KS Stahlkolben in aktuellen Nutzfahrzeuganwendungen

Um die hohen Anforderungen von Nutzfahrzeugmotoren in Bezug auf Laufleis-tung und Belastbarkeit zu gewährleisten ist der Einsatz von Stahlkolben bereits gelebte Praxis. Auch die KS Kolbenschmidt GmbH setzt sie seit Jahren erfolg-reich in Großserie ein. Dabei werden vielfältige Anwendungen auf und abseits des „Highways“ von Unternehmensstandorten in Neckarsulm, Mexiko und Nord-Amerika aus beliefert. Zusätzlich befinden sich aktuell weltweit Kolben mit Durchmessern von 95 bis 150 Millimetern für 19 neue Nutzfahrzeugprogramme in der Entwicklung. Um einen reduzierten Kraftstoffverbrauch zu erzielen, bietet der Hersteller zwei Kolbenkonzepte an: Das erste optimiert die Kühlung und erreicht damit eine Verringerung des Kühlölbedarfs. Das zweite setzt auf eine minimale Bauhöhe und schafft in Kombination mit einem verlängerten Pleuel eine Reduzierung der Reibkräfte. So werden maßgeschneiderte Lösungen für teilweise konträre Forderungen präsentiert.

Immer stärker rückt neben der Zuverlässigkeit auch der reduzierte Kraftstoffver-brauch in den Fokus der Nutzfahrzeugentwickler. Hierfür entwickelt KS Kolben-schmidt die nächste Generation von Stahlkolben, deren grundsätzliches Design auf den bewährten Kolbenauslegungen „KS Monoblock“ und „Steelteks“ beruht. Beide gewährleisten einen reduzierten Kraftstoffverbrauch: Der KS Monoblock Kolben nutzt das vom Motor angebotene Kühlöl extrem effizient; eine Einsparung ergibt sich durch eine erhöhte Motorleistung bei gleichzeitiger, reduzierter Ölpumpenleistung. Der Steelteks-Kolben ermöglicht durch seine extrem geringe Bauhöhe in Kombination mit einem verlängerten Pleuel eine Reduzierung der Reibkräfte. Trotz der geringen Bauhöhe ist das Kolbendesign dabei so robust, dass sich keine Nachteile hinsichtlich der Belastbarkeit ergeben.

Der Monoblock Stahlkolben wird aktuell in vierter Generation entwickelt. Zur effekti-ven Absenkung der Temperaturen besitzt dieses Design neben dem üblichen ring-förmigen Außenkühlkanal, der über eine am Kurbelgehäuse fest installierte Düse mit Öl gefüllt wird, einen Innenkühlraum der über Transferbohrungen vom Außenkühlkanal mit Öl versorgt wird. 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. Dies eröffnet die Möglichkeit, kleinere Kühlölpumpen einzusetzen und somit den Kraftstoffverbrauch zu reduzieren.

Steelteks-Kolben in der zweiten Generation

Beim Steelteks-Kolben wurde die mittlerweile zweite Designgeneration mit zwei Lead-Kunden ausführlich erprobt. Bei der Überarbeitung des bewährten 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. Sie erlauben es, das volle Potenzial dieses Kolbendesigns auszuschöpfen. Auch hier wird die Prozessentwicklung durch neueste Simulationsmethodik unterstützt.

Das Steelteks-Design entspricht dem Trend zu kleinen Kompressionshöhen, der immer stärker auch bei Stahlkolben für kleinere Zylinderdurchmesser im Light- und Medium-Segment von Nutzfahrzeugen und Personenkraftwagen zu beobachten ist.

Moderne Simulationstools gewährleisten das beste Design

Bei der Weiterentwicklung der jüngsten Stahlkolbengenerationen werden modernste Entwicklungsstools eingesetzt. Sie ermöglichen ein maßgeschneidertes Kolbendesign für individuelle Anwendungsschwerpunkte. Sowohl Temperaturmessungen als auch numerische Simulationen der Kolbenkühlung mit Hilfe der Computational Fluid Dynamics (CFD) zeigen, 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 über-einstimmend, durch welche Designmaßnahmen die Ölmengen in den unterschiedlichen Kühlräumen beeinflusset werden können.

Eine gegebenenfalls erforderliche weitere Absenkung der Kolbentemperatur kann bei beiden Designvarianten durch eine Reduktion der Wandstärke zwischen Kühlvolumina und Mulde sowie durch eine weitere Erhöhung des Fanggrads erzielt werden. Mit Hilfe der Strömungssimulation können hierzu verschiedene Designvarianten mit guter Prognosesicherheit bewertet werden, die letztendlich ein Kolbendesign nach Maß ermöglichen.

