DE102011120040A1

DE102011120040A1 - Kunststoffölwanne

Info

Publication number: DE102011120040A1
Application number: DE201110120040
Authority: DE
Inventors: Oktay Alkan
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2011-12-02
Filing date: 2011-12-02
Publication date: 2013-06-06

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kunststoffölwanne (1) für eine Brennkraftmaschine oder ein Getriebe aus einem mit Fasern verstärkten Kunststoff. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Kunststoff ein duroplastischer Kunststoff ist und die Fasern Kohlenstofffasern sind. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Kunststoffölwanne (1) Hierbei werden zunächst trockene Kohlenstofffasern in einer Kavität eines Werkzeugs angeordnet. Anschließend wird ein fließfähiger duroplastischer Kunststoff unter Druck derart in die Kavität injiziert, dass die Kohlenstofffasern von dem duroplastichen Kunststoff umströmt werden. Danach härtet der Kunststoff unter Zufuhr von Wärme aus.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kunststoffölwanne für eine Brennkraftmaschine oder ein Getriebe aus einem mit Fasern verstärkten Kunststoff und ein Verfahren zur Herstellung einer Kunststoffölwanne.
Bekannte Ölwannen bestehen aus Aluminiumdruckguss und haben die Nachteile eines hohen Gewichts, einer geringen Funktionsintegration von anderen Bauteilen und einer zusätzlich benötigten Akustikdämpfung zur Reduzierung des Geräuschpegels während des Kraftfahrzeugbetriebs.
Aus der DE 199 14 607 A1 und der DE 10 2008 048 793 A1 sind bereits Kunststoffölwannen der eingangs genannten Art bekannt. Als Material für die Ölwanne wird ein mit Glasfasern verstärkter thermoplastischer Kunststoff, beispielsweise aus Polyamid oder Polypropylen, verwendet. Die Ölwanne ist als Spritzgussteil ausgebildet.
Auch die DE 10 2007 040 666 A1 beschreibt bereits eine durch Spritzgießen hergestellte Ölwanne aus einem thermoplastischen Kunststoff.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Kunststoffölwanne mit einem reduzierten Bauteilgewicht zur Verfügung zu stellen. Weiterhin soll ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Kunststoffölwanne zur Verfügung gestellt werden.
Die erstgenannte Aufgabe wird gelöst mit einer Kunststoffölwanne gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Die Unteransprüche 2 bis 7 betreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung.
Erfindungsgemäß ist also eine Kunststoffölwanne aus einem mit Fasern verstärkten Kunststoff vorgesehen, wobei der Kunststoff ein duroplastischer Kunststoff ist und die Fasern Kohlenstofffasern sind. Hierdurch wird eine Kunststoffölwanne mit einem reduzierten Bauteilgewicht zur Verfügung gestellt. Im Vergleich zu den aus dem eingangs genannten Stand der Technik bekannten Kunststoffölwannen aus einem mit Glasfasern verstärkten thermoplastischen Kunststoff ergibt sich durch die Verwendung eines mit Kohlenstofffasern verstärkten duroplastischen Kunststoffs eine Gewichtsreduzierung von ca. 20%, wodurch der Kraftstoffverbrauch und die CO₂-Emissionen einer mit der Kunststoffölwanne ausgerüsteten Brennkraftmaschine erheblich reduziert werden können. Im Vergleich zu den ebenfalls bekannten Ölwannen aus Aluminium ergibt sich bei gleichen Steifigkeitsanforderungen sogar eine Gewichtsreduzierung von bis zu 50%. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Kunststoffölwanne besteht darin, dass auf eine zumindest bei Aluminium-Ölwannen erforderliche Akustikdämpfung zur Reduzierung des Geräuschpegels verzichtet werden kann.
Hierbei erweist es sich als besonders vorteilhaft, dass die Kohlenstofffasern als Langfasern ausgebildet sind und ein textiles Halbzeug bilden. Die Kohlenstofffasern zeichnen sich durch sehr hohe Festigkeit, hohe Schlagzähigkeit, hohe Bruchdehnung, gute Schwingungsdämpfung sowie Beständigkeit gegenüber Säuren und Laugen aus und sind darüber hinaus sehr hitze- und feuerbeständig, sodass sie als Fasermaterial in einer Kunststoffölwanne besonders geeignet sind. Dadurch, dass die Kohlenstofffasern als textiles Halbzeug vorliegen bzw. als Langfasern ausgebildet sind, kann die Faserorientierung bzw. die Lage und Positionierung in der Ölwanne den Lastfällen im Betrieb angepasst werden. Hierdurch kann gewährleistet werden, dass die Kunststoffölwanne den mechanischen Belastungen, beispielsweise beim Durchfahren von Schlaglöchern, Auffahren auf einen Bordstein, durch Steinschlag oder beim Abstellen der Brennkraftmaschine auf der Ölwanne im Servicefall stand hält.
