✍ Scribed by Klaus Vollrath
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Im Bereich PKW-Motoren konnten Aluminium-Motorblo ¨cke in den letzten Jahren kontinuierlich Marktanteile hinzugewinnen. Drastisch steigende Leistungsanforderungen sowie verscha ¨rfte Umweltschutzbestimmungen fu ¨hren jedoch zu einem enormen Anstieg der Belastungen. Die bisher eingesetzten Werkstoffe stoßen dadurch an ihre Leistungsgrenzen. Kommt eine Renaissance der Eisenlegierungen? "Beim Benzinmotor hat sich in den vergangenen 80 Jahren die Leistungsdichte mehr als versechsfacht", sagte Dipl.-Ing. Wolfgang Hatz, Leiter Entwicklung Aggregate der Audi AG. Bei den modernen turboaufgeladenen Motoren na ¨here man sich sogar dem Zehnfachen an spezifischer Leistung. Dieser Trend hat sich insbesondere in den letzten 15 Jahren stark beschleunigt. Ku ¨nftige Motorgenerationen sollen bei weiter abgesenktem Kraftstoffverbrauch und Emissionsausstoß noch mehr Leistung und Drehmoment bieten. Dies fu ¨hrt zu deutlichen Steigerungen der Motorbelastung. "Der U ¨bergang zu direkteinspritzenden Ottomotoren mit vollvariablen Ventiltrieben und drosselfreier Laststeuerung kann Verbrauchsminderungen von 10-18 % ermo ¨glichen", erla ¨uterte Prof. Dr.-Ing. Stefan Pischinger von der FEV Motorentechnik GmbH in Aachen. Bei allen Motortypen seien in den na ¨chsten Jahren weitere deutliche Steigerungen der spezifischen Leistungen zu erwarten. Damit einher geht vor allem beim Dieselmotor ein Anstieg der Zu ¨nddru ¨cke auf 180 bar und daru ¨ber hinaus, nicht zuletzt auch aufgrund der weiter verscha ¨rften Anforderungen an die Emissionsminderung. Kritische Punkte beim Zylinderkopf... "Bereits heute sind bei vielen Motoren die maximal mo ¨glichen Werkstoffbelastungen erreicht", sagte Prof. Pischinger. Bei Zylinderko ¨pfen -hierfu ¨r wird heute im PKW-Segment fast ausschließlich Aluminium eingesetzt -komme es aufgrund der gleichzeitigen thermischen und mechanischen Belastungen zu Scha ¨den sowohl aufgrund der Dauerschwingbelastung (High Cycle Fatigue, HCF) bei Betriebtemperatur als auch zur Verschlechterung der Werkstoffeigenschaften aufgrund von thermischer Ermu ¨dung (Low Cycle Fatigue, LCF). "Bei Zylinderko ¨pfen aus Aluminiumlegierungen sind Temperaturen oberhalb von 230 C als kritisch fu ¨r die Dauerfestigkeit zu betrachten" verriet Dr. Dieter Neyer von der PKW-Dieselentwicklung der Volkswagen AG in Wolfsburg. "Der zentrale Bereich des Zylinderkopfs in Brennraumna ¨he sowie insbesondere alle Stege zwischen den Auslasskana ¨len sind in einer Spanne zwischen 180-220 C und daru ¨ber hinaus temperaturbelastet", erla ¨uterte auch Dr.-Ing. Heinrich Fuchs, Vorstand der Fa. Honsel GmbH & Co. KG in Meschede. In diesem Bereich durchlaufen die u ¨blicherweise eingesetzten warmausgeha ¨rteten Gusslegierungen einen deutlichen Alterungsprozess. Durch Abnahme von Streckgrenze und Ha ¨rte ko ¨nnten sich in diesen Zonen dann Probleme mit der Dauerfestigkeit ergeben.
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