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TECHNOLOGIE & TRENDS 200 m Optimale Legierungsschicht: homogene Verteilung der Siliciumprimärausscheidung Flächenanteil der Si- Ausscheidung bei ca. 20 bis 30 % Zusammenfassung Bei zukünftigen Motorengenerationen wird aufgrund strengerer Umweltanforderungen sowie der Forderungen nach sinkendem Kraftstoffverbrauch und Fahrzeuggewicht die Nutzung von Aluminium als Zylinderkurbelgehäusewerkstoff weiter zunehmen. Auch die Auswahl der Herstellungsverfahren wird dahingehend weiter 38 GIESSEREI 99 05/2012 Fehler: Riss in der Legierungsschicht Mögliche Ursache: erhöhter Anteil an Siliciumprimärausscheidungen Bild 11: Prozessfehler beim Laserlegieren. Dendritenarmabstand in µm Rohmaß 1,9 mm 4,6 mm Fehler: Legierungsschicht besteht aus fast reinem Eutektikum Mögliche Ursache: Prozessfehler beim Laserlegieren 8,29 mm Fehler: Prozessporen Mögliche Ursache: gelöster Wasserstoff im Gefüge erhöhte Laserleistung zu geringer Vorschub hohe Luftfeuchtigkeit beim Legieren feuchtes Siliciumpulver Fertigmaß Bearbeitung Zylinder 1 Zylindersteg Bild 12: Verteilung des Dendritenarmabstandes im Zylindersteg. eingeschränkt, dass ein Gießen von Bauteilen mit hoher Funktionsintegration gewünscht und eine Umsetzung der Closed- Deck-Bauweise zwingend erforderlich ist. Für eine wirtschaftliche Fertigung qualitativ hochwertiger, komplexer Zylinderkurbelgehäuse gilt es, Prozess- und Produktentwicklung sehr früh zusammenzuführen. Besonders die richtige Wahl der Bauteillage und der entsprechenden speisungsge- Fehler: Riss in der Legierungsschicht Mögliche Ursache: Lunker und Poren im Grundwerkstoff Zylinder 2 rechten Konstruktion des Rohteils hat einen wesentlichen Einfluss auf die erreichbaren Eigenschaften und Abgussqualitäten. Die Rohteilkonstruktion bestimmt somit maßgeblich die Wirtschaftlichkeit der späteren Produktion mit. Die Bewertungsmatrix zur Gießlagenbewertung hilft dem Bauteilkonstrukteur, Speisungswege zu bewerten und das Rohteil gießtechnisch zu optimieren.
Bei der im Rahmen der hier vorgestellten Arbeit durchgeführten Werkzeugauslegung für schwerkraftgegossene Zylinderkurbelgehäuse war auf die Anforderungen der Funktionsbereiche im Zylinderkurbelgehäuse einzugehen. Insbesondere betraf dies den Lagerstuhl und die Zylinderlaufflächen. Eine intensive Kühlung für gute mechanische Eigenschaften und Porenfreiheit im Zylinderrohr gilt es vorzusehen. Durch Poren und Lunker im Gussgefüge kann es zu einer Beschädigung der Laufflächentechnologie kommen. Die detaillierten Anforderungen sind in der hier beschriebenen Arbeit [14] für den Gießprozess definiert. Um eine Akzeptanz des Schwerkraftgießens für Zylinderkurbelgehäuse in der Bauteilentwicklung zu finden, ist ein Wissenstransfer aus dem Gießprozess in den Entwicklungsprozess hilfreich. Dies kann zum einen über die Bewertungsmatrix, zum anderen über CAE-Methoden erfolgen. Hierbei kann die Gießsimulation eine Abschätzung der Gussqualität und der Eigenspannungsverteilung ermöglichen und damit den Wissenstransfer fördern. Die mit Hilfe der Versuchskokille ermittelten Übertragungsfunktionen liefern eine lokale Verteilung der mechanischen Eigenschaften und können auf die Berechnungsnetze der Bauteilentwicklung übertragen werden. Damit können Zylinderkur- belgehäuse genauer und differenzierter ausgelegt werden, und eine Über- und Unterdimensionierung ist somit vermeidbar. Sind alle Randbedingungen der Prozess- und Produktentwicklung erfolgreich umgesetzt, ist ein Vergleich der Verfahren sinnvoll. Hinsichtlich mechanischer Eigenschaften, der Porenfreiheit und der Kosten zeigt das dynamische Schwerkraftgießen in Kokille Vorteile gegenüber den bislang eingesetzten Niederdruck- und Druckgießverfahren. Bezogen auf die Fertigungskosten ist ein Umstieg auf das statische Schwerkraftgießen in Kokille anzustreben, allerdings ist hier häufig mit Einbußen in der Qualität zu rechnen. Das Schwerkraftgießen in Kokillen wird aus wirtschaftlichen, technischen und qualitativen Gründen als zukünftige Gießtechnologie Anwendung in der Serienproduktion von Zylinderkurbelgehäusen in Aluminium finden! Dr.-Ing. Marc Braunhardt, Volkswagen Aktiengesellschaft, Wolfsburg, Prof. Dr. Rüdiger Bähr, Institut für Fertigungstechnik und Qualitätssicherung, Otto-von-Guericke Universität Magdeburg, Magdeburg, Prof. Dr.-Ing. Klaus Eigenfeld, TU Bergakademie Freiberg, Freiberg, Dr.-Ing. Ingo Niedick, Volkswagen Aktiengesellschaft, Wolfsburg IBB_174x85mm_VC141 13.12.2007 14:37 Uhr Seite 1 Literatur: [1] Giesserei-Praxis 51 (2000) Nr. 5, S. 203– 207. [2] Giesserei-Praxis 60 (2009) Nr. 5, S. 163-170. [3] Giesserei Praxis 61 (2010) Nr. 1/2, S. 26-31. [4] Giesserei 97 (2010) Nr. 8, S. 34-37. [5] ADAC Motorwelt (2009) Nr. 12, S. 26. [6] Gravigny, F.: Polk View: The state of the U.S. hybrid sector. R. L. Polk & Co., Southfield, Mi, USA, 2009. [7] Zewatsky, M.: Polk View: Asia pacific region propels growth of hybrid market. R. L. Polk & Co., Southfield, Mi, USA, 2010. [8] Automobil Revue (2002) Nr. 37, S. 22. [9] Niehues, J.: Leichtbau mit Motorblöcken aus Aluminium. Bericht: KS Aluminium Technologie, 2008. http://lbsneu.schule-bw.de/. [10] ATZ-extra in Werkstoffe Eisen (2007), S. 976-980. [11] Giesserei 92 (2005) Nr. 1, S. 22-29. [12] Giesserei-Praxis (2003) Nr. 9, S. 378-387. [13] Bähr, R.; Braunhardt, M.; Scharf, S.: Gießtechnische Untersuchungen zur Serienüberführung eines Zylinderkurbelgehäuses der neuesten Generation. Magdeburger Maschinenbautage, 2009. Tagungsband S. 1-10. [14] Braunhardt, M.: Untersuchungen zum Schwerkraftkokillengießen von Aluminium-Zylinderkurbelgehäusen. Dissertation, Otto-von- Guericke-Universität Magdeburg, 2012. GIESSEREI 99 05/2012 39
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