Algemeen
Fraunhofer ICT nokkenasmodule
De nokkenasmodule heeft een monolithische structuur met geïntegreerde lagers. (foto: Fraunhofer ICT)

Kunststof in de auto vermindert het gewicht. Nokkenasmodules als belangrijk onderdeel van de aandrijflijn zijn echter nog steeds gemaakt van aluminium. Een team van onderzoekers van het Fraunhofer-Institut für chemische Technologie (ICT) in Pfinztal (bij Karlsruhe) heeft samen met partners een nokkenasmodule uit vezelversterkte thermoharders ontwikkeld.

Nokkenassen in de verbrandingsmotor zorgen er voor dat de kleppen worden geopend en gesloten. Ze zijn gemonteerd in de nokkenasmodule, die standaard van aluminium is gemaakt. Autofabrikanten en leveranciers streven naar een aandrijflijn en de componenten in een lichtgewicht ontwerp. Gewichtsverlies is een van de meest effectieve manieren om de CO2-uitstoot te verminderen.

De nokkenasmodule bevindt zich in de cilinderkop, meestal in de bovenruimte van de aandrijflijn. Het is bijzonder verstandig om hier het gewicht te verminderen, omdat hierdoor het zwaartepunt kan worden verlaagd. De onderzoekers van Fraunhofer-ICT hebben een nieuwe nokkenasmodule uit kunststof ontwikkeld in samenwerking met industriële partners: Mahle Group, Daimler, SBHPP / Vyncolit en Georges Pernoud.

Kunststof nokkenasmodule

Bij het kiezen van de kunststof vertrouwen de projectpartners op sterke, met vezels versterkte thermoharders. Deze zijn bestand tegen hoge temperaturen en mechanische en chemische belastingen die worden veroorzaakt door synthetische motoroliën en koelvloeistoffen.

Gietstukken van aluminium moeten na het gieten worden nabewerkt, wat hoge kosten met zich meebrengt. De nabewerking van met vezels versterkte thermoharders is relatief laag. Ze kunnen de uiteindelijke vorm goed benaderen, wat leidt tot lagere productiekosten. De levensduur van spuitgietmatrijzen voor thermoharders – tot 500.000 stuks – is aanzienlijk langer dan die van hogedruk aluminium gietvormen. Bovendien hebben versterkte kunststoffen met een hoog vezelgehalte een aanzienlijk lagere CO2-voetafdruk dan aluminium, omdat het raffineren van het metaal veel energie kost.

Autofabrikanten streven er bovendien naar de geluidsemissies te minimaliseren. Een auto die rammelt is dat niet alleen vervelend, maar ook een concurrentienadeel. NVH-eigenschappen (noise, vibration – lawaai, trillingen, ruwheid) staan daarom hoog op de lijst van factoren die worden gebruikt om de voertuigkwaliteit te beoordelen. Kunststoffen hebben een goed dempingsgedrag. In dit opzicht kan het akoestische gedrag van de nokkenasmodule heel goed worden geoptimaliseerd.

Ontwerp en test

De nokkenasmodule is een monolithisch ontwerp met geïntegreerde lagers, wat betekent dat het is vervaardigd uit één stuk. Dit vermindert de montage-inspanning in de motorfabriek. De voertuigfabrikant ontvangt de module voorgemonteerd van de leverancier en kan deze in slechts enkele stappen op de motor monteren. De tijdrovende installatie van het onderdeel is niet meer nodig. Bijkomend pluspunt van de oplossing is, dat inzetstukken van aluminium op de sterk belaste punten van de nokkenaslagers de directe krachten absorberen.

Tijdens de eerste tests op de motortestbank konden de wetenschapper een goed loopgedrag waarnemen. Er waren ook aanwijzingen voor een gewichtsbesparing in vergelijking met de aluminium referentiecomponent. Fabrikanten kunnen de nokkenasmodule veel gemakkelijker van thermohardend materiaal maken dan de tegenhanger van licht metaal en zelfs economisch produceren met behulp van het spuitgietproces. Simulatieberekeningen ondersteunen het ontwerp en de validatie van het prototype voordat het productieproces begint. Hoewel de stijfheid van de thermoharders slechts een kwart is van die van aluminium, konden de ontwerpers voldoen aan de maximaal toelaatbare vervormingen.

Het lichtgewicht onderdeel bleek na 600 uur op de testbank in een ultramoderne Ottomotor probleemloos te functioneren. Met behulp van verdere testen willen de projectpartners het functioneren en het NVH-gedrag bewijzen, rekening houdend met de krachten die gassen tijdens het verbrandingsproces opwekken.

x
Mis niet langer het laatste nieuws

Schrijf u nu in voor onze nieuwsbrief.

Inschrijven