Hochleistungsdiesel-Kurbelgehäuseentwicklung in Aluminium*)

GIESSEREI-RUNDSCHAU 58 (2011) HEFT 3/4
Minimierung der Schrumpfporositäten in hochbelasteten Zonen,
das Büchsenkonzept sowie die gießtechnische Entwicklung
des Bedplates samt Eingussteilen.
Als Ziel galt es, eine feine Mikrostruktur mit kugelförmigen
eutektischen Phasen zu erreichen, um die Zugfestigkeit, Dehngrenze
und Bruchdehnung sowie Umlaufbiegefestigkeit gegenüber
Standard AlSi12Cu3 deutlich zu steigern.
Dabei wurden folgende Prozessparameter entwickelt:
• Gießgeschwindigkeit
• Formfüllungszeit
• Erstarrungszeit
• Materialtemperatur der Eingussteile
• Werkzeugtemperatur
Für ein gutes Formfüllungsvermögen über den relativ langsamen
Gießprozess wurden ein großer Anguss und eine optimierte
Struktur des ZKG an der Angussseite realisiert. Dieser wurde
mittels Füll- bzw. Erstarrungssimulation bereits in der virtuellen
Phase parallel mit der Bauteilkonstruktion optimiert.
Die Büchsen werden vor dem Einsetzen vorgeheizt, um das
Formfüllungsvermögen zu steigern und den Korrosionsschutz
der Büchsen vor dem Gießen abzudampfen.
Materialeigenschaften
Das Material entspricht im Wesentlichen dem Standard für
AlSi12Cu3, mit Massnahmen zur Verringerung der Dendritenarmabstände.
Festigkeitswerte der verwendeten Legierung und Gießprozess:
AlSi12Cu3 – T6
Rm:
310 MPa
Rp0.2:
240 MPa
A: >2%
HBW 5/250 >120
Umlaufbiegefestigkeit: 135 MPa
Dendritenarmabstände im Bereich von 15–20 µm und eine extrem
geringe Porosität um die 0,01% in den gezogenen Proben
(Bild 13) bestätigen zusätzlich die guten Festigkeitswerte.
Bild 14: Kräfte im Block-Bedplate-Verband
Bild 13:
Dendritenarmabstände
und Porosität (Probe)
Kurbelgehäuse Hauptlagerwand
Ein Hochleistungsdieselmotor mit gewichtsoptimierten Komponenten
erfordert eine Strukturoptimierung mit modernsten
Simulationsmethoden. Bei der Hauptlagerwandberechnung
werden Verformungen, Festigkeit und Dauerhaltbarkeit des
Block-Bedplate-Verbandes unter maximalen Betriebsbelastungen
optimiert (Bild 14).
Dabei werden die Belastungen
durch Eigenspannungen, Schraubenvorspannung,
Lagerschalenpreßsitz
und dynamische Lagerkräfte
betrachtet (Bild 15). Die
Öldruckverteilung in den Hauptlagern
wurde mit einer Kurbeltriebsdynamiksimulation
mit der
MKS*)-Software AVL-EXCITE
für den gesamten Betriebsbereich
des Motors bestimmt (elastohydrodynamische
(EHD) Lagerberechnung).
*) Mehrkörper-Simulations-Software
Bild 15: Spannungen im Kurbelgehäuse
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