Spezialstähle senken Emissionen und Kraftstoffverbrauch

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Murtfeldt Kunststoffe GmbH & Co. KG

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Heraeus AMLOY Technologies GmbH

Schmolz + Bickenbach Blankstahl GmbH

Hoher Reinheitsgrad für den Dieselmotor

Die Beanspruchungen der Bauteile in Dieselmotoren sind aufgrund der höheren Zündtemperatur extremer als in Benzinmotoren. Während das Einspritzsystem im Benziner Drücken bis 300 bar ausgesetzt ist, geht die Entwicklung beim Diesel langfristig in Richtung 3.000 bar. Damit steigen die Anforderungen im Zuge des Downsizings deutlich. Das erfordert den Einsatz von Stabstählen mit höheren statischen und dynamischen Festigkeiten sowie einem höheren Reinheitsgrad. Selbst kleinste Materialeinschlüsse könnten bei den hohen, teils wechselnden Belastungen zum Versagen des Bauteils führen. Je reiner der Stahl ist, desto höheren Kräften kann er auch bei geringen Bauteildurchmessern standhalten. Ein hochbelastetes Bauteil ist die Einspritzdüse, die den Kraftstoff direkt in den Brennraum führt. Die hier eingesetzten Stähle müssen enormen Temperaturen standhalten. „Hier bietet sich unser Carbodur 5920 (18CrNi8) an. Er bringt eine hohe Hitze- und Druckbeständigkeit mit“, so Ralf Schneider, Vertriebsleiter Edelbaustahl und Automobil bei der Deutsche Edelstahlwerke GmbH. Einen besonders hohen Reinheitsgrad erhält der Werkstoff per Elektro-Schlacke-Umschmelzverfahren (ESU). Bei diesem Verfahren wird der feste Stahl in flüssige Schlacke getaucht und durch das Zuführen elektrischer Energie erneut geschmolzen. Beim Durchgang durch die Schlacke erfährt der Stahl eine Veredelung: Verunreinigungen und Oxide werden in der Schlacke gebunden. Der Umschmelzprozess findet in einer wassergekühlten Kokille statt, so dass der Block gleichmäßig erstarrt.

Für hochbelastete dünnwandige Bauteile bietet die Schmolz+Bickenbach Gruppe in ihren Stahlwerken das ESU-Verfahren unter Schutzgas an. So wird ein noch höherer Reinheitsgrad erreicht. Das ist unter anderem bei dem filigranen Körper der Düse notwendig. Hier empfiehlt sich der Firmodur 7228 (50CrMo4) der Deutschen Edelstahlwerke, ein für die steigenden Belastungen modifizierter Vergütungsstahl.

Für das Hochdruck-Rail im Dieselmotor haben die Deutschen Edelstahlwerke den standardmäßig eingesetzten Edelbaustahl Microdur 5231 (38MnSiVS6+NB) durch die Zugabe von Niob optimiert und damit die Feinkornbeständigkeit erhöht. Anwender profitieren von einer höheren Festigkeit und Druckdichtigkeit sowie verkürzten Härte- und Nacharbeitszeiten. Die Bearbeitbarkeit des Schmiedeteils wird durch die hohe Festigkeit nicht beeinträchtigt, da der Härteprozess erst während des Schmiedevorgangs beim Kunden stattfindet.

Hoch- und höherfeste Stähle für das Common-Rail-System

Hochbeansprucht sind auch die Bauteile in der Common-Rail-Technologie, die heute Standard beim Dieselmotor ist. Bauteile wie Düsen- und Magnetspannmuttern halten das System bei Drücken über 2.000 bar zusammen. Hoch- und höherfeste Werkstoffe sind erforderlich, damit die Bauteile auch Wechselbelastungen standhalten. Neben hohen dynamischen Festigkeiten muss der Stahl zur Anfertigung der Spannmuttern auch eine gute Zerspanbarkeit mitbringen. „Den Spagat schaffen wir zum Beispiel mit dem ETG 100 und HSX 110“, erklärt Dirk Ochmann, Vertriebsleiter bei der Steeltec AG, einem Unternehmen der Schmolz+Bickenbach Gruppe. „Die Spezialstähle werden warmgezogen und vereinen im Gegensatz zu Vergütungsstählen die scheinbar widersprüchlichen Eigenschaften bereits im Lieferzustand.“ Das spart zusätzliche Bearbeitungsschritte und damit Zeit und Kosten.

Auch für magnetische Anwendungen, wie das Hochdruckmagnetventil, hat Steeltec eine Alternative parat. Der ETG 25 ist im Gegensatz zu den konventionell eingesetzten weichmagnetischen Werkstoffen sehr gut schweißbar und zerspanbar – wichtige Kriterien für die effiziente Bearbeitung des Drehteils. Der Spezialstahl ermöglicht die im Downsizing üblichen kompakten Konstruktionen. Zudem können Bauteile mit Blick auf die gesamte Prozesskette kostengünstiger hergestellt werden.

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