Lösung für Präzisionsgussteile aus rostfreiem Stahl für Abgaskrümmer von Luxus-Sedan – mit japanischem Premium-Automobilhersteller der ersten Liga

Kundenprofil

Der Kunde ist ein japanischer Hersteller hochwertiger Automobile, der seinen Abgaskrümmer für V6-Turbomotoren für die Anforderungen der nächsten Generation von Luxus-Sedans weiterentwickeln möchte. Das aktuelle Fertigungsdesign wies folgende Probleme auf:

- Turboloch aufgrund inkonsistenter Abgasimpulse
- Häufige thermische Ermüdungsrisse in Schweißverbindungen
- Übergewicht mit negativer Auswirkung auf den Kraftstoffverbrauch

Technische Herausforderungen

▸ Materialanforderungen
- Edelstahl ASTM A351 HK30Nb
- Muss kontinuierlich 850 °C und kurzzeitig bis zu 1050 °C aushalten
- Verformung von weniger als 0,5 % nach 1000 thermischen Schockzyklen

▸ Leistungsanforderungen
- Strömungskanal-Design mit gleicher Länge und einer Toleranz von ±3 mm für optimale Pulsation
- Integrierte Turbinenflanschverbindung mit einer Ebenheitsanforderung von 0,05 mm
- 25 % geringeres Gewicht im Vergleich zum bestehenden Design

▸ Fertigungsbeschränkungen
- Lieferzeit für die Fertigung der Werkzeuge: 12 Wochen
- Prozess gemäß IATF 16949 konform
- 100 % Dichtheitsprüfung bei einem Druck von 2,8 bar

Unsere maßgeschneiderte Lösung

1. Phase der fortgeschrittenen Konstruktion
- Nutzung der Converge-Simulationssoftware zur Optimierung der Strömungspfadgeometrie mittels CFD
- Topologisch optimierte Versteifungen zur Gewichtsreduzierung bei gleichbleibender Steifigkeit
- Entwicklung eines proprietären „Thermo-Lock“-Anschnittsystems zur Vermeidung von Heißrissen

2. Präzisionsfertigung
- Feingussverfahren unter Verwendung:
- Zirkonia-verstärkter Keramikformen
- Kontrollierte Vakuum-Erstarrung
- Oberflächenrauheit im gegossenen Zustand: Ra 3,2 μm (50 % besser als Industriestandard)
- CNC-Bearbeitung kritischer Schnittstellen in derselben Aufspannung

3. Qualitätsprüfung
- 100 % Fluoreszenz-Penetrationsprüfung (ASTM E1417)
- Alle Strömungspfade mittels Koordinatenmessmaschinen (CMM) verifiziert
- Motordynamometer-Tests am Kundenstandort

Liefergegenstände

✔ 23 % Gewichtsreduktion (von 5,2 kg auf 4,0 kg)
✔ 8 % Verbesserung der Turbinenansprechzeit (basierend auf einer Erhöhung der Rotordrehzahl um 200 min⁻¹)
✔ Erste 50.000 Einheiten ohne Leckagefehler bei 100 Prüfeinheiten
✔ 18 % Kosteneinsparung im Vergleich zu gefertigten Konstruktionen

Kundenfreigabe

„Die Pulsmodulationsgenauigkeit des gegossenen Verteilers hat messbare Leistungssteigerungen ergeben, die unsere Ingenieure zu diesem Preisniveau nicht für möglich gehalten hätten. Diese Lösung wird nun in unserer gesamten V-Motorfamilie eingesetzt.“

— [Chefingenieur des Kunden], Antriebsstrangentwicklung