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ALUMINIUM TECHNOLOGIE Member of the Kolbenschmidt Pierburg Group 1 Massenreduzierungspotential bei Werkstoffsubstitution 4-Zylinder 6-Zylinder 8-Zylinder12-Zylinder.

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Präsentation zum Thema: "ALUMINIUM TECHNOLOGIE Member of the Kolbenschmidt Pierburg Group 1 Massenreduzierungspotential bei Werkstoffsubstitution 4-Zylinder 6-Zylinder 8-Zylinder12-Zylinder."—  Präsentation transkript:

1 ALUMINIUM TECHNOLOGIE Member of the Kolbenschmidt Pierburg Group 1 Massenreduzierungspotential bei Werkstoffsubstitution 4-Zylinder 6-Zylinder 8-Zylinder12-Zylinder Werkstoff GGL GGV Al Mg Dichte [g/cm³] 7,25 7,0...7,7 2,7 1,8 Massenred.- potential [%] theor.real AL-ZKG und Laufflächen

2 ALUMINIUM TECHNOLOGIE Member of the Kolbenschmidt Pierburg Group 2 Konzept - Kriterien Kompatibilität Motorfunktion Hauptabmessungen Motorkenngrößen Weiterentwicklungspotential Umweltaspekte Recycling Stückzahl p.a. / Kosten ZKG-Konzept Konzeptbausteine AlSi-Legierungen untereutektisch (Si < 12%) eutektisch (Si = 12%) übereutektisch (Si > 12%) Zylinderlauffläche Monolithisches ZKG Buchsen Beschichtung MMC lokal Bauart/konstruktive Merkmale von Al-ZKG Open-deck Closed-deck Deep Skirt Block + Bedplate Hochintegration Ausformbarkeit in Stahl Hinterschnitt-Konturen Al-Gießverfahren GießformSand SPM Stahl Gießverf. Schwer- X X X kraftguß Nieder- X X X druckguß Druck- X guß Squeeze- X Casting 4. AL-ZKG und Laufflächen

3 ALUMINIUM TECHNOLOGIE Member of the Kolbenschmidt Pierburg Group 3 Zylinderlaufflächen- Technologien Aluminium-Zylinderkurbelgehäuse monolithisch heterogen quasi-monolithisch übereutektische Al-Si-Legierung (ALUSIL ® ) beschichtete Zylinderbohrungen Buchsen nasstrocken einge- gossen einge- schrumpft slip-fit galvanisch Ni-SiC Dispersion PVD-Dünnschicht TiAlN, TiN thermisches Spritzen lokales Werkstoff- Engineering Laserlegieren mit Silizium AL-Matrix- Verbundwerkstoff (LOKASIL ® ) ALUSIL AlSi/PM Grauguss Ni-SiC- Dispersion Rauguss Grauguss beschichtet 4. AL-ZKG und Laufflächen

4 ALUMINIUM TECHNOLOGIE Member of the Kolbenschmidt Pierburg Group 4 Im Druckguß eingegossene GG-Buchsen Eingegossene Graugußbuchse (Standard-Ausführung) Verklammerung Raugußbuchse mit Aluminium-Umguß 4. AL-ZKG und Laufflächen

5 ALUMINIUM TECHNOLOGIE Member of the Kolbenschmidt Pierburg Group 5 LOKASIL ® -Konzept Schnitt durch Lokasillauffläche Gefügebild einer Lokasillauffläche 4. AL-ZKG und Laufflächen

6 ALUMINIUM TECHNOLOGIE Member of the Kolbenschmidt Pierburg Group 6 Zylinderbohrung mit Plasma-Beschichtung Laufschicht Eisenbasis Mischhärte 500 HV % Porosität Grundwerkstoff AlSi9Cu3 porenarm (ND-Guss) 4. AL-ZKG und Laufflächen

7 ALUMINIUM TECHNOLOGIE Member of the Kolbenschmidt Pierburg Group 7 ALUSIL ® -Konzept (Legierung AlSi17Cu4Mg) Gefüge mit ca vol% primär ausgeschiedenem Silizium (Korngröße (70) µm) 4. AL-ZKG und Laufflächen

8 ALUMINIUM TECHNOLOGIE Member of the Kolbenschmidt Pierburg Group 8 ALUSIL ® -Gefüge (unterschiedliche Vergrößerung) 4. AL-ZKG und Laufflächen

9 ALUMINIUM TECHNOLOGIE Member of the Kolbenschmidt Pierburg Group 9 Niederdruck-Kokillenguß Keine Legierungs-Einschränkungen Vollständig wärmebehandelbare ZKG ALUSIL ® nach Stand der Technik an Nieder- druck-Kokillenguß gebunden Einsatz von Sandkernen möglich (Closed- deck) 4. AL-ZKG und Laufflächen

