Fachartikel

Aluminium versus Gusseisen mit Lamellengrafit
von Stefan Riedel, Roman Viets und Bin Lao, Ingolstadt

In der Automobilbranche tritt die Werkstoffdiskussion „Aluminium versus Gusseisen mit Lamellengrafit (EN-GJL)" im Antriebsstrang aufgrund einer immer strikteren Abgasgesetzgebung sowie der Forderung nach konsequentem Leichtbau stärker in den Fokus der Entwicklung. Vor allem im Bereich des Motors, in dem das Zylinderkurbelgehäuse das schwerste Einzelbauteil darstellt, ist eine Substitution des Werkstoffes Gusseisen mit Lamellengrafit durch Aluminium auf dem Markt zu beobachten. Gleichzeitig zur Gewichtsreduktion steigen jedoch die thermomechanischen Anforderungen an die Werkstoffe aufgrund größerer Leistungsdichten sowie verschiedenster motorischer Maßnahmen zur Verringerung der Emissionen immens an.

Aluminium-Zylinderkurbelgehäuse (links) und Zylinderkurbelgehäuse aus Gusseisen mit Lamellengrafit (rechts).
Bild: Aluminium-Zylinderkurbelgehäuse (links) und Zylinderkurbelgehäuse aus Gusseisen mit Lamellengrafit (rechts). Foto: AUDI

Dieser Beitrag beleuchtet die Eignung der beiden genannten Werkstoffe für das Bauteil Zylinderkurbelgehäuse. Pro und kontra Bewertungen der Werkstoffgruppen dürfen dabei nicht aus Einzelfaktoren abgeleitet werden, sondern müssen produktspezifisch und gesamtheitlich mit dem Ziel der Standfestigkeit des Bauteils während der Laufzeit erfolgen. Zu Beginn der Konzeptentwicklung steht die Definition der Leistungsdichte und der Emissionsziele des Motors. Im Rahmen der Projektarbeit wurden weitere Anforderungen wie potenzielle Bauraumgegebenheiten im Fahrzeug, Marktvolumina und Wirtschaftlichkeitsziele festgelegt. Die thermomechanischen Anforderungen des Motorblocks lassen sich generell aus der Leistungsdichte ableiten. Diese alleine ergeben jedoch noch keine Werkstoffauswahl. Der bereits genannte Faktor Bauraum und das Gewicht sind ebenfalls mit zu berücksichtigen. Beide lassen aber keine eindeutige Präferenz der Werkstoffkonkurrenten Gusseisen mit Lamellengrafit und Aluminium zu, solange man Gesamtmotorgewichte, -maße und Emissionswerte gleichwertig betrachtet und nicht im Detail auf das Einzelbauteilgewicht fokussiert.

Die Eigenschaften des Rohteils wie die mechanischen Kennwerte, die Standfestigkeit oder die Bearbeitbarkeit des Rohteils in Großserie werden weiterhin massiv durch das Gießverfahren bestimmt. Neben der reinen Produkttechnik müssen also elementare Kundenbedürfnisse sowie die Prozesstechnik zur Serienfertigung bei der Entscheidung über das Material des Motorblocks beachtet werden. Entsprechende Fehlerrisiken, die aus dem Herstellprozess resultieren, müssen gemeinsam mit spezifischen Funktionsrisiken betrachtet werden. Zudem gilt es, wirtschaftliche Aspekte zu berücksichtigen. Vom Rohteillieferanten, über das Motorenwerk bis hin zum Endkunden entstehen entlang der Fertigungskette für beide Werkstoffe unterschiedliche Kosten, die in Einklang mit den prognostizierten Stückzahlen gebracht werden müssen. Neben den Material- und Entwicklungskosten wird die Wirtschaftlichkeit nicht zuletzt durch das gewählte Gießverfahren bestimmt.

Dr.-Ing. Stefan Riedel, Dr.-Ing. Roman Viets und Dr.-Ing. Bin Lao, AUDI AG Ingolstadt


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pdf-Datei aus "GIESSEREI" Heft 8/2015 Seiten 40-47
© Giesserei-Verlag GmbH Düsseldorf
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