Kunststoff im Auto reduziert das Gewicht. Doch Nockenwellenmodule als ein wichtiger Bestandteil des Antriebsstrangs werden bis dato noch immer aus Aluminium gefertigt. Einem Forscherteam des Fraunhofer-Instituts f\u00fcr Chemische Technologie ICT ist es jetzt gemeinsam mit Partnern gelungen, ein Nockenwellenmodul aus faserverst\u00e4rkten Duromeren herzustellen. Das Leichtbauelement tr\u00e4gt zur Reduktion des Motorgewichts bei und senkt die Montagekosten. Es liegt derzeit als funktionsf\u00e4higer Demonstrator vor. <\/b><\/p>\n
Nockenwellen sorgen im Verbrennungsmotor daf\u00fcr, dass die Ladungswechselventile zuverl\u00e4ssig und pr\u00e4zise ge\u00f6ffnet und geschlossen werden. Sie sind im Nockenwellenmodul gelagert, das standardm\u00e4\u00dfig noch aus dem Metall Aluminium gefertigt wird. Doch Automobilhersteller und Zulieferer unternehmen gro\u00dfe Anstrengungen, den Antriebsstrang und seine Bestandteile in Leichtbauweise zu produzieren. Die Gewichtsreduktion ist eine der effektivsten Methoden, den CO2<\/sub>-Aussto\u00df zu senken.<\/p>\n Forscherinnen und Forscher am Fraunhofer ICT in Pfinztal unterst\u00fctzen die Industrie mit einem neu entwickelten Nockenwellenmodul aus Kunststoff in ihrem Anliegen. Das Leichtbau-Modul wurde gemeinsam mit dem MAHLE Konzern und den assoziierten Partnern Daimler AG, SBHPP\/Vyncolit N.V. und Georges Pernoud realisiert. Das Bundesministerium f\u00fcr Wirtschaft und Energie BMWi f\u00f6rdert das Projekt.<\/p>\n Bei der Wahl des Kunststoffs setzen die Projektpartner auf hochfeste, faserverst\u00e4rkte Duromere, da sie hohen Temperaturen, mechanischen und chemischen Belastungen, wie sie etwa durch synthetische Motor\u00f6le und K\u00fchlmittel verursacht werden, sehr gut standhalten. \u00bbWir steuern das Know-how bei, wie man die Geometrien des Bauteils material- und prozessgerecht gestalten muss, damit sie alle Anforderungen erf\u00fcllen\u00ab, sagt Thomas Sorg, Wissenschaftler am Fraunhofer ICT. \u00bbDas Nockenwellenmodul befindet sich im Zylinderkopf, also in der Regel im oberen Bauraum des Antriebsstrangs. Hier ist es besonders sinnvoll, Gewicht zu reduzieren, da es eine Absenkung des Fahrzeugschwerpunkts erm\u00f6glicht.\u00ab<\/p>\n Gussteile aus Aluminium m\u00fcssen nach dem Vergie\u00dfen aufw\u00e4ndig nachbearbeitet wer-den, dadurch entstehen hohe Kosten. Der Nachbearbeitungsaufwand von faserverst\u00e4rkten Duroplasten ist vergleichsweise gering, sie lassen sich endkonturnah herstellen, was mit niedrigeren Kosten bei der Produktion einhergeht. Auch die Lebensdauer von Duroplast-Spritzgusswerkzeugen ist \u2013 bei bis zu 500 000 St\u00fcck \u2013 wesentlich h\u00f6her im Vergleich zu Aluminium-Hochdruck-Gusswerkzeugen. Dar\u00fcber hinaus weisen mit hohem Faseranteil verst\u00e4rkte Kunststoffe gegen\u00fcber Aluminium einen deutlich geringeren CO2<\/sub>-Footprint auf, da das Leichtmetall in der Herstellung sehr energieintensiv ist.<\/p>\n Ein weiterer Vorteil: Automobilhersteller sind bestrebt, Ger\u00e4uschemissionen zu minimieren. Denn wenn ein Auto klappert, ist dies nicht nur l\u00e4stig, sondern ein klarer Wettbewerbsnachteil. NVH-Eigenschaften (Noise, Vibration, Harshness) \u2013 eine Kombination von Ger\u00e4usch, Vibration und Rauheit \u2013 stehen daher weit oben auf der Liste der Faktoren, die zur Beurteilung der Fahrzeugqualit\u00e4t herangezogen werden. Kunststoffe weisen ein gutes D\u00e4mpfungsverhalten auf. \u00bbInsofern l\u00e4sst sich das akustische Verhalten des Nockenwellenmoduls sehr gut optimieren\u00ab, so Sorg.<\/p>\n Das Nockenwellenmodul ist durch eine monolithische Bauweise mit integrierten Lagern gekennzeichnet, das hei\u00dft, es wird aus einem Guss gefertigt. Dadurch verringert sich der Montageaufwand im Motorenwerk. Der Fahrzeughersteller bekommt das Modul vorkonfektioniert vom Zulieferer und kann es mit wenigen Handgriffen auf den Motor montieren. Die eigenst\u00e4ndige zeitaufw\u00e4ndige Installation des Bauteils entf\u00e4llt. Ein zus\u00e4tzliches Plus der innovativen L\u00f6sung: Inserts aus Aluminium an den hochbelasteten Stellen der Nockenwellenlager nehmen die direkten Kr\u00e4fte auf.<\/p>\n W\u00e4hrend erster Tests am Motorenpr\u00fcfstand konnten der Wissenschaftler und seine Kollegen ein positives Laufverhalten beobachten. Auch eine Gewichtseinsparung gegen\u00fcber dem Referenzbauteil aus Aluminium lie\u00df sich nachweisen. \u00bbWir k\u00f6nnen das Nockenwellenmodul aus duroplastischem Werkstoff deutlich leichter fertigen als das Pendant aus Leichtmetall und dabei sogar wirtschaftlich im Spritzgie\u00dfverfahren produzieren\u00ab, betont der Ingenieur. Simulationsrechnungen unterst\u00fctzen die Auslegung und Absicherung des Prototyps bevor der Herstellungsprozess startet. \u00bbObwohl die Steifigkeit des Duromers nur ein Viertel des Aluminiums betr\u00e4gt, ist es uns durch konstruktive Ma\u00dfnahmen gelungen, die maximal zul\u00e4ssigen Verformungen einzuhalten\u00ab. Die Funktionalit\u00e4t des Leichtbauelements erwies sich nach 600 Stunden sogenannter geschleppter Versuche am Motorenpr\u00fcfstand in einem hochmodernen Otto-Verbrennungsmotor als einwandfrei. Mithilfe der anstehenden sogenannten befeuerten Versuche wollen die Projektpartner die Funktionalit\u00e4t und das NVH-Verhalten unter Ber\u00fccksichtigung der Gaskr\u00e4fte des Verbrennungsprozesses belegen.<\/p>\n Katrin Schindele, Projektleiterin bei MAHLE, bedankt sich beim gesamten Konsortium und allen Beteiligten f\u00fcr die sehr gute Zusammenarbeit. \u00bbWir sind sehr zufrieden mit den Funktionsprototypen und den Versuchsergebnissen. Alle Projektbeteiligten haben vollen Einsatz f\u00fcr das Nockenwellenmodul geleistet.\u00ab<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":" Kunststoff im Auto reduziert das Gewicht. 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