Diese 3D

Sie sind leichter, stärker und hitzebeständiger, selbst bei 15.000 U/min.

Wenn es um Kohlenstoff-Verbundwerkstoffe geht, haben immer innovativere Automobilanwendungen eine glänzende Zukunft. Sie können nicht nur 3D-gedruckt werden, sondern sind auch technisch gesehen leichter, stärker und widerstandsfähiger gegen Ermüdung durch Hitze. Solche Eigenschaften machen sie theoretisch ideal für den Einsatz in Teilen wie Carbon-Keramik-Bremsen. Aber würden Sie bei internen Motorkomponenten etwas anderem als dem guten, altmodischen Metall vertrauen? Könnte es eine Zukunft für Carbon-Verbundwerkstoff in einem Standard-Kolbenantriebsplan geben?

Manche glauben das, und tatsächlich haben sie sich die Mühe gemacht, diese potenziell bahnbrechenden Teile für den Ersatzteilmarkt zu entwickeln.

Mehrere kundenspezifische Maschinenwerkstätten, wie beispielsweise Extreme Tuners, haben die sozialen Medien genutzt, um den neuesten potenziellen technischen Durchbruch anzukündigen: die Pleuelstange aus Carbon-Verbundwerkstoff, die das Unternehmen für sein Mitsubishi Lancer Evolution-Projekt entwickelt hat. Die Pleuelstangen, an denen sie gearbeitet haben, können angeblich bis zu 3.000 PS und einer Drehzahl von fast 15.000 U/min standhalten und wiegen dabei fast zehnmal weniger als ihre Gegenstücke aus Stahl und sechsmal weniger als solche aus Aluminium.

Die Pleuelstange ist die Hauptstange, die die Kurbelwelle mit der Unterseite des Kolbens in einem Verbrennungsmotor verbindet. Da sie die Hauptkurbelwelle des Motors mit dem Kolbenkopf des Zylinders verbinden, was es dem Kolben ermöglicht, sich innerhalb des Zylinders auf und ab zu bewegen, sind sie einer großen Zugkraft und Belastung ausgesetzt, die beim Ansaugen, Verdichten, Antreiben usw. auf sie einwirkt Auspuffhübe. Aus diesem Grund bestehen sie häufig aus gegossenen Metallen und Legierungen, um Festigkeit und Wärmeableitung zu gewährleisten. Das macht sie jedoch schwer und bei anspruchsvollen Leistungsanwendungen störanfällig.

Welche Vorteile würde eine Carbon-Verbundrute bieten?

Kohlenstoffverbundwerkstoffe können leichter und fester sein als die meisten Legierungs- und Gussmetalle. Daher könnten Motoren theoretisch stark von der Verwendung solcher Verbundwerkstoffe in Situationen mit hoher Hitze und hoher Belastung profitieren. Durch die Gewichtsreduzierung würde sich die Motor- und Gasannahme deutlich verbessern, da dadurch die auf die Kurbelwelle und den Kolbenkopf wirkende hin- und hergehende Masse verringert würde. Es könnte auch mehr Leistung ermöglichen, was einen enormen Vorteil in der Leistung und sogar im Kraftstoffverbrauch bietet.

Pleuel aus Gussmetall und Legierungen sind bereits stabil, aber je nach Herstellungsart können sie dennoch versagen. Eine Alternative besteht darin, Pleuel aus dem Vollen zu fertigen, also aus einem massiven Metallblock zu fräsen. Allerdings ist es unglaublich teuer, arbeitsintensiv und zeitaufwändig.

Carbon-Verbundwerkstoffe können stärker gemacht werden als üblicherweise verwendete Metalle, was den Tunern mehr Flexibilität beim Versuch geben könnte, mehr Leistung herauszuholen. Mit der erhöhten Festigkeit müssten sie theoretisch keine Angst haben, den Motor zu bombardieren, indem sie eine Pleuelstange durch die Seite des Kurbelgehäuses schicken.

Carbon-Composite-Materialien sollen auch hitzebeständiger sein, was die durch Überhitzung verursachte Metallermüdung teilweise beseitigen könnte. Aus diesem Grund verwenden einige High-End-Automobilhersteller Carbon-Keramik-Bremsen. Sie sind nicht nur stärker, sondern leiten die Wärme auch deutlich besser ab als Stahlrotoren und sind daher widerstandsfähiger gegen Ausbleichen und widerstandsfähiger gegen Missbrauch, wie z. B. beim Fahren auf der Rennstrecke.

Extreme Tuner behaupten, dass die Modelle, an denen sie arbeiten, eine Kolbenkraft von bis zu 57.363 Newton haben.

Obwohl Kohlenstoffverbundmaterialien teuer sind, weil sie noch relativ neu auf dem Markt sind, können sie zumindest im Massenproduktionsmaßstab in 3D gedruckt werden. Das bedeutet, dass die Herstellungskosten dank der einfachen Herstellung, die der 3D-Druck bietet, gesenkt werden könnten.

Aber es gibt noch viele Fragen. Obwohl Kohlenstoff-Verbundwerkstoffe stärker sein können als Metalle und Legierungen, können sie dennoch anfällig für Ausfälle sein, wenn sie nicht ordnungsgemäß hergestellt werden, ähnlich wie einige Metalle und Legierungen unter strukturellen Integritätsproblemen aufgrund schlechter Guss- oder anderer metallurgischer Verfahren leiden können.

Beispielsweise können Kohlefasern oder kohlenstofffaserbasierte Materialien trotz aller Versprechungen stärker und leichter als einige Metalle wie CFK oder kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe sein, unter ungünstigen Umständen jedoch dennoch reißen oder zersplittern.

Auch wenn Carbon-Verbund-Pleuel theoretisch einen Zweck erfüllen, benötigen sie noch etwas Zeit und Entwicklung, um perfektioniert zu werden.