DuPont: Multifunktionale Ölwanne von ElringKlinger aus glasfaserverstärktem Polyamid

Der schwäbische Automobilzulieferer ElringKlinger (www.elringklinger.de) hat jetzt eine multifunktionale Kfz-Ölwanne aus einem glasfaserverstärkten, für den Einsatz im Motorraum optimierten Zytel® Polyamid von DuPont (www.dupont.de) zur Serienreife entwickelt. Zusätzlich zu den Vorteilen bisheriger Kunststoff-Ausführungen integriert die neue, für einen Kleinlastwagen ausgelegte Wanne nun auch maßgebliche Komponenten des Ölkreislaufs. Damit lassen sich das Fahrzeuggewicht sowie die Herstellungs- und Montagekosten noch weiter verringern. So bringt die neue Ölwanne rund 40 % weniger Gewicht auf die Waage als Varianten aus Aluminium.

Bei der Markteinführung von Kfz-Ölwannen aus thermoplastischen Kunststoffen ging es zunächst vorrangig darum, deutlich schwerere Bauteile aus Metall-Druckguss oder Blech zu substituieren. Weiterführende Entwicklungen nutzen jetzt die hohe konstruktive Freiheit der Thermoplaste, um zusätzliche Aufgaben zu erfüllen. So entstehen bei der neuen Konstruktion von ElringKlinger in einem Spritzgussschritt neben der ca. 550 mm langen, 400 mm breiten und 300 mm hohen Wanne selbst auch Teile der Leitung zum Ansaugen des Öls aus dem Ölsumpf, die Anschlussflansche für die Druckleitungen zum und vom Ölfilter sowie der Ölfilterflansch mit dem direkt umspritzten Ölfiltergewinde. Separate Spritzgussteile sind die zweiteilige Abdeckung der Saugleitung ebenso wie das Doppelrohr für die Verbindung mit dem Ölfilter und der Deckel für den Ölfilterflansch. Alle Einzelteile ebenso wie das in der Ölansaugung positionierte, kunststoffumspritzte Metallsieb werden im kostengünstigen Reibschweißverfahren mit der Wanne verbunden.

Für die Herstellung der hoch integrierten Ölwanne wählte der Hersteller Zytel® 70G35 HSLRA4 von DuPont. Dieses mit 35 Gew.-% Glasfasern verstärkte und damit sehr steife, kriech- und hydrolysebeständige Polyamid 66 kombiniert eine hohe Schlagzähigkeit in einem breiten Temperaturbereich mit einer hohen Widerstandsfähigkeit gegen Schmierstoffe, Tausalzlösungen und die weiteren, für den Kfz-Einsatz typischen Medien. Die zusätzliche Hitzstabilisierung erlaubt Dauereinsatztemperaturen von bis zu 150 °C und bewirkt auch die sehr hohe Wärmealterungsbeständigkeit des Materials. Glasfaserverstärktes Zytel® Polyamid bietet gute Dämpfungseigenschaften, im mechanischen ebenso wie im akustischen Bereich.

Dazu Ralf Franz, Entwicklungsingenieur bei ElringKlinger: „Das von uns gewählte Zytel® Polyamid ist eine besonders leicht fließende Variante, so dass wir die langen Fließwege trotz der teils sehr geringen Wanddicken problemlos und bei vergleichsweise geringem Einspritzdruck bewältigen. Dadurch erreichen wir kurze Zykluszeiten, das Werkzeug wird geschont und auch die Energiekosten bleiben niedrig.“ Darüber hinaus nennt Franz den sehr geringen Verzug als für diese Anwendung entscheidenden Vorteil, der ein langzeitig zuverlässiges Abdichten am Umfang der Ölwanne erleichtert. „Wir haben die neue Kunststoff-Ölwanne so konstruieren müssen, dass ihre Anbindung an den Motor mit der bisher eingesetzten Metallausführung übereinstimmt. Dadurch waren uns relativ große Abstände zwischen den Verschraubungspunkten vorgegeben. Dank der hohen Steifigkeit des Materials und einer speziellen Verrippung ist es uns gelungen, die Deformationen unter Last trotz dieser ungünstigen Randbedingungen auf das geforderte Maß zu begrenzen und damit einen über den gesamten Umfang nahezu konstanten Anpressdruck zu sichern.“

Während die im oberen Bereich der Ölwanne positionierten Rippen maßgeblich zur Formstabilität im Dichtungsbereich beitragen, sind die vielen hohen Stege im unteren Bereich darauf ausgelegt, von außen auftreffende Schläge abzudämpfen. Im Fahrbetrieb können aufgewirbelte Steine solche Belastungen bewirken. Sehr hohe Schlagbelastungen treten aber auch auf, wenn der ausgebaute Motor beim Transport hart auf dem Boden abgesetzt wird. Franz weiter: „DuPont hat in seinen technischen Zentren in den USA und Europa Crashsimulationen mit der Software LS Dyna durchgeführt, spezifische Materialdaten ermittelt, die Spezifikationen durch praktische Hochgeschwindigkeitsprüfungen verifiziert und somit die Eignung der Konstruktion nachgewiesen. So konnten wir für die durch Steine oder unsanfte Behandlung auftretenden Schläge die Zahl, Größe und Position der äußeren Verrippungen so optimieren, dass wir mit minimalem Materialeinsatz alle Anforderungen des OEM erfüllen und zum Teil deutlich überbieten. Auch die mit dem gleichen Datenbestand durchgeführten Berechnungen der Geräuschemission ergaben die Einhaltung aller Vorgaben.“

Auch für die Herstellung der Dichtungen zwischen Wanne und Motor sowie zur Anbindung der Ölkreislaufelemente wählte ElringKlinger ein Material von DuPont Performance Elastomers: Der besonders hitze- und ölbeständige Ethylen-Acrylat-Kautschuk Vamac® trägt dazu bei, dass die Nahtstellen langfristig leckagefrei bleiben.

DuPont de Nemours (Deutschland) GmbH, Neu-Isenburg

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