06.03.2017

von B° RB

Härtetechnik von Kolbenbolzen

Technische Hochschule Nürnberg: Hart und leicht wie Stahl - innovative Härtetechnik von Kolbenbolzen

Kolbenbolzen

Nürnberger Wissenschaftler generieren erhebliche Leistungssteigerung und Kostenersparnis für Unternehmen im Automobil-, Maschinen- und Anlagenbau Kolbenbolzen sind in jedem Motor und jeder Maschine eingebaut. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der TH Nürnberg entwickeln im Forschungsprojekt KoBoLD eine Methode, die die Konstruktion von leichteren und damit leistungsfähigeren Bauteilen ermöglicht. 

Durch die geschickte Nutzung des präzise abgestimmten Einsatzhärtens von Stahlbauteilen ist es möglich, leistungsfähigere und energieeffizientere Systeme zu entwickeln. Das Einsatzhärten ist seit langem ein industriell etablierter Standardprozess. Die Arbeitsgruppe um Prof. Dr. Simon Reichstein entwickelt nun das Einsatzhärten weiter. Die neue Technik kann mit bestehenden Anlagen und Prozessen realisiert werden. Das Forschungsprojekt wird von der Bayerischen Forschungsstiftung gefördert.

Deutschlands Unternehmen im Automobil-, Maschinen- und Anlagenbau profitieren von der Weiterentwicklung des industriell etablierten Einsatzhärtens von Kolbenbolzen an der TH Nürnberg in der Arbeitsgruppe um Prof. Dr. Simon Reichstein. „Die Produktion der leichteren Bauteile mit einer neuen Härtetechnik benötigt eine geringere Einhärtetiefe, das führt zu kürzeren Prozesszeiten und vor allem zu niedrigeren Prozesskosten. Das ist gerade für den Industriestandort Deutschland von großer Relevanz. Stahl ist der in Deutschland mit Abstand wichtigste metallische Werkstoff. Das Einsatzhärten ist das Härteverfahren mit der größten industriellen Bedeutung, so dass nahezu jeder Industriezweig vom gewonnenen Wissen unseres Forschungsprojektes profitieren kann“, erläutert Prof. Dr. Simon Reichstein.

„Die Oberflächen von Stahlwerkstoffen werden verfestigt, das ist bei Antriebsteilen wie z.B. Kolbenbolzen von hoher Bedeutung.“ Durch das Einsatzhärten werden mechanische Eigenspannungen im Bauteil erzeugt, die heutzutage bei der Bauteilauslegung teils ungenau und teils falsch berücksichtigt werden. Daher ist es das Ziel des aktuellen Forschungsprojekts von Prof. Dr. Simon Reichstein, „Kolbenbolzen Leichtbau-Design“ („KoBoLD“), die Eigenspannungen besser zu nutzen und damit eine erhöhte Lebensdauer von Kolbenbolzen im Betrieb zu erreichen.

„Das dazu notwendige Grundlagenwissen ist in den letzten zwei Jahrzehnten geschaffen worden, allerdings ist dieses Wissen nur in akademische, sehr komplexe und damit nicht industrietaugliche Auslegungsmethoden eingeflossen“, so Prof. Dr. Simon Reichstein. Trotz der immer größer werdenden Kooperation von Wissenschaft und Industrie profitieren beide zu wenig vom Wissen des jeweils anderen. „Im Technologietransfer liegen die großen Chancen, aber auch Herausforderungen, das umfangreiche Wissen aus der Forschung in industrielle Produkte und Prozesse einfließen zu lassen“, erläutert Prof. Dr. Simon Reichstein. Gemeinsam mit den beiden Partnern Dr.-Ing. Heinz Werner Höppel von der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen und der Federal Mogul Nürnberg GmbH arbeitet das Team von Prof. Dr. Simon Reichstein an der möglichen Umsetzung.

Der Kolbenbolzen ist das Verbindungsglied zwischen dem Kolben und der Pleuelstange in Maschinen und ist hohen Belastungen in wechselnder Richtung ausgesetzt. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der TH Nürnberg streben eine Verzehnfachung der Lebensdauer von Kolbenbolzen durch die veränderte Einhärtetiefe an. Geplant ist, innerhalb von drei Jahren erste Ergebnisse zu erzielen. Prof. Dr. Simon Reichstein ist optimistisch: „Im Gegensatz zu Kolben, deren Werkstoffe, Fertigung und Auslegung heute sehr weit entwickelt sind, hat sich die Fertigung und Auslegung von Kolbenbolzen in den letzten 40 Jahren im Grunde nicht verändert. Daher bestehen für Kolbenbolzen noch erhebliche Optimierungsmöglichkeiten.“

Die TH Nürnberg gibt mit diesem Forschungsprojekt zukunftweisende Impulse für den Maschinenbau sowie für Mobilität und Fahrzeugbau. Damit stärkt sie die Metropolregion als Standort bedeutender Unternehmen aus diesen Branchen.

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