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KS optimiert Kolbenwerkstoffe

KS Kolbenschmidt will mit einer neuen Gießtechnologie und einer neuen Aluminiumlegierung das Gewicht von Ottokolben weiter reduzieren. Basis für den Innovationsansatz ist die vor zwei Jahren vorgestellte Hochleistungsaluminiumlegierung KS 309. Dies kündigte Dr. Gerd Kleinert, Vorstandsvorsitzender der Kolbenschmidt Pierburg AG anlässlich einer Vorschau auf die kommende IAA in Frankfurt am Mittwoch, 1. Juni 2011, an. Die Gieß- und Fließeigenschaften der Legierung sowie der Einsatz eines neuen, speziell entwickelten Gießverfahrens erlauben nach Aussagen von Kleinert, fertig gegossene innere Wandstärken von nur einem Millimeter Dicke umzusetzen. Das Verfahren soll außerdem bei der Weiterentwicklung des Kolben-Leichtbaukonzepts "Liteks" genutzt werden, um die Kastenwandstärke auf zwei Millimeter zu reduzieren. Diese Dicke ist aus Gründen der Bauteilsteifigkeit notwendig. Gegenüber dem Standarddesign soll sich so das Kolbengewicht um fast 30 Prozent senken lassen, ohne dass darunter die Lebensdauer leidet.

In einem weiteren Entwicklungsansatz soll die Hochtemperaturlegierung, die bislang nur für Ottokolben ausgelegt war, auch für Anwendungen in Dieselkolben angepasst werden. Dabei steht vor allem die Steigerung der thermischen Ermüdungsfestigkeit bei gleichzeitig verbesserter Schwingfestigkeit im Fokus. Erste Ergebnisse außermotorischer Prüfungen lassen bei einer Bauteilteiltemperatur von 300 Grad Celsius eine erhöhte Dauerschwingfestigkeit von fast zehn Prozent im Vergleich zu heutigen Serienentwicklungen erwarten. Die neue Legierung soll ab dem Jahresende in der Serienentwicklung im Pkw- und Nfz-Bereich eingesetzt werden.

Die Legierung aus der 3xxx-Aluminiumfamilie erzielt nach Unternehmensangaben eine um 20 bis 25 Prozent höhere Kolbenfestigkeit im relevanten Temperaturbereich von 200 bis 350 Grad Celsius. Sie ist das Ergebnis einer umfangreichen Werkstoffentwicklung, die in den hauseigenen Metallurgielabors in Zusammenarbeit mit den Kolbengießereien stattfand. Eingehende Grundlagenuntersuchungen, unter anderem mit der Simulation der während der Erstarrung entstehenden Phasen und Mikrostrukturen, dienten zunächst einer Eingrenzung möglicher Legierungskandidaten sowie der Suche nach einer gezielten Kombination von festigkeitssteigernden Legierungselementen. Die signifikante Steigerung der Festigkeit selbst wurde schließlich durch eine Kombination aus Mischkristallhärtung und intermetallischen nanoskaligen Ausscheidungen erzielt. Dabei finden unter anderem auch Übergangsmetalle Verwendung, weshalb bei Kolbenschmidt gerne auch von einer Mikrolegierung die Rede ist.
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