extra März 2010 March 2010 März 2010 March JAHRE KOLBENSCHMIDT PIERBURG 100 YEARS OF KOLBENSCHMIDT PIERBURG

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1 extra extra KS Kolbenschmidt Pierburg Pierburg Pump Technology KS Aluminium-Technologie KS Gleitlager Motor Service März 2010 March JAHRE KOLBENSCHMIDT PIERBURG 100 YEARS OF KOLBENSCHMIDT PIERBURG März 2010 March 2010 IDEEN FÜR DAS NÄCHSTE JAHRHUNDERT Ideas for Another 100 Years HISTORIE History ABGASMASSENSTROMSENSOR Exhaust Gas Mass Flow Sensor ALUMINIUMGUSS Cast Aluminum GLEITLAGER Plain Bearings KOLBENSYSTEME Piston Systems NUTZFAHRZEUGTECHNIK Commercial Vehicle Technique PUMPEN Pumps /// INTERVIEW Dr. Gerd Kleinert Kolbenschmidt Pierburg AG An mehr als 30 Fertigungsstandorten in Europa, Nord- und Südamerika, Japan, Indien und China entwickeln und produzieren die Unternehmen der Kolbenschmidt Pierburg Gruppe innovative Komponenten, Module und Systeme für die aktuelle und die künftige Motorentechnik JAHRE KOLBENSCHMIDT PIERBURG 100 YEARS OF KOLBENSCHMIDT PIERBURG

2 Wohin fährt die Zukunft? 12 Aufgaben für die Automobilindustrie ZUKUNFT LESEN Automotive Agenda 04 JACQUES ASCHENBROICH // WALTER EICHENDORF // ROBERT FISCHER // JOCHEN FLASBARTH // HERBERT W. FRANKE // FRITZ GAIRING // MURAT GÜNAK // FRANK KRAUSE JEFFREY LIKER // CHRISTIAN MALORNY // MANUEL VERMEER // ENGELBERT WESTKÄMPER MANFRED WITTENSTEIN DEZEMBER 2009 ISSN X SEIT 1898 DIE NUMMER 1 IN SACHEN AUTOMOBILTECHNIK Augen auf! 12 AUFGABEN FÜR DIE AUTOMOBILINDUSTRIE DER ZUKUNFT Bildquelle: Daimler AG Mit den neuesten Ergebnissen aus der internationalen Forschung, Entwicklung und Produktion sowie spannenden Beiträgen von ausgewählten Experten bieten wir die führenden automobil technischen Fach medien für die gesamte Branche. Und weil sich hier immer alles um den Fortschritt dreht, haben auch wir einen Schritt nach vorn gemacht: Die ATZ-Medien im neuen Design sind jetzt noch lesefreund - licher, noch klarer strukturiert und noch ansprechender. JA, ICH MÖCHTE DIE ATZ JETZT TESTEN! Bitte senden Sie mir die beiden nächsten Ausgaben der ATZ Automobiltechnische Zeitschrift zu. Möchte ich die Zeitschrift danach weiterlesen, brauche ich nichts weiter zu tun. Ich erhalte die Zeitschrift zum Preis von nur 224, zzgl. Versandkosten. Das Abonnement kann ich jederzeit nach Erhalt der letzten Ausgabe kündigen. Zuviel gezahlte Beiträge für nicht gelieferte Ausgaben werden erstattet. WIDERRUFSGARANTIE: Diese Vereinbarung kann innerhalb von 14 Tagen schriftlich widerrufen werden. Zur Fristwahrung genügt die rechtzeitige Absendung (Poststempel) an Springer Automotive Media, Leserservice PF 18, Abraham-Lincoln-Str. 46, Wiesbaden. Automotive Agenda Wir denken schon mal vor Jetzt Vorzugsausgabe online bestellen: oder per Fax an: FIRMA VORNAME / NAME FUNKTION STRASSE / NR. PLZ / ORT Bitte schicken Sie mir regelmäßig ihren kostenlosen ATZonline-Newsletter: BRANCHE -ADRESSE Einfach Coupon ausfüllen und faxen an +49 (0) oder online bestellen unter DATUM / UNTERSCHRIFT

3 EDITORIAL EDITORIAL WANDEL SCHAFFT ZUKUNFT Liebe Leserin, lieber Leser, Veränderung erleben viele Menschen als Bedrohung, erst recht, wenn es sich um Umbrüche handelt, wie wir sie in der Automobilindustrie in den letzten Jahren erleben. Globalisierung, Elektromobilität, verändertes Kundenverhalten, immer strengere Abgas- und Verbrauchsvorschriften, dann auch noch eine Weltwirtschaftskrise. Wie schön, wie beruhigend wäre es, wenn alles beim Alten bliebe. Oder doch nicht? Es liegt im Wesen des Menschen, dass er sich verbessern möchte. Und mancher will sogar dazu beitragen, die Welt zu verändern. Anders als Tiere ist der Mensch nicht auf allmähliche evolutionäre Veränderung angewiesen, sondern kann mit seinem Denken und Handeln die Zeitläufte beeinflussen. Wer sich da ins Abseits stellt und darauf beharrt, dass alles bleibt, wie es ist, fällt zurück. Dass man auch dramatische Umbrüche erfolgreich bewältigen kann, zeigt mir die Geschichte von Kolbenschmidt Pierburg. Hervorgegangen aus einer Stahlhandelsgesellschaft und einem Altmetall-Schmelzwerk, sind zwei Autozulieferer entstanden, die sich erfolgreich am Weltmarkt behauptet haben. Trotz der technischen Umbrüche, die manches Stammprodukt wie den Vergaser ins Aus befördert hat. Die Geschichte des Zulieferers zeigt auch, dass es in Zeiten des Wandels einen guten Schritt darstellen kann, wenn man sich zusammentut. Denn entgegen landläufiger Meinung ist ein Zusammenwachsen zweier Unternehmen möglich. Mit dieser Sonderausgabe der MTZ gratulieren wir Kolbenschmidt Pierburg zum 100. Jubiläum. Dabei schauen wir nicht nur zurück, sondern widmen kommenden Innovationen in Bereichen wie Kolben, Kurbelgehäuse oder Abgasrückführung ausführlichen Raum. Denn die Veränderungsgeschwindigkeit nimmt eher zu als ab. Eine anregende Lektüre wünscht Ihnen JOHANNES WINTERHAGEN, Chefredakteur Stuttgart, 20. Januar 2010 CHANGE CREATES THE FUTURE Dear Reader, Many people perceive change as a threat, especially when it comes as an upheaval like the one we have been experiencing in the automotive industry in recent years. Globalisation, electromobility, changes in customer behaviour, increasingly strict emissions and fuel consumption legislation and to make matters worse, a global financial crisis. How nice, how comforting it would be if everything stayed the same. Or perhaps not? It is in the nature of human beings to want to better themselves. And some even want to help change the world. Unlike animals, humans are not dependent on gradual evolutionary change but are able to influence the course of events by their thoughts and their actions. Those who stand back and insist that everything stays as it was will be left behind. The history of Kolbenschmidt Pierburg clearly demonstrates that it is possible to cope with even the most dramatic changes. A former steel-trading company and a scrap metal remelting factory developed into two automotive suppliers that became successfully established on the world market. In spite of the technical upheavals that put an end to some mainstay products such as the carburettor. The history of the supplier also shows that, in times of change, it is sometimes a good idea to join forces. Contrary to popular opinion, it is possible for two companies to grow together. With this special issue of MTZ, we would like to congratulate Kolbenschmidt Pierburg on their 100th anniversary. We not only look back to the past but also focus on future innovations in areas such as pistons, crankcases or exhaust gas recirculation. After all, the pace of change will not slow down but will continue to accelerate. I hope you enjoy reading this special issue. JOHANNES WINTERHAGEN, Editor-in-Chief Stuttgart, 20 January Jahre Kolbenschmidt Pierburg 1

