Nieuws
Met vezelversterkte kunststoffen kunnen motoronderdelen van aluminium vervangen worden. Een aanzienlijke gewichtsbesparing is hiermee mogelijk (foto: Fraunhofer)

Om voertuigen steeds lichter te maken wordt er nu onderzocht of delen van een verbrandingsmotor, zoals bijvoorbeeld het cilinderhuis, van vezelversterkte kunststoffen gemaakt kan worden. Dit kan een gewichtsbesparing tot wel 20 procent opleveren in vergelijking met aluminium. Bovendien zijn de spuitgietdelen geschikt voor massaproductie.

Een projectgroep van Fraunhofer voor nieuwe aandrijfsystemen (NAS), die deel uitmaakt van Fraunhofer ICT, heeft een experimentele motor ontwikkeld die voorzien is van een cilinderhuis uit vezelversterkte kunststof. “We hebben een vezelversterkt composiet materiaal gebruikt voor een cilinder van een ééncilinder verbrandingsmotor”, aldus Dr. Lars-Fredrik Berg, projectleider van Fraunhofer NAS.” Het cilinderhuis weegt ongeveer 20 procent minder dan een soortgelijk aluminium cilinderhuis en de productiekosten zijn hetzelfde.” Er komen echter de nodige technische uitdagingen bij een vezelversterkte cilinderbehuizing kijken. De materialen moeten namelijk bestand zijn tegen extreme temperaturen, hoge drukken en trillingen zonder beschadigingen op te lopen. Dat kunststoffen deze belastingen aan kunnen werd in 1980 al erkend, maar op dat moment konden dit soort onderdelen alleen geproduceerd worden in kleine volumes en het kostte veel manuren. Hierdoor was het proces niet geschikt voor de automobielindustrie.

Metalen inzetstukken

“Eerst hebben we gekeken naar het motorontwerp en daarvan de thermische en mechanische belastingen geïdentificeerd. Op de locaties waar de belasting hoog is gebruiken we metalen inzetstukken om de slijtvastheid te versterken”, legt Berg uit. Een voorbeeld waar deze techniek is toegepast is in de cilinderbus waar de zuiger, tijdens de hele levensduur van een motor, miljoenen keer op en neer beweegt. Daarnaast hebben de onderzoekers de geometrie aangepast zodat de vezelversterkte kunststof zo min mogelijk wordt blootgesteld aan hoge temperaturen. De eigenschappen van de vezelversterkte kunststof spelen ook een belangrijke rol. Het moet hard, stijf en bestand zijn tegen olie en benzine. Daarnaast moet het een goede hechting hebben met de metalen inzetstukken. Dat betekent dat de thermische uitzettingscoëfficiënt van het kunststof gelijk moet zijn met die van het metaal.

Glas- of koolstofvezel

Het onderzoeksteam maakt gebruik van een glasvezelversterkte fenolische composiet dat ontwikkeld is door SBHPP uit Tokio (Japan). Dit materiaal voldoet aan alle eisen en bestaat uit 55 procent vezels en 45 procent hars. Een lichter maar duurder alternatief is een koolstofvezelversterkte composiet. De keuze hangt af van de vraag of een autofabrikant een prijsgunstige motor of een hele lichte motor wil fabriceren.

Testritten

Testritten met de nieuwe motor zijn inmiddels met succes afgerond. “We hebben bewezen dat motoren met vezelversterkte kunststoffen in staat zijn om dezelfde prestaties als conventionele motoren te leveren,” zegt Berg. Naast een lager gewicht biedt het nog meer voordelen zoals: minder geluid omdat er minder metalen in de motor zitten en er wordt minder warmte geproduceerd dan bij een motor van aluminium. De wetenschappers zijn nu van plan om het onderzoek door te trekken en een motor met meerdere cilinders te ontwikkelen.

Een prototype van de motor wordt gepresenteerd op de Hannover Messe (Hal 2, C16)

Fraunhofer NAS, onderdeel van Fraunhofer ICt, heeft een motor ontwikkeld met een cilinderhuis van vezelversterkte kunststof
Fraunhofer NAS, onderdeel van Fraunhofer ICt, heeft een motor ontwikkeld met een cilinderhuis van vezelversterkte kunststof

Geef een reactie

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd. Vereiste velden zijn gemarkeerd met *

Deze website gebruikt Akismet om spam te verminderen. Bekijk hoe je reactie-gegevens worden verwerkt.

x
Mis niet langer het laatste nieuws

Schrijf u nu in voor onze nieuwsbrief.

Inschrijven