Die hocheffiziente und kostengünstige Pulvermetallurgie hat sich zu einer bevorzugten Methode für die Herstellung wichtiger Komponenten in Motorsteuerungssystemen entwickelt. Mit minimalem Materialverlust und hervorragender Maßkontrolle liefert sie konsistente Ergebnisse bei hohen Produktionsmengen. Das Besondere an diesem Verfahren ist die Möglichkeit, nahezu konturnahe Teile – Kettenräder, Riemenscheiben und Rotoren – ohne aufwändige Bearbeitung herzustellen. In diesem Artikel betrachten wir pulvermetallurgische Teile genauer, ihre Funktion in der Motorsteuerung sowie ihre Vorteile und Einschränkungen.
Inhalte
Was sind pulvermetallurgische Teile?
Anstatt das Metall zu schmelzen, Pulvermetallurgie-Prozess formt Teile, indem feine Metallpulver in Form gepresst und unterhalb ihres Schmelzpunktes gesintert werden. In dieser kontrollierten Atmosphäre verbinden sich die Partikel durch Diffusion und bilden eine starke und präzise Struktur. Dieser Prozess reduziert nicht nur den Abfall, sondern minimiert auch die Nachbearbeitung und sorgt gleichzeitig für zuverlässige Maßgenauigkeit. Deshalb Pulvermetallurgieteile werden häufig in Anwendungen mit hohem Volumen eingesetzt, bei denen Präzision und Effizienz erforderlich sind.
Was ist die Motorsteuerung?
Die effiziente Verbrennung und die mechanische Leistung eines Motors werden durch die präzise Synchronisierung seiner internen Komponenten gewährleistet, die als Motorsteuerung bezeichnet wird. Diese Motorsteuerung bestimmt das Öffnen und Schließen der Einlass- und Auslassventile im Verhältnis zur Kolbenposition während des Verbrennungszyklus.
Die richtige Motorsteuerung ist entscheidend für optimale Leistung, verbesserte Kraftstoffeffizienz und effektive Emissionskontrolle. Viele dieser Motorkomponenten, wie z. B. Komponenten zur variablen Ventilsteuerung, werden pulvermetallurgisch hergestellt, da sich damit komplexe und hochfeste Teile herstellen lassen.
Pulvermetallurgische Teile in der Motorsteuerung
Komponenten zur variablen Ventilsteuerung
Die variable Ventilsteuerung Ihres Motors ist für die Anpassung des Ventilbetriebs verantwortlich. Die korrekte Ventilsteuerung ist für verbesserte Leistung, Kraftstoffeffizienz und Emissionskontrolle moderner Motoren unerlässlich. Es gibt zwei Komponenten für die variable Ventilsteuerung, die mithilfe der Pulvermetallurgie hergestellt werden:
Um die Motorleistung, den Kraftstoffverbrauch und die Emissionskontrolle zu verbessern, sind moderne Motoren auf eine präzise Steuerung des Ventilbetriebs angewiesen. Möglich wird dies durch ein System namens variable Ventilsteuerung (VVT), das den Zeitpunkt des Öffnens und Schließens der Ventile je nach Motordrehzahl und -last anpasst. Unter den vielen Komponenten dieses Systems werden zwei wichtige Teile üblicherweise pulvermetallurgisch hergestellt:
VVT-Kettenrad
VVT-Kettenrad ist auf der Nockenwelle montiert und arbeitet mit der Steuerkette zusammen. Es passt die Drehposition der Nockenwelle relativ zur Kurbelwelle an, um die Ventilsteuerung je nach Motorlast und -drehzahl zu optimieren. Die pulvermetallurgisch hergestellten VVT-Zahnräder verfügen über integrierte Ölkanäle und Verriegelungssysteme, die für präzise Bewegung und Steuerung unerlässlich sind.
VVT-Rotor
Der VVT-Rotor befindet sich im VVT-Kettenradgehäuse. Dieser Rotor enthält interne Flügel, Kanäle und Bohrungen. Er wird hydraulisch durch Motoröl gesteuert und verschiebt die Nockenwellenphase, um die Ventilsteuerung über verschiedene Drehzahlbereiche hinweg zu optimieren. Durch die pulvermetallurgische Fertigung weist der Rotor eine außergewöhnliche Maßgenauigkeit und -konsistenz auf.
Steuerkettenrad
Steuerkettenräder werden ebenfalls pulvermetallurgisch hergestellt, um eine hohe Präzision zu gewährleisten. Die Steuerkettenräder arbeiten in Verbindung mit einer Steuerkette, um Kurbelwelle und Nockenwelle zu synchronisieren. Diese Synchronisierung ist wichtig für einen reibungslosen Motorbetrieb, eine effiziente Kraftstoffverbrennung und reduzierte Emissionen.
Funktionsweise des Steuerkettenrads
Steuerkettenräder sind sowohl an der Kurbelwelle als auch an der Nockenwelle montiert und durch eine Steuerkette verbunden. Wenn sich die Kurbelwelle dreht, treibt das Kettenrad auf der Kurbelwelle die Kette an, wodurch sich das Nockenwellenkettenrad dreht. Diese synchronisierte Bewegung stellt sicher, dass die Ventile in den richtigen Intervallen öffnen und schließen, um die richtige Motorsteuerung zu gewährleisten.
