Premium Aluminium-Zylinderköpfe & Automobilteile – Individuelle Fertigung

Heute ist Aluminium eines der am häufigsten verwendeten Metalle in vielen Branchen, einschließlich Automobil- und Luftfahrtindustrie, und wird oft wegen seines geringen Gewichts eingesetzt. Tatsächlich verwendeten die Brüder Wright 1903 einen Aluminium-Motorblock im Wright Flyer aus diesem spezifischen Grund. Zu dieser Zeit war Gusseisen das am weitesten verbreitete Material für Motorblöcke – Aluminium wurde selten verwendet.

In den 1960er Jahren kippten strenge Umweltvorschriften zur Eindämmung von Kohlenstoffemissionen und Kraftstoffverbrauch die Waage zugunsten von Aluminium. Da es leichter als Eisen ist, verbrennen Motoren aus Aluminium weniger Kraftstoff und haben geringere Kohlenstoffemissionen. Jetzt dominieren Aluminiummotoren, insbesondere maßgefertigte Aluminium-Zylinderköpfe, den Markt.

In diesem Artikel diskutieren wir die Vorteile maßgefertigter Aluminium-Zylinderköpfe und die Vorteile von Aluminium als primärem Material für andere in Automobilen verwendete Teile.

Vorteile maßgefertigter Aluminium-Zylinderköpfe

Aluminiumlegierungen eignen sich am besten für hochbeanspruchte Motor-Zylinderköpfe aufgrund ihrer geringen Dichte und ausgezeichneten thermischen Leitfähigkeit im kritischen Temperaturbereich von 250–300 °C (482–572 °F). Diese Kombination ermöglicht es Aluminium-Zylinderköpfen, die durch Verbrennung erzeugte Wärme schneller abzugeben als Gusseisen-Pendants.

Aluminium kann auch bei der Verwendung in Ventilbrücken- und Wassermantelkomponenten eines Zylinderkopfs vorteilhaft sein. Eine Ventilbrücke erlaubt es einem einzelnen Kipphebel, mehrere Ventile zu betätigen, während Wassermäntel wassergefüllte Gehäuse sind, die Geräte im Motor umgeben, die Kühlung benötigen. Die Ventilbrücke erfährt während Volllastbetrieb extreme Temperaturen von mehr als 300 °C (572 °F) und neigt dazu, sich zusammenzuziehen, wenn der Motor abkühlt, was zu Niedrigzyklusermüdung (LCF) führt. Gleichzeitig ist die Wassermantelseite des Kopfs Hochzyklusermüdung (HCF) ausgesetzt, wenn sie Millionen von Verbrennungszyklen durchläuft. Infolgedessen entwickeln sich Risse um den Wassermantel. Dieser Riss kann zu einem vollständigen Bauteilversagen führen.

Aluminium löst beide Probleme mühelos. Seine Hochtemperaturfestigkeit bietet ausgezeichnete LCF-Beständigkeit, und es zeigt hervorragende Kriechfestigkeit gegen Risse im Ventilbrückenbereich. Die HCF-Beständigkeit von Aluminium hängt jedoch ausschließlich von der Mikrostruktur, Porosität und Oberflächenqualität des verwendeten Aluminiums ab.

Aluminium hat eine gute thermische Leitfähigkeit von 118 BTU/(hr·ft·°F) im Vergleich zu 17 BTU/(hr·ft·°F) für Stahl, weshalb Zylinderköpfe aus Aluminium zu langer Motorlebensdauer beitragen. Die Zylinderköpfe absorbieren Wärme vom Motor und dem Öl während der Verbrennungszyklen und helfen Ihrem Motor, mit einem effizienten Kühler in Aktion abzukühlen.

Einige der beliebtesten Turbodiesel-PKW-Motoren mit Aluminium als Kopf- und Blockmaterial sind folgende:

• BMW 2.0 Turbodiesel
• Honda 2.2 i-CDTi
• Volkswagen 2.5 TDI
• Mazda 1.5 Skyactiv Diesel
• Dodge 426 Hemi

Der neue 426 Hemi V-8 Aluminiummotor liefert 590 PS und ist 45 kg (100 lbs) leichter als die 392 Gusseisenmodelle.

In diesem Zusammenhang erreichen Zylinderköpfe aus A356, 319 und A357 Aluminiumlegierungen höhere Kriechfestigkeit und reduzierte mechanische Ermüdung durch die Zugabe von Dispersoid-Bildnern. Diese Legierungen erhalten eine T4, T5, T6 oder T7 Wärmebehandlung, um höhere Zugfestigkeit zu erreichen.

6061 Aluminium ist jedoch noch stärker, mit einer Zugfestigkeit von mindestens 290 MPa (42.000 psi). Es wird nur für Motorblöcke höchster Stufe verwendet, die im extremen Motorsport eingesetzt werden.

Aluminium für andere Automobilanwendungen

Aluminium wird nicht nur in maßgefertigten Zylinderköpfen verwendet – es hat auch Vorteile für andere Automobilanwendungen, wie im Crash-Management, Eichhörnchenkäfigrotoren und elektrische Geräte, wie unten beschrieben.

Strukturelle Anwendungen

Abgesehen von maßgefertigten Aluminium-Zylinderköpfen betrachtet die Automobilindustrie Aluminiumlegierungen für Hochstreckgrenzen-Anwendungen und Crash-Management. Hochdruck-Vakuum-Druckguss (HPVDC) Aluminiumlegierungen bieten die Gussdesignflexibilität, um dünne, leichte Strukturen mit weniger Montageschritten herzustellen.

Gängige strukturelle Anwendungen von Aluminium umfassen:

• Stoßdämpfertürme.
• Stoßstangenplatten.
• Spaceframes.
• Schwingungsdämpfer.
• Motorlager.
• Drehmomentkästen.

Diese Strukturen schneiden bei Crashworthiness-Leistungsparametern hoch ab und zeigen ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit ohne sekundäre Beschichtung.

Eichhörnchenkäfigrotoren

Aufgrund ihrer hohen elektrischen Leitfähigkeit und Kriechbeständigkeit werden Aluminiumlegierungen bevorzugt, um Eichhörnchenkäfigrotoren in Eichhörnchenkäfig-Asynchronmotoren zu konstruieren. Es ist jedoch oft eine Herausforderung, ein Gleichgewicht zwischen Leitfähigkeit und Gießbarkeit mit Aluminiumlegierungen zu finden. Die Reinheit von Aluminium ist direkt proportional zu seiner elektrischen Leitfähigkeit und indirekt proportional zu seiner Gießbarkeit.

Die Zusammenarbeit mit einem lokalen Metalllieferanten mit metallurgischem Know-how zur Beschaffung von Aluminiumlegierungen mit enger Zusammensetzungskontrolle kann helfen, maximale Gießbarkeit und hohe elektrische Leitfähigkeit auf jeder Stufe zu garantieren, sodass Sie gegossene Aluminiumrotoren erstellen können, die 30 % leichter sind, aber dennoch ca. 60 % der Leitfähigkeit eines äquivalenten Kupfers bieten.

Elektrische Geräte

Die 6000er-Serien-Aluminiumlegierungen, bekannt für ihre hohe Leitfähigkeit und Kriechbeständigkeit, werden für die Herstellung von Leiterkabeln verwendet. Obwohl diese Kabel oft aus Kupfer hergestellt werden, ist Aluminium aufgrund seines reduzierten Gewichts-Leistungs-Verhältnisses die bessere Option. Es ist sogar möglich, Drähte auf 0,2 mm Durchmesser mit bestimmten Legierungsformulierungen zu ziehen.

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