Gießereien präsentieren sich auf der NEWCAST als Partner der Automobilindustrie

Leichte Bauteile und neue konstruktive Ideen für das Auto von morgen

Gegossene Bauteile sind wesentliche Bestandteile von Motoren sowie Antriebs- und Abgassystemen im Automobil. Hier kann die Fertigungstechnik ihre Vorteile voll ausspielen: Aus dem formlosen Zustand der Metallschmelze werden durch Gießen fast beliebige Geometrien in großen Stückzahlen kostengünstig hergestellt. Durch Variation der Metallwerkstoffe und der Geometrie werden die Eigenschaften der Bauteile beanspruchungsgerecht konstruiert. Gießereiunternehmen aus aller Welt zeigen vom 16. bis 21. Juni 2003 auf der NEWCAST in Düsseldorf innovative Lösungen für leistungsstarke spritsparende Fahrzeuge, die gemeinsam mit den Automobilentwicklern realisiert wurden.

Die Automobilkonstrukteure können sich auf die Gießereien verlassen. Nicht nur in punkto Qualität und Zuverlässigkeit der Bauteile sowie hinsichtlich einer kostengünstigen Fertigung hat sich die Zusammenarbeit mit den Zulieferunternehmen bewährt. Sie liefern auch maßgeschneiderte Problemlösungen für die Entwicklung der Automobile von morgen. Bauteile aus Guss sind schon immer Bestandteil von Motoren und Antriebs- sowie Abgassystemen im Automobil gewesen. Sie sind zwar für den Besitzer nicht auf den ersten Blick erkennbar, sorgen aber dafür, dass die Fahrzeuge sicher und zuverlässig ihre Kilometer laufen.

Wer kennt sich schon näher aus mit der Technik, die sich unter der Motorhaube verbirgt. Wer weiß, dass Zylinderkurbelgehäuse und -köpfe, Nocken- und Kurbelwellen, Pleuel, Teile des Ventilsystems, Ansaugkrümmer und Zylinderkopfhauben häufig aus Eisen- oder Leichtmetallguss bestehen. Was für den stolzen Autobesitzer unwichtige technische Details sind, ist für den Fahrzeugkonstrukteur jedoch von großer Bedeutung. Schließlich garantieren diese Bauteile das zuverlässige Funktionieren der Motoren und tragen dazu bei, dass die Kunden mit ihrem Auto zufrieden sind.

Doch nicht nur Bewährtes wird mit Guss realisiert. Viele Innovationen im Automobil werden durch Guss erst möglich. So gelang es den Automobilherstellern durch neue Konstruktionen und die Verwendung von neuartigen Gussbauteilen aus maßgeschneiderten Werkstoffen immer sparsamere Fahrzeuge mit leistungsstärkeren Motoren zu bauen. Mit Turboladern sowohl bei Diesel- als auch bei Otto-Motoren in Verbindung mit Direktinjektion des Kraftstoffs oder Pumpe-Düse-Lösungen wird heute ein Kraftstoff-Verbrauch erzielt, der noch vor Jahren utopisch schien.

Die neuen Motorkonstruktionen, die mit hohen Temperaturen arbeiten, um den Kraftstoff möglichst vollständig und ohne Rückstände zu verbrennen, haben die Anforderungen an die gegossenen Bauteile drastisch verschärft. Die Temperaturbeanspruchung von Abgaskrümmern und Turbinengehäuse von Turboladern sind im Verlauf der Motorenentwicklung mehr als verdoppelt worden: von  400 bis 500 Grad Celsius auf fast 1.100 Grad Celsius. „Gegenüber früheren, recht einfachen Konstruktionen sind heutige Abgaskrümmer ausgesprochene Hightech-Produkte“, so Leopold Kniewallner, Leiter Forschung und Entwicklung der Georg Fischer Fahrzeugtechnik AG in Schaffhausen.
Die Gießer haben für die neuen Anforderungen eine ganze Reihe neuer hitzebeständiger Werkstoffe entwickelt. Während bis in die frühen 70er-Jahre des vorigen Jahrhunderts Gusseisen mit Lamellengrafit der dominierende Werkstoff für Abgaskrümmer war, werden heute hochlegierte Gusseisen- und Stahlsorten sowie Nickelbasislegierungen verwendet. In einigen Motoren sind die thermischen und thermo-mechanischen Beanspruchungen so hoch, dass nur noch hitzebeständiger Edelstahlguss den Anforderungen gerecht wird.

