Monoblock-Kolben von KSPG
KSPG
KSPG arbeitet an Stahlkolben für Nutzfahrzeuge, die gegenüber Aluminiumkolben keinerlei Gewichtsnachteil mehr aufweisen: Wie der international tätige Automobilzulieferer bei einer Pressekonferenz am 25. Juni in Neckarsulm erklärte, peilt er mit der nächsten Generationen von Stahlkolben ein Gewicht von rund 3600 g an, was auf dem Niveau heutiger Aluminiumkolben liegt.
Ausgangsbasis der Weiterentwicklung bildet der aktuell eingesetzte "Monoblock"-Stahlkolben, der noch 4070 g auf die Waage bringt. Zur effektiven Absenkung der Bauteiltemperaturen besitzen Monoblock-Kolben neben dem üblichen ringförmigen Außenkühlkanal, der über eine am Kurbelgehäuse fest installierte Düse mit Öl gefüllt wird, einen Innenkühlraum. Dieser wird über Transferbohrungen vom Außenkühlkanal mit Öl versorgt.
Das Öl nimmt Wärme über die Kühlraumwand auf und transportiert sie beim Verlassen des Hohlraums ab. Lage und Form sowie Kühlölmenge, Transport des Öls innerhalb des Kühlkanalsystems und Größe der Zutritts und Austrittsquerschnitte beeinflussen das Temperaturfeld maßgeblich. Die hohe Kühleffizienz des Monoblock-Stahlkolbens erlaubt es, die erforderliche Kühlölmenge zukünftig weiter zu reduzieren, wie KSPG erklärt. Dies eröffne die Möglichkeit, kleinere Kühlölpumpen einzusetzen und somit den Kraftstoffverbrauch zu reduzieren.
"Steelteks"-Stahlkolben für Nfz-Motoren
Darüber hinaus bietet KSPG für Nutzfahrzeugmotoren "Steelteks"-Stahlkolben an. Diese Konstruktion entspricht laut Unternehmen dem Trend zu kleinen Kompressionshöhen, der immer stärker auch bei Stahlkolben für kleinere Zylinderdurchmesser im Light- und Medium-Duty-Segment von Nutzfahrzeugen sowie Personenkraftwagen zu beobachten ist. Mittlerweile wurde die zweite Generation mit zwei Leitkunden ausführlich erprobt, so KSPG. Bei der Überarbeitung des Konzepts wurde vor allem auf optimale Prozesstechnik geachtet. Parallel wird bereits an der Verwirklichung der dritten Generation gearbeitet. Schwerpunkt dieser dritten Generation sind neue, verbesserte Umformverfahren. Ziel ist, das volle Potenzial dieser Kolbenkonstruktion auszuschöpfen.
Kolbengestaltung für individuelle Anwendungsschwerpunkte
Bei der Weiterentwicklung der jüngsten Stahlkolbengenerationen setzt KSPG moderne Entwicklungswerkzeuge ein. Sie ermöglichen eine Kolbengestaltung für individuelle Anwendungsschwerpunkte. Sowohl Temperaturmessungen als auch numerische Simulationen der Kolbenkühlung mithilfe von CFD zeigen laut KSPG, dass bei Nenndrehzahl eine Volumenstromreduktion von 30 Prozent eine mittlere Temperaturzunahme am Muldenrand von nur wenigen Kelvin verursacht. Die Grenze der Volumenstromreduktion stellt die Ölerwärmung im Innenkühlraum dar. Bei immer geringer werdenden Öldüsenvolumenströmen steigt die Öltemperatur derart stark an, dass Ölverkokungen auftreten können. Diesem Effekt kann durch eine Erhöhung der anteiligen Ölmenge (Füllungsgrad) und des anteiligen Ölvolumenstroms (Fangmenge) des Innenkühlraums entgegengewirkt werden. Shakertests an einem speziellen Prüfstand sowie CFD-Berechnungen zeigen, durch welche Konstruktionsmaßnahmen die Ölmengen in den unterschiedlichen Kühlräumen beeinflusset werden können, so KSPG. Eine gegebenenfalls erforderliche weitere Absenkung der Kolbentemperatur kann bei beiden Stahlkolben-Konstruktionsvarianten durch eine Reduktion der Wandstärke zwischen Kühlvolumina und Mulde sowie durch eine weitere Erhöhung des Fanggrads erzielt werden.
Im Jahr 2014 wird KSPG voraussichtlich eine Million Stahlkolben für Nutzfahrzeuge fertigen. Für 2015/2016 rechnet der Zulieferer mit einer Erhöhung auf etwa 1,3 Millionen Einheiten jährlich.