TY - THES

T1 - Qualitätsoptimierung von Twin-Scroll-Turboladergehäusen im Stahlguss

AU - Niklas, Fabian Albrecht Erich

N1 - gesperrt bis 20-02-2022

PY - 2017

Y1 - 2017

N2 - Mit dem Klimawandel, an dem die mit fossilen Brennstoffen betriebenen Fahrzeuge nicht unschuldig sind, gilt es den Ausstoß an Abgasen zu reduzieren. Dabei ist die Verwendung eines Twin-Scroll-Turboladers, bei dem einzelne Zylinder voneinander entkoppelt sind, unumgänglich. Die Twin-Scroll-Turbolader sind jedoch von ihren Anforderungen und ihren Spezifikationen in der Herstellung deutlich komplexer als die bisherigen in der Automobilindustrie produzierten Turbolader. Dies stellt die Entwicklung und Produktion dieser Teile vor große Herausforderungen, weil sich bewährte Komponenten des Gießprozesses nicht unmittelbar für diese Bauteile eignen. Die vorliegende Masterarbeit befasst sich mit der Qualitäts- und Prozessoptimierung der neuen Twin-Scroll-Turboladergehäuse im Stahlguss, die eine komplexe Kerntechnologie benötigen. Die Anforderungen an die Kerne beim Gießen von Stahllegierungen sind es sowohl die komplexe Geometrie maßgenau abzubilden, als auch Blattrippen, Kaltläufe und Gasstöße aus dem Kern zu unterbinden. Über Formstoffzuschlagstoffe, den sogenannten Additiven, lassen sich diese Fehler eindämmen. Durch geschickte Auswahl von organischen und anorganischen Komponenten lassen sich effektive Hilfsstoffe gegen die Blattrippenbildung herstellen. Die Auswirkungen des Formstoffadditivs beschränken sich jedoch nicht nur auf dieses Fehlerbild. Deren Einfluss auf die Maßhaltigkeit und das Gasstoßverhalten muss hierbei auch betrachtet werden. Dazu wurde eine Qualitätsstudie mit neun verschiedenen Additiven in den Innenkernen für zwei Typen der Turboladergehäuse konzipiert und so insgesamt circa 1200 Bauteile abgegossen. Dabei wurde sowohl die Schussqualität im Kernschießprozess als auch die Ausschussanalyse nach dem Verputzen ausgewertet. So gelang es den die gesamte Prozesskette zu erfassen und über das Ergebnis Rückschlüsse auf die Wirkungsentfaltung der Additive zu erhalten. Zusätzlich wurde noch die Maßhaltigkeit der Bauteile über optische Messverfahren geprüft. Als Referenz für den jeweiligen Ergebnisvergleich diente das bisher eingesetzte Serienadditiv. Unterstützend wurden die Additive untersucht, um mehr über ihr Temperaturverhalten und ihre Inhaltstoffe zu erfahren. Ebenso fanden Untersuchungen mit dem eingesetzten Formstoff statt. Hier wurden mechanische Kennwerte ermittelt und das Ausdehnungsverhalten über die Temperatur betrachtet. Diese Untersuchungen dienten dem Verständnis für die Ergebnisse aus der Serienproduktion sowie für den Mechanismus der Blattrippenbildung.

AB - Mit dem Klimawandel, an dem die mit fossilen Brennstoffen betriebenen Fahrzeuge nicht unschuldig sind, gilt es den Ausstoß an Abgasen zu reduzieren. Dabei ist die Verwendung eines Twin-Scroll-Turboladers, bei dem einzelne Zylinder voneinander entkoppelt sind, unumgänglich. Die Twin-Scroll-Turbolader sind jedoch von ihren Anforderungen und ihren Spezifikationen in der Herstellung deutlich komplexer als die bisherigen in der Automobilindustrie produzierten Turbolader. Dies stellt die Entwicklung und Produktion dieser Teile vor große Herausforderungen, weil sich bewährte Komponenten des Gießprozesses nicht unmittelbar für diese Bauteile eignen. Die vorliegende Masterarbeit befasst sich mit der Qualitäts- und Prozessoptimierung der neuen Twin-Scroll-Turboladergehäuse im Stahlguss, die eine komplexe Kerntechnologie benötigen. Die Anforderungen an die Kerne beim Gießen von Stahllegierungen sind es sowohl die komplexe Geometrie maßgenau abzubilden, als auch Blattrippen, Kaltläufe und Gasstöße aus dem Kern zu unterbinden. Über Formstoffzuschlagstoffe, den sogenannten Additiven, lassen sich diese Fehler eindämmen. Durch geschickte Auswahl von organischen und anorganischen Komponenten lassen sich effektive Hilfsstoffe gegen die Blattrippenbildung herstellen. Die Auswirkungen des Formstoffadditivs beschränken sich jedoch nicht nur auf dieses Fehlerbild. Deren Einfluss auf die Maßhaltigkeit und das Gasstoßverhalten muss hierbei auch betrachtet werden. Dazu wurde eine Qualitätsstudie mit neun verschiedenen Additiven in den Innenkernen für zwei Typen der Turboladergehäuse konzipiert und so insgesamt circa 1200 Bauteile abgegossen. Dabei wurde sowohl die Schussqualität im Kernschießprozess als auch die Ausschussanalyse nach dem Verputzen ausgewertet. So gelang es den die gesamte Prozesskette zu erfassen und über das Ergebnis Rückschlüsse auf die Wirkungsentfaltung der Additive zu erhalten. Zusätzlich wurde noch die Maßhaltigkeit der Bauteile über optische Messverfahren geprüft. Als Referenz für den jeweiligen Ergebnisvergleich diente das bisher eingesetzte Serienadditiv. Unterstützend wurden die Additive untersucht, um mehr über ihr Temperaturverhalten und ihre Inhaltstoffe zu erfahren. Ebenso fanden Untersuchungen mit dem eingesetzten Formstoff statt. Hier wurden mechanische Kennwerte ermittelt und das Ausdehnungsverhalten über die Temperatur betrachtet. Diese Untersuchungen dienten dem Verständnis für die Ergebnisse aus der Serienproduktion sowie für den Mechanismus der Blattrippenbildung.

KW - steel casting

KW - molded material

KW - additiv

KW - turbocharger

KW - veining

KW - Stahlguss

KW - Formstoff

KW - Additive

KW - Turboladergehäuse

KW - Blattrippen

M3 - Masterarbeit

ER -