Forschungsprojekt

Zielbranchen

Fahrzeug- und Verkehrstechnologien, auch: Antriebstechnik, Schiffsbau, Sonstiger Fahrzeugbau

Problemstellung

Das Ziel von innermotorischen Maßnahmen ist es, durch höhere Brennraumtemperaturen eine saubere Verbrennung zu erreichen und folglich auch die Abgastemperatur entscheidend anzuheben. Ein nachfolgender Katalyseprozess kann hinsichtlich der NOx-Reduktion wirksamer arbeiten.

Im Rahmen des vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie BMWi geförderten Projekts »INKOV« wird untersucht, inwieweit mechanisch und thermisch hoch belastbare Komponenten für maritime Großmotoren, wie z. B. Kolben und Ventile, aus einem hybriden Werkstoffverbund umformtechnisch möglichst endkonturnah hergestellt werden können. Zum Einsatz kommt dabei klassischer Kolben- bzw. Ventil-Stahl, der mit einer verschleißfesten  Hochtemperaturlegierung, in diesem Fall einer Nickelbasislegierung, thermisch gefügt und zu einem endkonturnahen Bauteil umgeformt wird. Aufgrund ihrer ausgezeichneten Warmfestigkeit sowie ihrer Hochtemperaturkorrosionsbeständigkeit sind diese Werkstoffverbunde für Einsatztemperaturbereiche bis ca. 650 °C  geeignet.

Lösung

Erste Versuche wurden am Fraunhofer IWU mit skalierten Demonstratoren durchgeführt, die in allen Konstruktionselementen dem ausgewählten Originalbauteil »Kolbenboden« entsprechen.

Für das definierte, großflächige thermische Auftragen von Zusatzwerkstoffen mit einer möglichst geringen Anzahl von Schweißraupen in unterschiedlichen Schichtdicken hat sich das Plasma-Pulver-Auftragsschweißen (PTA) als sehr vorteilhaft erwiesen. Die technologischen Parameter des Fügeverfahrens sind dabei entscheidend für die Qualität der umzuformenden Teile. Bisherige Untersuchungen haben gezeigt, dass hybride Werkstoffverbunde in der Prozessfolge Auftragsschweißen – induktive Erwärmung vor der Umformung – Schmiedeprozess – definierte Wärmenachbehandlung entsprechend dem zukünftigen Anforderungsprofil und bei Beachtung aller technologischen Prozessparameter herstellbar sind. Die abschließende Bewertung der hybriden Motorkomponenten erfolgt nach Langzeitversuchen unter praxisrelevanten Einsatzbedingungen auf verschiedenen Prüfständen.