DE102011006917A1

DE102011006917A1 - Motortragbock

Info

Publication number: DE102011006917A1
Application number: DE201110006917
Authority: DE
Inventors: Robin Wegener; Dr. Lochmüller Mario
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2011-04-07
Filing date: 2011-04-07
Publication date: 2012-10-31

Abstract

Nach der Erfindung ist ein Motortragbock für ein Kraftfahrzeug, umfassend mindestens einen ersten Abschnitt aus einem aus Kunststoff bestehenden Basismaterial und mindestens einen zweiten Abschnitt aus einem Verstärkungsmaterial, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungsmaterial form- und/oder kraftschlüssig mit dem Basismaterial verbunden ist und eine höhere Festigkeit besitzt als das Basismaterial.

Description

Die Erfindung betrifft einen Motortragbock eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des ersten Anspruchs.
Es sind bereits Motorlager bekannt, die das Kurbelgehäuse über einen Motortragbock anbinden. Als Werkstoff für diesen sind Aluminium-Gusslegierungen sowie Kunststoff Stand der Technik. Anforderungen an einen Motortragbock kommen aus den Bereichen Festigkeit, Dämpfung, Akustik (Eigenfrequenz), Wärmemanagement, Gewicht und Kosten. Dabei sind Motorträger aus Aluminium bei Gewicht, Kosten und Eigendämpfung gegenüber Kunststoffträgern im Nachteil, während letztere gegenüber Aluminium weniger Steifigkeit aufweisen.
Ein Motortragbock der vorgenannten Art ist aus der DE 102 56 580 A1 bekannt. Dieser umfasst einen ersten Halter, der an einem ersten Maschinenelement festlegbar ist und einen zweiten Halter, der an einem zweiten Maschinenelement festlegbar ist, wobei der erste Halter und der zweite Halter mittels eines Federkörpers aus elastomerem Werkstoff elastisch nachgiebig miteinander verbunden sind. Über den Werkstoff des ersten bzw. zweiten Halters ist nichts offenbart. Solche Bauteile weisen gewöhnlich den Nachteil auf, dass sie entweder nur eine geringe Belastbarkeit aufweisen oder aber aus vergleichsweise teuren Materialien oder sehr dickwandig gefertigt sind. Beide Alternativen sind für eine kostengünstige Serienfertigung nicht geeignet.
Deshalb ist es Aufgabe der Erfindung, einen Motortragbock bereitzustellen, der bei hoher Belastbarkeit kostengünstig gefertigt werden kann.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Nach der Erfindung ist ein Motortragbock für ein Kraftfahrzeug, umfassend mindestens einen ersten Abschnitt aus einem aus Kunststoff bestehenden Basismaterial und mindestens einen zweiten Abschnitt aus einem Verstärkungsmaterial, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungsmaterial form- und/oder kraftschlüssig mit dem Basismaterial verbunden ist und eine höhere Festigkeit besitzt als das Basismaterial.
Das hat funktionale, akustische Vorteile durch gezielte Nutzung der Materialdämpfung, eine gezielte Anpassung der Steifigkeitsverteilung ist möglich, abhängig von den jeweils vorliegenden akustischen Anforderungen bei gleichzeitiger Gewichts- und Kostenreduzierung. Außerdem erlauben vielfältige Verarbeitungsverfahren dem Konstrukteur die Gestaltung optimaler Strukturen.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sehen bei ebenfalls vorstehenden Vorteilen vor, dass der zweite Abschnitt in einem Bereich des Motortragbocks angeordnet ist, in den bei Betrieb Kräfte eingeleitet werden und/oder der bei Betrieb größerer Belastung ausgesetzt ist als andere Bereiche des Motortragbocks. Dabei ist es vorteilhaft, wenn der zweite Abschnitt so im ersten Abschnitt eingelegt ist, dass der Kraftfluss von Stellen der Krafteinleitung zu Stellen der Kraftausleitung durch den zweiten Abschnitt geführt wird.
Wenn dann der erste Abschnitt aus einem thermoplastischen Kunststoff, insbesondere mit verstärkenden Inserts an den Kraftein-/-ausleitungsstellen, besteht, kann der zweite Abschnitt ein kurz- oder langfaserverstärktes, oder metallisches Material oder ein Organoblech sein, mit dem die Kraftein- bzw. -ausleitungsstellen tangential angebunden oder umwickelt sind. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Faserverstärkung gerichtet ist und sich in Richtung der Hauptbeanspruchung erstreckt.
Insgesamt besteht dadurch die Möglichkeit, lediglich einzelne, beispielsweise besonders beanspruchte Bereiche aus einem unter Umständen teureren Verstärkungsmaterial zu fertigen, wohingegen die übrigen Bereiche aus einem kostengünstigen Basismaterial gefertigt werden können. Auf diese Weise können die Herstellungskosten eines Motortragbocks trotz einer hohen Belastbarkeit niedrig gehalten werden. Es besteht die Möglichkeit, dass das Basismaterial aus einem thermoplastischen Kunststoff, insbesondere aus Polypropylen, besteht oder einen thermoplastischen Kunststoff umfasst. Insbesondere kann das Verstärkungsmaterial ein langfaserverstärktes oder endlosfaserverstärktes, insbesondere langglasfaserverstärktes oder endlosglasfaserverstaerktes, Material