IM FOKUS
Gewichts
optimierung
eines
Kolbenbolzens
In den vergangenen
Jahren
erlangte
der
technologische
Fortschritt
beim Leichtbau
von Bauteilen
des Antriebsstrangs
und
Fahrwerks
moderner
Pkw große
Bedeutung
im Automobilbau.
Zugleich
führen
stetig
steigende
Anforderungen
an Insassensicherheit,
Fahrkomfort,
Fahrleistung
und Platzangebot
im Interieur
zu einer
Erhöhung
des Fahrzeuggewichts.
Erhebliche
Zusatzlasten
zum regulären
Fahrzeuggewicht
sind künftig
zudem
durch
Batteriesysteme
zu erwarten.
Aufgrund
des relativ
hohen
Anteils
kaltumgeformter
Bauteile
in Fahrzeugen
kann eine
gewichtsorientierte
Bauteiloptimierung
zum
Leichtbau
beitragen.
AUTOREN
Dipl.-Ing. Nadezda Missal
ist ehemalige
wissenschaftliche
Mitarbeiterin
am Institut
für Umformtechnik
(IFU)
der Universität
Stuttgart
Univ.-Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c.
Mathias Liewald MBA
ist Institutsdirektor
des Instituts
für Umformtechnik
(IFU)
der Universität
Stuttgart
Dr.-Ing. Alexander Felde
ist Abteilungsleiter
Massivumformung
am Institut
für Umformtechnik
(IFU)
der Universität
Stuttgart
Im Rahmen
der Forschungsinitiative
„Massiver
Leichtbau“
verfolgte
das Institut
für Umformtechnik
der Universität
Stuttgart
in einem
Teilprojekt
unter
anderem
technologische
Ansätze,
um das Bauteilgewicht
von rohrförmigen,
hohlen
Bauteilen
wie
etwa einem
Kolbenbolzen
bei möglichst
gleichbleibender
Bauteilfestigkeit
und Steifigkeit
zu reduzieren.
Durchgeführt
wurden
diese
Untersuchungen
in enger
Kooperation
mit der MAHLE
Group, einem
der 20 weltweit
größten
Unternehmen
der Automobilzulieferindustrie.
GEWICHTSOPTIMIERUNG
EINES
KOLBENBOLZENS
Der Kolbenbolzen
bildet
im Verbrennungsmotor
die konstruktive
Verbindung
zwischen
Kolben
und Pleuel (Bild 1, oben). Durch
die oszillierende
Bewegung
mit hoher
Frequenz
und die Überlagerung
von Gasdruck
und Massenträgheitskräften
unterliegt
der Kolben
während
des Betriebs
extrem
hohen
Belastungen
in wechselnder
Richtung.
Diese
Belastungen
dürfen
allerdings
keine
unzulässige
elastische
Deformation
durch Biegung
oder
Ovalisierung
des Querschnittes
hervorrufen.
Um der dynamischen
Beanspruchung
ohne
plastische
Verformung
oder sonstige
Schädigung
standzuhalten,
müssen
Kolbenbolzen
eine
ausreichende
Festigkeit,
Zähigkeit
und Steifigkeit
aufweisen.
Zu den weiteren
wichtigen
Eigenschaften
gehören
eine
hohe
Oberflächenhärte
und -güte,
Formgenauigkeit
für einen
möglichst
niedrigen
Verschleiß
sowie
ein geringes
Gewicht,
um die
Massenkräfte
möglichst
gering
zu halten
1.
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massivUMFORMUNG | SEPTEMBER 2019