Kunststoff macht Verbrennungsmotor 25 Prozent leichter

Eine Duroplastabdeckung trägt im Forschungsprojekt Leimot zu einem 25 % leichteren Verbrennungsmotor bei, für den Dätwyler eine Dichtungslösung beisteuert.

Eine maßgefertigte Dichtungslösung von Kunststoffverarbeiter Dätwyler, entwickelt in Zusammenarbeit mit dem Aachener Engineering-Spezialisten FEV, ist Teil des finalen Verbrennungsmotorprototyps im Forschungsprojekt Leimot (Leichtbaumotor). Ziel des Projekts ist es, das Gewicht der entscheidenden Komponenten – Zylinderkopf und Kurbelgehäuse – eines bestehenden Verbrennungsmotors der neuesten Generation um bis zu 30 % zu reduzieren.

Durch das Ersetzen von Standardkomponenten und -teilen aus Metall durch Alternativen aus Faserverbundwerkstoffen und additiver Fertigung reduziert das Projekt nicht nur das Gesamtgewicht des Motors, sondern verbessert auch Betriebseffizienz und -verhalten sowie Wärmemanagement und reduziert Geräusch, Vibration und Rauigkeit (Noise, Vibration, and Harshness; NVH), um zukünftige Anforderungen an Komfort, Sicherheit und Nachhaltigkeit zu erfüllen.

„Wir waren begeistert vom Vorschlag von FEV, uns an diesem Projekt zu beteiligen. Die Anforderung bestand darin, eine Dichtungslösung für eine neue Kunststoffabdeckung zu entwickeln, und unser Co-Engineering-Ansatz hat sich hierfür als perfekt geeignet herausgestellt“, sagt Dätwyler Produktmanager Rolf Figi. „Das Leimot-Team verfügte über eine bereits vorhandene Simulation, die wir intern optimieren konnten, um eine Dichtungslösung mit bestmöglicher Flüssigkeits- und Wärmebeständigkeit zu empfehlen. Es ist das erste Mal, dass für diesen Zweck ein Kunststoffbauteil eingesetzt wurde. Wir sind stolz darauf, dass wir einen entscheidenden Beitrag leisten konnten – von Simulation und Design bis hin zu komplexer Werkzeugentwicklung und Materialkenntnissen.“

Nach Erhalt der ersten Simulationsdaten von FEV führte Dätwyler eine eigene Simulation durch und machte Empfehlungen bezüglich der Geometrie des Bauteils, um die Dichtung zu verbessern. Dabei mussten viele Faktoren sorgfältig berücksichtigt werden, einschließlich der Tatsache, dass Kunststoffkomponenten eine höhere Vibrationswahrscheinlichkeit aufweisen, da sie nicht so fest fixiert werden können wie eine Metall-auf-Metall-Konstruktion. Die Dichtung musste deshalb auch in der Lage sein, alle potenziellen Vibrationen zu absorbieren, um übermäßigen Lärm und Haltbarkeitsprobleme zu vermeiden. Dätwyler nutzte seine Materialkenntnisse ebenfalls, um sicherzustellen, dass das gewählte Verbundmaterial in Bezug auf Temperatur- und Medienresistenz optimiert wurde.

Das Projekt tritt nun in die finale Prototyp-Phase ein, in der bis zu fünf Motoren komplett gefertigt werden, um die Resultate des Projekts zu präsentieren. Dies zeigt, dass trotz der bisherigen kontinuierlichen Weiterentwicklung des Verbrennungsmotors noch Raum für Optimierungen besteht und der Verbrennungsmotor gegenüber anderen Antriebsformen konkurrenzfähig bleiben kann. Das geringere Gewicht des Leichtbaumotors infolge der Verwendung von Verbundwerkstoffbauteilen wird sich direkt auf Kraftstoffverbrauch und thermische Effizienz auswirken. Zudem sorgen die optimierte Struktur und die Möglichkeit, Bauteile wie die Kunststoffabdeckung zu entkoppeln dafür, dass NVH-bedingte Probleme minimiert werden.

„Der Mobilitätssektor bewegt sich kontinuierlich in Richtung Elektrifizierung. Dabei darf aber nicht vergessen werden, dass der Verbrennungsmotor noch viele Jahre eine große, wenn nicht gar führende Rolle spielen wird“, fügt Andreas Minatti, Head of Business Development bei Dätwyler, hinzu. „Genau diese Tatsache macht das Leimot-Projekt so spannend und wichtig.“

Die Fertigstellung der Prototypen wird voraussichtlich bis Ende 2021 abgeschlossen sein.

sk