05/2020, Nockenwellenmodul aus Kunststoff Fraunhofer ICT
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Nockenwellenmodul von Fraunhofer ICT: Kunststoff statt Leichtmetall

Nockenwellenmodul von Fraunhofer ICT Kunststoff statt Leichtmetall

Zusammen mit Mahle und Daimler haben Forscher des Fraunhofer-Instituts ein neues Material für Nockenwellenmodule entwickelt, das viele Vorteile bieten soll.

Die Tage des Verbrennungsmotors sind gezählt? Wer verfolgt, wie viele Innovationen weiterhin für diese Antriebsform entwickelt werden, entlarvt die immer wieder verbreitete These schnell als übertrieben – wenn nicht gar als komplett falsch. Immer wieder stellen Forscher Neuerungen vor, die Benzin-, Diesel- und Gasmotoren stärker, effizienter – oft sogar beides – machen.

Faserverstärktes Kunstharz statt Aluminium

So auch das Team des Fraunhofer-Instituts für Chemische Technologie (ICT). Zusammen mit Daimler, Mahle und anderen Automobil-Zulieferern haben die Wissenschaftler ein neuartiges Nockenwellenmodul entwickelt, das aus Kunststoff statt Leichtmetall besteht. Das Modul ist ein wichtiger Bestandteil des Antriebsstrangs, Stabilität ist deshalb die wichtigste Anforderung. Trotzdem sehen die Fraunhofer-Experten für das Modul, das als Gehäuse für die Nockenwelle dient, hochfeste faserverstärkte Duromere (Kunstharz) statt Aluminium vor.

Das soll gleich mehrere Vorteile bringen. Einerseits beim Gewicht: "Das Nockenwellenmodul befindet sich im Zylinderkopf, also in der Regel im oberen Bauraum des Antriebsstrangs", sagt Thomas Sorg, Wissenschaftler am Fraunhofer ICT. "Hier ist es besonders sinnvoll, Gewicht zu reduzieren, da es eine Absenkung des Fahrzeugschwerpunkts ermöglicht." Doch das hilft nicht nur der Fahrdynamik. Gewichtsreduktion ist schließlich eine der effektivsten Methoden, den CO2-Ausstoß von Autos zu senken.

05/2020, Nockenwellenmodul aus Kunststoff
Fraunhofer ICT
An der Entwicklung sind unter anderem Daimler und Mahle beteiligt.

Kosten- und Klimavorteile

Obwohl das Teil leichter ist als ein Nockenwellenmodul aus Aluminium, soll es hohen Temperaturen sowie den mechanischen und chemischen Belastungen, wie sie etwa durch synthetische Motoröle und Kühlmittel verursacht werden, bestens standhalten. Auch bei der Geräuschentwicklung soll die Neuentwicklung Vorteile bieten. Da Kunststoffe ein gutes Dämpfungsverhalten aufweisen, "lässt sich das akustische Verhalten des Nockenwellenmoduls sehr gut optimieren", erklärt Sorg.

Der größte Nutzen könnte sich aber auf der Kostenseite ergeben. Gussteile aus Aluminium müssen nach dem Gießen aufwändig nachbearbeitet werden, außerdem ist ihre Lebensdauer begrenzt. Der Nachbearbeitungsaufwand von faserverstärkten Duroplasten ist dagegen vergleichsweise gering. Der Vorteil soll sich im Motorenwerk fortsetzen: Das Nockenwellenmodul ist aus einem Guss gefertigt. Diese monolithische Bauweise ermöglicht es, das Teil vorkonfektioniert direkt ins Werk zu liefern, wo es mit wenigen Handgriffen auf den Motor montiert werden kann. Zudem verspricht Fraunhofer ICT eine deutlich bessere Haltbarkeit seiner Neuentwicklung.

Schließlich soll auch das Klima profitieren: Da Aluminium in der Herstellung sehr energieintensiv ist, soll der CO2-Fußabdruck eines Nockenwellenmoduls aus faserverstärkten Duromeren deutlich geringer ausfallen.

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Nockenwellenmodule aus Kunststoff - kann das funktionieren?
Na klar. Die Technik hat eigentlich nur Vorteile.
Niemals. Nur Aluminium garantiert die nötige Stabilität.

Fazit

Aktuell hat das Kunststoff-Nockenwellenmodul von Fraunhofer ICT noch den Status eines funktionsfähigen Demonstrators. Auf dem Motorenprüfstand hat das Teil bereits 600 Teststunden absolviert. "Wir sind sehr zufrieden mit den Funktionsprototypen und den Versuchsergebnissen", sagt Katrin Schindele, Projektleiterin bei Mahle. Wann ein Serieneinsatz geplant ist, haben die Partner allerdings noch nicht kommuniziert.

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