Konzeptionierung eines Duroplast-Aluminium Hybrid-Kurbelgehäuses auf Basis eines Reihenvierzylinder Dieselmotors

Die vorliegende Masterarbeit umfasst die Konzeptionierung eines Duroplast-Aluminium Hybrid-Kurbelgehäuses, basierend auf einem aktuellen Reihenvierzylinder Dieselmotor aus Aluminiumguss. Im Fokus der Konzeptgestaltung stehen die Gewichtsreduktion und die Funktionsintegration in Kunststoff. Die mechanisch und thermisch hochbelasteten Bereiche werden weiterhin aus Aluminium ausgeführt, die geringbelasteten Bereiche aus Kunststoff. Diese
Aufteilung führt zu einer Aluminium-Grundstruktur mit offenen Seitenwänden auf der Einlass- und Auslassseite des Gehäuses. Das Hybrid-Kurbelgehäuse wird durch eine Kunststoff-Seitenwand auf der Einlass- sowie der Auslassseite abgeschlossen. In die Kunststoff-Komponenten sind die Medienkanäle des Kühlsystems und die mechanisch angetriebene Kühlmittelpumpe integriert. Die Kühlung der Zylinderlaufbuchsen, die Medienkanäle der Druckölumlaufschmierung und des Ölrücklaufs verbleiben in Aluminium. Die Medienübergabe zwischen Kunststoff und Aluminium erfolgt über radial dichtende, mit Elastomer umspritzte Aluminium-Rohre. Die Kunststoff-Seitenwand wird über Schrauben und eine umlaufende Verklebung an die Aluminium-Grundstruktur gefügt und abgedichtet. In einer Finite-Elemente-Methode Simulation wird die erforderliche Steifigkeit des Hybrid-Kurbelgehäuses nachgewiesen. Abschließend wird ein Ausblick auf das zukünftige Leichtbau- und Integrationspotential des konzipierten Hybrid-Kurbelgehäuses gegeben.

The designated target in this master thesis is the conception of a thermoset-aluminium hybrid-crankcase based on a state of the art inline four-cylinder diesel engine. The design is focused on lightweight construction and a high level of functional integration in the plastic structure. The mechanical and thermal heavily stressed areas remain in aluminium. The low stressed areas are substituted with a thermoset. The result is an aluminium structure with an open design of the intake and exhaust side of the crankcase. The hybrid-crankcase is closed by a thermoset-cover on the intake as well as the exhaust side.
Moreover, the cooling canals and the mechanical cooling pump are integrated into the thermoset-cover on the intake side. The cooling of the cylinder liners and the oil canals are located in the aluminium structure. The liquid hand over interfaces between the thermoset cover and the aluminium structure are designed with radial sealed, elastomer surrounded aluminium tubes. Both side covers are mounted and sealed with multiple screws and bonding to the aluminium structure. The required stiffness of the designed hybrid-crankcase is proofed with a simulation based on the finite-element-analysis. In the end, an outlook of the prospective potential regarding lightweight and integrational design is given.