4 INHALT EINFÜHRUNG 4 Ideen für das nächste Jahrhundert Gerd Kleinert 100 JAHRE KOLBENSCHMIDT PIERBURG IDEEN FÜR DAS NÄCHSTE JAHRHUNDERT HISTORIE Jahre AutoMotivePower Christian Leitzbach, Peter Klotzbach ABGASMESSTECHNIK 34 Abgasmassenstromsensor für Pkw- und Nfz-Anwendungen Karsten Grimm, Sven Nigrin, Andres Tönnesmann, Heinrich Dismon ALUMINIUMGUSS 44 Leichtbau und Downsizing Einsatzmöglichkeiten von Aluminiumguss im Fahrzeug Eduard Köhler, Stephan Beer, Christian Klimesch, Jürgen Niehues, Bernd Sommer GLEITLAGER 54 Gleitlagererprobung anhand der Forderungen des Automobilmarkts Klaus Damm, Athanassios Skiadas, Mario Witt, Hubert Schwarze KOLBENSYSTEME 64 Innovative Kolbensystemlösungen für Verbrennungsmotoren Ralf Buschbeck, Emmerich Ottliczky, Wolfgang Hanke, Hans-Joachim Weimar NUTZFAHRZEUGTECHNIK 76 Kompetenz und Komponenten rund um den Nutzfahrzeugmotor Michael Breuer, Martin Hopp, Karl Wübbeke Dieses MTZextra wurde mit freundlicher finanzieller Unterstützung durch die Kolbenschmidt Pierburg AG realisiert. PUMPEN 86 Elektrifizierung treibt Pumpeninnovationen Achim Brömmel, Michael Rombach, Bernd Wickerath, Thomas Wienecke, Jean-Michel Durand, Giacomo Armenio, Raffaele Squarcini, Thomas Joachim Gibat RUBRIKEN 1 Editorial 85 Impressum INTERVIEW 28 Große volkswirtschaftliche Fehler im Umgang mit Energie Gerd Kleinert Jahre Kolbenschmidt Pierburg

5 100 YEARS OF KOLBENSCHMIDT PIERBURG IDEAS FOR ANOTHER 100 YEARS INTRODUCTION 7 Ideas for Another 100 Years Gerd Kleinert CONTENTS HISTORY Years of AutoMotivePower Christian Leitzbach, Peter Klotzbach EXHAUST MEASUREMENT TECHNIQUE 37 Exhaust Gas Mass Flow Sensor for Car and Commercial Vehicle Applications Karsten Grimm, Sven Nigrin, Andres Tönnesmann, Heinrich Dismon ALUMINUM CASTING 47 Lightweight Construction and Downsizing A Broad Range of Applications for Cast Aluminum in Vehicles Eduard Köhler, Stephan Beer, Christian Klimesch, Jürgen Niehues, Bernd Sommer PLAIN BEARINGS 57 Plain Bearing Testing According to Automotive Market Demands Klaus Damm, Athanassios Skiadas, Mario Witt, Hubert Schwarze PISTON SYSTEMS 67 Innovative Pistion System Solutions for Internal Combustion Engines Ralf Buschbeck, Emmerich Ottliczky, Wolfgang Hanke, Hans-Joachim Weimar This MTZextra was realized with kind financial support of the Kolbenschmidt Pierburg AG. COMMERCIAL VEHICLE TECHNIQUE 79 Capabilities and Components for Commercial Vehicle Engines Michael Breuer, Martin Hopp, Karl Wübbeke PUMPS 89 Electrification Powers Pump Innovation Achim Brömmel, Michael Rombach, Bernd Wickerath, Thomas Wienecke, Jean-Michel Durand, Giacomo Armenio, Raffaele Squarcini, Thomas Joachim Gibat INTERVIEW 31 Major Economic Errors in Dealing with Energy Gerd Kleinert RUBRICS 1 Editorial 85 Imprint 100 Years of Kolbenschmidt Pierburg 3

6 EINFÜHRUNG IDEEN FÜR DAS NÄCHSTE JAHRHUNDERT Der hundertste Geburtstag eines Unternehmens ist ohne Frage ein besonderer Moment. Als Jubilar-Unternehmen ist man für einen Moment geneigt, sich nur noch mit der eigenen Historie, dem Wirken der Gründerväter und der zugegebenermaßen spannenden und wechselvollen Entwicklung der eigenen Firma auseinanderzusetzen Jahre Kolbenschmidt Pierburg

7 EINFÜHRUNG BEURTEILUNG KÜNFTIGER HERAUSFORDERUNGEN Aber eine zukunftsorientierte Unternehmensführung fordert von uns, den Blick nach vorn und in die Zukunft zu richten, um künftige Entwicklungen frühzeitig auszumachen und auf ihre Bedeutung für das Unternehmen und die daraus entstehenden Aufgabenstellungen zu prüfen. Unsere wichtigste Frage angesichts des Jubiläums ist daher nicht, wie war das alles vor einhundert Jahren, sondern vielmehr, wie werden wir bei unserem 125-jährigen Jubiläum aufgestellt sein? Was müssen wir unternehmen, um auch dann noch ein Key-Player in unserer Branche zu sein, der seine Marktposition gegenüber dem Status quo entwickelt und verbessert hat? Hinter dieser Fragestellung steckt heute mehr denn je eine technologische Abschätzung der künftigen Entwicklung in der Motorentechnik. Mit ihr verbunden sind Punkte wie das Taxieren der Verlässlichkeit von Prognosen der einschlägigen Marktforschungsinstitute und noch schwieriger die Einschätzung der Entwicklung künftiger politischer und gesellschaftlicher Rahmenbedingungen; und das weltweit. Nicht zuletzt angetrieben durch die globale Klimadiskussion ist das Thema Elektromobilität nicht erst seit der Internationalen Automobilausstellung im Herbst 2009 in aller Munde. Sie wird kommen, das ist sicher. Was noch abzuwarten bleibt, ist die Intensität ihrer Verbreitung. Und die hängt in erster Linie, da sind sich die Experten einig, von der künftigen Entwicklung der Speichertechnik ab. Solange sich kein Quantensprung bei den Themen Batteriegewicht, Ladezyklus, Speicherkapazität und Lebensdauer abzeichnet, wird das Elektroauto mittelfristig auf leicht definierbare Einsatzfelder, zum Beispiel im urbanen Pendlerverkehr, beschränkt bleiben. Indes verlagert sich die aktuell sehr polemisch geführte Debatte um die CO 2 - Emissionen wieder stärker auf eine sachliche Ebene. Eine für die Gesamtthematik förderliche Entwicklung. So kommt beispielsweise jüngst in einer vom Umweltbundesamt beauftragten Studie ein Forschungskonsortium um das Öko-Institut zu dem Ergebnis, dass Deutschland bis % seiner Treibhausgasemissionen im Vergleich zu 1990 einsparen kann. Zugpferd sei dabei vor allem der Stromsektor, in dem zwischen 2005 und 2030 eine Einsparung von zirka 250 Millionen t CO 2 erzielt werden können [1]. Natürlich wird auch das Automobil in Zukunft einen deutlichen Beitrag zur weiteren CO 2 -Verminderung leisten, aber es kann die Gesamtproblematik nicht alleine beheben. Hier sind andere Bereiche gefragt, beispielsweise durch einen künftig höheren Anteil erneuerbarer Quellen bei der Gewinnung elektrischer Energie oder zumindest durch den Einsatz CO 2 -optimierter Gewinnungsverfahren. Auch in der Realisierung des sehr großen Potenzials bei der Wärmeisolierung sowohl in Wohnhäusern wie auch in produktiven Bereichen liegen für Gesellschaft und Industrie weitere anspruchsvolle Aufgaben. Dennoch gilt, dass nach dem heutigen Stand der Technik und den auf absehbare Zeit herrschenden, künftigen Rahmenbedingungen Kraftstoffe aus fossilen Rohstoffen die am besten für den Individualverkehr geeigneten Energieträger sind und bleiben. Die zurzeit erkannten Rohölquellen (und die möglicherweise noch nicht erforschten beziehungsweise künftig mit veränderter Technologie förderbaren weiteren Vorkommen) müssen deshalb sinnvollerweise bevorzugt Verwendung im Individualverkehr finden. Dank ihrer Energiedichte, ihres vergleichsweise unproblematischen Handlings und der vorhandenen Infrastruktur sind sie nicht zuletzt aus volkswirtschaftlichen Überlegungen für den mobilen Einsatz prädestiniert. Dies gilt in gleicher Weise für die fossilen Gasvorkommen. Demgegenüber steht die stationäre Energiegewinnung. Hier sind für die Zukunft AUTOR DR. GERD KLEINERT ist seit 2001 Vorsitzender des Vorstandes der Kolbenschmidt Pierburg AG und Mitglied des Vorstandes der Rheinmetall AG. AGR-Kühlermodul EGR cooler module 100 Jahre Kolbenschmidt Pierburg 5

