Werkstoffe 29.08.2003, 18:26 Uhr

Aluminiummotor aus einem Guss

Aluminium. Bis 2005 wird das Leichtmetall mit 51 % Anteil die Nase vollends vorn haben gegenüber Grauguss.

Aluminium ist keine bloße „Alternative“ mehr, sondern wird immer mehr zum Standardwerkstoff. Das Marktforschungsunternehmen Marketing Systems in Essen, spezialisiert auf Prognosen und Beratungen für die Automobilindustrie, sieht das Leichtmetall in Westeuropa auf dem Vormarsch.
Vor zehn Jahren dominierte das mit Lamellengraphit legierte Gusseisen noch mit 70 % bei den Motorblöcken, verliert aber immer weiter an Marktanteilen. „Die Substitutionswelle hat inzwischen auch den Massenmarkt, d. h. die 4-Zylinder-Motoren, erreicht. Sie werden zunehmend ebenfalls aus Aluminium gefertigt, wie die Beispiele von BMW, DaimlerChrysler, Ford und Peugeot zeigen“, bestätigt Dr. Eduard Köhler, Leiter Produktentwicklung der KS Aluminium-Technologie AG (Atag) in Neckarsulm. Auslöser für diesen Trend ist das geringe Gewicht, das bei Motorblöcken aus Aluminium um 40 bis 55 % niedriger ausfällt als beim Grauguss.
Um große Serien der kleineren Reihenmotoren kostengünstig zu realisieren, wird verstärkt mit Graugussbuchsen gearbeitet, die in die Gießform eingelegt werden, weil manche Aluminiumlegierungen als Zylinderlauffläche nicht ausreichend verschleißfest und fresssicher sind. Atag selbst agiert seit längerem vor allem im Segment der großvolumigen Motoren der 8-, 10– und 12-Zylinder-Klassen und fertigt dort z. B. für VW und Audi, BMW, Jaguar und Porsche.
In diesem Premium-Bereich ab V-6-Motoren werden die Zylinderkurbelgehäuse (Motorblöcke) üblicherweise im Niederdruck-Kokillenguss gegossen. Hierfür hat man in Neckarsulm eine eigene übereutektische Legierung „Alusil“ entwickelt, die einen höheren Anteil an Silizium sowie kleinere Mengen an Kupfer und Magnesium enthält. Bei diesem Konzept werden aus der Schmelze Siliziumkörner primär ausgeschieden, die nach Freilegung an der Zylinderlauffläche das Traggerüst für Kolben und Kolbenringe bilden.
Die dadurch entstandene Werkstoffqualität macht auch einen Einsatz für direkteinspritzende Dieselaggregate möglich, wo erheblich höhere Zylinderdrücke herrschen. „Stand der Technik sind derzeit 170 bar, in den nächsten Jahren werden 200 bar erreicht werden“, so Fachmann Köhler. Prominentester Vertreter dieser Entwicklung ist der V-10-Motor von VW, der das Flaggschiff aus Wolfsburg, den Phaeton, antreibt. Hier sind die Zylinderbohrungen mit einer Plasmaspritzschicht bewehrt. Deshalb könne man eine optimierte untereutektische Aluminiumlegierung Verwenden. Durch Wärmebehandlung wird die erforderliche höhere Festigkeit des Werkstoffs erreicht.
Der Niederdruck-Kokillenguss wurde in den vergangenen Jahren in Neckarsulm konsequent ausgebaut – heute stehen 25 Gießzellen zur Verfügung, die weitgehend automatisiert und mit einem System zur Überwachung und Dokumentation des Prozesses ausgerüstet sind. Das ermöglicht eine deutliche Reduzierung der Taktzeiten.
Um den wachsenden Bedarf abzudecken, setzt Atag bei gebräuchlichen Legierungen zunehmend auf Fremdmetallbezug, wobei flüssige Legierungen über Entfernungen von bis zu 100 km in Fahrzeugen mit Warmhaltebehältern angeliefert werden.
Weiteren Auftrieb für die Gießer verheißt der Porsche Cayenne, mit dem die schwäbischen Autobauer ihre wirtschaftliche Rekordjagd fortsetzen wollen. Bei dem sportlichen Geländewagen stammen die Zylinderkurbelgehäuse des 4,5-l-Motors aus Neckarsulm und werden ebenfalls im Niederdruckguss hergestellt. Erstmals hat Atag hier auch die spanende Bearbeitung übernommen. Der fertige Block geht direkt in die Motorenmontage.
Der Cayenne ist damit ein Paradebeispiel für den Trend, das Tätigkeitsfeld der Zulieferer auszudehnen. „Wir begrüßen diese Entwicklung, weil unsere Wertschöpfung steigt“, freut sich Horst Binnig, Vorstandsmitglied der Atag. Das Unternehmen will künftig einige zehntausend Kurbelgehäuse pro Jahr in dieser kompletten „Veredelungsstufe“ fertigen und an die Automobilindustrie liefern. K. JOPP/Käm

 

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Ein Beitrag von:

  • Klaus Jopp

  • Siegfried Kämpfer

    Ressortleiter Produktion VDI nachrichten. Fachthemen: Produktionstechnik, Maschinenbau, Fabrikautomatisierung.

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