DuPont: Polyamid für erstes in Serien-Pkw eingesetztes Kunststoff-Ölwannenmodul

Erstmals in der Geschichte des Automobils ist jetzt ein Ölwannenmodul aus einem thermoplastischen Kunststoff in einem Großserien-Pkw im Einsatz. Gemeinsam mit dem Zulieferer Bruss und DuPont (www.dupont.de) hat Daimler echtes Neuland beschritten und eine modulare Konstruktion für die neuen 4-Zylinder-Dieselmotoren vom Typ OM651 entwickelt, bei der sich ein Aluminium-Druckguss-Oberteil und ein multifunktionales Unterteil aus Zytel® 70G35 HSLR von DuPont ergänzen. Dieser Aufbau sichert eine hohe Steifigkeit, und zugleich ermöglicht er eine beachtliche Gewichtsreduktion um 1,1 kg gegenüber einer reinen Aluminiumausführung. Zudem ist die Fertigungseffizienz sehr hoch, denn die gute Fließfähigkeit des hitzestabilisierten, glasfaserverstärkten Polyamids ermöglicht lange Fließwege, kurze Einspritzzeiten und das sichere Ausformen von Bereichen mit geringer Wanddicke. Auch seine gute Eignung für das Vibrationsschweißen trägt zur hohen Produktivität bei. Ihren ersten Einsatz findet die neue Ölwannenkonstruktion in der Mercedes-Benz C-Klasse.

Der hintere Teil der Ölwanne, der den Ölsumpf für ca. 6 l Motoröl bildet, weist aufgrund seiner Form eine hohe Eigensteifigkeit auf. Der vordere Teil ist flach ausgeführt, weil Fahrwerk und Lenkgetriebe viel Platz beanspruchen. Dessen Biegewiderstandsmoment und Steifigkeit sind dadurch relativ gering, so dass zusätzliche Maßnahmen erforderlich waren, um Verzug und Deformationen zu minimieren und Undichtigkeiten am Übergang zum darüber liegenden Aluminiummodul auszuschließen.

Die Lösung fand sich in Form einer Sandwichkonstruktion mit einem zweiten Spritzgussteil: In den flachen Bereich der Wanne ist ein separat hergestellter Ölabweiser eingeschweißt, der das vom Kurbeltrieb und den Ausgleichswellen verwirbelte Öl beruhigt in die Ölwanne zurückführt. Gemeinsam sichern Wanne, Abweiser sowie weitere konstruktive Maßnahmen die erforderliche Formstabilität unter allen Betriebsbedingungen. Im Bereich des Ölsumpfes warmeingebettete Messing-Inserts nehmen die Ölablassschraube und den Ölstandschalter auf. Die hohen Rippen im Sumpf wirken als Schwallbleche, die ebenfalls das Öl beruhigen und in den Sumpf der Ölwanne führen.

Vor dem Bau des ersten Werkzeugs ergänzte Bruss seine eigenen, umfangreichen Möglichkeiten der Simulation durch Dienstleistungen von DuPont. So wurden mittels Finite-Elemente-Rechnung Verrippungen in Randnähe (außerhalb der vom Ölabweiser überspannten Fläche) positioniert und so optimiert, dass sie trotz minimaler Bauhöhe einen signifikanten Beitrag zur Gesamtsteifigkeit des kritischen, flachen Bereichs leisten. Ebenfalls auf Basis des FEM-Modells führte DuPont Fließstudien durch, um den Einfluss der Wanddicke sowie der Anschnittzahl und -positionierung auf die Ausbildung von Bindenähten und das Verzugsverhalten zu ermitteln und die entsprechenden Parameter zu optimieren. Tatsächlich genügt dank der hohen Fließfähigkeit von Zytel® 70G35 HSLR ein einzelner zentraler Anguss, um die komplette Werkzeugkavität zu füllen und dabei kurze Taktraten zu erreichen. Gegenüber (den mit anderen PA-Typen eventuell erforderlichen) Mehrfachangüssen verringern sich dadurch die Werkzeugkosten, die Prozessführung vereinfacht sich, die Zahl der Bindenähte und die Gefahr von Lufteinschlüssen werden minimiert.

Im Technischen Zentrum von DuPont in Genf wurde schließlich das Verhalten der Konstruktion beim harten Absetzen der Motor-Getriebe-Kombination mit dem Stapler simuliert. Reale Versuche bei Bruss mit Musterbauteilen bestätigten den Erfolg der auf Grund der Berechnungen erfolgten konstruktiven Maßnahmen: Auch nach 1000 h Alterung in 150 °C heißem Öl widersteht die Wanne dieser rauen Behandlung ohne kritische Schäden.

Insgesamt bietet der Einsatz thermoplastischer Kunststoffe für Ölwannen ein beachtliches Potenzial zur weiteren Funktionsintegration. Bei der aktuellen Ausführung ist bereits der Ölabweiser integriert, der ein beruhigtes Rückführen des Öles in den Sumpf unterstützt. Zusätzliche Funktionsteile, die in zukünftigen Ölwannenvarianten zum Einsatz kommen könnten, sind Ölsaugrohre, Ölstandschalter, Ölfilter, andere Ölrückführungskomponenten sowie Ölpumpen.

FAKUMA 2008, Friedrichshafen, 14.-18. Oktober 2008, Halle B4, Stand 4201

DuPont de Nemours (Deutschland) GmbH, Neu-Isenburg

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