8 EINFÜHRUNG durchaus neue Formen der Energieerzeugung denkbar. Die Bandbreite möglicher Ansätze reicht dabei von kleinen dezentralen Blockheizkraftwerken bis zum Einsatz von stationären Brennstoffzellen zur Gewinnung elektrischer Energie. Als möglichem Energiespeicher der Zukunft kommt Wasserstoff aus meiner Sicht eine besondere Rolle zu, immer vorausgesetzt, er wird per Elektrolyse mit Hilfe erneuerbarer Energien, also Wasser, Wind oder Sonne, gewonnen. Wasserstoff kann solchermaßen nicht nur in stationären Aggregaten eingesetzt werden. Er kann darüber hinaus seinen Einsatz beispielsweise auch ohne den Umweg über die Brennstoffzelle finden. So ist auch eine direkte Verbrennung in Motoren ein probates Mittel, um die Abhängigkeit von fossilen Rohstoffen zu begrenzen. Hinzu kommt, dass der Aufbau einer entsprechenden Infrastruktur zum Betanken weniger kostenintensiv sein dürfte als bei anderen neuen Energien. Und schließlich könnte für die Zukunft durchaus auch ein Wasserstoffantrieb für Flugzeuge denkbar sein, denn die Raumfahrt macht uns das ja jetzt schon vor. Darüber hinaus bieten alternative Kraftstoffe eine weitere Chance, die Abhängigkeit von den vorhandenen Rohstoffquellen zu verringern. Hier hat in den zurückliegenden Jahren ein Lernprozess stattgefunden, der uns heute davon ausgehen lässt, dass beispielsweise Biokraftstoffe grundsätzlich nur aus Biomaterial außerhalb der menschlichen Nahrungskette gewonnen werden dürfen. Eingedenk dieser Vorüberlegungen zur künftigen Energiesituation haben wir den Leichtbaukolben Liteks Lightweight piston Liteks eingangs geschilderten umfangreichen Fragenkatalog in unserem Unternehmen für einen definierten Planungszeitraum beantwortet. Wir gehen danach davon aus, dass in diesem festgesetzten Zeitrahmen trotz der zunehmenden Elektrifizierung der Mobilität auf absehbare Zeit der nach wie vor größte Teil der auf den Markt kommenden Fahrzeuge konventionell angetrieben werden wird. Sei dies durch einen reinen Verbrennungsmotor oder durch die bereits existierenden Grade und Formen der Hybridisierung. Hiermit einher geht die Fortführung des bereits seit den 1980er-Jahren festzustellenden Trends zu höherer spezifischer Leistung. Daraus folgt, dass Kolbenschmidt Pierburg seinen Entwicklungsschwerpunkt auch in den nächsten Jahren auf die Verbesserung der konventionellen Motorentechnik legen wird, verbunden mit Kolben aus Hochleistungslegierung KS 309 Piston of high-performance KS 309 alloy einer weiteren konsequenten Orientierung auf die Themenkreise Verbrauchs- und Schadstoffreduzierung sowie Performance- Steigerung. Ein Beispiel aus der Dieseltechnologie zeigt die hervorragenden Ergebnisse der Motorenentwicklung der letzten gut 20 Jahre. Wenn wir einen heutigen leistungsfähigen Dieselmotor mit seinem Vorgänger aus den 1980er-Jahren vergleichen, so wurde in diesem Zeitraum die Leistung um rund 150 % gesteigert, der Partikelausstoß halbiert und der Verbrauch um 20 % gesenkt. Es ist also motorentechnisch und im Gesamtfahrzeug bereits viel erreicht worden, aber wir sehen nicht zuletzt im Sinne einer Nachhaltigkeit des Wirtschaftens durchaus noch weiteres Potenzial für Verbesserungen. In den Geschäftsfeldern, in denen die Kolbenschmidt Pierburg Gruppe heute und in Zukunft aktiv sein wird, betrifft dies beispielsweise Themenbereiche wie die Optimierung von Ladungswechsel und Brennverfahren, verbesserte Wirkungsgrade, die Reibungsminimierung, den Leichtbau in allen Bereichen sowie die Verbesserung von Nebenaggregaten. Der Themenkreis Optimierung von Ladungswechsel und Brennverfahren betrifft uns beispielsweise über die motorischen Maßnahmen Turboaufladung, Downsizing, Direkteinspritzung oder Magerbetrieb. Insbesondere der Ottomotor der Zukunft wird stark geprägt sein von einer Variabilisierung im Bereich Ladungswechsel. Dies ist ein Produktsegment, in dem sich Pierburg als Spezialist für Luftversorgung Jahre Kolbenschmidt Pierburg

9 INTRODUCTION IDEAS FOR ANOTHER 100 YEARS A company s centennial is unarguably a special occasion. In such a situation we might be tempted to focus attention on our history, the heritage of the founding fathers and the, admittedly exciting and eventful, growth of our company. EVALUATION OF FUTURE CHALLENGES More than ever before, this question implies an assessment of the future of engine technology. Related are such issues as exactly how precise are the predictions on the part of the established market research institutes and even more complex a forecast of future political and societal parameters, throughout the world. Fueled not least of all by the global climate debate, the issue of electrically powered mobility has even prior to the Frankfurt Motor Show (IAA) in September 2009 gained momentum as a popular talking-point. There s no disputing that this mode of mobility will come. Uncertain at the moment is its rate of proliferation. And, here the pundits agree, this will depend on the development of electricity storage systems. As long as we do not have a quantum leap in such matters as battery weight, recharging cycles, storage capacity, and life cycle, battery-powered cars will in the medium term be confined to clearly defined scenarios such as urban commuter traffic. The present highly polemical debate regarding CO 2 emissions has meanwhile become less emotional and this is an encouraging overall trend. A recent study conducted by an Öko-Institut-related consortium and commissioned by Germany s Federal Ministry for the Environment, reached the conclusion that Germany by 2020 can save up to 43 % of its greenhouse emissions compared with The driving factor would be the electricity sector where, between 2005 and 2030, savings of around 250 million t CO 2 could be achieved [1]. There can be no disputing that the automobile will continue to play a major role in CO 2 reduction but it cannot resolve the entire problem alone. Other contributions are required, too, such as a higher share of renewable resources in the generation of electricity and, at least, the use of CO 2 -minimizing energy-generation techniques. Other vast potentials for society and industry in this context are the savings achievable through heat insulation both in residential buildings and in production. Still, according to present technology and the parameters predictable for the foreseeable future, fossil fuels will remain the source of energy best suited for private transport. The crude oil resources presently identified (and those not yet discovered or only accessible with the aid of modified technologies) must therefore enjoy priority in private transport. Thanks to their density, their relative ease of handling and the already existing infrastructure, these resources are, not least of all in the interests of the national economy, best suited for mobile applications. The same applies to fossil gas resources. In contrast, we have stationary energy where, in future, new forms of energy production are quite conceivable. The spectrum of possible applications ranges from small local combined heat-power plants to stationary fuel cells for generating electricity. As I see it, among the possible future energy storage systems a special role will be played by hydrogen, always assuming this is produced by electrolysis with the aid of renewables water, wind or sun. Hydrogen as such can be used not only in stationary applications. And, it can also be employed without the detour of a fuel cell. Direct combustion in engines is a proven technique for limiting our reliance on fossil resources. Added to this is the fact that the setting-up of the corresponding refueling infrastructure is likely to be less costly compared with other new forms of energy. And, finally, hydrogen propulsion for aircraft is already conceivable as demonstrated by space travel. Alternative fuels represent a further opportunity for reducing our reliance on existing resources. Over recent years we ve seen a learning process in this respect according to which present-day opinion is that, for example, biofuels should only be produced from sources outside the human food chain. On the basis of these upstream considerations of the future energy situation we have come up with answers for a defined planning period to the initially outlined extensive question catalogue. We assume that within this period and despite the increasing electrification of mobility, the majority of road vehicles arriving on the market will still be conventionally powered, either purely by internal combustion engines or the already existing grades and forms of hybrid propulsion. This will be accompanied by the trend toward higher specific power or power density which has been observable since the 1980s. As a consequence, Kolbenschmidt Pierburg will over the years ahead continue to direct its development efforts at improving conventional engines, specifically in terms of fuel efficiency, emission reduction, and performance enhancement. AUTHOR DR. GERD KLEINERT since 2001, CEO of Kolbenschmidt Pierburg AG and Executive Board Member at Rheinmetall AG. 100 Years of Kolbenschmidt Pierburg 7

