Edelstahl-Langprodukte

Hochwertige Langstähle für Motorenbauer

Direkteinspritzsystem und Turboaufladung sind wichtige Faktoren beim Downsizing-Bestreben der Motorenbauer. Das erfordert filigrane Bauteile, die höheren Kräften und Temperaturen standhalten müssen. Wie SCOPE-Redakteur Michael Stöcker erfuhr, ermöglichen es eigene Stahlwerke, technisches Knowhow und moderne Verfahrens- und Prüftechnologien den Unternehmen der Schmolz + Bickenbach Gruppe, hochwertige Langstähle für diese Anforderungen zu modifizieren.

Blankstahlzieherei bei Steeltec: Beim Warmziehen erhalten Spezialstähle ihre hohen Festigkeiten.

Die Direkteinspritzung hat sich sowohl in Otto- als auch Dieselmotoren durchgesetzt. Bedingt durch den Kraftstofftyp variieren die Anforderungen an die hier eingesetzten Werkstoffe aber stark. Im Benzinmotor müssen hochbelastete Bauteile wie Hochdruckpumpe, Kraftstoffspeicher, Ventile und Verbindungsteile sehr korrosionsfest sein. „Benzin wirkt sehr aggressiv. Für das Gehäuse der Hochdruckpumpe wurde daher der Schwefelgehalt im Stahl auf ein Minimum reduziert. Damit wird die Korrosionsbeständigkeit erhöht und einer Rissbildung an den Schweißnähten vorgebeugt“, erklärt Manfred Maslow, Vertriebsleiter Automotive Rostfrei der Deutschen Edelstahlwerke, einem Unternehmen der Schmolz + Bickenbach Gruppe. Mit Hilfe spezieller Schmelz- und Walzverfahren sowie einer gezielten Wärmebehandlung werden zudem der Reinheitsgrad und die Feinkörnigkeit des Gefüges erhöht. Besonders geeignet sind die Stähle Acidur 4057, Acidur 4418 und Acidur 4301, wobei der Acidur 4057 für das Schweißen optimiert wurde.

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Beim Steuerventil in der Einspritzdüse kommt es auf magnetische Eigenschaften an. Um die Dosierung des Benzins regulieren zu können, muss der Werkstoff für das Ventil elektromagnetisch ansteuerbar sein. Nur wenige Stahlhersteller können die erforderlichen magnetischen Eigenschaften präzise einstellen – das Geheimnis liegt in der gezielten Wärmebehandlung. Zudem ist die Weiterverarbeitung des Stahls wichtig, da die magnetischen Werte sensibel auf mechanische Eingriffe reagieren. Mit Ugiperm 12 FM bietet Ugitech, ebenfalls eine Tochter von Schmolz + Bickenbach, einen Stahl, der optimierte magnetische Eigenschaften mit guter Zerspanbarkeit verbindet.

Bei den Verbindungsstücken im Einspritzsystem liegt die Herausforderung in der Dichtheit, Reinheit und Festigkeit der Werkstoffe. So etwa bei den Verbindungsteilen am Rohr des Hochdruck-Rails. Um dem aggressiven Benzin standzuhalten und Leckagen zu vermeiden, sind hier reine, korrosionsbeständige und mechanisch feste Stähle gefragt. Dafür empfiehlt Raphael Craen, Automotive Sales Director bei Ugitech, die Duplexstähle der Ugiplex-Reihe: „Sie bringen im Vergleich zu gewöhnlichen Stählen eine erhöhte Korrosionsbeständigkeit bei hohen mechanischen Eigenschaften mit. Weniger legiert, sind diese Stähle auch preislich nicht unattraktiv.“ Während das Einspritzsystem in Benzinmotoren Drücken bis 300 bar ausgesetzt ist, geht die Entwicklung beim Dieselmotor in Richtung 3.000 bar. Das erfordert den Einsatz von Stabstählen mit höheren statischen und dynamischen Festigkeiten sowie höherem Reinheitsgrad. Selbst kleinste Materialeinschlüsse könnten bei den hohen, teils wechselnden Belastungen zum Versagen des Bauteils führen.

Hohen Kräften standhalten

Je reiner der Stahl ist, desto höheren Kräften kann er auch bei geringen Bauteildurchmessern standhalten. Ein solches hochbelastetes Bauteil ist die Einspritzdüse, die den Kraftstoff direkt in den Brennraum führt. Der Stahl muss enorme Temperaturen aushalten. „Hier bietet sich unser Carbodur 5920 (18CrNi8) an. Er bringt eine hohe Hitze- und Druckbeständigkeit mit“, sagt Ralf Schneider, Vertriebsleiter Edelbaustahl und Automobil der Deutschen Edelstahlwerke. Seinen hohen Reinheitsgrad erhält der Werkstoff im Elektro-Schlacke-Umschmelzverfahren (ESU), bei dem der feste Stahl in flüssige Schlacke getaucht und durch das Zuführen elektrischer Energie erneut geschmolzen wird. Dabei erfährt der Stahl eine Veredelung; Verunreinigungen und Oxide werden in der Schlacke gebunden. Der Umschmelzprozess erfolgt in einer wassergekühlten Kokille, so dass der Block gleichmäßig erstarrt. Für hochbelastete dünnwandige Bauteile bieten die Stahlwerke von Schmolz + Bickenbach das ESU-Verfahren unter Schutzgas an. So wird ein noch höherer Reinheitsgrad erzielt. Das ist unter anderem beim filigranen Körper der Düse notwendig. Hier empfiehlt sich der Firmodur 7228 (50CrMo4) der Deutschen Edelstahlwerke, ein für die steigenden Belastungen modifizierter Vergütungsstahl.

Für das Hochdruck-Rail im Dieselmotor haben die Deutschen Edelstahlwerke den Edelbaustahl Microdur 5231 (38MnSiVS6+NB) durch die Zugabe von Niob optimiert und so die Feinkornbeständigkeit erhöht. Anwender profitieren von einer höheren Festigkeit und Druckdichtigkeit sowie verkürzten Härte- und Nacharbeitszeiten. Die Bearbeitbarkeit des Schmiedeteils wird durch die hohe Festigkeit nicht beeinträchtigt, da das Härten erst während des Schmiedens beim Kunden stattfindet. Hochbeansprucht sind auch die Bauteile der Common-Rail-Technologie beim Dieselmotor. Bauteile wie Düsen- und Magnetspannmuttern halten das System bei Drücken über 2.000 bar zusammen. Hoch- und höherfeste Werkstoffe sind erforderlich, damit die Bauteile auch Wechselbelastungen bestehen. Neben hohen dynamischen Festigkeiten muss der Stahl zur Anfertigung der Spannmuttern auch eine gute Zerspanbarkeit haben. Den Spagat schafft das Unternehmen zum Beispiel mit dem ETG 100 und HSX 110. ms

Auf fünf Kontinenten präsent

Die Schmolz + Bickenbach Gruppe ist heute einer der Spitzenanbieter für individuelle Lösungen im Bereich Edelstahl-Langprodukte. Sowohl bei Werkzeugstählen als auch bei rostfreien Langstählen zählt der Konzern zu den führenden Herstellern im globalen Markt. 1919 als Vertriebsfirma für Stahlerzeugnisse in Düsseldorf gegründet bietet der Stahlkonzern seinen Kunden heute ein komplettes Portfolio aus Produktion, Verarbeitung sowie Distribution und Services. Er beschäftigt etwa 10.000 Mitarbeiter.

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