Hannover Messe 2015 07.04.2015, 13:44 Uhr

Ingenieure stellen Automotor aus Kunststoff für die Serie vor

Motoren aus Kunststoff? Die Aggregate der Zukunft könnten aus faserverstärktem Harz bestehen. Ein Prototyp ist auf der Hannover Messe zu sehen. Oder besser gesagt: zu bestaunen. Nur die Stellen, die besonders heiß sind, werden von Metallen geschützt. Die Gewichtseinsparung des Motors liegt bei 20 Prozent.

Prüfstand im BMW-Motorenwerk Steyr: Aufgrund der hohen Temperaturen im Motor werden Motorblöcke vor allem aus Gusseisen und Aluminium hergestellt. Jetzt stellen Ingenieure des Fraunhofer-Instituts für Chemische Technologieauf der Hannover Messe einen Motor aus Kunststoff her, der sich auch in Serie produzieren lässt.

Prüfstand im BMW-Motorenwerk Steyr: Aufgrund der hohen Temperaturen im Motor werden Motorblöcke vor allem aus Gusseisen und Aluminium hergestellt. Jetzt stellen Ingenieure des Fraunhofer-Instituts für Chemische Technologieauf der Hannover Messe einen Motor aus Kunststoff her, der sich auch in Serie produzieren lässt.

Foto: BMW

Ein Benzinmotor aus Kunststoff? Die Idee kam schon in den 1980-er Jahren auf, doch serienreif wurde sie nie. Kein Wunder, denn Kunststoff schmilzt oder verbrennt sogar, wenn er so heiß wird wie der Zylinder eines Motors.

Dass sich Motoren sehr wohl aus Kunststoff für die Serienfertigung konstruieren lassen, zeigen Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Chemische Technologie (ICT) in Pfinztal bei Karlsruhe auf der Hannover Messe. Der Ein-Zylinder-Motor besteht aus einem faserverstärkten Phenol-Harz des japanischen Unternehmens Sumitomo Bakelite High Performance Plastics.

Top Stellenangebote

Zur Jobbörse
Airbus-Firmenlogo
Program Certification Engineering (d/m/f) Airbus
Manching Zum Job 
Max Bögl Bauservice GmbH & Co. KG-Firmenlogo
Gruppenleiter (m/w/d) Konstruktion Stahlbrücken Max Bögl Bauservice GmbH & Co. KG
Sengenthal Zum Job 
Zweckverband Bodensee-Wasserversorgung-Firmenlogo
Projektmanager (m/w/d) Infrastrukturprojekte Zweckverband Bodensee-Wasserversorgung
Stuttgart Zum Job 
Hamburger Hochbahn AG-Firmenlogo
IT-Systemingenieur*in Leitsysteme Busbetrieb Hamburger Hochbahn AG
Hamburg Zum Job 
Allbau Managementgesellschaft mbH-Firmenlogo
Bauprojektleitung (m/w/d) "Technische Projekte" Allbau Managementgesellschaft mbH
THOST Projektmanagement GmbH-Firmenlogo
Ingenieur*in (m/w/d) im Projektmanagement Bereich Mobilität / Verkehr THOST Projektmanagement GmbH
Nürnberg,Hannover Zum Job 
Berliner Wasserbetriebe-Firmenlogo
Projektleiter:in für große Investitionsprojekte (w/m/d) Berliner Wasserbetriebe
Zweckverband Bodensee-Wasserversorgung-Firmenlogo
Planungskoordinator (m/w/d) im Projekt Zukunftsquelle Zweckverband Bodensee-Wasserversorgung
Stuttgart Zum Job 
Airbus-Firmenlogo
FCAS2023 Flight Simulation Architect (d/f/m) Airbus
Manching Zum Job 
Berliner Wasserbetriebe-Firmenlogo
Leitende:r Ingenieur:in der technischen Betriebsführung / Klärwerk Wansdorf (w/m/d) Berliner Wasserbetriebe
Schönwalde-Glien Zum Job 
Airbus-Firmenlogo
FCAS2023 Flight Simulation Integration Engineer (d/f/m) Airbus
Manching Zum Job 
Cycle GmbH-Firmenlogo
Entwicklungsingenieur für Elektronik (m/f/d) Cycle GmbH
Hamburg Zum Job 
THOST Projektmanagement GmbH-Firmenlogo
Ingenieur*in (m/w/d) im Projektmanagement Bereich verfahrenstechnischer Anlagenbau (Chemie und Pharma) THOST Projektmanagement GmbH
Nürnberg,Hannover,Berlin,Leipzig,Hamburg Zum Job 
Mitscherlich PartmbB-Firmenlogo
Patentingenieur (w/m/d) Fachrichtung Elektrotechnik, Nachrichtentechnik, Maschinenbau oder vergleichbar Mitscherlich PartmbB
München Zum Job 
VTA Verfahrenstechnik und Automatisierung GmbH-Firmenlogo
Ingenieur:in Elektrotechnik (w/m/d) VTA Verfahrenstechnik und Automatisierung GmbH
Gelsenkirchen,Lingen (Ems) Zum Job 
newboxes GmbH-Firmenlogo
Projektingenieur Produktentwicklung (m/w/d) newboxes GmbH
Deutschlandweit Zum Job 
VTA Verfahrenstechnik und Automatisierung GmbH-Firmenlogo
Ingenieur:in Mess-, Steuer- und Regelungstechnik (MSR) (w/m/d) VTA Verfahrenstechnik und Automatisierung GmbH
Gelsenkirchen Zum Job 
VTA Verfahrenstechnik und Automatisierung GmbH-Firmenlogo
Ingenieur:in Automatisierungstechnik (w/m/d) VTA Verfahrenstechnik und Automatisierung GmbH
Gelsenkirchen Zum Job 
Leviat GmbH-Firmenlogo
Bauingenieur (m/w/d) Leviat GmbH
Langenfeld (NRW) Zum Job 
ILF Beratende Ingenieure GmbH-Firmenlogo
Projekt- und technischer Angebotsingenieur (m/w/d) ILF Beratende Ingenieure GmbH
München, Bremen, Hamburg, Essen, Berlin Zum Job 

