Fachartikel

Untersuchungen zum Schwerkraftkokillengießen von Aluminium-Zylinderkurbelgehäusen
von Marc Braunhardt, Wolfsburg, Rüdiger Bähr, Magdeburg, Klaus Eigenfeld, Freiberg, und Ingo Niedick, Wolfsburg

Aufgrund der Verknappung und der damit verbundenen Preissteigerung fossiler Energieträger, aber auch infolge verschärfter Umwelt- und Emissionsauflagen, hat in jüngster Vergangenheit ein verstärktes Umdenken in Bezug auf die Entwicklung verbrauchsärmerer und kleinvolumigerer Motoren eingesetzt. Durch Aufladung, Direkteinspritzung und andere technische Entwicklungen sind diese Motoren heutzutage imstande, bei wesentlich geringeren Verbrauchswerten das gleiche Leitungsvermögen wie ihre großvolumigen Vorgänger abzurufen und lassen somit keine Einbußen im Hinblick auf Fahrkomfort und Fahrspaß erkennen.

Verlorenes Kernpaket in einer Kokille für ein Aluminium-Zylinderkurbelgehäuse.
Bild: Verlorenes Kernpaket in einer Kokille für ein Aluminium-Zylinderkurbelgehäuse. Foto: VW AG

In der Fachwelt ist diese Tendenz unter dem Begriff Downsizing bekannt. Solche Downsizing-Konzepte sind jedoch mit einer sehr hohen Leistungsdichte und erheblichen Vebrennungsdrücken, welche wiederum extrem hohe Bauteilbelastungen – speziell an den Zylinderköpfen und Zylinderkurbelgehäusen – zur Folge haben, verbunden. Als weitere Entwicklung ist eine Zunahme von Bauelementen und Aggregaten zur Hybridisierung oder Erhöhung des Fahrkomforts und der Fahrsicherheit zu verzeichnen. Für die Aufnahme dieser Belastungen und Reduzierung der Fahrzeugmasse bedarf es einer umfassenden Neuentwicklung der Komponenten und Baugruppen.

Die Automobilindustrie setzt vermehrt auf den Werkstoff Aluminium und versucht, große Bauteile oder auch Schweißkonstruktionen mittels intelligenter, innovativer Gießverfahren im Leichtbau abzubilden. Eine der größten Gewichtseinsparungen ist durch die Einführung von Zylinderkurbelgehäusen (ZKG) aus Aluminium-Silicium-Legierungen realisierbar.

Im Artikel sind die notwendigen Schritte für die Prozess- und Produktentwicklung prinzipiell aufgezeigt. Für eine prozesssichere und wirtschaftliche Fertigung sind wichtige Randbedingungen zu beachten und aufeinander abzustimmen. So beeinflussen sich Gießlage und Rohteilgestaltung stark. Daneben ist die Werkzeugauslegung für die Erreichung der mechanischen Eigenschaften und die Taktzeit verantwortlich. Auch die Laufflächentechnologie entscheidet maßgeblich über die Wirtschaftlichkeit und Produkttauglichkeit. In Summe zeigt das Schwerkraftkokillengießen besondere Vorteile gegenüber den bestehenden Verfahren und wird zukünftig sicherlich als alternatives Fertigungsverfahren an Bedeutung gewinnen.

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


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