弗劳恩霍夫协会化学技术学院ICT的研究团队与他们的合作伙伴合作，成功地用纤维增强的热固性聚合物制造了凸轮轴模块。这种轻巧的设计元素有助于减轻发动机重量并降低组装成本。当前可以用作功能演示器。

 

凸轮轴确保内燃机中的增压循环阀可靠而精确地打开和关闭。这些阀位于凸轮轴模块中，其标准材料仍为铝金属。但是汽车制造商和供应商正在大力投入以轻型设计生产动力总成及其零部件。减轻重量是减少二氧化碳排放的有效方法之一。普芬茨塔尔Fraunhofer ICT的研究人员正在通过新开发的由热固性复合材料制成的凸轮轴模块来支持汽车工业。该轻型凸轮轴模块是与马勒集团及其相关合作伙伴戴姆勒股份公司，SBHPP/Vyncolit NV和Georges Pernoud合作实现的。德国联邦经济和能源部（BMWi）已为该项目提供资金。

 

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，因为它们能够承受高温以及机械应力和化学应力，例如由合成机油和冷却剂引起的压力。

 

Fraunhofer ICT的研究员Thomas Sorg表示：“我们致力于提供有关如何设计组件几何形状以适合材料和工艺以使其满足所有要求的专业知识。凸轮轴模块位于气缸盖中，因此通常位于动力总成的上部安装空间中。在这里，减轻重量特别有意义，因为这样做还有助于降低车辆的重心。”

 

 

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低。嘎嘎作响的汽车不仅令人烦恼，而且明显也是竞争劣势，因此噪音，振动和粗糙度（NVH）特性在评估汽车质量的因素中排在位。聚合物具有良好的阻尼特性。

 

凸轮轴模块具有集成轴承的整体设计-换句话说，它是一件式制造的，因此减少了发动机制造厂的组装时间。汽车制造商从供应商处获得了预组装的模块，只需少量简单的安装操作即可将其安装在发动机上。这样就无需单独费时地安装凸轮轴。这种创新的解决方案还具有另一个优势：凸轮轴轴承高应力区域中的铝制嵌件吸收了直接力。

 

 

在发动机试验台的初步测试中，研究人员及其同事观察到了良好的运行性能，并且与铝制参考零件相比证明了重量的减轻。仿真计算可帮助工程师在制造过程开始之前设计和验证原型。

 

工程师强调：“与由轻金属制成的凸轮轴模块相比，我们可以更轻松地生产由热固性聚合物材料制成的凸轮轴模块，我们甚至可以在注塑成型过程中经济地进行生产。尽管热固性聚合物的刚度仅为铝的四分之一，但设计措施使我们能够坚持大允许的变形。”

 

在发动机试验台上进行了600个小时的测试后，轻巧的设计元素在先进的内燃机中展示了完美的功能。在计划中的燃油喷射测试的帮助下，项目合作伙伴希望通过考虑燃烧过程中的气体压力来证明其功能性和NVH特性。

 

MAHLE项目经理Katrin Schindele非常感谢整个财团以及参与其中的每个人的高度建设性合作：“我们对功能原型和测试结果感到非常满意。每个从事该项目的人都表现出完全致力于开发该凸轮轴模块的能力。”