Die aus dem eingangs genannten Stand der Technik bekannten Kunststoffölwannen weisen aufgrund des thermoplastischen Träger- bzw. Matrixmaterials, beispielsweise Polyamids, eine sehr begrenzte Warmformbeständigkeit bis maximal 150°C auf. Außerdem neigt der thermoplastische Kunststoff bei kalten Außentemperaturen, insbesondere bei Minustemperaturen, zu Sprödigkeit, da der thermoplastische Kunststoff die aufgenommene Feuchtigkeit verliert sowie Festigkeit und Bruchdehnung abnehmen. Daher erweist es sich als besonders zweckmäßig, dass der als Duroplast ausgebildete Kunststoff der erfindungsgemäßen Ölwanne ein Harz, insbesondere ein Epoxidharz, ist. Bei der Verwendung eines mit Kohlenstofffasern verstärkten Epoxidharzes kann eine Warmformbeständigkeit von bis zu 300°C erreicht werden. Je nach verwendetem Harz kann auch eine Warmformbeständigkeit von mehr als 300°C erreicht werden. Außerdem weist die erfindungsgemäße Kunststoffölwanne die bei kalten Außentemperaturen entstehenden Nachteile der thermoplastischen Ölwanne nicht auf. Auch ein kurzfristiger Temperaturschock von ca. 170°C führt zu keinerlei Funktionsbeeinträchtigungen der Ölwanne bzw. zu keinen negativen Veränderungen der Materialeigenschaften des Kunststoffs. Als Trägermaterial für die Kohlenstofffasern kommen alle gängigen und bekannten Duroplaste in Betracht. Bei den eingangs genannten und bekannten Kunststoffölwannen handelt es sich um durch Spritzgießen hergestellte Bauteile. Hierbei werden die als Kurzfasern vorliegenden und im thermoplastischen Material angeordneten Glasfasern zusammen mit dem thermoplastischen Trägermaterial in die Form eingespritzt. Die Glasfaserorientierung bzw. die Lage und Positionierung der Glasfasern in der fertigen Kunststoffölwanne ist sehr stark von der Geometrie des Bauteils, beispielsweise von Verrippungen und Umlenkungen, abhängig und kann daher eine große Streuung innerhalb des Bauteils aufweisen. Hieraus kann dann ein Verzug innerhalb des Bauteils von mehreren Millimetern entstehen. In Abhängigkeit der Größe des Bauteils kann sich ein Verzug von 4 bis 5 mm einstellen. Hierdurch wird die Montage der Kunststoffölwannen an der Brennkraftmaschine oder dem Getriebe erschwert bzw. die Dichtigkeit der Verbindung kann unter Umständen nicht gewährleistet werden. Daher erweist es sich als besonders vorteilhaft, dass die erfindungsgemäße Kunststoffölwanne durch Spritzpressen hergestellt ist. Durch das Spritzpressen, bei welchem die trockenen Kohlenstofffasern als textiles Halbzeug in die Form eingelegt und anschließend von dem flüssigen Harz unter Druck umströmt werden, lassen sich Kunststoffölwannen herstellen, welche sich durch einen geringen Verzug und eine große Maßhaltigkeit auszeichnen. Bei gleicher Größe weisen die erfindungsgemäßen Kunststoffölwannen einen Verzug von nur 0,5 mm auf.
Ein weiteres erfindungsgemäßes Merkmal besteht darin, dass die Kunststoffölwanne einteilig ausgebildet ist. Im Vergleich zu einer aus mehreren Einzelteilen flüssigkeitsdicht zusammengesetzten Ölwanne wird durch die Einteiligkeit die Leckagegefahr der erfindungsgemäßen Kunststoffölwanne während des Betriebs der Brennkraftmaschine reduziert.
Außerdem erweist es sich als besonders zweckmäßig, dass zusätzliche Funktionsbauteile und/oder Mittel zur Aufnahme und/oder zur Fixierung von zusätzlichen Funktionsbauteilen einstückig mit der Ölwanne verbunden sind. Durch eine Funktionsintegration von weiteren Komponenten lassen sich erhebliche Kosten-, Gewichts-, Bauraum- und Montagevorteile erzielen. Hierbei lassen sich beispielsweise Bauteile zur Verhinderung von Ölschwall, Ölansaugleitungen, Aufnahmen für Dichtungen, Ventile, Ölfilter oder Ölkühler bzw. Stutzen für Schläuche, Flansche für Sensoren, Anbauteile oder Aufnahmen für Ölablassschrauben in die Kunststoffölwanne integrieren.
