Fahrzeuggewicht reduziert - Liteks-Ottokolben und Strukturbauteile steigern die Effizienz

Komfort- und Sicherheitsfeatures haben in den letzten Jahren das durchschnittliche Fahrzeuggewicht erhöht, Hybridisierung und schwere Batterien bei der Elektrifizierung tun ein Übriges dazu. KS Kolbenschmidt hat in den letzten Jahren das sogenannte Liteks-Kolbendesign für besonders leichte und widerstandsfähige Kolben weiter entwickelt. Die neueste, vierte Produktgeneration ist gegenüber ihren Vorgängergenerationen nochmals um etwa zehn Prozent leichter geworden. Die deutsche Schwestergesellschaft des Unternehmens, KS HUAYU AluTech GmbH, stellt gleichzeitig Strukturbauteile aus Aluminium für besonders gewichtsarme Fahrzeugkomponenten her.

Der neue Liteks-Kolben ist nicht nur ein Beitrag zum automobilen Thema "Leichtbau", er ist auch reibungsoptimiert und sorgt damit für weniger Verbrauch und Emissionen. Der Zulieferer bietet das neue Kolbendesign als High-Performance-Lösung auch in Verbindung mit Ringträger und Kühlkanal an - geeignet für hoch aufgeladene Ottomotoren im oberen Leistungsbereich. Innerhalb der Entwicklungsarbeit verdankt der Kolben sein grundsätzlich geringeres Gewicht der Kolbenlegierung KS 309 und der konsequenten Adaption des Designs auf die daraus resultierenden materialspezifischen Vorteile. Hierdurch konnte die Wandstärke des Kolbenbodens bis zu 30 Prozent reduziert werden. Die stärkeren Hinterschnitte in den Gewichtstaschen des Ringfeldes ermöglichen nicht zuletzt eine optimierte Gießwerkzeugtechnologie.

Nachdem in der Vergangenheit erfolgreich zunächst die Liteks-Grundkonstruktion entwickelt wurde, konnten jetzt durch eine neu gestaltete Schaftabstützung eine homogenere Spannungsverteilung innerhalb des Kolben erzielt und noch größere Ringfeldhinterschnitte vorgenommen werden. Das Gewicht der vierten Generation hat sich nochmals deutlich reduziert, hält aber gleichzeitig den Anforderungen moderner Motoren mit höchsten thermischen und mechanischen Belastungen stand. Die Kolbenauslegung orientiert sich an den Erfordernissen im Motorbetrieb aktueller Modelle. Vor allem bei modernen Direkteinspritzern und Multi-Turbo-Lösungen sind die Vorteile des neuen Liteks zu erkennen: Die gewölbte Nabe in Verbindung mit der neu gestalteten Schaftanbindung ermöglicht es, durch die daraus entstehende harmonisch angebundene Bodenabstützung, Spannungen in der Brennraummulde bei hoch aufgeladenen Direkteinspritzer-Anwendungen zu minimieren.

Starke Partnerschaft für Kolbenringe

Für den oberen Leistungsbereich gibt es den neuen Liteks-Kolben auch in Verbindung mit Ringträger und Kühlkanal. Führend in der Kolbenringtechnologie ist die japanische Riken Corporation, mit der KS Kolbenschmidt erst im September ein Joint Venture zur gemeinsamen Produktion von Kolbenringen in der chinesischen Provinz Hubei gegründet hat. Hierzu wurde eine entsprechende Shareholder-Vereinbarung unterzeichnet. Danach übernimmt KS Kolbenschmidt 30 Prozent der Anteile an der Riken Automobile Parts (Wuhan) Co. Ltd. Die beiden in den Bereichen Kolben- und Kolbenring­technologie marktführenden Unternehmen stärken damit ihre weltweite Zusammenarbeit. Die Vereinbarung erfolgte unter dem Vorbehalt der Zustimmung der zuständigen Behörden.

Bereits im April 2015 hatten die beiden Partner eine Vereinbarung über die gemeinsame Entwicklung und den Vertrieb von Kolbensystemen für Leicht- und Schwerlastmotoren für Automobil- sowie für Industrieanwendungen geschlossen.

Strukturbauteile als Beitrag zum Leichtbau

Wie KS Kolbenschmidt gehört auch die deutsche KS HUAYU AluTech GmbH zur KSPG Gruppe. Der Zulieferer - ein deutsch-chinesisches Joint Venture mit Sitz in Neckarsulm, Deutschland - hat in den letzten Jahren mit der Fertigung von Aluminium-Gussteilen für Fahrwerk und Karosserie sein Produktportfolio konsequent erweitert.

Für Aluminium-Druckgussteile wurden bereits drei Serienaufträge fest gebucht; sie werden in Werken in Deutschland und China gefertigt. In China werden zusätzlich drei Baureihen eines deutschen Herstellers produziert; dasselbe Bauteil ist bereits ab Mitte 2015 auch für eine in Deutschland gefertigte Baureihe in Serie. Zwei weitere Aluminium-Druckgussteile hat ein amerikanischer OEM in Auftrag gegeben. Für einen im Niederdruck-Kokillenguss gegossenen Hinterachs- und Radträger liegen weitere Kundenaufträge in Deutschland vor.

Die Herstellung von Struktur- und Fahrwerksbauteilen aus Aluminium bringt neben Gewichts- auch Prozessvorteile. Ihre große Integrationsfähigkeit spielt ebenfalls eine Rolle. Ein Federbeintopf lässt sich zum Beispiel aus Aluminium-Druckguss in einem Arbeitsgang gießen. Ist er hingegen aus Stahl, müssen bis zu dreißig Einzelbleche zusammengeschweißt werden.

KS HUAYU AluTech verfügt über eine langjährige Expertise bei Aluminium-Zylinderkurbelgehäusen, die gerade in den komplexen Gießprozessen bei Struktur- und Fahrwerksteilen wichtig ist. So kommen in den aktuellen Projekten das Druckgießen ebenso wie das Niederdruckgießen mit Sandkernen zum Einsatz. In den aktuell in der Entwicklung befindlichen Projekten wird der gesamte Entwicklungsprozess für Struktur- und Fahrwerksteile aus Aluminiumguss abgebildet. Dieser reicht von der Legierungsentwicklung, Wärmebehandlung und Produktentwicklung über die Simulation (Formfüllung, Erstarrung, Eigenspannung, Verformung und Gefügeprognose) bis hin zur Werkzeug- und Prozessentwicklung. Am Ende dieser Kette stehen schließlich die mechanische Bearbeitung sowie die Werkstoffcharakterisierung mit abschließender Bauteilerprobung.

Zu KSPG

Die KSPG AG ist die Führungsgesellschaft des Unternehmensbereichs Automotive im deutschen Rheinmetall Konzern und hat 2014 einen Konzernumsatz von etwa 2,5 Mrd. Euro erwirtschaftet, davon entfielen auf die Gesellschaften mit Sitz im Raum NAFTA 345 MioEUR, das sind rund 14 Prozent. Der Automobilzulieferer ist seit über hundert Jahren auf den internationalen Automobilmärkten präsent und hat weltweit rund 11.000 Mitarbeiter. In den USA und Mexiko sind mehr als 1.900 Mitarbeiter beschäftigt. Weitere Standorte befinden sich in Europa, Brasilien, Japan, Indien und China.

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