Beobachtung des Schädigungsverhaltens von Aluminiumkolben unter TMF- und überlagerter TMF/HCF-Belastung

Aluminium-Silizium-Gusslegierungen haben sich seit einigen Jahren aufgrund der geringen Dichte, der hohen Wärmeleitfähigkeit und der hohen Festigkeit als Kolbenwerkstoffdurchgesetzt. Um Kolben für neue Downsizing-Dieselmotoren genau auszulegen, sind sowohl genauere Simulationen als auch weiterentwickelte Bauteilversuche zur Bestimmung der Betriebsfestigkeit notwendig. Eine besondere Herausforderung ist hierbei die realitätsnahe Nachbildung der komplexen Motorbelastungen an Prüfständen. Mittels eines speziell entwickelten Prüfstands wurde es dennoch möglich gemacht, Kolbenprobenmit realitätsgetreuen thermischen und mechanischen Lasten zu beaufschlagen und somit deren Schädigungsverhalten zu untersuchen. Um die Schädigung möglichst realitätsnah und zeitgerafft darzustellen, mussten im Vorfeld geeignete Betriebsparameter des Prüfstands bestimmt werden. Ein besonderes Augenmerk lag dabei auf der Auswahl des Kolbenkühlkonzepts, da dieses die Temperaturverteilung im Kolben und damit auch die thermische Belastung maßgeblich bestimmte. Mit den so ermittelten Betriebsparametern konnten dann Versuche zur Nachbildung der realitätsnahen Schädigung von Aluminiumkolben durchgeführt werden.

Monitoring of the damage behaviour of aluminium pistons under TMF- and combined TMF/HCF-load Because of the low density, the high thermal conductivity and the good strength, aluminium-silicium-casting alloys have prevailed as material for pistons since a few years. In order to dimension pistons for new downsizing-diesel engines, more precise simulations and further developed component tests are necessary to determine the fatigue strength. A particular challenge here is the realistic reproduction of the complex engine loads on test benches. By means of a specially developed test bench, it was nevertheless possible to stress piston samples with realistic thermal and mechanical loads and thus investigate their damage behaviour. In order to represent the damage so realistic and fast as possible, some appropriate operating parameters of the test bench had to be defined previously. Particular attention was paid for the selection of the piston cooling system, as this affected the temperature distribution in the piston and thus also the thermal load significantly. With the determined operating parameters, it was possible to carry out tests for the realistic reproduction of damage behaviour of aluminium pistons.