10 EINFÜHRUNG weiter etablieren wird. Dies zusätzlich zum bereits bekannten und fast schon traditionellen Thema der Restgassteuerung, beispielsweise der externen gekühlten Abgasrückführung. Bei letzterer verfügen wir über eine rund 40-jährige Erfahrung sowohl bei Diesel- als auch bei Ottomotoren. Ottokolben mit Nanofriks-Beschichtung Gasonline piston with Nanofriks coating GEKÜHLTE ABGASRÜCKFÜHRUNG Die Abgasvorschriften werden strenger: seit kurzem gilt Euro 5 und ab Ende 2014 bereits Euro 6. Um diese Vorgaben zukünftig erfüllen zu können, müssen die Strategien zur Schadstoffreduzierung stetig verbessert werden. Beim Dieselmotor gilt dies insbesondere für die weitere Reduzierung der Stickoxide (NO X ), die für Euro 5 nur 0,18 g/km und für Euro 6 sogar 0,08 g/km betragen dürfen. Pierburg hat dazu ein Modul zur gekühlten Abgasrückführung entwickelt, das eine Regelung sowohl der AGR-Masse als auch der AGR-Temperatur erlaubt,. Die gekühlte AGR gilt als bevorzugte Maßnahme zur Beherrschung der NO X -Problematik am Dieselmotor. Denn durch die Rückführung gekühlter Abgase können die NO X -Emissionen betriebspunktabhängig um mehr als 70 % abgesenkt werden. Anders als am stöchiometrisch betriebenen Ottomotor wirkt die AGR am Dieselmotor jedoch nicht durch die Erhöhung der Ladungsmasse, sondern über die reduzierte O 2 -Konzentration der Zylinderladung. Wird das Abgas vor der Wiedereinleitung zusätzlich gekühlt, so wird das Temperaturniveau der Zylinderladung weiter abgesenkt. Außerdem nimmt das gekühlte Abgas ein kleineres Volumen ein, so dass der Motor bei gleichem Ladedruck mehr Luftmasse ansaugen kann. Die hierdurch bewirkte Erhöhung des Luftverhältnisses wirkt sich sowohl auf die Partikelemissionen als auch auf den Verbrauch positiv aus. Das Modul wird überwiegend aus Aluminium-Druckgussteilen aufgebaut und besteht aus einem elektromotorischen AGR-Ventil, einem kühlmitteldurchströmten AGR-Kühler mit integriertem Bypass und einer Klappe, die bedarfsgerecht zwischen Kühler- und Bypassbetrieb umschaltet. Temporär werden hohe Abgastemperaturen zur Reinigung der abgasführenden Komponenten benötigt. Dabei werden jedoch alle Bauteile, insbesondere die elektrische Aktuatorik und Sensorik, starken Belastungen ausgesetzt. Um im Zusammenspiel mit der hohen Wärmeleitfähigkeit von Aluminium auch die peripheren Bereiche durch das Kühlwasser effektiv zu erfassen, wurde schon zu Beginn der Konstruktionsphase mit FEM-Simulationen gearbeitet. Dadurch kann immer dann auf heiße AGR umgeschaltet werden, wenn hohe Abgastemperaturen verlangt werden wie zum Beispiel zur Regeneration von Filtersystemen im Abgasstrang. NIEDERDRUCK-AGR Um die zur Erfüllung der Abgasvorschrift Euro 6 notwendigen höheren Abgasrückführ-Raten zu erzielen, wird künftig bei turboaufgeladenen Motoren neben der beschriebenen Hochdruck-Abgasrückführung (HD-AGR) zunehmend die so genannte Niederdruck-Abgasrückführung (ND-AGR) genutzt werden. Wesentliche Vorteile der Niederdruck-Abgasrückführung, bei der die Entnahme von sauberem, rußfreien Abgas nach dem Dieselpartikelfilter erfolgt, sind ein vermindertes Stickoxidemissionsverhalten des Motors und ein gleichzeitig optimiertes Betriebs- und Wirkungsgradverhalten des Abgasturboladers. Neu entwickelt wurde für diese Anwendung ein elektromotorisch betriebenes HighFlow ND-AGR-Ventil, das den Druckverlust gegenüber konventionellen AGR- Ventilen ohne Verzicht auf interne Dichtheit um bis zu 50 % reduziert. Das Ventil weist einen berührungslosen rotatorischen Positionssensor auf, der es erlaubt, das Abgasrückführventil durch die Motorsteuerung betriebspunktgenau einzuregeln. Sofern das Druckgefälle nicht ausreicht, um die notwendige ND-AGR-Rate darzustellen, können Drosselorgane wie beispielsweise Drosselklappen zur Anhebung der Druckdifferenz verwendet werden. Die AGR-Rate wird dabei sowohl durch die Kombination von Einzelkomponenten als auch durch integrierte Lösungen, so genannte Kombiventile, geregelt. Kombiventile vereinen als 3/2-Wege-Ventile die Funktionalität von AGR-Ventilen und Stauklappen in einer Komponente und können heißseitig oder kaltseitig eingesetzt werden. ABGASMASSENSTROMSENSOR Die mit der Verschärfung der Emissionsgesetzgebung einher gehenden erhöhten Anforderungen an die Motor- beziehungsweise AGR-Regelung erfordern zukünftig neue Sensorkonzepte. Speziell für den Bereich der Abgasrückführung bietet Pierburg deshalb einen neuartigen Abgasmassenstromsensor auf Basis der Heißfilmanemometrie an. Sein Messfühler auf Keramikbasis ist eigens für den Einsatz in motorischem Abgas entwickelt worden und erlaubt somit erstmals die Erfassung der Abgasmasse als direkte Mess- und Regelgröße. TECHNOLOGIEPAKET FÜR OTTOKOLBEN Downsizing, Aufladung, Direkteinspritzung und höhere Leistungsdichten sind die wesentlichen Trends, wenn es um moderne Ottomotoren geht. Für die Motorkomponente Kolben heißt das: Hohe Festigkeit und Zuverlässigkeit bei möglichst Jahre Kolbenschmidt Pierburg

11 EINFÜHRUNG wenig Gewicht und möglichst geringer Reibung. Genau für diese Anforderungen bietet KS Kolbenschmidt ein auf Leichtbau,, und reduzierte Reibung abgestimmtes Technologiepaket, das in verbrauchs- und CO 2 -optimierten Motorengenerationen zum Einsatz kommt. Auf der Werkstoffseite wird das konsequent aufgebaute Technologiepaket durch die Legierung KS 309 komplettiert. Sie erzielt eine um 20 bis 25 % höhere Kolbenfestigkeit im relevanten Temperaturbereich von 200 bis 350 C. Damit unterstützt sie optimal die Anforderungen reibungs- und gewichtsoptimierter Kolben wie sie in heutigen und zukünftigen Motorengenerationen zum Einsatz kommen werden. Zusätzlich wurde KS 309 mit einem besonderen Fokus auf die Gießbarkeit entwickelt, um auch innerhalb der Prozesstechnologie weitere Potenziale hinsichtlich der Themen Leichtbau und Gewichtsreduktion durch dünnwandigeren Aluminiumguss realisieren zu können,. Die bereits 2008 erstmalig bei einem großen europäischen Kunden in Serie eingeführte Schaftbeschichtung Nanofriks spielt bei der Entwicklung moderner Ottokolben ebenfalls eine zentrale Rolle. Wie motorische Reibleistungsuntersuchungen bestätigten, weist diese Beschichtung im Vergleich zu bestehenden Kolbenbeschichtungen bis zu 10 % weniger Reibung und bis zu 50 % weniger Verschleiß auf. Zum Einsatz kommt diese Nanobeschichtung unter anderem im Leichtbaukolben Liteks 2, der heute in allen unseren aktuellen globalen Otto-Serienprojekten eine zentrale Rolle spielt. Das Konzept wird konsequent weiterentwickelt und ermöglicht aktuell noch größere Gewichtseinsparungen von insgesamt etwa 25 % bei konstant hoher Schaftreibungsreduktion von bis zu 50 % gegenüber Standard-Ottokolben,. Diesen Weg werden wir auch im Hinblick auf neue Gießverfahren, den Einsatz von Carbo-Nano-Partikeln sowie die Entwicklung von neuen Lackbeschichtungen weiter beschreiten. KOMPETENZ BEI KOLBENSYSTEMEN Nachdem die Entwicklung tragfähiger Kolbensysteme traditionell von den Herstellern direkt betreut wurde, zeigt sich bei den OEMs seit einiger Zeit ein Trend, diese Aufgaben an Zulieferer mit langjähriger Entwicklungskompetenz zu übertragen. In der Praxis hat die Erfahrung der letzten Jahre gezeigt, dass Kunden zunehmend ein definiertes Integrations- und Projektmanagement nachfragen und gezielt in ihren eigenen Entwicklungsprozess einbeziehen. Als unabhängiger Systemintegrator ist KS Kolbenschmidt in der Lage, genau diejenigen Komponenten etablierter Hersteller auszuwählen und zu einem System zu integrieren, die technologisch und wirtschaftlich am Besten zu den jeweiligen Anforderungen des Kunden passen. Wir übernehmen hierbei das Prozess- und Schnittstellenmanagement zwischen Kunden und Komponentenanbietern. Um sowohl technisch als auch logistisch innerhalb des Projektmanagements die besten Ergebnisse zu erzielen, arbeitet KS Kolbenschmidt bevorzugt mit ausgewählten Partnern im Rahmen globaler Allianzen zusammen. So besteht beispielsweise mit Nippon Piston Ring Co. als renommiertem japanischen Hersteller von Kolbenringen seit 2007 eine Kooperation, in der wir gemeinsam Kolbensysteme für die Pkw- und Nutzfahrzeugmärkte entwickeln. Zusätzlich werden unter Nutzung der globalen Entwicklungskapazitäten beider Partner zukunftsweisende Vorentwicklungsprojekte durchgeführt. Hierbei bringt auch die KS Aluminium- Technologie GmbH ihre Kompetenz be- Schwerkraft-Kippguss mit schichtend steigender Füllung Gravitity tilt casting for layered filling 100 Jahre Kolbenschmidt Pierburg 9