Besonders beanspruchte Bereiche sind durch Metall geschützt

Das Harz ist zwar besonders wärmebeständig, doch die höchsten Temperaturen, die in einem Motor auftreten, würden auch dieses Material zerstören. Deshalb gibt es an ausgewählten Stellen im Motor dann doch Metall.

Die Pfinztaler Forscher ermittelten zunächst in akribischer Kleinarbeit die Temperaturverteilung in einem Verbrennungsmotor. Dort, wo es zu heiß wird, platzieren sie metallische Verkleidungen, die den Kunststoff vor dem Zerfließen schützen. „In Bereichen, wo starke thermische oder mechanische Belastungen auftreten, bringen wir Inserts aus Metall ein“, schildert Lars-Fredrik Berg, Forschungsbereichsleiter der ICT-Projektgruppe Neue Antriebssysteme.

Aus Metall ist beispielsweise die Zylinderlaufbuchse, in der der Kolben im Laufe des Autolebens millionenfach auf und ab läuft. Auch die Geometrie haben die Wissenschaftler so verändert, dass der Kunststoff möglichst wenig Hitze aushalten muss.

ICT-Forscher: Serienfertigung ist möglich

Den Trick, besonders beanspruchte Motorteile mit Metall zu schützen, wandten schon Entwickler vor in den 80-iger Jahren an. Dennoch blieb die Idee eine Idee. Denn der Motorblock ließ sich nur in zeitaufwendiger Handarbeit herstellen. Die Autoindustrie braucht jedoch eine weitgehend automatisierte Serienproduktion, um pro Jahr Millionen Blöcke zu produzieren. Das geht nur mit Eisen oder Aluminium.

Der Forschungsmotor aus Kunststoff mit eingebautem Leichtbau-Zylindergehäuse: Das Bild zeigt einen Modellmotor, der auf der Hannover Messe gezeigt wird.

Der Forschungsmotor aus Kunststoff mit eingebautem Leichtbau-Zylindergehäuse: Das Bild zeigt einen Modellmotor, der auf der Hannover Messe gezeigt wird.

Quelle: Fraunhofer ICT

Die Fraunhofer-Forscher umschifften auch diese Klippe. Sie stellen den Motorblock im Spritzgussverfahren her. Das flüssige Gemisch aus Harz und Fasern schießt mit hohem Druck in eine Form. Darin kühlt das Material aus. Der Motorblock ist fertig, wenn das Material ausgekühlt ist und die teilbare Form entfernt wird.

Kunststoffmotor ist 20 % leichter als Pendant aus Aluminium

Der Motorblock aus Harz ist um 20 Prozent leichter als ein Bauteil aus Aluminium, was den Treibstoffverbrauch eines Autos senkt. „Und das bei gleichen Kosten“, so Ingenieur Berg. Möglicherweise ist das Verfahren sogar billiger, weil ein Teil der Endbearbeitung entfällt, etwa das Entfernen von Graten. Das Produktionsverfahren ist industrietauglich, so die Ingenieure des ICT.

Der eingesetzte Kunststoff besteht zu 45 Prozent aus Harz, der Rest sind Fasern, etwa aus günstigen Glasfasern oder teureren Kohlenstofffasern. Den ICT-Ingenieuren ist es dabei gelungen, dass der Kunststoff nicht nur fest genug ist, um die mechanischen und thermischen Belastungen eines Motors auszuhalten. Zugleich trotzt das Harzgemisch auch verschiedenen Stoffen wie glykolhaltigem Kühlwasser, Öl und Benzin. Schließlich darf sich der Kunststoff unter den hohen Temperaturen nicht anders ausdehen als die Metalle. Sonst würden die Inserts ablösen.

Erfolgreiche Tests des Kunststoffmotors auf dem Prüfstand

Der Ein-Zylinder-Motor ist auf dem Prüfstand erfolgreich getestet worden. „Wir erreichen die gleichen Eigenschaften – etwa hinsichtlich der Leistung – wie bei herkömmlichen Motoren“, sagt Berg. Außerdem läuft er leiser und leichter als Aggregate aus Metall. Auch die Wärmeabstrahlung an die Umgebung ist geringer. Im nächsten Schritt wollen die Fraunhofer-Forscher einen Kunststoffmotor mit mehreren Zylindern bauen.

 

Ein Beitrag von:

  • Wolfgang Kempkens

    Wolfgang Kempkens studierte an der RWTH Aachen Elektrotechnik und schloss mit dem Diplom ab. Er arbeitete bei einer Tageszeitung und einem Magazin, ehe er sich als freier Journalist etablierte. Er beschäftigt sich vor allem mit Umwelt-, Energie- und Technikthemen.

Themen im Artikel

Zu unseren Newslettern anmelden

Das Wichtigste immer im Blick: Mit unseren beiden Newslettern verpassen Sie keine News mehr aus der schönen neuen Technikwelt und erhalten Karrieretipps rund um Jobsuche & Bewerbung. Sie begeistert ein Thema mehr als das andere? Dann wählen Sie einfach Ihren kostenfreien Favoriten.