Die zweitgenannte Aufgabe wird gelöst mit einem Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 8. Die Unteransprüche 9 und 10 betreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung.
Erfindungsgemäß wird also ein Verfahren zur Herstellung einer Kunststoffölwanne für eine Brennkraftmaschine oder ein Getriebe zur Verfügung gestellt, bei welchem zunächst trockene Kohlenstofffasern in einer Kavität eines Werkzeugs angeordnet werden und anschließend ein fließfähiger duroplastischer Kunststoff unter Druck derart in die Kavität injiziert wird, dass die Kohlenstofffasern von dem Kunststoff umströmt werden, wobei der Kunststoff anschließend durch die Zufuhr von Wärme aushärtet. Mittels des Verfahrens sind Taktzeiten von wenigen Minuten realisierbar, wobei das Aushärten mit ca. 50% einen Großteil der Zykluszeit beansprucht. Hierdurch erfüllt das Verfahren die Anforderungen der Automobilindustrie bezüglich der Taktzeit und der Automatisierbarkeit.
Um eine definierte, den Lastfällen angepasste Faserorientierung und -positionierung zu gewährleisten und ein reproduzierbares, automatisierbares Verfahren zur Verfügung zu stellen, ist vorgesehen, dass die Kohlenstofffasern als textiles Halbzeug in die Kavität des Werkzeugs eingelegt werden.
Weiterhin erweist es sich als besonders zweckmäßig, dass der injizierte Kunststoff in der Kavität des Werkzeugs aushärtet. Das Bauteil kann im Werkzeug unter Zufuhr von Wärme und Druck aushärten. Erst nach Beendigung der Aushärtezeit erfolgt die Entformung des Bauteils vom Werkzeug. Der Verzug innerhalb des Bauteils wird minimiert und ein maßhaltiges Bauteil wird zur Verfügung gestellt.
Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese zeigt in
1 eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Kunststoffölwanne in einer Seitenansicht;
2 eine perspektivische Darstellung der in 1 dargestellten Kunststoffölwanne in einer Unteransicht;
3 einen Ausschnitt des Bodens der Kunststoffölwanne in einer stark vereinfachten und geschnittenen schematischen Darstellung;
4 ein Ablaufschema eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer Kunststoffölwanne.
Die 1 und 2 zeigen jeweils eine erfindungsgemäße Kunststoffölwanne 1 für eine Brennkraftmaschine oder ein Getriebe eines Kraftfahrzeugs in unterschiedlichen Ansichten. Die einteilig ausgebildete Kunststoffölwanne 1 besteht aus einem Boden 2 und einer umlaufenden Wand 3. Die Wand 3 weist in einem dem Boden 2 abgewandten Bereich einen Flansch 4 zur Aufnahme einer Dichtung auf. Weiterhin sind im Flansch 4 mehrere Durchbrechungen 5 zur Fixierung der Kunststoffölwanne 1 an der nicht dargestellten Brennkraftmaschine vorgesehen.
Die durch Spritzpressen hergestellte Kunststoffölwanne 1 besteht aus einem mit Kohlenstofffasern 6 verstärkten duroplastischen Kunststoff 7, insbesondere Epoxidharz, wobei die Kohlenstofffasern 6 ein textiles Halbzeug 8 bilden (3).
Anhand des in 4 dargestellten Ablaufschemas wird nachfolgend das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer Kunststoffölwanne 1 beschrieben. Hierbei werden in einem ersten Verfahrensschritt 9 zunächst die als textiles Halbzeug 8 vorliegenden Kohlenstofffasern 6 in einer Kavität eines Werkzeugs angeordnet. Anschließend wird in einem zweiten Verfahrensschritt 10 ein fließfähiger duroplastischer Kunststoff 7 unter Druck derart in die Kavität injiziert, dass die Kohlenstofffasern 6 von dem duroplastischen Kunststoff 7 umströmt werden. Nach vollständiger Füllung der Kavität des Werkzeugs wird der Füllvorgang beendet und der duroplastische Kunststoff 7 härtet in einem dritten Verfahrensschritt 11 unter Zufuhr von Wärme und Druck aus. Zum Abschluss des Verfahrens erfolgt in einem vierten Verfahrensschritt 12 die Entformung der fertigen Kunststoffölwanne 1.
Bezugszeichenliste

