Versuchstechnische Untersuchung der Temperaturverteilung in einem Aluminiumkolben auf einem Prüfstand zur Bestimmung des Schädigungsverhaltens unter TMF-HCF Belastung

Kolben aus Aluminium-Silizium Legierungen sind in modernen Dieselmotoren durch steigende Leistungsausbeuten sowie Downsizing-Maßnahmen immer höheren spezifischen Bauteilbelastungen ausgesetzt. Diese Belastungen können als überlagerte TMF-HCF Belastung klassifiziert werden. Für eine Betriebsfeste Auslegung ist daher ein genaues Verständnis über das Schädigungsverhalten von Aluminiumkolben unter TMF-HCF Belastung notwendig. Auf einem speziell konzipierten Prüfstand können Kolbenproben unter kombinierten thermischen und mechanischen Belastungszyklen untersucht werden. Durch einige Modifikationen wurde dieser hinsichtlich einer effizienteren Versuchsdurchführung angepasst. Die Wirksamkeit der Änderungen wurde anschließend versuchstechnisch validiert. Dadurch konnte die Dauer der thermischen Belastungszyklen signifikant reduziert werden. Die sich dabei einstellende Temperaturverteilung im Kolben wurde gemessen und analysiert. Auf Basis dieser Erkenntnisse können zukünftig Lebensdauersimulationen und Ermüdungsversuche zur Untersuchung von Aluminium-Silizium Prüfkolben unter TMF-HCF Belastung durchgeführt werden.

Pistons made of aluminium-silicon alloys are exposed to increasingly higher specific component loads in modern diesel engines due to increasing power yields and downsizing measures. These loads can be classified as superimposed TMF-HCF loads. Therefore, a precise understanding of the damage behaviour of aluminium pistons under TMF-HCF load is necessary for an operationally stable design. On a specially designed test rig, piston samples can be examined under combined thermal and mechanical load cycles. Some modifications were made to the test rig to make testing operations more efficient. The effectiveness of the modifications was then validated by a series of tests. As a consequence, the duration of the thermal load cycles could be significantly reduced. The resulting temperature distribution in the piston was measured and analysed. Based on these findings, lifetime simulations and fatigue tests can be carried out in the future to investigate aluminium-silicon test pistons under TMF-HCF load.