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Antrieb Besser vorhersagen, wie lange der Motor hält

Redakteur: Katharina Juschkat

Wissenschaftler der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung haben ein Berechnungsmodell erarbeitet, um die Lebensdauer von Abgasturboladern in Verbrennungsmotoren besser vorherzusagen.

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Bei Fischereibooten ist der Motor über viele Stunden täglich im Einsatz – hier ist es gut zu wissen, wie lange das Bauteil noch hält.
Bei Fischereibooten ist der Motor über viele Stunden täglich im Einsatz – hier ist es gut zu wissen, wie lange das Bauteil noch hält.
(Bild: gemeinfrei / CC0 )

Abgasturbolader kommen bei vielen Verbrennungsmotoren zum Einsatz, um die Energie der Abgase zumindest teilweise zu nutzen. In einem PKW, der nur wenige Kilometer pro Tag fährt, wird das Bauteil nur kurzzeitig beansprucht. Anders sieht es aus, wenn der Motor stetig über viele Stunden im Einsatz ist, beispielsweise bei einem Fischtrawler, der in der Hochseefischerei eingesetzt wird. Gut zu wissen ist daher, wie lange das Bauteil voraussichtlich halten wird, um die Wartungsintervalle entsprechend zu planen.

Material altert beim Verdichten der Luft

Wissenschaftler der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) haben dazu in einem Kooperationsprojekt mit dem Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik das Material, eine Aluminiumlegierung, genauer unter die Lupe genommen. Das Material wird im Herstellungsprozess bei 195 °C ausgehärtet und erhält so seine optimale Festigkeit. Beim Verdichten der Luft erhöht sich die Temperatur und das Material altert. Prof. Birgit Skrotzki, Leiterin des Fachbereichs Experimentelle und modellbasierte Werkstoffmechanik´, erklärt: „Um mehr über den Verlauf des Alterungsprozesses zu erfahren, haben wir uns angeschaut, wie sich die Mikrostruktur und damit die Festigkeit der Aluminiumlegierung über einen Zeitraum von fast drei Jahren verändert, wenn die Temperaturen bei 190 °C oder knapp darunter liegen.“

BUCHTIPPDas Buch „Praxishandbuch Antriebsauslegung“ hilft bei der Auswahl der wesentlichen Bestandteile elektrischer Antriebssysteme: Motor, Getriebe, Stellgerät, Netzversorgung sowie deren Zusatzkomponenten. Auch auf die Berechnung wird intensiv eingegangen.

Erweitertes Berechnungsmodell hilft, bessere Vorhersage zu treffen

Das Verdichterrad eines Abgasturboladers.
Das Verdichterrad eines Abgasturboladers.
(Bild: BAM)

Die gewonnenen mikrostrukturellen Daten sind die Grundlage für ein erweitertes Berechnungsmodell, das den Festigkeitsverlust des Materials mitberücksichtigt. Dadurch konnten bestehende Alterungs-, Verformungs- und Lebensdauermodelle verbessert werden.

„Das Berechnungsmodell trägt so dazu bei, die Lebensdauer von Radialverdichterrädern aus Aluminium auch unter starker Beanspruchung besser vorherzusagen“, fasst Skrotzki zusammen. So können Hersteller und Nutzer besser kalkulieren, wie lange der Motor zuverlässig läuft – egal ob im Stadtverkehr oder auf hoher See.

Das Projekt „Alterung und Lebensdauer. Lebensdauerberechnung von Aluminium-Radialverdichterrädern unter Berücksichtigung der Werkstoffalterung“.

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