Leichtbau BW präsentiert Nockenwellenmodul im Multimaterial-Leichtbau
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Leichtbau BW präsentiert Nockenwellenmodul im Multimaterial-Leichtbau

20 % leichteres Bauteil aus faserverstärkten Duromeren
Leichtbau BW präsentiert Nockenwellenmodul im Multimaterial-Leichtbau

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(bec) Das leichte Nockenwellenmodul zeigt, wie viele positive Effekte Multimaterial-Leichtbau haben kann. Gefertigt aus faserverstärkten Duromeren reduziert es das Gewicht des Verbrennungsmotors, ist klimaschonender in der Herstellung und senkt die Montagekosten durch eine veränderte Bauweise. Gelungen ist dieses Leichtbauteil den Ingenieuren des Mahle-Konzerns gemeinsam mit dem Fraunhofer ICT und weiteren Partnern.

Dr. Wolfgang Seeliger, Geschäftsführer, Leichtbau BW GmbH, Landesagentur für Leichtbau Baden-Württemberg, Stuttgart

Inhaltsverzeichnis

1. Bessere Fahrdynamik und geringerer Verbrauch
2. Multimaterial schont das Klima
3. Kostenvorteile in der Fertigung
4. Gute Dämpfungseigenschaften
5. Erste Tests erfolgreich bestanden
6. Die Vorteile auf einen Blick

 

Das Nockenwellenmodul aus Kunststoff lässt sich, so die Wissenschaftler vom Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie ICT, Pfinztal, deutlich leichter fertigen als das Pendant aus Leichtmetall. Hinzu kommt, dass es im Vergleich zum herkömmlichen Bauteil etwa 0,6 Kilogramm Gewicht spart.

Bei der Wahl des Kunststoffs setzen die Projektpartner auf hochfeste, faserverstärkte Duromere, da sie hohen Temperaturen, mechanischen und chemischen Belastungen, wie sie etwa durch synthetische Motoröle und Kühlmittel verursacht werden, sehr gut standhalten.

Bessere Fahrdynamik und geringerer Verbrauch

Da sich das Nockenwellenmodul aus faserverstärktem Duromer mit Aluminiuminserts im oberen Bauraum des Antriebsstrangs eines Verbrennungsmotor befindet, wirkt sich der Multimaterial-Leichtbau gleich doppelt positiv aus. Zum einen wird durch den Leichtbau der Energieverbrauch und damit der CO2-Ausstoß reduziert und zum anderen lässt sich so auch der Schwerpunkt des Fahrzeugs senken und an Fahrdynamik gewinnen.

Multimaterial schont das Klima

Klimaschonend ist das Bauteil schon bei der Herstellung, denn Kunststoffe mit hohem Faseranteil weisen einen geringeren CO2-Footprint auf als Aluminium.

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Ganz ohne Aluminium kommt das Nockenwellenmodul allerdings nicht aus und ist deshalb ein gutes Beispiel für Multimaterial-Leichtbau. Weil die Steifigkeit der verwendeten Duromere nur ein Viertel des Werkstoffs Aluminium beträgt, wurden die Lagerböcke für die Nockenwelle kräftiger ausgelegt. Zusätzlich läuft die stählerne Nockenwelle nicht direkt in den Lagerböcken, sondern in Inserts aus Aluminium. Diese nehmen an den hochbelasteten Stellen der Nockenwellenlager die direkten Kräfte auf.

Kostenvorteile in der Fertigung

Die Aluminium-Inserts werden beim Spritzgussprozess direkt eingelegt, sodass das monolithische Bauteil in einem Schritt ohne zusätzliche Montage und weitgehend endkonturnah gefertigt werden kann. Die Zykluszeit liegt bei 120 bis 140 Sekunden. Eine aufwendige Nachbearbeitung, wie beim Aluminiumdruckguss notwendig, entfällt für das Nockenwellenmodul aus Kunststoff. Ebenso ist der Montageaufwand im Motorenwerk deutlich geringer.

Gute Dämpfungseigenschaften

Kunststoffe weisen ein gutes Dämpfungsverhalten auf. Das akustische Verhalten des Nockenwellenmoduls lässt sich deshalb gut optimieren. Dies ist ein wichtiger Vorteil für die Automobilhersteller, denn beste NVH-Eigenschaften (Noise, Vibration, Harshness) sind ein eindeutiger Wettbewerbsvorteil.

Erste Tests erfolgreich bestanden

Die Funktionalität des Demonstrators erwies sich nach 600 Stunden sogenannter geschleppter Versuche am Motorenprüfstand in einem hochmodernen Otto-Verbrennungsmotor als einwandfrei. Mithilfe der anstehenden befeuerten Versuche – also unter den realen Bedingungen eines mit Brennstoff laufenden Motors – sollen nun Funktionalität und das NVH-Verhalten unter Berücksichtigung der Gaskräfte des Verbrennungsprozesses getestet werden.

Der Projektpartner Mahle GmbH, Stuttgart, und die assoziierten Partner Daimler AG, Stuttgart, SBHPP/Vyncolit N.V. und Georges Pernoud, sind mit den bisherigen Ergebnissen zufrieden. Eine Übernahme in die Serienfertigung nach erfolgreichen weiteren Tests erscheint daher möglich. Das Projekt wurde vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi), Berlin, gefördert.

Das Video zeigt die positiven Effekte des Multimaterial-Leichtbaus am leichten Nockenwellenmodul.


Kontakt zu den Firmen
Leichtbau BW GmbH
Landesagentur für Leichtbau Baden-Württemberg
Breitscheidstraße 4
70174 Stuttgart
Tel.: +49 711 128988–40
E-Mail: info@leichtbau-bw.de
Website: www.leichtbau-bw.de

Mahle GmbH
Pragstraße 26–46
70376 Stuttgart
Tel.: +49 711 501–0
E-Mail: info@mahle.com
Website: www.mahle.com

Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie ICT
Joseph-von-Fraunhofer-Straße 7
76327 Pfinztal
Tel.: +49 721 4640–0
E-Mail: info@ict.fraunhofer.de
Website: www.ict.fraunhofer.de


INFO

Die Vorteile auf einen Blick:

  • leicht: 0,6 Kilogramm Gewichtseinsparung im Vergleich zur konventionellen Bauweise mit Aluminium; das entspricht etwa 20 Prozent
  • klimaschonend in mehrfacher Hinsicht von der Herstellung bis zur Nutzung
  • kostengünstig: funktionsintegrierte, monolithische Bauweise und ein verbesserter Herstellungsprozess
  • leise: dank Kunststoff verbesserte Geräuschdämpfung
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