12 EINFÜHRUNG züglich der Laufflächentechnologie von Aluminium-Kurbelgehäusen innerhalb des Kolbensystems ein. Durch gemeinsame Entwicklungs- und Kundenprojekte, koordiniert und durchgeführt am Stammsitz beider Kolbenschmidt Pierburg Geschäftsbereiche in Neckarsulm, können die Reibleistungs- und Gewichtspotenziale moderner Pkw-Motoren konzentriert und erfolgreich erschlossen werden. Ein weiterer Baustein der Systemkompetenz ist die Partnerschaft mit Metaldyne, weltweiter Marktführer im Segment von pulvermetallurgisch hergestellten Pkw-Pleueln. Mit Metaldyne besteht eine strategische Partnerschaft zur gemeinsamen Entwicklung und Vermarktung von gewichtsoptimierten Kolben-Pleuel-Modulen. Zum Tragen kommt in diesem Zusammenhang auch das Schwesterunternehmen KS Gleitlager GmbH, welches als Spezialist für hochpräzise Gleitelemente des Kolbensystems Gleitlager und Gleitbuchsen für das große und kleine Pleuelauge liefert. GLEITLAGER FÜR START-STOPP-BETRIEB PTWA-Zylinderlaufschicht PTWA cylinder working surface Das automatische Abschalten des Motors beim Fahrzeugstopp soll zukünftig von allen Fahrzeugherstellern als Maßnahme zur Verbrauchs- und damit Emissionsreduzierung eingeführt werden. Die damit deutlich erhöhte Anzahl der Startvorgänge birgt zusätzliche Anforderungen an die Gleitlager. Bei jedem Start des Motors durchläuft der Kontakt zwischen Welle und Gleitlager immer den Mischreibungsbereich, bevor sich Hydrodynamik aufbauen kann. Im normalen Fahrzeugleben mit einer vergleichsweise geringen Anzahl an Startvorgängen ist der systembedingte Verschleiß infolge Mischreibung vernachlässigbar. Die große Anzahl von Warmstarts im Start-Stopp-Betrieb verlangt jedoch nach Lagern, die selbst unter solch verschärften Bedingungen einen minimalen Verschleiß über die Motorlebensdauer aufweisen. Vor diesem Hintergrund entwickelt die KS Gleitlager GmbH optimierte Hochleistungswerkstoffe und beschreitet dabei neue Wege bei deren Auslegung und Prüfung. Zudem machen neue Kraftstoffe und Schmierstoffe eine Anpassung der Gleitwerkstoffe an die erhöhten Anforderungen notwendig. Motorblock in Closed-deck-Bauweise Closed deck engine block LEICHTBAU Mit dem Einsatz von Leichtmetallen bei Zylinderkurbelgehäusen und zusätzlich auch bei Strukturbauteilen oder Fahrwerkskomponenten versuchen die Automobilhersteller in Verbindung mit zukunftsweisenden bionischen Konstruktionsformen das Gesamtgewicht moderner Fahrzeuge zu reduzieren und setzen dabei verstärkt auf die Kompetenz der Zulieferer bezüglich optimierter Gießverfahren bei der Verwendung des Werkstoffes Aluminium. Wir entsprechen diesem Trend durch unsere breite Palette von einsetzbaren Gießverfahren und die weitere Perfektionierung der Laufflächenkompetenz sowohl in der Fertigbearbeitung als auch bei Beschichtungssystemen. So setzt KS Aluminium-Technologie, zurzeit größter Produzent von Zylinderköpfen in China, beispielsweise in seiner europäischen Zylinderkopfproduktion seit neuestem ein selbst entwickeltes Kippgießverfahren ein,, das insbesondere den Anforderungen hoch beanspruchter Jahre Kolbenschmidt Pierburg

13 INTRODUCTION The diesel engine illustrates the outstanding results obtained over the past good twenty years. If we compare a present-day efficient diesel engine with its predecessor from the 1980s, we find that during the elapsing period power has been upgraded by around 150 %, particulate emissions halved, and consumption has shrunk by 20 %. Engine-wise, also on the entire vehicle, much has been achieved. Nonetheless, in the interests of economic sustainability we still identify further improvement potentials. In those areas in which the Kolbenschmidt Pierburg Group is operating now and in future, such potentials are seen in improvements to gas exchange and combustion processes, efficiency rates; reducing friction, weight abatement in all areas, and ancillary component improvements. Gas exchange and combustion processes are closely related to our preoccupation with turbocharging, downsizing, direct injection, and lean engine operation. Variable gas exchange will be a predominant feature on tomorrow s gasoline engines and Pierburg, with its experience in air management, is well-established in this sector. This is in addition to the wellknown and already traditional subject of residual-gas control through, e.g., external cooled exhaust gas recirculation. This latter is an area in which we command around 40 years of experience in working with both diesel and gasoline engines. COOLED EXHAUST-GAS RECIRCULATION Exhaust gas standards are becoming more stringent. Euro 5 has come into force only recently and starting from the end of 2014, we will be confronted with Euro 6. To meet the challenges posed by these standards we must repeatedly fine-tune our emission reduction strategies. On diesel engines, this applies in particular to another reduction in nitrogen oxide (NO X ) for which Euro 5 sets a limit as low as 0.18 g/km and Euro 6 as low as 0.08 g/km. To this end, Pierburg has developed its cooled EGR module that allows a control of both the mass flow and the temperature of the recirculated exhaust gases,. Cooled recirculated exhaust gas is considered to be a preferred means of getting to grips with NO X problems on diesel engines and, depending on the engine's operating mode, allows a reduction of over 70 %. Unlike on the stoichiometric gasoline engine, EGR on a diesel engine works not by raising the charge mass but through reducing the O 2 concentration in the cylinder charge. And, if before its reintroduction into the system, the exhaust gas is additionally cooled, this results in another decrease in the cylinder charge temperature. The cooler exhaust gas, moreover, has a lower volume which, in turn, enables the engine for the same charge pressure to take in more air. The accompanying higher proportion of air has a beneficial effect on both particulate emissions and fuel consumption. The module itself is chiefly built from aluminum castings and consists of an EGR valve (electric motor actuated), an EGR cooler (through which the coolant flows) with an integrated bypass valve and a flap that alternates between cooler and bypass operation, depending on requirements. There are times when high exhaust gas temperatures are needed for cleaning the components that route the exhaust gases. Under these conditions, all the components, especially the actuators and sensors, are exposed to severe punishment. So that the cooling water also effectively acts on the peripheral areas in combination with the high conductivity of the aluminum, FEM simulations were conducted right from the start. These make sure the system always reverts to hot recirculated exhaust gases whenever high exhaust gas temperatures are required as when regenerating the exhaust system filters. LOW-PRESSURE EGR In order to attain the higher recirculation rates required for Euro 6 compliance, future turbocharged engines will, in addition to high-pressure EGR, increasingly use the low-pressure variety. On this, the clean, sootless exhaust gases are extracted downstream of the diesel particulate filter. The benefits of this: reduced nitrogen oxides combined with improved (exhaust-gas driven) turbocharger operation and efficiency. Newly developed for these conditions is an electric motor-actuated high-flow, lowpressure EGR valve that, compared with conventional such valves and with no compromise in leakage proofness, reduces pressure by up to 50 %. The valve has a contactless rotating position sensor that allows the engine controller to regulate the EGR valve with spot-on precision. To the extent that pressure difference is inadequate for achieving the necessary low-pressure EGR rate, various throttling elements and flaps can be used for widening the pressure difference. The EGR rate is then regulated through a combination of individual components as well as with the aid of combined valves. Of 3/2-way design, the combined valves merged the functions of EGR valves and sensor flaps within a single component and can be mounted upstream or downstream. EXHAUST-GAS MASS-FLOW SENSOR The tighter emission standards pose tougher challenges for the engine and EGR systems, challenges that call for new sensor strategies. Specifically for EGR, Pierburg therefore offers a new type of exhaust-gas mass-flow sensor based on hot-film anemometry. This ceramic-based sensor has specifically been developed for engine exhaust gases and, for the first time, allows exhaust-gas masses to be directly determined as a measuring and controlling variable. TECHNOLOGY PACKAGE FOR GASOLINE ENGINES Downsizing, turbocharging, direct injection, and increased power density these are the essential trends in today s gasoline engine technology. For the engine s pistons, this means: high strength and dependability combined with as little weight as possible,, and friction that is as low as possible. Specifically for these requirements, KS Kolbenschmidt offers a lightweight, reduced-friction technology package for installation in low-consumption, reduced-co 2 engine generations. In terms of material ingredients, the modular technology package can be topped with the KS 309 alloy. This latter ensures 20 to 25 % higher piston strength in the critical 200 to 350 C temperature range and hence this material ideally addresses the need for low-friction, lowweight pistons as used in present and future engine generations. KS 309 has also been developed for good casting properties and hence to allow within the process technology chain, further weight reduc- 100 Years of Kolbenschmidt Pierburg 11