Es gibt zwei Arten dieser Kettenräder:
Nockenwellenrad
Das Nockenwellenrad ist mit der Nockenwelle verbunden und sorgt für die Synchronisierung ihrer Bewegung mit der Kurbelwelle. Ein Nockenwellenrad hat in der Regel einen größeren Durchmesser, um eine langsamere Rotation zu ermöglichen und eine bessere Kontrolle der Ventilbetätigung zu ermöglichen. Es sorgt für eine präzise Ventilsteuerung und gewährleistet so eine optimale Luft-Kraftstoff-Ansaugung und Abgasableitung in jedem Motorzyklus.
Kurbelwellenrad
Die Kurbelwellenrad ist für die Verbindung der Kurbelwelle und den Antrieb der Steuerkette bzw. des Steuerriemens verantwortlich. Diese Kettenräder übertragen die von den Kolben erzeugte Drehbewegung auf den Rest des Ventiltriebs.
Obwohl es kleiner ist, ist es einer größeren Belastung ausgesetzt als die Nockenwelle, weshalb es mit der Zeit verschleißt und möglicherweise zu einer Fehlausrichtung der Steuerzeiten führt. Aus diesem Grund wird bei modernen Motoren zunehmend die Pulvermetallurgie (PM) zur Herstellung von Kurbelwellenrädern eingesetzt.
Zahnriemenrad
Die Zahnriemenscheibe ist im Allgemeinen für die Übertragung der Drehbewegung zwischen den Wellen verantwortlich, indem sie in Kombination mit einem Zahnriemen arbeitet. In Automotoren ist die Riemenscheibe an der Kurbelwelle und der Nockenwelle montiert, um die Ventilfunktion während der Verbrennung aufrechtzuerhalten.
Diese Riemenscheiben verhindern Schlupf und gewährleisten die genaue Phasenbeziehung zwischen den Komponenten. Die Konstruktionsflexibilität zur Integration interner Merkmale und leichter Geometrien dieser Riemenscheiben wird durch Pulvermetallurgie erreicht.
Riemenspannrolle
Die Riemenspannrolle sorgt dafür, dass die Riemen, wie beispielsweise Keil- oder Zahnriemen, stets richtig gespannt bleiben. Dies ermöglicht eine reibungslose und effiziente Kraftübertragung auf wichtige Motorkomponenten wie Lichtmaschine, Wasserpumpe und Klimakompressor.
Vor- und Nachteile der Pulvermetallurgie für die Motorsteuerung
Sie können sich auf die Pulvermetallurgie verlassen, um kostengünstige, präzise Steuerteile zu erhalten, achten Sie jedoch auf Einschränkungen hinsichtlich Festigkeit und Verarbeitung.
Vorteile
Kostengünstige Massenproduktion
Die Pulvermetallurgie gilt als ideal für die Großserienfertigung von Motorsteuerungsteilen, da sie weniger Energie verbraucht als Gießen und Zerspanen. Darüber hinaus ermöglicht sie dank ihrer Hochgeschwindigkeitspresse die Produktion von 30 Teilen pro Minute. Dies führt zu einer effizienten und kostengünstigen Technik zur Herstellung der benötigten Komponenten.
Enge Maßtoleranzen
Der Einsatz von Pulvermetallurgie ermöglicht die Herstellung von Komponenten mit höchster Präzision. Die Toleranzen gesinterter Teile liegen typischerweise im ISO-IT8- bis IT9-Bereich. Nach dem Sintern können die Toleranzen durch Kalibriervorgänge auf ISO IT6- bis IT7-Niveau weiter verbessert werden. Dies gilt als ideal für Steuerzahnräder, Kettenräder und Riemenscheiben.
Komplexe Geometrie
Die Pulvermetallurgie ermöglicht die direkte Herstellung komplexer Teilegeometrien, die mit herkömmlichen Fertigungsmethoden wie dem Gießen nur schwer zu erreichen sind.
Nachteile
Geringere mechanische Eigenschaften
PM-Teile weisen keine vollständige Dichte auf, was zu einer geringeren Festigkeit und Zähigkeit im Vergleich zu Schmiede- oder Gussteilen führen kann.
Einschränkungen hinsichtlich der Oberflächenbeschaffenheit
Gesinterte Oberflächen weisen typischerweise eine Rauheit von Ra 0.8–1.6 µm auf, die möglicherweise nicht für alle Anwendungen geeignet ist. Um die Anforderungen an die Oberflächengüte zu erfüllen, können Nachbearbeitungen wie Kalibrieren, Schleifen oder Beschichten erforderlich sein.
Formbeschränkungen
Obwohl komplexe Geometrien möglich sind, sind sehr lange oder stark dreidimensional konturierte Teile für die konventionelle PM-Technik nicht ideal. Für solche Anwendungen eignen sich isostatisches Pressen oder die additive Metallfertigung besser.
BLUE ist ein nach ISO 9001:2015 zertifiziertes Pulvermetallurgie-Unternehmen, das eine breite Palette an Standard-PM-Teilen, einschließlich Steuerkomponenten, ohne Werkzeugkosten liefert. Besuchen Sie unsere E‑Zigarette SHOP zum Durchsuchen und Aufgeben Ihrer Bestellung. Wenn Sie das gewünschte Teil nicht finden, bieten wir auch kundenspezifische Pulvermetallurgieteile.