Cosworth steigert die Kolbenleistung mit Materion

Das globale Technologieunternehmen Cosworth hat sein Kolbensortiment durch eine Zusammenarbeit mit dem fortschrittlichen Materiallieferanten Materion erweitert, bei dem Cosworth MMC-Kolben (Metal Matrix Composite) für den Automobilsektor produziert und bearbeitet.

Die MMC-Kolben von Cosworth haben bereits dazu beigetragen, im brandneuen Supersportwagen T.50 von Gordon Murray Automotive eine überragende Leistung zu erzielen, der eine Höchstgeschwindigkeit von 12.000 U/min aufweist und mit 164 PS pro Liter die höchste spezifische Leistung aller straßentauglichen Saugmotoren erzeugt .

Der Ruf von Cosworth wird durch die Einbeziehung seiner MMC-Kolben in das Lanzante TAG Turbo-Projekt noch weiter gefestigt, wodurch historische F1-Motoren, die auf dem Podium standen, in brauchbare Straßenfahrzeuge umgewandelt wurden.

Cosworths umfangreiches Wissen und seine Erfahrung in der Kolbenentwicklung und -herstellung haben das Unternehmen seit langem als erste Anlaufstelle für viele führende Erstausrüster positioniert. Angesichts der steigenden Nachfrage nach hochwertigen Komponenten unternahm das Unternehmen Maßnahmen, um seinen Ruf durch modernste Lösungen zu stärken.

Durch die Zusammenarbeit mit Materion hat Cosworth durch den Wechsel zu Metal Matrix Composites dem Unternehmen ermöglicht, sich von den traditionellen Metallknüppeln, Schmiedeteilen und Gussteilen zu verabschieden, die nicht für die Anforderungen der Hochleistungsmotoren von morgen geeignet sind.

Der SupremEX-Verbundwerkstoff von Materion kombiniert ultrafeine Siliziumkarbidverstärkung mit Aluminiumlegierungen für die Luft- und Raumfahrt. Das Ergebnis ist ein Verbundwerkstoff, der herkömmlichen Legierungen überlegen ist und die leichten Eigenschaften von Aluminium mit herausragender Festigkeit und Steifigkeit kombiniert.

SupremEX-Kolben können als Ersatz für Aluminium, Titan, Stahl und andere Strukturlegierungen und Verbundwerkstoffe verwendet werden. Die spezifische Steifigkeit von SupremEX übertrifft die anderer Kolbenmaterialien um mindestens 40 %, was eine deutliche Reduzierung der hin- und herbewegenden Masse ermöglicht.

Die verstärkte Struktur von MMC-Kolben minimiert den Verschleiß an kritischen Schnittstellen, beispielsweise im Vergleich zu herkömmlichen Aluminium-Kolbenlegierungen, und bietet einen um 25 % geringeren Wärmeausdehnungskoeffizienten. Dies wiederum ermöglicht eine genauere Kontrolle des Kolben-Laufbuchsenspiels, wodurch Kolbenschlag, Ölverschleppung und Spaltvolumen reduziert werden, was zu einer höheren Effizienz führt.

Höhere Arbeitstemperaturen und Verbrennungsdrücke können aufgrund einer höheren Ermüdungsbeständigkeit (bei Betriebstemperaturen mehr als doppelt so hoch wie bei herkömmlichen Aluminiumlegierungen) erreicht werden, wobei ein niedrigerer Reibungskoeffizient und eine erhöhte Verschleißfestigkeit zu einer verbesserten Verbrennungseffizienz, einem bremsspezifischen Kraftstoffverbrauch und einer verbesserten Wasserkraft beitragen -Kohlenstoffemissionen.

Die MMC-Kolben sind entscheidende Komponenten, die es Cosworth ermöglicht haben, einen so fortschrittlichen, leichten V12-Motor für den GMA T.50 zu entwickeln.

John Heath, Chefingenieur bei Cosworth, sagte: „Für den GMA-V12-Motor, der mit Drehzahlen von mehr als 12.000 U/min laufen kann, ermöglichte uns das SupremEX-Material die Entwicklung eines extrem leichten Kolbens unter Ausnutzung der hervorragenden Festigkeit des Materials bei hohen Temperaturen.“ Diese Gewichtsreduzierung hat den zusätzlichen Vorteil, dass auch andere Komponenten im Kurbeltrieb eine geringere Masse und eine geringere Reibung aufweisen können, was wesentliche Merkmale für die Bereitstellung eines Motors mit einer so hohen spezifischen Leistung sind.“

Diese Kolben sind auch ein integraler Bestandteil des Lanzante TAG Turbo-Projekts. Im Heck des sehr limitierten TAG 930 wurden 11 F1-Turbo-V6-Motoren aus der Mitte der 80er Jahre verbaut. Die 1,5-Liter-Motoren sicherten sich in der F1-Saison 1984 neun Podestplätze, darunter einen Sieg in Brands Hatch durch Niki Lauda.

Lanzante wandte sich an Cosworth, um den über 1.000 PS starken V6 in einen zuverlässigen, brauchbaren Straßenmotor umzuwandeln. Das Ergebnis sind 503 PS bei einer Drehzahlbegrenzung von 9.000 U/min, was diese extrem limitierten Motoren zu den drehfreudigsten Turbomotoren macht, die in einem straßenzugelassenen Auto zum Einsatz kommen.

Dave Krus, Global Market Director von Materion, sagte: „Seit der Erfindung von SupremEX MMC und seinem erfolgreichen Einsatz als Kolben im Formel-1-Rennsport haben Motorenkonstrukteure weltweit das Material als Schlüssel zu höherer Effizienz erkannt. Um die Technologie für die breitere Automobilbranche zugänglich zu machen.“ Auf dem Markt haben die Experten von Materion weiterhin Möglichkeiten zur Kostensenkung und Verbesserung der Bearbeitbarkeit entwickelt. Es waren jedoch die bahnbrechenden Ingenieure von Cosworth nötig, um Kolben zu entwerfen und zu implementieren, die das Potenzial des Materials voll zur Geltung bringen. Wir sind stolz darauf, mit ihnen zusammenzuarbeiten.“