgängen zum Zylinderverzug beitragen. Zunehmend kommen daher Al-Büchsen aus übereutektischer Legierung zum Einsatz, bei denen der Verschleißschutz durch die Hartphase Silizium (Si) gewährt wird. Die Al-Matrix-Verbundwerkstofflösung vermeidet auch den bei Erwärmung entstehenden Bimetalleffekt und den den Wärmefluß beeinträchtigenden Spalt zwischen Büchse und Umguß. Den hervorragenden Funktionseigenschaften der galvanisch aufgebrachten Siliziumkarbid (Ni-SiC)-Dispersionsschicht stehen jedoch hohe Anforderungen an die Porosität und die Korrosionsneigung entgegen. Bei den Gießverfahren stehen die hochproduktiven Druckgießverfahren und der automatisierte Sandguß im Wettbewerb.Die Untersuchung zeigt, daß bauteilbezogene Werte wesentlich aussagefähiger sind als Probestäbe. Die untersuchten Eigenschaften von GGL25, GGV400, AlSi9Cu3 und AS41 sind alle bauteilbezogen.
Leichtbau am Beispiel des Zylinderkurbelgehäuses von Pkw-Motoren
1997
17 Seiten, 11 Bilder, 2 Tabellen, 7 Quellen
Aufsatz (Konferenz)
Deutsch
Systemvergleich , Werkstoffwahl , Zylinderblock , Gusseisen mit Lamellengraphit , Magnesium , Aluminium , Siliciumcarbid , Silicium , Metallmatrix , Verbundwerkstoff , Zylinderbuchse , Kostenoptimierung , Gewichtsverminderung , Kraftfahrzeug , Automobilindustrie , Verschleiß , Wärmedehnung , Wärmeleitfähigkeit , Druckguss , Sandguss , Motorgeräusch , Ökologie , Energiebilanz , Eigenspannung , Gewichtsminimierung , Aluminiumsiliciumkupferlegierung
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