Stahl-Innovationspreis 2003 - Stahl-Informations-Zentrum
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1. Preis<br />
Kategorie<br />
<strong>Stahl</strong><br />
in Forschung<br />
und Entwicklung<br />
Titan und Titanaluminid eine Vielzahl<br />
werkstoffseitiger Ansätze für den<br />
Leichtbau. Der Durchbruch zum Großserieneinsatz<br />
blieb diesen Ventilen auf<br />
Grund sehr hoher Material- und/oder<br />
Fertigungskosten bzw. aufwendiger<br />
Prüfmethoden versagt.<br />
Die MAHLE Ventiltrieb GmbH hat ein<br />
Leichtbauventil aus <strong>Stahl</strong> entwickelt,<br />
das in modernen Mehrventilmotoren<br />
einen erheblichen Beitrag zur Massenreduzierung<br />
leistet. Dieses Ventil wird<br />
aus umgeformten, hochwarmfesten<br />
Stählen hergestellt. Es ist weit kostengünstiger<br />
als andere Leichtventile.<br />
Im Vergleich zu den konventionell eingesetzten<br />
geschmiedeten Ventilen ist<br />
das neue Ventil als Hohlkörper ausgeführt.<br />
Der Schaft besteht aus einem<br />
Präzisionsstahlrohr, Kegel und Teller<br />
werden in einem mehrstufigen Umformprozess<br />
aus Blechteilen hergestellt.<br />
Als Werkstoffe kommen die hochlegierten<br />
Stähle X15CrNiSi20-12 bzw.<br />
X6CrNiMoTi17-12-2 für die thermisch<br />
niedriger belasteten Einlassventile und<br />
NiCr23Fe für die höchst belasteten<br />
Auslassventile zum Einsatz. Es werden<br />
Bleche mit Dicken zwischen 0,8 und<br />
1,8 mm verwendet. Die Wandstärke des<br />
Schaftrohrs beträgt 0,7 bis 1 mm. Das<br />
Fügen der Einzelteile erfolgt mittels<br />
Laserstrahlschweißen. Die thermisch<br />
höchst belasteten Auslassventile werden<br />
in den Hohlräumen zusätzlich mit<br />
<strong>Stahl</strong>-<br />
<strong>Innovationspreis</strong><br />
<strong>2003</strong><br />
16/ 17<br />
Natrium gefüllt, um eine optimale Wärmeableitung<br />
zu erzielen. Die Verwendung<br />
von hochpräzis gefertigten Einzelteilen<br />
reduziert den mechanischen Bearbeitungsumfang,<br />
verglichen mit dem<br />
aus einem Schmiederohling hergestellten<br />
Ventil, um ca. ein Viertel.<br />
Das <strong>Stahl</strong>-Leichtbauventil erreicht eine<br />
Massenreduzierung von 30 bis 50 %<br />
gegenüber einem konventionellen Ventil.<br />
Die verringerte Masse führt auf<br />
Grund der hohen Beschleunigungen,<br />
denen ein Ventil beim Öffnen und<br />
Schließen ausgesetzt ist, zu einer deutlichen<br />
Reduzierung der im Zylinderkopf<br />
wirkenden Kräfte und dadurch zu einer<br />
Verringerung des Verschleißes aller<br />
bewegten Teile. Diese können somit<br />
ebenfalls mit geringeren Wanddicken<br />
Schaftende<br />
Schaft<br />
Natriumfüllung<br />
Kegel<br />
Teller<br />
oder kleineren Kontaktflächen dimensioniert<br />
werden, was zu einer weiteren<br />
Massenverringerung führt. Es ist damit<br />
möglich, leichtere Motoren mit geringerem<br />
Kraftstoffverbrauch oder mit<br />
höherer Leistung zu entwickeln, da die<br />
Drehzahl aufgrund der leichteren Ventile<br />
angehoben werden kann.<br />
Die Ergebnisse von Funktions- und<br />
Dauerlaufversuchen bei MAHLE und bei<br />
Automobilherstellern zeigen, dass das<br />
<strong>Stahl</strong>-Leichtbauventil alle Anforderungen<br />
erfüllt. Es kann künftigen<br />
Motorengenerationen weitere Leistungspotenziale<br />
erschließen.
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