Werkstoffe: Weltweit erster Motorträger aus Kunststoff in neuer Mercedes GL-Klasse

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Seinen weltweit ersten Motorträger aus Kunststoff verbaut Daimler im Sechs-Zylinder-Dieselmotor der neuen Mercedes GL-Klasse. Gegenüber dem Vorgängerträger aus Aluminium bietet das genauso belastbare Kunststoffbauteil bessere akustische Eigenschaften, höhere Wärmeisolierung und einen deutlichen Gewichtsvorteil.  Das Bauteil, das den Motor über das Motorlager abstützt, besteht aus Ultramid A3WG10 CR, einer besonders hochverstärkten und auf hohe mechanische Lasten optimierten Polyamidspezialität der BASF. Für die Konstruktion des Spritzgießwerkzeugs und die Fertigung der Kunststoff-Motorträger ist Joma-Polytec in Bodelshausen verantwortlich.

Funktion und Anforderung Motorträger: Statik, Dauerlast, Crash

Die Drehmoment- oder Pendelstützen, die bereits bei verschiedenen Automobilherstellern in Varianten aus Ultramid im Einsatz sind, übertragen nur die Kippmomente des Motors. Im Gegensatz dazu sind  Motorträger einer permanenten Last – dem Motorgewicht – ausgesetzt und müssen zusätzlich noch das gesamte Motordrehmoment abstützen. Sie bestanden bislang grundsätzlich aus Aluminium.

Akustik, Wärmeleitung, Gewicht 

Um das Aluminium in dieser anspruchsvollen, auch crash-relevanten Anwendung zu ersetzen, hat der Kunststoff hohe mechanische Anforderungen zu erfüllen: Ultramid A3WG10 CR ist zwar sehr steif; es bestand jedoch die besondere Herausforderung, unter den engen Platzverhältnissen im Motorraum eine ausreichend geringe Kriechneigung unter Dauerlast vorzuweisen. Darüber hinaus  muss der Motorträger aus Kunststoff, je nach Einbausituation im Motorraum, hohe Biegemomente ertragen. Der zentrale Vorteil des Ultramid-Motorträgers ist sein im Vergleich zur Aluminiumausführung gutes akustisches Verhalten. Aufgrund des kunststoffspezifischen Dämpfungsverhaltens trägt der neue Motorträger zu einem ausgewogenen Geräuscheindruck bei.

Dazu kommt, dass die Wärmeleitung des Kunststoffs deutlich geringer ist als die von Aluminium. So schützt der Ultramid-Motorträger das mit ihm verbundene, aus Naturkautschuk hergestellte Motorlager besser vor der Motorhitze und erhöht seine Lebensdauer. Im Rahmen der CO2-Diskussion ist eine Gewichtverringerung von über 30 Prozent des Kunststoffbauteils gegenüber der Aluminiumvariante ein weiteres, wichtiges Argument.

Simulation für die Crash- und Akustik-Optimierung

Zu den zahlreichen Prüfungen, die das Kunststoffteil erfolgreich zu überstehen hat, gehört der sogenannteRepair-Crash, der kleinere Karambolagen nachstellt, ebenso wie der massive Offset-Crash (versetzter Frontalaufprall). Im ersten Fall muss der Träger unbeschädigt bleiben, im zweiten Fall muss er schnell und gezielt versagen, damit der Motor nicht in den Fahrgastraum eindringt.

Neben der Überprüfung dieser Forderungen im Crashversuch hat die BASF beide Fälle mit Hilfe ihres universellen Simulationsinstruments Ultrasim® bereits in der sehr frühen Entwicklungsphase des komplex geformten Motorträgers mit einbezogen und das Verhalten des Bauteils  vorhergesagt: Bruchlasten, Festigkeiten unter dynamischer Pulsbelastung und Crashbelastungen stimmten sehr gut mit den Erprobungsergebnissen überein und erreichen die für die Vorgängerversion aus Aluminium geforderten Werte. Eine Verrippung, die den hohen Lasten widersteht und den Anforderungen der Akustik genügt, konnte so frühzeitig festgelegt und die Anzahl der Prototypen reduziert werden.

Bild: Motorträger aus Kunststoff.

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