10 ALUMINIUM TECHNOLOGIE Member of the Kolbenschmidt Pierburg Group 10 Bewertung Aluminium- Gießverfahren Druckguß (0/-) kostengünstiges Massenfer- tigungsverfahren (R3-/R4-Mot.) dünnwandig, Versteifung durch aufwendige Rippenstrukturen sehr schnelle Erstarrung (Skin-Effekt) aber Beschränkung auf Open-deck- Bauweise 1) prinzipbedingte Gasporosität: bedingt stabilisierbar keine Festigkeitssteigerung größerer Langzeit-Zylinder- verzug 1) Einsatz druckgußfester Kerne absolute Ausnahme Sandguß (+) weitgehende Konstruktions- freiheit einfachere Integration zusätz- licher Funktionsmerkmale Vermeidung von Materialan- häufungen aber viele komplex gestaltete Sandkerne: Toleranzproblematik Kosten / Investitionen begrenzte Möglichkeiten der Beeinflussung der Erstarrung Feinkörnigkeit (kleinerer DAS) erfordert eingeformte Kühleisen Umwälzung großer Sand- mengen (Recycling) Kokillenguß (+) wirtschaftlich bei Minimum an Sandkernen (idealerweise nur WaMa/Closed-deck) aktive Beeinflussung der Er- starrung: gezielte Kühlung Niederdruck-Kokillenguß gerichtete Erstarrung geringe Porosität (beschich- tungsfähig) aber längere Erstarrungszeit weniger Rippen, gröber, mas- siver, diagonal/vertikal keine optimalen DAS-Werte bei Anschnitt im Lagerstuhl- bereich (Alternative: Seiten- anschnitt) 4. AL-ZKG und Laufflächen

11 ALUMINIUM TECHNOLOGIE Member of the Kolbenschmidt Pierburg Group 11 Vor- und Nachteile des ALUSIL®-Konzepts l Bauteil aus einem Guß Ü Zylinderlaufflächen inklusive Ü Geringeres Gewicht, keine schweren GG-Buchsen l Kompaktes Design Ü minimale Stegbreite zwischen den Zylindern min. Zylinderabstand (Motorbaulänge) l Bessere Wärmeleitung / thermische Entlastung Ü Keine Spaltbildung zwischen Buchse und Umguß Ü Hohe spezifische Leistung / geringer Motorkühlungsaufwand Ü Schnellere Motorerwärmung (günstiger auf Kaltstartemissionen) l Geringerer Zylinderverzug (thermischer u. Langzeitverzug) Ü Keine lokale Spaltbildung Ü Geringe Eigenspannungsproblematik Ü Kein Bimetall-Effekt Ü Keine Wanddickentoleranzprobleme (Buchsen) Ü Günstige Auswirkung auf Ölverbrauch / Blow-by 4. AL-ZKG und Laufflächen

12 ALUMINIUM TECHNOLOGIE Member of the Kolbenschmidt Pierburg Group 12 Vor- und Nachteile des ALUSIL®-Konzepts l Optimale Zylinderlauffläche Ü Keine zusätzliche Zylinderbewehrung (Grauguß) Ü Äquivalente Verschleißfestigkeit Ü Hohe Freßsicherheit, geringe Reibung l Optimiertes Zylinderlaufflächen-Finish Ü Reduzierter Kolbenringverschleiß Ü Günstige Auswirkung auf Ölverbrauch und Blow-by (HC-Emission) l Günstige akustische Eigenschaften Ü Höherer Elastizitäts-Modul (höhere Steifigkeit) Ü Wärmeausdehnungskoeffizient ähnlich wie beim Kolben reduziertes Kolbenspiel, kleiner als bei Standard-Legierung kleineres Hauptlagerspiel l Problemloses Recycling Ü Kein Qualitätsverlust durch Eisen-Aufnahme der Schmelze (Legierung) 4. AL-ZKG und Laufflächen

13 ALUMINIUM TECHNOLOGIE Member of the Kolbenschmidt Pierburg Group 13 Vor- und Nachteile des ALUSIL ® -Konzepts Nachteile gegenüber Standard-Legierung / eingegossene Buchsen l Bestimmte Legierungseigenschaften: Ü Spröder Werkstoff (Grauguß ebenso) Ü Schwieriger zu vergießen (Know-how) Ü Etwas höhere Legierungskosten als Basis-Legierung AlSi9Cu3 (Sekundärlegierung 226) Ü Etwas höhere Bearbeitungskosten (PKD-Schneidwerkstoffe, beschichtete Gewindebohrer) l Kolbenschaftbeschichtung erforderlich Gesamtbewertung des ALUSIL ® Konzepts: Hervorragende technische Performance Gewichtsersparnis Funktionstechnische Vorteile hohe Integrationsdichte Wettbewerbsfähiges Konzept ab V6-ZKG 4. AL-ZKG und Laufflächen


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