Heft 3/4 - Verein österreichischer Gießereifachleute

GIESSEREI-RUNDSCHAU 60 (2013) HEFT 3/4Entsprechend dieser Zusammenhänge wurden dieSchlüsseltechnologien für den neuen Motor ausgewählt:• 2-stufige Aufladung im nahezu gesamten Motorkennfeldfür höchste Ladedrücke• Indirekte Ladeluftkühlung mit Zwischenkühlung zwischenNieder- und Hochdruckstufe• Druckgesteigertes Common Rail-Einspritzsystem• Triebwerksauslegung für erhöhte maximale Zylinderdrücke3. Grundmotor und konstruktive LösungKurbelgehäuseDas Triebwerk des neuen BMW 6-Zylinder TwinPowerTurbo-Dieselmotors basiert auf dem bekannten 2.0 l/3.0 lBMW Baukasten mit einem einheitlichen Zylindervolumenvon 499 cm 3 [5]. Der Hub von 90 mm, die Bohrungvon 84 mm und der Zylinderabstand von 91 mm sindidentisch [6], wodurch eine Integration in den existierendenBMW Fertigungsverbund mit minimalem Aufwanddarstellbar ist.3.1 ZylinderkurbelgehäuseBei der Gestaltung des Zylinderkurbelgehäuses musstenfolgende Zielkonflikte gelöst werden:• Darstellung in Voll-Aluminium-Bauweise bei Zünddruckvon 200 bar• Integration in Fertigungsverbund mit vorgegebenenHauptabmessungen• Übernahme der Anbauteile vom 6-Zylinder BasismotorUm das Voll-Aluminium-Zylinderkurbelgehäuse unterden o.a. Randbedingungen zu ertüchtigen, wurde eineKombination aus Werkstoff- und Gestaltungsmaßnahmenumgesetzt. Analog zum BMW Basis 6-Zylindermotor wirdals Werkstoff AlSi7MgCu0,5 mit einer T6 Wärmebehandlungverwendet. Der Wärmebehandlung ist ein sogenannter„HIP-Prozess“ (HIP = Heiß-isostatisches-Pressen) vorgeschaltet.Dadurch kann die Bauteilfestigkeit um durchschnittlich12% gesteigert werden. Zusätzlich mussten dieVorspannkräfte der Zylinderkopf- und Hauptlagerschraubenerhöht werden. Um einen optimalen Kraftfluss zu erhaltenund weil eine Direktverschraubung im Aluminiumwerkstoffnicht mehr möglich war, wurde ein Schraubverbundmit einem im Al-Kurbelgehäuse eingepresstenZugankerbolzen aus Stahl entwickelt (siehe Bild 3).Für die Zylinderlaufbahn wurde die thermisch gefügteGG-Buchse mit 1 mm Wandstärkeübernommen. Um denStegbereich thermisch stabilzu halten bzw. eine ausreichendeWärmeabfuhr zu gewährleisten,wurde im Vergleichzum Basismotor einezweite Steg-Kühlungsbohrungeingebracht. Als festigkeitsoptimaleLösung wird die obereKühlungsbohrung mit geringeremDurchmesser ausgeführt.Diese konstruktive Lösungführt natürlich auch zu einergesteigerten Anforderung andie Dichtheit und damit andas Gefüge. Die Stegtemperaturenauf der Brennraumfläche80Bild 3: Zylinderkurbelgehäuse mit Zugankerkonzept [5].können damit um bis zu 27°C reduziert werden. Ausführungund Temperaturverteilung sind in Bild 4 dargestellt.4. Gießtechnik für Kurbelgehäuse4.1 Aluminium-Kurbelgehäuse der 1. GenerationIm Gegensatz zum Zylinderkopf, bei dem sich der Bereichschneller Erstarrung mit dem Bereich hoher Belastungim Brennraum beim Schwerkraftguss normalerweisedeckt, sind der funktionsorientierte Ansatz „Maximierungder Lagerstuhlfestigkeit“ und der prozessorientierteAnsatz „Anschnitt in den dicken Lagerstuhlbereichen“diametral gegenläufig. Beim in 2005 eingeführten Sechszylinder-DieselZylinderkurbelgehäuse im Kokillengusshat die Leichtmetallgießerei den Anschnitt an die wenigerbelastete Ölwanne („Schürzenanguss“) verlegt, die Erstarrungsrichtung(Niederdruckerstarrung) von oben nachunten aber beibehalten. Für das deutlich höher belasteteV8-Bauteil wurde bereits in 2004 die Erstarrungsrichtungumgedreht und das Gießverfahren „Niederdruckbefüllungmit Schwerkrafterstarrung“ eingesetzt. Die Umsetzungdieser Innovation im Kleinserien-Sandgussverfahren(wegen der deutlich geringeren Stückzahlen des V8-Diesels) war werkzeug- und anlagentechnisch leichtermöglich. Die Gewichtsentwicklung durch die Substitu -tion GG auf Aluminium ist in Bild 5 dargestellt [3].Bild 4: Vergleich Stegbohrung Basis- zu neuem TwinPower Turbo-Dieselmotor [5].