Das Aluminiumzylindergehäuse (links) neben dem Verbundwerkstoffersatz beim Einbau in den Motor (rechts).
Sumitomo Bakelite
"In spätestens drei bis fünf Jahren wird es Zylindergehäuse aus Verbundwerkstoffen geben", schätzt Hendrik De Keyser, Abteilungsleiter Technologie bei SBHPP Vyncolit. SBHPP konnte nachweisen, dass im Spritzgussverfahren hergestellte glasfaserverstärkte Phenolzylindergehäuse im Vergleich zu Aluminiumdruckgusskomponenten gleiche Leistungsmerkmale aufweisen.
SBHPP High Performance Plastics ist ein Geschäftsbereich von Sumitomo Bakelite. Das Unternehmen geht davon aus, dass bis zum Jahre 2020 die aktuell aus Aluminium bestehenden Zylindergehäuse durch die ersten aus Polymer-Verbundwerkstoff hergestellten Komponenten in Pkw- und Motorradmotoren ersetzt sein werden.
Deutliche Gewichtsreduzierung, geringere Lärmemission
Denn laut SBHPP weisen im Spritzgussverfahren hergestellte glasfaserverstärkte Phenolzylindergehäuse im Vergleich zu Aluminiumdruckgusskomponenten gleiche Leistungsmerkmale auf. Darüber hinaus sorgen sie laut SBHPP für eine deutliche Gewichtsreduzierung, geringere Lärmemission bei gleichzeitig verringerter Wärmeabgabe. Die Gewichtsreduktion sei für Automobilhersteller unter dem steigenden Druck der Zielvorgaben zur Senkung des Kraftstoffverbrauchs und der Abgasemissionen zentral. Außerdem zeige sich in der Ökobilanz die Umweltbelastung von Phenolverbundkomponenten über ihre gesamte Lebenszeit hinweg geringer als bei Aluminiumbauteilen.
Hendrik De Keyser, Abteilungsleiter Technologie bei SBHPP Vyncolit, sagt: "Wir gehen davon aus, dass diese Verbundwerkstofftechnik zunächst in Kleinmotoren von bis zu 1,6 Litern verwendet werden wird. Die Anwendung in leistungs- und hubraumstärkeren Motoren wird der nächste Schritt sein."
In einer Kooperation mit der Fraunhofer Projektgruppe "Neue Antriebssysteme" in Karlsruhe, hat SBHPP eine Machbarkeitsstudie über einen 650 ccm Einzylinder-Motor aus Verbundwerkstoff durchgeführt. Hier wurde Angaben zufolge ein zu 55 Prozent glasfaserverstärktes Phenolharz in Kombination mit integrierter Metalleinlage und einer Metallzylinderbuchse verwendet. Der dafür optimierte Spritzgussprozess habe zu einer Zykluszeit von 90 Sekunden geführt.
Gewichtsreduzierung von bis zu 20 Prozent
Bei einer Produktionsgröße von bis zu 30.000 Stück pro Jahr soll das Verbundwerkstoffgehäuse im Vergleich zu Aluminium eine Gewichtsreduzierung von bis zu 20 Prozent, bei etwa 10 Prozent niedrigeren Herstellungskosten bieten. Bei höheren Produktionsmengen werde die Kosteneinsparung noch deutlicher.
Als ein weiterer Vorteil bei Verwendung von Verbundwerkstoffen nennen die Experten des Unternehmens ein besseres NVH-Verhalten (Schwingungs- und Akkustikanalyse). "Akkustische Tests bestätigten eine erhebliche Lärmreduzierung für das Verbundwerkstoff-Zylindergehäuse gegenüber dem Aluminiumreferenzteil. Zusätzlich haben thermische Tests reduzierte Wärmeabstrahlung des Verbundwerkstoffteils ergeben. Die zwischen Antriebs- und Einlassseite gemessene Temperaturdifferenz ist deutlich kleiner beim Verbundwerkstoffteil als bei einer Aluminiumalternative", führen die Spezialisten weiter aus.
Ziel: Motor aus Verbundwerkstoff
SBHPP plant nun, mit Motorenzulieferern und Automobilherstellern (OEMs) zusammenzuarbeiten, um dieses Konzept auf den Markt zu bringen. Der nächste Schritt auf dem Weg zu dem übergeordenten Ziel, einen kompletten Motor aus Verbundwerkstoff herzustellen, ist, aufbauend auf den bisherigen erfolgversprechenden Forschungsergebnissen, einen komplexeren compositebasierten Mehrzylindermotor zu entwickeln. Für die Zukunft ist die Entwicklung eines flexiblen Motors mit zwei, drei oder vier Zylindern geplant, die aus SBHPP- Verbundwerkstoffmaterial bestehen. Dieser Motor könne als Primärantrieb für Personenkraftwagen und Motorräder verwendet werden oder als Range Extender für Elektrofahrzeuge.