14 NICHT MIT ERFINDUNGEN, SONDERN MIT VERBESSERUNGEN MACHT MAN EIN VERMÖGEN. Henry Ford (Gründer der Ford Motor Company) Der entscheidende Wissensvorsprung für Produktionsmanager, Ingenieure und technische Einkäufer in der Automobilindustrie! Als einzige deutsche Fachzeitschrift informiert ATZproduktion auf höchstem technisch-wissenschaftlichem Niveau über alles, was Produktionsmethoden und -verfahren noch effizienter und wirtschaftlicher macht und Qualität nachhaltig sichert. Jetzt Leseprobe bestellen unter: ATZproduktion. Lesen führt zu kurzem Prozess.

15 INTRODUCTION tions thanks to the thin-walled aluminum castings,. First rolled out in series production for a major European manufacturer in 2008, NanofriKS piston shaft coating is likewise playing a key role in the development of today s gasoline pistons. As endorsed by friction analyses, in comparison to conventional piston coatings this undergoes up to 10 % less friction and up to 50 % less wear. Among the applications of nanocoating is the lightweight Liteks 2 piston which is an essential ingredient of all present-day series-produced gasoline engines. The concept is being rigorously pursued and meanwhile achieves weight savings of around 25 % for a consistently high shaft friction reduction of up to 50 % compared with standard gasoline engine pistons,. We are continuing along this course also with respect to new casting techniques, the use of carbo-nanoparticles and the development of new coatings. PISTON SYSTEM COMPETENCE Traditionally the OEMs have applied their in-house resources to the development of piston systems and assemblies but for some time now the trend has been to transfer this task to suppliers with longstanding engineering development capabilities. Recent years experience has shown that customers are increasingly looking for defined integration and project management skills that can be interlinked with their own inhouse development efforts. As an independent first-tier supplier, KS Kolbenschmidt is in a position to select components from established sources and assemble them into a system that best addresses, both in engineering and economic aspects, the OEM's requirements. What we do is take over processes and interface management between customers and component suppliers. KS Kolbenschmidt prefers to work together with chosen partners within a global alliance. This is the best way to ensure the best results both in engineering and logistic terms. A case in point: since 2007 one such agreement has existed with Nippon Piston Ring Co., a renowned Japanese manufacturer of piston rings. Together, we develop piston assemblies for the auto and truck markets. At the same time, the two partners unite their global engineering capacities to work on visionary predevelopment projects. Another piston-assembly contributor is KS Aluminium-Technologie GmbH with its expertise in the cylinder wear surfaces of aluminum engine blocks. Shared R&D and customer projects coordinated and executed at the Neckarsulm headquarters of both these Kolbenschmidt Pierburg divisions allow friction-reduction and weight-saving potentials inherent in today s car engines to be successfully exploited within a concentrated and concerted effort. Another example of systems competence is our partnership with Metaldyne, a global leader in powder-metallurgy connecting rods. Together, we ve entered into a strategic partnership for developing and marketing low-weight pistons/con-rod modules. Also involved is the affiliate KS Gleitlager GmbH in its capacity as a specialist in high-precision plain bearings and bushings for both ends of the con-rod. PLAIN BEARINGS FOR START-STOP OPERATION It seems that automatic engine shutoff when the vehicle comes to a halt is to be generally employed as a means of reducing fuel consumption and hence emissions. The accompanying much larger number of engine restarts inevitably takes its toll on the engine bearings. Whenever the engine restarts, contact between shaft and plain bearings undergoes a mixed or semifluid friction phase before the hydrodynamics build up. Under normal conditions with a relatively low number of restarts during engine life, such type of bearing wear is negligible. However, the much larger number of warm starts under start-stop condition calls for bearings that even under these more punishing environments suffer minimum wear in the course of the engine life. For such conditions, KS Gleitlager GmbH has come up with fine-tuned high-duty materials and ventured into new terrain regarding their design, composition, and testing. Moreover, new fuels and lubricants require corresponding modifications in the sliding materials. LOSING WEIGHT The use of aluminum for engine blocks as well as for the structural and chassis/suspension components of the vehicle combined with advanced bionic designs is an attempt by automakers to reduce the overall weight of today s cars. In adopting these approaches, they are increasingly relying on supplier capabilities in the best possible casting of aluminum parts and components. We are addressing this trend with a broad array of casting techniques and by perfecting wear-surface properties both at the net-machining phases and through the application of coatings. KS Aluminium-Technologie, presently China s biggest producer of cylinder heads, has since recently in its European cylinder head production used its self-developed tilt-casting technique with special advantages in addressing the requirements of highly stressed engines,. In addition, a new form of plasma transfer wire arc (PTWA) technology serves to supplement the cylinder surface portfolio. A thin top coating, for example iron based, is applied to the cylinder bore. In the process, the monolithic character of the engine block remains virtually unchanged while offering extra potential for friction reduction,. Developments pursued together with customers are now underway and we expect series production in the period 2013 to CASTING TECHNIQUES AND TECHNOLOGIES FOR DOWNSIZING Downsizing, and the accompanying advance in specific power or power density to make up for displacement decrease, entails a dramatic increase in engine component stress. This, in turn, generates a need for very economically manufactured, small, lightweight yet high-strength engine blocks,. A further optimization of diesel engine combustion and, in the case of gasoline engines, direct injection with exhaust-gas turbocharging or else a compressor these are trends that lead to a rise in ignition pressure and hence, especially, bearing-block load. Our modular pressure-die casting program embraces solutions for enhancing the strength of downsized engine blocks and includes the successful predevelopment of an inline fourcylinder diesel engine with an ignition pressure that exceeds the sound barrier of 200 bar. Series production is presently being prepared together with the customer. 100 Years of Kolbenschmidt Pierburg 13

