Spannungsvolle Motorblöcke

Zylinderblöcke aus Gusseisen kommen in mehr als der Hälfte aller Autos zum Einsatz. Die Konstruktion ist neben der Geometrie auch vom Gießprozess und den Eigenschaften abhängig.

Nur durch Fertigungssimulation ist es möglich, die Eigenspannungsverteilung in Gussteilen vorherzusagen. Diese Eigenschaften können dann zur Konstruktionsoptimierung verwendet werden.

Eigenspannungen sind thermische Spannungen aus dem Gießprozess bei Raumtemperatur, die während der Erstarrung und weiteren Abkühlung entstanden sind. Je geringer die (Zug-) Eigenspannungen sind, desto höher kann der Werkstoff ausgenutzt werden.

Zugspannungen können während des Herstellungsprozesses kritisch werden, wenn sie die Zugfestigkeiten überschreiten. Dies kann zu Rissen führen, wobei die Festigkeiten des Werkstoffs bei hohen Temperaturen noch sehr gering sind. Wird in Verbindung mit den Lastspannungen die Streckgrenze des Werkstoffs überschritten, kann das Gussteil im Einsatzfall versagen.

Druckspannungen sind im Allgemeinen unkritisch für Bauteilfehler. Auch in Gussteilen wird versucht, Druckspannungen als eine Vorbelastung wie beim Spannbeton gezielt einzubringen, um die Gesamtbelastung zu vermindern (gezieltes Abkühlen, Strahlen, Verfestigungsrollen).

Eine Fertigungssimulation wird so früh wie möglich während des Konstruktionsprozesses eingesetzt, um jegliche Probleme zu vermeiden. Durch geometrische oder gießspezifische Maßnahmen kann so das Eigenspannungsniveau reduziert werden. Die größten Einflüsse auf die Gießeigenspannungen sind die Geometrie des Bauteils (80 %) und der Gießprozess selber (20 %).

Diese Maßnahmen ermöglichen ein optimales Design und Gießen des Motorblockes.

Geometrie eines Motorblockes (links). Spannungen in einem Motorblock nach dem Gießen (rechts).

Zugeigenspannungen (links) und Druckeigenspannungen (rechts) bei Raumtemperatur

* Mit freundlicher Genehmigung von Ford Motor Company, Deutschland

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