Bauteile für das Kfz-Wärmemanagement müssen besonders hohe Anforderungen erfüllen. Die Materialauswahl ist dabei mitentscheidend für den Wettbewerbsvorteil des OEMs. Als Teil der integrierten Wärmemanagementlösung suchte Halla Visteon Climate Control (HVCC), eine Geschäftseinheit der Visteon Corporation, Charleville, Frankreich, nach einem Material, das die Vorgaben für den Ladeluft-Einlassbehälter eines neuen Turboladermotors erfüllen würde. „Um strengere Emissionsvorschriften zu erfüllen, muss die Einlasstemperatur des Ladeluftkühlers bei Turboladersystemen auf weit über 200 °C steigen“, erläutert Antoine Guiu, Global Marketing Manager Automotive bei Solvay EP.
„Das setzt wesentlich haltbarere und effizientere Materialien voraus.“ Die Wahl fiel auf das PA6.6-basierte Spritzgießmaterial Technyl Heat Performance (HP), einer Polymerfamilie, die speziell für den Trend zu kleineren aber leistungsstärkeren Motoren entwickelt wurde. Die hochwärmefesten Produkte aus diesem Material vereinen dauerhafte Langzeitstabilität in Heißluft bis 200 °C. Es lässt sich gut verarbeiten und besitzt ein weites Konstruktionsfenster. Verfügbar sind Typen mit bis zu 50 Prozent Glasfaserverstärkung, die alle sehr gute mechanische Eigenschaften zeigen. Darunter auch eine hohe Berstdruckbeständigkeit, insbesondere unter hohen Betriebstemperaturen, nach Hochtemperaturalterung und selbst über längere Zeiträume hinweg ohne Anzeichen von Spannungsrissbildung.
Den Ausschlag gaben jedoch nicht nur die technischen Daten des Werkstoffs, sondern auch „das beste Preis/Leistungsverhältnis aller von uns ausgewerteten Wettbewerbsmaterialien“ sagt Nigel Seeds, Technical Fellow bei HVCC. Der Rohstoffhersteller bietet als Werkstoffe für das Wärmemanagement – Ladeluftkühler und Kühlwasserkästen – vor allem ein PA6.6-Produktportfolio, das sich in zwei Gruppen unterteilen lässt. Zum einen die Werkstoffe mit sehr guter Hydrolysebeständigkeit für Bauteile in Kühlkreisläufen, in denen bis zu 135 °C heiße Wasser/Glykol-Mischungen zirkulieren, und zum anderen Materialien mit der Hitzebeständigkeit für Turboladersysteme, deren Betriebstemperaturen künftig wohl 240 °C und mehr erreichen dürften. Neben dem im Beispiel genannten Material wurde auch ein weiteres Hochtemperaturmaterial – Technyl B2V15 – entwickelt, das sich für blasgeformte Bauteile im Motorraum eignet und eine Wärmebeständigkeit bis 210 °C bietet. Für Anwendungen im Kfz-Kühlkreislauf ist das glykolresistente Technyl 34NG für Kühlwasserbehälter etabliert, die biobasierte Type Exten wurde gerade eingeführt. Es hat eine hohe Hydrolyse- und Streusalzbeständigkeit. Das Material wurde speziell für Kühlwasserkästen in Ländern mit extremen Minustemperaturen entwickelt.
Die neue Produktfamilie besteht aus PA6.10-Polymeren mit einem erneuerbaren Kohlenstoffanteil von mehr als 60 Prozent in Form von Sebazinsäure aus Rizinusöl. Als biobasierte Polymere erfüllen sie die Kriterien für nachhaltige Entwicklungen, während sie gleichzeitig eine kostengünstige Alternative zur unmittelbaren Substitution von PA mit längeren Kohlenstoffketten wie zum Beispiel PA12 darstellen.
Kühlwasserkästen aus biobasiertem Polyamid
Zu den ersten Anwendungen zählen Kühlwasserkästen, die Valeo aus einem 33 Prozent glasfaserverstärkten und wärmestabilisierten Material für den Einsatz in zukünftigen Fahrzeugen von Renault-Nissan fertigt. Wie Bauteile in luftführenden Wärmemanagementsystemen haben auch die Wasserbehälter ihre ideale Betriebstemperatur. Die Produktentwicklung stützt sich auf vier Grundpfeiler: Materialauswahl, Designsimulation, Prototyping und Bauteilprüfung. Die Unterstützung durch den Rohstoffhersteller wird dabei als hilfreich empfunden, da diese Leistungen üblicherweise durch ein Team aus Material- und Marktspezialisten erbracht werden. So können zum Beispiel Detailkenntnisse über thermischen Materialabbau signifikant zur Entwicklung effizienter Wärmeschutzmaßnahmen beitragen. Sowohl im Fall der Kühlwasserkästen als auch bei den Ladeluftkühler-Einlassbehältern wurden die gewählten Materialien verschiedenen Tests unterzogen und die Bauteile in enger Zusammenarbeit zwischen Materialhersteller und dem jeweiligen Systemzulieferer nach OEM-Vorgaben vollständig validiert.
Technik im Detail Bauteile für das Kfz-Wärmemanagement
Zum Kfz-Wärmemanagement gehören Bauteile im Motorraum, die bei der Temperaturregelung zusammenspielen. Es wird damit gerechnet, dass der Anteil der Turboladermotoren im Lauf der nächsten fünf Jahre um jeweils 12 Prozent steigen wird, da sie im Gegensatz zu konventionelleren Leichtbaulösungen einen kostengünstigen Beitrag zu Kraftstoffeinsparungen von bis zu 30 Prozent bewirken können. Die technischen Herausforderungen an die Werkstoffe sind dann signifikant höhere Betriebstemperaturen.Gleichzeitig sind die Hersteller bestrebt, ihre Gesamtkostenbilanz und das Risikomanagement ihrer Beschaffungskette zu optimieren.