Cookie Verwendung und Datenschutz

Die Rheinmetall Automotive verwendet Cookies auf Ihrem Gerät um ihre Webseiten optimal gestalten und fortlaufend verbessern zu können sowie für Statistikzwecke. Hier finden Sie weitere Informationen zur Cookie Verwendung, unser Impressum sowie die Datenschutzhinweise.

Durch Klicken auf „OK“ bestätigen Sie, dass Sie den Hinweis zu Cookies, die Datenschutzerklärung und das Impressum zur Kenntnis genommen haben. Sie können Ihre Cookie-Einstellungen für diese Webseite jederzeit auch ändern.

Privatsphäre Einstellungen

Wir legen großen Wert auf eine transparente Information rund um das Thema Datenschutz. Sie werden auf unseren Seiten genau informiert, welche Einstellungen Sie wählen können und was diese bewirken. Sie können Ihre gewählte Einstellung jederzeit wieder ändern. Ganz gleich, welche Auswahl Sie treffen, wir werden keine Rückschlüsse auf Sie als Person ziehen (außer Sie haben Ihre Daten explizit eingegeben, z.B. in Kontaktformularen). Zum Löschen der Cookies informieren Sie sich bitte in der Hilfefunktion Ihres Browsers. Mehr erfahren Sie in der Datenschutzerklärung.

Ändern Sie Ihre Privatsphäre Einstellungen durch klicken auf die entsprechenden Buttons

Notwendig

Systemnotwendige Cookies sorgen für die korrekte Funktion der Webseite. Ohne diese Cookies kann es zu Fehlfunktionen oder Fehlermeldungen kommen.

Diese Webseite wird:

  • systemnotwendige Cookies speichern
  • die Einstellungen, die Sie auf dieser Seite getroffen haben, speichern

Diese Webseite wird bei dieser Einstellung niemals:

  • Ihre Einstellungen, wie z.B. Sprachauswahl oder Cookie Banner, speichern, um diese nicht wiederholt vornehmen zu müssen.
  • Besuche anonym auswerten und daraus Rückschlüsse für die Optimierung unserer Webseite ziehen.
  • Rückschlüsse auf Sie als Person ziehen (außer Sie haben Ihre Daten explizit eingegeben, z.B. in Kontaktformularen)

Komfort

Diese Cookies erleichtern einen komfortablen Besuch der Webseite und speichern beispielsweise Einstellungen, damit Sie diese nicht bei jedem Besuch der Seite erneut durchführen müssen.

Diese Webseite wird:

  • systemnotwendige Cookies speichern
  • Ihre Einstellungen, wie z.B. Sprachauswahl oder Cookie Banner, speichern, um diese nicht wiederholt vornehmen zu müssen.

Diese Webseite wird bei dieser Einstellung niemals:

  • Besuche anonym auswerten und daraus Rückschlüsse für die Optimierung unserer Webseite ziehen.
  • Rückschlüsse auf Sie als Person ziehen (außer Sie haben Ihre Daten explizit eingegeben, z.B. in Kontaktformularen)

Statistik

Statistik Cookies erlauben uns, anonymisiert – ohne dass Rückschlüsse auf Sie als Person gezogen werden können – Auswertungen über das Nutzungsverhalten unserer Webseite zu erstellen. Wir haben dadurch die Möglichkeit die Performance der Seite zu messen und diese laufend zu verbessern, um Ihnen ein verbessertes Nutzungserlebnis zu bieten.

Diese Webseite wird:

  • systemnotwendige Cookies speichern
  • Ihre Einstellungen, wie z.B. Sprachauswahl oder Cookie Banner, speichern, um diese nicht wiederholt vornehmen zu müssen.
  • Besuche anonym auswerten und daraus Rückschlüsse für die Optimierung unserer Webseite ziehen.

Diese Webseite wird bei dieser Einstellung niemals:

  • Rückschlüsse auf Sie als Person ziehen (außer Sie haben Ihre Daten explizit eingegeben, z.B. in Kontaktformularen)

Die do-not-track (DNT) Einstellung Ihres Browsers wird von uns selbstverständlich generell respektiert. In diesem Falle werden keine Tracking Cookies gesetzt und keine Tracking Funktionen geladen.