Ölwanne light – jetzt auch für Pkw

Siegeszug der Kunststoffe

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Eines der letzten großvolumigen Bauteile am Pkw-Motor, das bisher noch nicht aus Kunststoff gefertigt wurde, ist die Motorölwanne. Nachdem die Kunststoffölwanne im Lkw-Bereich bereits in Serie produziert wird, bietet sich jetzt eine Lösung im Pkw an. Das drastisch reduzierte Bauteilgewicht mit positiven Effekten für Kraftstoffverbrauch und CO2-Bilanz liefert gewichtige Argumente für das Kunststoffbauteil. Anfang 2009 laufen die ersten Pkw mit diesen Kunststoffölwannen vom Band.

Steigende Rohölpreise und der ökologisch motivierte Druck der Öffentlichkeit haben die Anforderungen an das Verbrauchsverhalten moderner Fahrzeuge kontinuierlich erhöht. Der damit entstandene Trend zum Downsizing und zu höherer spezifischer Motorleistung wird heute durch moderne Aufladetechnik realisiert, wie durch den Abgasturbolader oder den mechanischen Kompressor. Auf der Werkstoffseite kann der Kunststoff durch sein geringes spezifisches Gewicht einen wertvollen Beitrag zur Kraftstoff- und CO2-Reduzierung leisten.

Weniger Gewicht, weniger CO2
Die Substitution von Metall durch Kunststoff führt zu teilweise erheblichen Gewichtseinsparungen und Umweltvorteilen. Die von Mann+Hummel zur Serienreife entwickelte Kunststoffölwanne ist dafür geradezu ein Paradebeispiel. Gegenüber Hybridbauteilen aus Aluminium und Kunststoff spart sie rund 30 % Gewicht ein; gegenüber reinen Aluminiumbauteilen liegt der Gewichtsvorteil sogar bei rund 60 %. Die Auswirkungen auf die CO2-Bilanz sind ebenfalls beachtlich. Durch Umstellen aller Pkw-Motoren auf Kunststoffölwannen könnten allein in Deutschland die CO2-Emissionen um cirka 65 000 t pro Jahr reduziert werden. Zudem tragen diese Ölwannen zu einer deutlichen Senkung der Kosten bei und eröffnen neue Möglichkeiten der Funktionsintegration.
Der Startschuss für die Entwicklung von Kunststoffbauteilen für den Motorraum fiel bereits 1931, als findige Ingenieure Nockenwellenräder aus Guss durch Bauteile aus Phenolharz-Hartgewebe ersetzten. Sie leiteten damit die Erfolgsgeschichte des Kunststoffes ein, die bis heute unverändert anhält. Nach der Erfindung thermoplastischer Werkstoffe wie Nylon/Polyamid 66 im Jahr 1935 und Perlon/Polyamid 6 im Jahr 1938 dauerte es noch bis 1957, bevor die neuen Materialien in die Serienproduktion eingingen. In den letzten fünfzig Jahren wurde eine Vielzahl von Bauteilen durch thermoplastische Kunststoffe ersetzt, wie etwa Luft- und Ölfiltermodule, Saugrohre, Zylinderkopfhauben und Designabdeckungen. Dies hat zu einem Kunststoffanteil von cirka 17 % am Gesamtfahrzeug geführt.
Kunststoff bietet Metallen Paroli
Bereits Mitte der 90er Jahre wies Mann+Hummel in Untersuchungen zum Missbrauchsverhalten an einem Serienfahrzeug mit V6-Motor nach, dass Kunststoffölwannen die Anforderungen ohne Abstriche erfüllen. So zeigte die Kunststoffölwanne beim Aufsetzen an Bahndämmen ein genauso gutes Verhalten wie Bauteile aus Magnesium oder Aluminium.
Auch das in Werkstätten übliche Abstellen eines 160 kg schweren Motors auf der Ölwanne ist ohne Bedenken möglich. Dieses Problem wurde durch Integration definierter Aufsetzpunkte und ein gezieltes Einleiten der Kräfte in die stabilen Wandbereiche gelöst. Die Funktionsprüfung auf dem Motorenprüfstand zeigte keine Undichtigkeiten am Flanschbild der Ölwanne. Selbst ein kurzzeitiger Temperaturschock von 165 °C führte zu keinen Funktionsmängeln. Ein letztes Argument gegen den Einsatz von Kunststoff war früher das Thema Steinschlag. Heute gibt es dafür technische Lösungen, wie die Integration von Opferrippen an den gefährdeten Bereichen, wie sie bei Getriebe-Ölwannen inzwischen Stand der Technik sind. Obwohl alle Punkte für die Umstellung auf Kunststoff sprachen, war in den 90er Jahren die Zeit noch nicht reif für diese Innovation.
Markt bereit für Kunststoffölwanne
Der Markt hat sich allerdings in den letzten zehn Jahren zugunsten der Kunststoff-Ölwanne gewandelt. Die meisten Neufahrzeuge haben heute aus akustischen und strömungstechnischen Gründen eine Unterbodenabdeckung. Damit kommt das Thema Steinschlag gar nicht mehr und das Thema Aufsetzen nur noch in stark abgeschwächter Form zum Tragen.
In punkto Ölwanne scheiden sich die Motorenkonzepte in Europa in zwei etwa gleich große Lager. Rund die Hälfte der Motoren benötigt die Ölwanne zur Abstützung des Getriebes, bei der anderen Hälfte hat die Wanne eine reine Deckelfunktion. Während die Deckelkonzepte durch reine Kunststofflösungen substituiert werden können, muss bei Wannen mit Getriebeabstützung auf Hybridkonzepte zurückgegriffen werden. Diese erfüllen die gleichen Steifigkeitsanforderungen wie Ölwannen aus Aluminiumdruckguss, allerdings fällt die Gewichtsreduktion um 20 bis 30 % geringer aus als bei reinen Kunststoffwannen.
Das Thema Funktionsintegration kommt bei Ölwannen in gleichem Maße zur Geltung wie bei Ansaugsystemen. So können durch die Integration weiterer Komponenten zusätzliche Kosten-, Gewichts- und Packagingvorteile erzielt werden. Das Thema wird daher weiter an Bedeutung gewinnen. Für die Integration kommen Bauteile wie zum Beispiel Ölführungen, Ölsaugrohr, Ölsieb, separates Ölreservoir und Schwallbleche in Frage. Ein großes Potenzial in technischer wie wirtschaftlicher Hinsicht bietet auch der Einbau eines kompletten Ölmoduls bestehend aus Ölfilter und Ölkühler.
Hohe Fertigungskompetenz erforderlich
Für die Entwicklung und Produktion solcher Systeme ist ein hohes Maß an Integrations- und Fertigungskompetenz notwendig. Mann+Hummel ist als Entwicklungspartner der Automobilindustrie bereits seit Jahren im Markt mit solchen Systemen in Serie. Neben dem Systemverständnis und der notwendigen Integrationskompetenz sind eine funktionierende Lieferantenkette und ein effektives Projektmanagement die Schlüssel für den Erfolg.
Für die Fertigung dieser Systeme kommen heute alle bekannten Herstellungsverfahren zum Einsatz, wie Spritzguss-, Lost-core- und Blastechnik sowie deren Kombination. Zur Weiterverarbeitung eignen sich ebenfalls alle gängigen Verfahren etwa Vibrations-, Ultraschall-, Spiegel- und Laserschweißen und deren Kombination.
Mann+Hummel; Telefon: 07141/98-2851;
E-Mail: Thomas.jessberger@ mann-hummel.com
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