汽车里的塑料可以减轻汽车的重量。然而，作为动力系统关键部件的凸轮轴组件，目前仍在用铝制造。现在，来自弗劳恩霍夫化学技术信息通信技术研究所的一个研究小组与他们的合作伙伴合作成功地用纤维增强热电偶聚合物制造了凸轮轴组件。这种轻量级的设计元素有助于降低发动机重量和降低组装成本。它是目前可用的一个功能演示。
凸轮轴保证了内燃机充气阀的可靠、准确的开启和关闭。这些阀门位于凸轮轴模块中，其标准材料仍然是铝金属。但汽车制造商和供应商正投入大量精力生产动力系统及其零部件的轻量化设计。减肥是减少二氧化碳排放最有效的方法之一。位于Pfinztal的Fraunhofer ICT的研究人员正在用一种由热固性复合材料制成的新开发的凸轮轴模块来支持汽车工业的努力。这个轻型凸轮轴模块是与马勒集团和相关合作伙伴戴姆勒公司、SBHPP/Vyncolit NV和Georges oud合作实现的。德国联邦经济事务和能源部(BMWi)一直在资助该项目。
在选择合适的聚合物时，项目合作伙伴选择了高强度、纤维增强的热固性聚合物，因为它们能够很好地承受高温和机械和化学压力，例如合成机油和冷却剂造成的压力。Fraunhofer ICT的研究人员Thomas Sorg说:“我们提供了如何设计组件几何形状以适应材料和工艺，从而满足所有需求的专门知识。”凸轮轴模块位于气缸盖内，因此通常位于动力总成的上部安装空间。在这种情况下，减轻重量是很有意义的，因为这样做也有助于降低车辆的重心。”
关注气候保护
铝铸件在铸造后需要大量的返工，导致成本高。纤维增强热固性聚合物允许近净形的制造，因此需要相对较少的返工，这再次降低了生产成本。此外，在高达50万单位，热固性聚合物注塑模具的使用寿命明显高于铝高压压铸模具。此外，与铝相比，纤维含量高的塑料的二氧化碳排放量要低得多，因为这种轻金属的制造过程非常耗能。
还有另一个优势:汽车制造商渴望将噪音排放降到最低。咔哒咔哒响的汽车不仅让人心烦，而且是一种明显的竞争劣势，所以噪音、振动和刺耳性(NVH)特征是评估汽车质量的重要因素之一。聚合物具有良好的阻尼特性。“这使得很容易优化凸轮轴模块的声学性能，”Sorg说。
凸轮轴模块采用集成轴承的整体设计——换句话说，它是整体制造的，因此减少了发动机制造厂的装配时间。汽车制造商从他们的供应商那里收到一个预先组装好的模块，只需几个简单的安装操作就可以把它安装在发动机上。这样就不需要单独安装耗时的凸轮轴了。这个创新的解决方案拥有一个额外的优势:在凸轮轴轴承的高应力区域铝插入吸收直接的力量。
在发动机试验台上试验600小时
在发动机试验台的初始测试中，研究人员和他的同事观察到积极的运行性能，并证明了与铝参考部分的重量节约。这位工程师强调:“我们可以更容易地生产出由热电偶聚合物材料制成的凸轮轴模组，而不是由轻金属制成的模组，我们甚至可以在注塑过程中更经济地做到这一点。”模拟计算帮助工程师在制造过程开始之前设计和验证原型。“虽然热固性聚合物的刚度只有铝的四分之一，但设计措施使我们能够坚持最大允许变形。”在发动机试验台上进行了600小时的测试后，这个轻量级的设计元素在一个最先进的内燃机上展示了完美的功能。在计划的燃油喷射测试的帮助下，项目合作伙伴想要证明考虑燃烧过程的气体力量的功能和NVH特性。
马勒项目经理Katrin Schindele感谢整个协会和所有相关人员的高度建设性合作。“我们对功能原型和测试结果非常满意。每个参与项目的人都表现出了对开发凸轮轴模块的完全投入。”