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StartseiteForschung aktuellLeicht und stark13.04.2015

Benzinmotor aus PlastikLeicht und stark

Die Frage, wie sich mit minimalem Energieaufwand ein Maximum an Bewegung herausholen lässt, steht auch auf der Messe in Hannover ganz oben auf der Agenda. Eine mögliche Antwort: Gewichtseinsparung. Das Karlsruher Fraunhofer Institut hat nun einen deutlich leichteren Benzinmotor vorgestellt - aus Kunststoff.

Von Michael Engel

Der Motor ist – besonders bei hohen Drehzahlen – deutlich leiser als ein herkömmlicher Benziner, sagt Lars Fredrik Berg, Leiter der Fraunhofer "Projektgruppe Neue Antriebssysteme". Minus fünf bis minus zehn Dezibel – das ist nur noch halb so laut. Vorführen kann das der Forscher auf der Hannover Messe aber nur im Video, denn Verbrennungsmotoren im Betrieb sind in der Forschungshalle 2 nicht erlaubt.

Wir haben hier ein Material, das im Vergleich zu Aluminium deutlich dämpfender wirkt. Und wie Sie ja wissen, im Motor haben wir ganz viele bewegte Bauteile: Hier haben wir Steuerketten, hier haben wir Kolben und Pleuel und Ventile usw. und diese ganzen mechanischen Elemente verursachen natürlich auch Geräusche, und diese Geräusche werden halt nicht so stark nach außen übertragen, wenn wir dieses Zylindergehäuse aus Kunststoff einsetzen.

Alle beweglichen Teile wie Kurbelwelle und Kolben sind wegen der enormen mechanischen Belastung aus Metall. Da Phenolharz maximal nur 230 Grad Celsius ertragen kann, musste auch der extrem heiße Brennraum abgeschirmt werden. So besteht der Zylinderkopf noch immer aus Aluminium. Auch die "Zylinderlaufbuchse", in der sich der Kolben auf und ab bewegt, ist aus Metall. Der zentrale Motorblock indes, in dem sich all diese Teile befinden, besteht aus glasfaserverstärktem Kunststoff.

"Also in erster Linie ist die Motivation dafür, so etwas zu machen, dass wir diese Bauteile deutlich energieeffizienter herstellen können. Wir haben hier einen Spritzgießprozess, der deutlich energieeffizienter ist als ein konventioneller Gießprozess von Aluminiumbauteilen. Also wenn wir Aluminiumteile gießen, brauchen wir deutlich mehr Energie als wenn wir diese Bauteile spritzgießen. Hier haben wir auch Bauteile, die sozusagen "endkonturnah" gefertigt werden können. Wir haben sehr wenig nachträgliche spanende Bearbeitung. Und hier sparen wir auch einiges an Kosten im Vergleich zu den Aluminiumbauteilen."

Besseres Thermomanagement

Gespart wird auch beim Gewicht: rund 20 Prozent. Da der Motorblock das größte und schwerste Einzelbauteil ist, werden Motoren aus Glasfaser verstärktem Kunststoff um sechs bis zehn Kilo leichter. Und das senkt am Ende den Spritverbrauch. Der in Hannover vorgestellte Prototyp besteht vorerst nur aus einem Zylinder mit 650 Kubikzentimeter Hubraum, Wasserkühlung und 40 PS bei 6.000 Umdrehungen. Lars Fredrik Berg arbeitet schon an einem Wasser gekühlten Mehrzylinder.

"Das Interesse ist groß. Wir denken, dass das hier einiges an Potentialen gibt, dass beispielsweise spezielle Lösungen wie Range-Extender-Motoren – also Motoren, die zur Reichweiten-Erweiterung von Elektrofahrzeugen eingesetzt werden – ein möglicher Markt sein könnten. Diese Motoren müssen leicht und leise sein, und durch diesen Kunststoff können wir natürlich auch gewisse Vorteile beim Thermomanagement erzielen."

Vorteile vor allem für die thermisch empfindliche Elektronik im Umfeld des Motors. Mit nur 50 Grad Celsius ist der Motorblock nämlich deutlich kühler als die Alu-Variante. Auch wenn die Elektroautos längst schon in den Startlöchern stehen, hat der Verbrennungsmotor aus Kunststoff gute Chancen, meint der Wissenschaftler.

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