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Automobil Kolben für stärksten Porsche 911er aus dem 3D-Drucker

Redakteur: Stefan Guggenberger

Der Autozulieferer Mahle bringt 3D-Druck in den Motorraum des Porsche 911 GT2 RS. Zum ersten Mal kommen bei dem Supersportwagen additiv gefertigte Hochleistungskolben aus Aluminium zum Einsatz. Porsche sieht weiteres Potenzial im 3D-Druck.

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Die Kolben aus dem 3D-Drucker erhöhen die Motorleistung des Porsche 911 GT2RS und machen ihn gleichzeitig effizienter.
Die Kolben aus dem 3D-Drucker erhöhen die Motorleistung des Porsche 911 GT2RS und machen ihn gleichzeitig effizienter.
(Bild: Porsche)

Den Porsche 911 gibt es nun schon seit 1963, aber die Stuttgarter finden immer wieder Möglichkeiten, das Erfolgsrezept noch weiter zu verbessern. Die neusten Entwicklungen kommen aus dem 3D-Drucker: Im Rahmen einer Kooperation mit dem Maschinenbauunternehmen Trumpf und Porsche gelang es dem Autozulieferer Mahle erstmals, Hochleistungskolben aus Aluminium im 3D-Druckverfahren herzustellen. Erfolgreich erprobt wurden diese auf dem Motorprüfstand für den Supersportwagen 911 GT2 RS von Porsche. Während das Leistungspotential des serienmäßig verbauten geschmiedeten Kolbens erschöpft war, ist mit den 3D-gedruckten Kolben eine Leistungssteigerung des 700 PS starken Porschemotors um 30 PS bei gleichzeitiger Effizienzsteigerung möglich.

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3D-Druck übertrifft herkömmliche Verfahren

Im Vergleich zu konventionell hergestellten Kolben sind die 3D-gedruckten Exemplare etwa 20 Prozent leichter bei gleichzeitig höherer Steifigkeit. Möglich wird das durch ein bionisches Design. Dabei wird, nach dem Vorbild der Natur, etwa des menschlichen Skeletts, nur an belasteten Stellen Material eingesetzt und die Struktur des Kolbens an diese Belastung angepasst. Zusätzlich haben die Entwickler einen speziellen Kühlkanal eingebaut, der die Temperatur am sogenannten Feuersteg senkt und somit die maximale Motordrehzahl erhöht.

Die Grundlage für den neuen Fertigungsprozess bildet eine spezielle Aluminiumlegierung von Mahle. Gedruckt wird im sogenannten Laser Metal Fusion Verfahren (LMF): Per Laserstrahl wird das Aluminiumpulver in einer bestimmten Schichtstärke aufgeschmolzen, eine neue Schicht Pulver aufgetragen und so der Kolben Schicht für Schicht aufgebaut. In rund 12 Stunden entstehen beim 3D-Druckspezialisten Trumpf in etwa 1.200 Schichten die Kolbenrohlinge.

Die additiven Kolben halten auch extremen Bedingungen Stand

Natürlich mussten die Kolben auch den üblichen Testverfahren standhalten. Die Prüfungen mit zahlreichen zerstörungsfreien Verfahren wurden beim Projektpartner Zeiss durchgeführt. Dabei handelt es sich zum Beispiel um die Computertomographie, 3D-Scanning und Mikroskopie sowie die Analyse aufgeschnittener Kolben. Das Ergebnis: Die Qualität des gedruckten Kolbens entspricht der gewohnt hohen Qualität eines konventionell gefertigten Serienkolbens.

Für die praktische Erprobung wurden sechs Kolben im Motor des Porsche 911 GT2 RS verbaut. Auf dem Prüfstand absolvierte das Triebwerk erfolgreich 200 Stunden Dauerlauf unter härtesten Bedingungen. Rund 6.000 Kilometer mit 250 km/h Durchschnittsgeschwindigkeit einschließlich Tankstopps, rund 135 Stunden unter Volllast. Auch 25 Stunden Schlepplast, also der simulierte Schubbetrieb eines Fahrzeugs, gehörten zum Testlauf dazu.

Noch mehr Anwendungsgebiete für den 3D-Druck in der Autoindustrie

Im Rahmen der Projektarbeit von Mahle, Porsche und Trumpf wurde noch ein additiv gefertigter Zusatz-Ladeluftkühler entwickelt. Das Bauteil versteckt sich in einem Luftrohr zwischen Turbo und dem eigentlichen Ladeluftkühler. Der Ladeluftkühler verfügt dank der Möglichkeiten des 3D-Drucks über eine deutlich größere wärmeübertragende Fläche. Dadurch können Strömungsführung und Kühlung optimiert werden. Der Effekt: Die Ansaugluft wird kühler, die Motorleistung steigt und der Verbrauch sinkt.

Mahle betont außerdem, dass sie in Zukunft noch mehr Anwendungsgebiete für den 3D-Druck in der Autoindustrie erschließen möchten. Gerade im Bereich der Elektromobilität sind Thermomanagementkomponenten mit komplexen Strukturen rund um die Kühlung und Klimatisierung von E-Fahrzeugen gefragt. Darüber hinaus gibt es Bedarf bei der Entwicklung von Kleinserien oder für die Belieferung des Aftermarkets mit bereits vergriffenen Bauteilen für historische Fahrzeuge. Auch Rapid Prototyping und Reverse Engineering sind vielversprechende Einsatzgebiete für Mahle.

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