sein, bei dem die Endlosfasern vorzugsweise gerichtet sind, insbesondere sich in Richtung der Hauptbeanspruchung erstrecken. Ein derartiges Material ist kostengünstig und lässt sich einfach verarbeiten, beispielsweise im Spritzguss- oder im Heißpressverfahren. Gleichzeitig bietet es eine hohe Festigkeit und kann den Motortragbock in den kritischen Bereichen gezielt verstärken. Insgesamt ergibt sich somit ein Motortragbock, der die technischen Eigenschaften von faserverstärkten Kunststoffen mit einer kostengünstigen Herstellung kombiniert. Das Verstärkungsmaterial kann vor dem Verpressen oder Spritzgiessen mit dem Basismaterial auch als Halbzeug oder als Organoblech ausgebildet sein. Derartige Verstärkungsmaterialien können einfach in einer Serienfertigung verarbeitet werden und erlauben eine gezielte Anordnung der verstärkten Bereiche im erfindungsgemäßen Motortragbock.
Nachfolgend wird der Aufbau zweier erfindungsgemäßer Motortragböcke und einzelner Kraftanbindungsstellen unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. Es zeigen:
1: ein Vergleichsdiagramm der Bauteilsteifigkeit über der Bauteilposition für einen erfindungsgemäßen Motortragbock und für einen nach dem Stand der Technik,
2: eine perspektivische Ansicht eines Motortragbocks nach dem Stand der Technik, montiert an einem Kurbelgehäuse,
3: eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Motortragbocks verstärkt mit schematisch angedeutet eingezeichneten Verstärkungen,
4 und 5: je eine Teilansicht einer Krafteinleitungsstelle mit einem Insert eines erfindungsgemäßen Motortragbocks,
6: eine Teilansicht einer Krafteinleitungsstelle mit einem Insert eines erfindungsgemäßen Motortragbocks mit Verstärkungseinlagen aus Metall und
7: eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Motortragbocks verstärkt mit schematisch angedeutet eingezeichnetem Organoblech.
In 1 ist ein Vergleichsdiagramm der Bauteilsteifigkeit über der Bauteilposition für einen erfindungsgemäßen Motortragbock und für einen nach dem Stand der Technik dargestellt. Die gestrichelt dargestellte Kennlinie für entsprechend der Erfindung verstärkten Kunststoff verläuft im Bereich der Verstärkung oberhalb der mit durchgezogener Linie dargestellten Kennlinie für nicht verstärkten Kunststoff, entsprechend dem Stand der Technik, des Motorträgers 1' (2), was eine erhöhte Bauteilsteifigkeit im Bereich der Verstärkung für erfindungsgemäße Motorträger 1 der 3 bis 7 verdeutlicht. In 2 ist der Motorträger 1' in einer Betriebsposition montiert an einem Kurbelgehäuse 2 dargestellt.
Der erfindungsgemäße Motortragbock 1 besteht so zu großen Teilen aus Basismaterial und ist lokal durch ein Verstärkungsmaterial verstärkt. In den 3 bis 7 sind erste Abschnitte als Grundkörper und zweite Abschnitte als Verstärkung des Grundkörpers in diesen eingezeichnet, wobei die ersten Abschnitte aus dem Basismaterial und die zweiten Abschnitte aus dem Verstärkungsmaterial bestehen.
Die 3 zeigt einen Motortragbock 1 verstärkt zum Beispiel mit gerichteten Fasern, schematisch angedeutet eingezeichnet durch gestrichelt gezeichnete Linien, in Richtung der Hauptbeanspruchung. Der Motortragbock 1 ist unter Verwendung des Werkstoffs Kunststoff mit der direkten Integration von Einlagen in Versteifungsrippen 3 in Form von verstärkenden Materialien mit höherem E-Modul, wie zum Beispiel Metalle in Form von Blechen 7, Keramiken, Kunststoffen oder Glasfasern in Form von Langfasern 6 versehen.
In den 4 bis 6 sind Einzelheiten an Kraftein- bzw. Kraftausleitungsstellen des Motortragbocks 1 dargestellt. In 4 und 5 werden die Fasern 6 (in 4, 5 gestrichelt gezeichnet) bzw. Bleche 7 (6, durchgezogen gezeichnet) tangential zu Inserts 4 eingelegt Die Langfasereinlagen 6, zum Beispiel Kunststoff, Glasfaser, umschlingen die Inserts 4, während Metalleinlagen, zum Beispiel die Bleche 7, als Bestandteil der Inserts 4 integriert sind. Durch Doppelpfeile 5 ist der auftretende Kraftfluss symbolisch dargestellt. In den 4 und 5 sind Langfasern 6 dargestellt, die die Inserts 4 umschlingen. Weiterhin zeigt 7 ein eingelegtes Organoblech 8, also einen kontinuierlich gewebeverstärkten thermoplastischen Verbundwerkstoff, welcher in die Stirnfläche um die Inserts 4 herum integriert ist. In den verschiedenen Varianten der 3 bis 7 verbinden die Verstärkungseinlagen 6, 7, 8 die Inserts 4 miteinander. Somit können die auftretenden Kräfte gezielt vom Kurbelgehäuse 2 über die Inserts 4 im Motortragbock 1 entlang der Einlagen 6, 7, 8 zum nicht gezeichneten Motorlager geführt werden. Diese Werkstoffkombinationen verfügen sowohl über eine hohe Materialdämpfung als auch über geringes Gewicht bei maximaler Festigkeit. Durch die Integration von Blechen 7 oder Langfasern 6 im Motortragbock 1 in gewünschter Versteifungsrichtung werden Festigkeits-, Steifigkeits- und Akustikanforderungen erfüllt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10256580 A1 [0003]