1: Kunststoffölwanne
2: Boden
3: Wand
4: Flansch
5: Durchbrechung
6: Kohlenstofffasern
7: duroplastischer Kunststoff
8: textiles Halbzeug
9: erster Verfahrensschritt
10: zweiter Verfahrensschritt
11: dritter Verfahrensschritt
12: vierter Verfahrensschritt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 19914607 A1 [0003]
DE 102008048793 A1 [0003]
DE 102007040666 A1 [0004]

Claims

Kunststoffölwanne (1) für eine Brennkraftmaschine oder ein Getriebe aus einem mit Fasern verstärkten Kunststoff, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff ein duroplastischer Kunststoff (7) ist und die Fasern Kohlenstofffasern (6) sind.
Kunststoffölwanne (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlenstofffasern (6) als Langfasern ausgebildet sind.
Kunststoffölwanne (1) nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlenstofffasern (6) ein textiles Halbzeug (8) bilden.
Kunststoffölwanne (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der duroplastische Kunststoff ein Harz, insbesondere ein Epoxidharz, ist.
Kunststoffölwanne (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffölwanne (1) durch Spritzpressen hergestellt ist.
Kunststoffölwanne (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffölwanne (1) einteilig ausgebildet ist.
Kunststoffölwanne (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzliche Funktionsbauteile und/oder Mittel zur Aufnahme und/oder zur Fixierung von zusätzlichen Funktionsbauteilen einstückig mit der Kunststoffölwanne verbunden sind.
Verfahren zur Herstellung einer Kunststoffölwanne (1) für eine Brennkraftmaschine oder ein Getriebe, bei welchem zunächst trockene Kohlenstofffasern (6) in einer Kavität eines Werkzeugs angeordnet werden und anschließend ein fließfähiger duroplastischer Kunststoff (7) unter Druck derart in die Kavität injiziert wird, dass die Kohlenstofffasern (6) von dem duroplastischen Kunststoff (7) umströmt werden, wobei der duroplastische Kunststoff (7) anschließend durch die Zufuhr von Wärme aushärtet.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlenstofffasern (6) als textiles Halbzeug (8) in die Kavität des Werkzeugs eingelegt werden.
Verfahren nach den Ansprüchen 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der injizierte duroplastische Kunststoff (7) in der Kavität des Werkzeugs aushärtet.