16 EINFÜHRUNG Motoren gerecht wird. Mit einer neuartigen PTWA-Technologie (Plasma Transferred Wire Arc) ergänzt sie zudem ihr Zylinderlaufflächenportfolio. Bei diesem Verfahren wird eine dünne Laufschicht beispielsweise auf Eisenbasis in der Zylinderbohrung appliziert, wobei der monolithische Charakter des Zylinderkurbelgehäuses quasi erhalten bleibt. Das Verfahren weist zusätzliches Potenzial zur Reduzierung der Reibleistung auf,. Derzeit laufen Entwicklungsprojekte mit Kunden und wir erwarten einen Serieneinsatz für den Zeitraum 2013 bis GUSS-KONZEPTE UND TECHNOLO- GIEN IM DIENSTE DES DOWNSIZING Downsizing und die damit einhergehende Leistungskompensation durch eine Steigerung der spezifischen Leistung zieht eine drastische Erhöhung der Bauteilbeanspruchung im Motor nach sich. Dies generiert einen Bedarf an vor allem sehr wirtschaftlich herstellbaren, kleinen, leichten und dennoch hochfesten Zylinderkurbelgehäusen,. Die weitere Optimierung der dieselmotorischen Verbrennung, aber auch die Benzindirekteinspritzung mit Abgasturboaufladung oder Kompressor beim Ottomotor lassen die Zünddrücke und damit speziell die Lagerstuhlbeanspruchung weiter steigen. Mit unserem modularen Druckgusskonzept bieten wir Lösungen unter anderem zur Festigungssteigerung downgesizter Zylinderkurbelgehäuse und haben die Vorentwicklung eines Zylinderkurbelgehäuses für einen R4-Zylinder- DI-Dieselmotor, dessen Zünddruck die Schallmauer" von 200 bar durchbricht, erfolgreich abgeschlossen. Serienentwicklungsprojekte werden aktuell mit Kunden bearbeitet. Die erforderliche statische und dynamische Festigkeitssteigerung basiert dabei auf uneingeschränkt wärmebehandelbarem Druckguss. Dieser beinhaltet neben zahlreichen Einzelmaßnahmen eine optimal behandelte Schmelze, eine stark evakuierte Druckgießform und ein innovatives Formkühlungskonzept. Das porenarme Gussgefüge im Zylinderbohrungsbereich eröffnet zudem die Option einer Laufflächenbeschichtung. PUMPEN Mechanische Wasserpumpe mit Kupplung Mechanical water pump with clutch Bereits heute sind wir in diesem Produktbereich mit einer Vielzahl von Anwendungen in modernen Antriebskonzepten vertreten und an der Entwicklung solcher Fahrzeug-Plattformen beteiligt. In der konventionellen Motorentechnik stellen wir darüber hinaus eine konstant wachsende Nachfrage nach bedarfsgesteuerten Aggregaten fest, seien sie nun mechanisch oder elektrisch angetrieben,. Diese Kühlmittel-, Öl- und Vakuumpumpen stellen einen weiteren entscheidenden Faktor zur Verbrauchsminderung und damit zur Senkung des CO 2 -Ausstoßes dar. Seit einiger Zeit arbeitet Pierburg Pump Technology daher zusätzlich zu dem bekannten Produktportfolio der konventionellen mechanischen Kühlmittelpumpen auch an der Entwicklung vollvariabler mechanischer Varianten. Im Vergleich zu den konventionellen Pumpen bieten sie den Vorteil, dass sie unabhängig von der Motordrehzahl für jeden Betriebspunkt des Motors genau die tatsächlich benötigte Kühlleistung zur Verfügung stellen können. Dabei wird mittels eines Aktuators der Kühlmittel-Volumenstrom zum Beispiel in Anhängigkeit der Motortemperatur auf die Erfordernisse des Motors angepasst. In Kombination mit einer intelligenten Pumpenansteuerung ermöglicht dieses Konzept Verbrauchseinsparungen sowohl in weiten Bereichen des Motorkennfeldes als auch in bestimmten Betriebsphasen wie Kaltstart und Warmlauf. NEUE ANWENDUNGSGEBIETE Neue Einsatzgebiete elektrischer Kühlmittelpumpen bestehen für Pierburg Pump Technology bei Hybrid- und Elektroantrieben zur Kühlung der Leistungselektronik und der DC-DC-Konverter. Bei Hybrid- Fahrzeugen befinden sich elektrische Kühlmittelpumpen bereits in Serie. Sie werden zur Batteriekühlung und zur Nutzung der Abwärme für die Innenraumheizung verwendet. Auch durch das Downsizing und Aufladen neuer Ottomotorengenerationen ergeben sich zusätzliche Kühlungsaufgaben, wie beispielsweise bei aufgeladenen Motoren, die eine hoch leistungsfähige indirekte Ladeluftkühlung benötigen. Darüber hinaus wird 2010 ein erstes Kundenprojekt realisiert, bei dem unsere elektrischen Kühlmittelpumpen die Ölkühlung eines leistungsoptimierten Hinterachsgetriebes übernehmen. Des Weiteren sind wir bereits seit Jahren in die Entwicklung von Brennstoffzellen-Fahrzeugen involviert, in denen unsere Aggregate die Temperierung des Brennstoffzellensystems übernehmen und die momentan im Feldversuch erprobt werden. LITERATURHINWEIS [1] Politikszenarien für den Klimaschutz V auf dem Weg zum Strukturwandel. Treibhausgas- Emissionsszenarien bis zum Jahr 2030, Umweltbundesamt Jahre Kolbenschmidt Pierburg

17 INTRODUCTION The necessary boost in static and dynamic strength ratings is obtained from pressure-die castings with unlimited heat treatability through a mixture of measures such as optimum treatment of the molten metal, thorough die evacuation and an innovative die-cooling concept. The lowpore microstructure in the cylinder bore area also opens up the option of coating the wear surface. PUMPS Right now this product area is represented in the shape of very many modern pumps engineered for a variety of applications and it is involved in the development of such vehicle platforms. In conventional engine technology we observe a growing market for on-demand pumps, either mechanical or electric,. These coolant, oil and vacuum pumps are another important factor in achieving fuel savings and hence a reduction in CO 2 emissions. Hence, for some time now Pierburg Pump Technology has, in addition to the well-known line-up of conventional mechanical coolant pumps, been developing fully variable mechanical pumps. In comparison with the conventional variety, these have the advantage that, irrespective of engine speed, their output (cooling performance) is always precisely adapted to the actual cooling requirement of the engine. With the aid of an actuator, the coolant volume can be adapted to engine requirements in accordance with such variables as engine temperature. Combined with smart pump actuation, this allows fuel savings across a broad range of engine operating conditions including cold and hot start-ups. NEW APPLICATIONS New coolant pump applications for Pierburg Pump Technology are to be found in hybrid and electric propulsion systems for cooling the power electronics and DC/DC converters. Electric coolant pumps for hybrid-drive vehicles are already in series production for cooling the battery and using the residual heat from the car interior heating. Downsizing and turbochargers on new generations of gasoline engines provide additional cooling applications, specifically on turbocharged engines requiring efficient indirect charge-air cooling will see the launch of the first OEM project in which our electric coolant pumps handle the oil cooling on a high-performance rear-axle differential. For some years now, we have also been involved in developing fuel-cell vehicles in which our pumps are required for temperature control of the fuel-cell system. These applications are presently undergoing field testing. REFERENCE [1] Political scenarios for climate protection V on the path to structural change. Propellant scenarios, Umweltbundesamt Years of Kolbenschmidt Pierburg 15

18 HISTORIE Jahre Kolbenschmidt Pierburg

19 HISTORIE 100 JAHRE AUTOMOTIVEPOWER Kolbenschmidt und Pierburg zwei bedeutende Unternehmen der deutschen Zulieferindustrie werden in den Jahren 2009 und 2010 jeweils 100 Jahre alt. Seit 1998 unter dem Namen Kolbenschmidt Pierburg vereint, blicken beide Jubilare auf bewegte Zeiten zurück, in denen sie immer wieder technische Spitzenprodukte auf der Höhe der Entwicklung anboten und damit zu etablierten Partnern der Automobilindustrie wurden. DIE ANFANGSJAHRE Die Jahre 1909 und 1910 lagen in einer Epoche des beginnenden wirtschaftlichen Aufschwungs in Deutschland. Die Automobilindustrie war in den ersten zehn Jahren des 20. Jahrhunderts weit vorangeschritten, immer mehr Deutsche legten sich ein Fahrzeug zu. Aber das Auto war noch längst kein Allgemeingut. In dieser Zeit gründete in Berlin Bernhard Pierburg 1909 das Stahlhandelsunternehmen Gebr. Pierburg ohg. In Tempelhof handelte Pierburg mit hochwertigen Stählen und Eisen als Bauteilen für Automobile, Flugzeuge und Maschinen. In der Inflationszeit ergab sich für Bernhard Pierburg die einmalige Gelegenheit, die ebenfalls im Stahlhandel tätige Arthur Haendler GmbH zu erwerben. Diese besaß ein sehr wertvolles Aktivum: eine Lizenz zur Herstellung und zum Vertrieb von Solex-Vergasern, die international einen guten Ruf hatten. Nur eine spezielle Bedingung musste Pierburg gegenüber Solex erfüllen, um neben der Arthur Haendler auch die Lizenzrechte über den Vergaser zu erhalten: Er schickte seinen zweitältesten Sohn, den Ingenieursstudenten Alfred, zur Ausbildung nach Paris. Dank des technischen und kaufmännischen Geschicks Alfred Pierburgs gelang es in den Folgejahren trotz starker Konkurrenz quasi eine Monopolstellung bei Vergasern aufzubauen. Die großen Automobilhersteller dieser Zeit wurden Kunden bei Pierburg. Der erste Solex-Vergaser, der unter seiner Regie gefertigt wurde, fand 1928 seinen Platz im Motor des Hanomag P 2/10, dem berühmt gewordenen Kommissbrot. Bevor jedoch der Solex-Vergaser seinen Siegeszug durch die deutsche Automobillandschaft antreten konnte, musste die mittlerweile als Aktiengesellschaft firmierende Gebr. Pierburg AG die Weltwirtschaftskrise überstehen. Bernhard Pierburg gelang es, aus seiner in Konkurs gegangenen Firma die Vergaser-Lizenz zu retten wurde eine neue Gesellschaft gegründet, die nur noch den Solex-Vergaser produzierte und vertrieb: Die Deutsche Vergaser Gesellschaft in Berlin. Zu fast gleicher Zeit wie Pierburg in Berlin wurden in Heilbronn am Neckar die Deutschen Ölfeuerungswerke durch Karl Schmidt, den Sohn des 1888 verstorbenen NSU-Gründers Christian Schmidt, aus der Taufe gehoben. Nachdem er sich als Konstrukteur bei Wilhelm Maybach und Gottlieb Daimler sowie in Birmingham bei Herbert Austin einen Namen gemacht hatte, übernahm er einen Direktorenposten bei NSU, wo unter seiner Leitung die ersten Motorenwagen konstruiert wurden. Danach aber verließ er vorübergehend die Automobilbranche, um sich dem Geschäft mit Leichtmetall und Leichtmetall-Legierungen zu widmen: Mit fünf Mitarbeitern baute er 1910 ein Schmelzwerk auf, das schon bald so sehr wuchs, dass Schmidt bereits 1917 ein Freigelände neben der NSU in Neckarsulm erwarb. Dort errichtete er ein neues Werk zum Umschmelzen von Metallabfällen und -spänen, besonders von Aluminium und Al-Legierungen. Diese führten Schmidt sehr bald zum Automobilgeschäft zurück: In den ersten Jahrzehnten seit ihrer Erfindung fuhren die Autos auf Deutschlands Straßen durchgehend mit Kolben aus Grauguss. Aluminiumkolben, die ihres leichteren Gewichts wegen besonders im Rennsport beliebt waren, erhielten für den Straßenverkehr wegen ihrer scheinbar mangelnden Hitzebeständigkeit keine Zulassung. Als aber aufgrund positiver Rennsporterfahrungen die deut- AUTOREN DR. CHRISTIAN LEITZBACH ist freiberuflicher Historiker und betreut seit 1992 das Konzernarchiv der Rheinmetall AG in Düsseldorf. DIPL.-ING. PETER KLOTZBACH war mehr als ein Jahrzehnt Leiter der Hauptabteilung Entwicklung Schadstoffreduzierung und zuletzt Leiter der Vorentwicklung der Pierburg GmbH, seit 2007 im Ruhestand. 100 Jahre Kolbenschmidt Pierburg 17