Claims

Motortragbock (1) für ein Kraftfahrzeug, umfassend mindestens einen ersten Abschnitt aus einem aus Kunststoff bestehenden Basismaterial und mindestens einen zweiten Abschnitt aus einem Verstärkungsmaterial (6, 7, 8), dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungsmaterial (6, 7, 8) form- und/oder kraftschlüssig mit dem Basismaterial verbunden ist und eine höhere Festigkeit besitzt als das Basismaterial.
Motortragbock (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Abschnitt in einem Bereich des Motortragbocks (1) angeordnet ist, in den bei Betrieb Kräfte (5) eingeleitet werden und/oder der bei Betrieb größerer Belastung ausgesetzt ist als andere Bereiche des Motortragbocks (1).
Motortragbock (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Abschnitt so im ersten Abschnitt eingelegt ist, dass der Kraftfluss (5) von Stellen der Krafteinleitung zu Stellen der Kraftausleitung durch den zweiten Abschnitt geführt wird.
Motortragbock (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Abschnitt aus einem thermoplastischen Kunststoff, insbesondere mit verstärkenden Inserts (4) an den Kraftein-/-ausleitungsstellen, besteht.
Motortragbock (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Abschnitt ein kurz- oder langfaserverstärktes, oder metallisches Material (6, 7) oder ein Organoblech (8) ist.
Motortragbock (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftein- bzw. -ausleitungsstellen vom zweiten Abschnitt tangential angebunden oder umwickelt sind.
Motortragbock (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserverstärkung (6) gerichtet ist und sich in Richtung der Hauptbeanspruchung erstreckt.