Neben der Suche des richtigen Werkstoffs mussten auch die Gießverfahren angepasst werden. So wurden neben den konventionellen Verfahren wie Maskenform-, Feingieß- und Kernblockverfahren neue Techniken für die Herstellung der Hochtemperaturbauteile  entwickelt. Auf diese Weise wurde es sogar möglich, Krümmer mit einer Rohrwanddicke von nur etwa 3 Millimeter für den neuen BMW-V8-Biturbo-Diesel zu gießen.

Mit neuen Sandgießverfahren ist es den Gießereiunternehmen außerdem gelungen, sehr kompakte Komponenten herzustellen – so genannte Integralbauteile, bei denen Abgaskrümmer, Turbolader und Katalysatorgehäuse in einem Gussstück integriert sind. Dies verschafft den Herstellern vor allem von Kleinwagen wie dem MCC Smart oder dem VW Lupo mehr Platz im Motorraum. Dies gilt aber auch für LKW. Zudem sind diese kompakten Bauteile sehr leicht zu montieren. Inzwischen werden solche Integralbauteile auch in normalen Mittelklassewagen wie dem neuen Ford Mondeo Diesel eingebaut.

Stehen die Gießereien bei den Motorbauteilen im einem harten Preis- und Konstruktionswettbewerb mit anderen Zulieferfirmen, die sich auf andere Fertigungstechniken spezialisiert haben, ist die Herstellung des Motorblocks eine unangefochtene Domaine der Gießtechnik. Doch auch hier gibt es – sozusagen intern – Konkurrenz. Bei der Wahl des Werkstoffs für die Motoren sind die Konstrukteure gespalten: Während die einen auf Motorblöcke aus Aluminium schwören, mit denen sich bis zu ungefähr 40 % des Gewichts gegenüber dem Graugussmotor herkömmlicher Konstruktion sparen lassen, bevorzugen die anderen den Motor aus modernen  Gusseisenwerkstoffen.

Derzeit werden in Europa rund 25 % der Motoren aus Aluminium gefertigt – bis 2005 sollen es nach optimistischen Schätzungen der Aluminiumindustrie sogar 65 % sein. Und das, obwohl die Herstellkosten für Aluminium-Motoren doppelt so hoch sind. Doch ob der Anteil so weit steigen wird, ist noch nicht gewiss, denn neue Designkonzepte und Fertigungstechniken ermöglichen auch in Zukunft einen Einsatz von Gusseisen mit Lamellengrafit, wie der Leiter der Verfahrensentwicklung und Metallurgie bei Audi unterstreicht: „Gusseisen in Leichtbau kann schon durch eine verbesserte Bauweise einschließlich mäßigen Zulegierens zu einer Gewichtseinsparung von 25 % führen und das bei einem gleichzeitigen Anstieg der Festigkeit um 20 %.“

Wie sehr die Entwickler zwischen den Argumenten einer Kosten- und Gewichtreduzierung hin- und hergerissen sind, zeigt das Beispiel VW. So wurde im 3-Liter-Lupo der 1,2-l-Dreizylinder-Dieselmotor aus Aluminium gefertigt und der 4-l-Lupo 1.4 TDI besitzt wieder Motoren aus Grauguss. Egal, wie dieser Wettkampf ausgeht: Auf der NEWCAST, der internationalen Fachmesse für Gussprodukte, die gleichzeitig mit der GIFA, METEC, THERMPROCESS vom 16. bis 21. Juni 2003 in Düsseldorf veranstaltet wird, werden sich die Besucher über beide Motorentypen und deren Anwendungen sowie über eine Vielzahl anderer Gussbauteile für die Automobil-Fertigung informieren können und darüber hinaus noch viele andere Anwendungsbereiche für Gussteile kennen lernen.

Pressereferat NEWCAST 2003
Katharina von Falck/Liza Quick
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