20 HISTORIE schen Behörden nach 1918 diese Entscheidung revidierten, entschied sich Karl Schmidt, versuchsweise Kolben aus Aluminium herzustellen entstand der erste Kolben aus einer Aluminium-Legierung mit einem Anteil von 15 % Kupfer. Damit nahm Schmidt 1921 an einem Wettbewerb teil, den das Reichsverkehrsministerium ausgeschrieben hatte, um die für Kolben am besten geeigneten Leichtmetall-Legierungen zu finden. Durch das Erringen des zweiten Platzes hinter einem Magnesium-Kupfer-Kolben gewann Aluminium die offizielle Anerkennung als Kolbenwerkstoff. Kolbenschmidt wie die Firma bald im Volksmund hieß gewann mit dem Leichtmetallkolben zahlreiche Kunden aus der deutschen und internationalen Fahrzeugindustrie. Die Stückzahlen erreichten sehr schnell Millionenhöhen: 1937 wurde bereits der zwölfmillionste Kolben gefertigt. Anfänglich verließen jedoch nur Rohlinge das Werk in Neckarsulm, bis Kolbenschmidt 1934 eine eigene Kolbenbearbeitung einrichtete. Im Kolbenlaboratorium wurden immer neue metallurgische und konstruktive Verbesserungen erarbeitet, um den stetig wachsenden Anforderungen an den Kolben gerecht zu werden. Und nicht nur Pkw wurden mit diesem Bauteil ausgestattet: Für den Kölner Motorenhersteller Deutz baute Kolbenschmidt 1923 den ersten Großkolben mit über 200 mm Durchmesser für Diesel-Motoren, 1940 folgte ein weiterer mit über 500 mm. Karl Schmidt, der Firmengründer, hatte an diesen Erfolgen allerdings schon bald keinen Anteil mehr, denn von 1923 an wurde das Unternehmen sukzessive von der Frankfurter Metallgesellschaft übernommen, die fortan über fast sieben Jahrzehnte in Neckarsulm das Sagen hatte wurde die Aluminium-Kupfer-Legierung durch eine übereutektische Legierung der Gesellschaft Schweizer & Fehrenbach in Baden-Baden, bestehend aus Aluminium und etwa 16 bis 18 % Silizium abgelöst. Nach dem Erwerb der Patente durch Kolbenschmidt konnte der Werkstoff Alusil seinen Siegeszug durch die automobile Welt beginnen. Anders als beim Kolben dauerte es jedoch eine beträchtliche Zeit, bis sich Aluminium auch für die Herstellung von Gleitlagern gegen die bewährte Bronze durchsetzen konnte. Trotz einer ersten Patentanmeldung 1924 produzierte die Karl Schmidt GmbH die 1909 gründet Bernhard Pierburg in Berlin ein Stahlhandelsunternehmen Bernhard Pierburg founded a steel trading company in Berlin in 1909 Aluminium-Gleitlager erst 1935, um Kurbelwellen in Verbrennungsmotoren zu lagern. Während der Entwicklung des Volkswagens wurden sie erfolgreich getestet und kamen erstmals im Käfermotor zum Einsatz. WIEDERAUFBAU NACH DEM ZWEITEN WELTKRIEG Nach dem Zweiten Weltkrieg war das Werk der Deutschen Vergaser Gesellschaft in Berlin zerstört und in weiten Teilen demontiert. Alfred Pierburg erlebte mit seiner Familie das Kriegsende in der Tschechei. Mit Hilfe der Briten wurde er in den Westen gebracht, denn deren Militärbehörde brauchte einen Vergaserfachmann für ihre Fahrzeuge. Die Freundschaft mit den Eigentümern der Société Solex in Paris hatte den Krieg überdauert. So gelang es Alfred Pierburg, mit Unterstützung von Franzosen und Briten wieder in den Besitz der Vergaserlizenz zu gelangen und 1947 die Deutsche Vergaser Gesellschaft neu aufzubauen diesmal aber nicht in Berlin, sondern in der britischen Zone. Die günstigsten Bedingungen bot ihm die Stadt Neuss. In den zerstörten Gebäuden einer alten Futtermühle errichtete Pierburg einen kleinen Betrieb. Hier gab es bald einen Rollenund mehrere Motorprüfstände zur Einregulierung von Vergasern, eine Kundendienstwerkstatt sowie eine Kältekammer. Die ersten Vergaser wurden dagegen in Nettetal-Lobberich am Niederrhein bei Robert Kahrmann gefertigt, einem Geschäftspartner aus der Vorkriegszeit. Die vorhandenen Kapazitäten im Neusser Werk waren schnell erschöpft, so dass Pierburg 1955 mit dem Bau neuer Werksanlagen an der Düsseldorfer Straße begann, die unter der APG Alfred Pierburg Auto- und Luftfahrtgerätebau KG firmierten. Hier wurden später bis zu Mitarbeiter beschäftigt, darunter etwa ausländische Frauen, die Vergaser und Kraftstoffpumpen im Akkord montierten. Das Werk in Berlin war nach 1945 wieder aufgebaut worden, fungierte jedoch nur noch als Zweigwerk: Hier wurden neben Vergasern vor allem Drosselklappenstutzen gefertigt, die auch heute noch zum Programm gehören. Auch das Karl-Schmidt-Werk in Neckarsulm wurde während des Zweiten Weltkriegs stark zerstört. Die drohende Demontage konnte jedoch abgewendet werden, und schon bald erhielt die Aluminiumgießerei erste Aufträge: Denn die Not leidende Bevölkerung benötigte dringend Haushaltsgeschirr wie Kochtöpfe oder Teller aus Aluminium. Auch die Kolbenfertigung wurde in der unmittelbaren Nachkriegszeit wieder aufgenommen. Mit Wirksamwerden des Marshallplanes und dem anschließenden Wirtschaftswunder stattete Kolbenschmidt auch wieder Neuwagen der schnell wachsenden deutschen Automobilindustrie aus. In den wieder aufgebauten oder neu errichteten Gebäuden in Neckarsulm waren zu Anfang der 1950er-Jahre rund Mitarbeiter beschäftigt. Im Bereich der Kolbenentwicklung machte Kolbenschmidt 1948 nach Jahren der kriegsbedingten Stagnation erstmals wieder mit einer Innovation auf sich aufmerksam. Zur kontrollierten Wärmeausdehnung des Kolbenschaftes bei hohen Betriebstemperaturen wurde der Ringstreifenkolben entwickelt, der bald Standard in der Automobilindustrie werden sollte. Zwei Jahre später folgte der bis dahin größte Aluminiumkolben der Welt für Viertakt-Dieselmotoren mit einem Durchmesser von 573 mm. Bereits 1946 erhielt Jahre Kolbenschmidt Pierburg