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Neues Kunststoff-Ölwannenmodul spart 1,1 Kilogramm Gewicht

Gemeinsam mit dem Zulieferer Bruss und DuPont hat Daimler eine modulare Konstruktion für die neuen Vierzylinder-Dieselmotoren vom Typ OM651 (ATZonline berichtete) entwickelt, bei der sich ein Aluminium-Druckguss-Oberteil und ein multifunktionales Unterteil aus dem Kunststoff "Zytel 70G35 HSLR" von DuPont ergänzen. Dieser Aufbau soll eine hohe Steifigkeit sichern und zugleich eine Gewichtsreduktion um 1,1 Kilogramm gegenüber einer reinen Aluminiumausführung ermöglichen. Zudem sei die Fertigungseffizienz sehr hoch, da die Fließfähigkeit des hitzestabilisierten, glasfaserverstärkten Polyamids lange Fließwege, kurze Einspritzzeiten und das sichere Ausformen von Bereichen mit geringer Wanddicke ermögliche. Ebenso trägt der DuPont-Werkstoff laut Hersteller durch seine Eignung für das Vibrationsschweißen zu einer entsprechenden Produktivität bei. Ihren ersten Einsatz findet die neue Ölwannenkonstruktion in der Mercedes-Benz C-Klasse.

Der hintere Teil der Ölwanne, der den Ölsumpf für circa sechs Liter 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 fanden die Friedsrichshafener Ingenieure 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. So können Wanne, Abweiser sowie weitere konstruktive Maßnahmen die erforderliche Formstabilität unter allen Betriebsbedingungen sichern. Warmeingebettete Messing-Inserts im Bereich des Ölsumpfes 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 positionierte und optimierte Bruss in Zusammenarbeite mit DuPont mittels Finite-Elemente-Rechnung die Verrippungen in Randnähe (außerhalb der vom Ölabweiser überspannten Fläche), um trotz minimaler Bauhöhe die Gesamtsteifigkeit des flachen Bereiches zu gewährleisten. 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. Demnach 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.

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 laut DuPont den Erfolg der auf Grund der Berechnungen erfolgten konstruktiven Maßnahmen: Auch nach 1000 Stunden Alterung in 150 °C heißem Öl widersteht die Wanne dieser rauen Behandlung ohne kritische Schäden.

Insgesamt sieht der Polymer-Spezialist in dem Einsatz thermoplastischer Kunststoffe für Ölwannen ein beachtliches Potenzial zur weiteren Funktionsintegration. Während bei der aktuellen Ausführung lediglich der Ölabweiser integriert ist, der ein beruhigtes Rückführen des Öles in den Sumpf unterstützt, könnten in Zukunft zusätzliche Funktionsteile, wie Ölsaugrohre, Ölstandschalter, Ölfilter, andere Ölrückführungskomponenten sowie Ölpumpen, integriert werden.
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