Thermostatgehäuse

Thermostatgehäuse (Bild: iStock-1148024556, istock.com/TrotzOlga)

Domo Engineering Plastics Europe

Bild © DOMO Engineering Plastics Europe

Technische Kunststoffe haben sich weithin als eine gewichtsparende Alternative zu Metallen für Komponenten im Kühlkreislauf von Verbrennungsmotoren (Internal Combustion Engines, ICEs) durchgesetzt und finden zunehmend auch in Elektrofahrzeugen (EVs) Verwendung. In jüngerer Zeit jedoch stehen technische Kunststoffe in EV-Anwendungen vor neuen technischen Herausforderungen.

Bei Elektrofahrzeugen haben die Teile im Kühlkreislauf eine erheblich längere Lebensdauererwartung als bei reinen Verbrennern. Wenngleich ICEs und EVs vielleicht ähnlichen Fahrbetriebszeiten unterliegen, müssen EVs geladen werden. Das Kühlsystem wird dabei über den Fahrbetrieb hinaus und oft während der gesamten Nacht weiterbeansprucht, um die Batterie- und Leistungselektronik in einem akzeptablen Temperaturbereich zu halten.

Erhöhte Anforderungen

Daraus ergeben sich für die Beständigkeit der zu validierenden Materialien oder Bauteile gegen kühlmittelbedingte Alterung bei EVs weit höhere Anforderungen im Bereich von 5.000 bis 8.000 Stunden gegenüber den 1.500 bis 3.000 Stunden für heutige ICE-Komponenten. Hinsichtlich der Wärmebeständigkeit liegen die Spezifikationen für EVs gemeinhin zwischen 60 bis 110 °C für die Batterie und bei 110 °C oder höher für die Leistungselektronik. Bei plug-in-hybriden Elektrofahrzeugen (PHEVs) betragen die Anforderungen aufgrund des vorhandenen traditionellen Verbrennungsmotors allerdings 120 bis 140 °C.

Angesichts dieser hohen Anforderungen an Temperaturen und Lebensdauer werden für Komponenten in EV-Kühlsystemen meistens High-end-Materialien wie Polyphthalamid (PPA) oder Polyphenylensulfid (PPS) eingesetzt. Diese sind jedoch teuer und potenziell überdimensioniert, was Chancen zur Substitution derartiger Spezialpolymere durch wirtschaftlichere Alternativen eröffnet. Polyamide (PA), insbesondere die der Produktfamilien Technyl® BLUE und Technyl® eXten von DOMO Engineered Materials, eignen sich hier als ideale Problemlöser, denn sie vereinen hohe technische Leistungsfähigkeit mit wirtschaftlichen Vorteilen gegenüber teureren Materialien wie PPA und PPS.

Die Spritzgießtypen der Technyl® BLUE Reihe ermöglichen deutliche Gesamtkosteneinsparungen im Vergleich zu Spezialpolymeren. Technyl® BLUE bietet hohe mechanische Festigkeit, Designfreiheit, ausgezeichnete Oberflächenqualität und leichte Verarbeitbarkeit für Anwendungen wie Thermostatgehäuse oder Wasserpumpen. Die neue Reihe der Extrusionstypen hat ebenfalls ein attraktives Kosten-/Leistungsverhältnis im Vergleich zu Metallen wie Aluminium oder langkettigen Polymeren wie PA12. Die Extrusionsreihe eignet sich hervorragend für Leitungen in Klimaanlagen und Kühlsystemen in den Batterie- und Antriebseinheiten von Elektro- und Hybridfahrzeugen.

Zu den Hauptvorteilen der Technyl® BLUE Produkte zählt eine um 15 bis 50 % erhöhte Hydrolysebeständigkeit gegenüber herkömmlichen PA66-Compounds. Technyl® eXten sprengt die traditionellen Grenzen von PA66 mit PA6.10-basierten kosten-/leistungsoptimierten Lösungen, die verglichen mit PA66 auch die Vorteile einer geringeren Aufnahme von Kühlmittel bieten.

Langzeitprüfung

Das Technyl® DOMO Engineered Materials Team hat die Alterungsbeständigkeit gegen Kühlmittel über einen Zeitraum von 12.000 Stunden bei 80 bis 140 °C getestet. Dabei konnten die Literaturwerte für die Temperaturabhängigkeit der Molmasse (Molekulargewicht, Mw) im Temperaturbereich von 115 bis 140 °C bestätigt werden. Die Temperaturabhängigkeit der Zugfestigkeit ist jedoch geringer als die der Mw, was darauf hindeutet, dass die Versprödung nicht allein auf die Hydrolyse zurückzuführen ist. Das Team hob insbesondere auch den Gradienten des Polymerabbaus im Formteil (Kühler und Kühlmittelbehälter) hervor sowie die große Bedeutung des Verständnisses für die Entwicklung dieses Gradienten bezüglich der Vorhersage für das mechanische Bauteilverhalten.

Das Team hat die Alterungseigenschaften nicht nur bei Raumtemperatur sondern auch bei Einsatztemperaturen gemessen, wobei ein verringerter Abstand zwischen PPA und PA66 oder PA66/6.10 festgestellt wurde. Die Ergebnisse zeigen, dass sich Technyl® eXten D 218CR V33 Black und Technyl® eXten D 219 V50 Black ideal zur Substitution von PPA und PPS eignen.

Anzumerken ist außerdem, dass das Team von DOMO Engineered Materials vor Kurzem gemeinsam mit rund zehn Partnern aus Industrie und Wissenschaft das Thermoflip-Projekt gestartet hat. Das Ziel dieses Projekts ist es, Berechnungsmodelle zu entwickeln, um das mechanische Verhalten von Formteilen in Kühlmittelkontakt vorherzusagen, wobei die alterungsbedingten multiskalaren Veränderungen im Polyamid berücksichtigt werden.

Fallstudie

Ein führender französischer Systemzulieferer setzt auf Technyl® Polyamidlösungen, um das Design zukünftiger Thermostatgehäuse und Kühlmittelleitungen zu optimieren. Das weltweit tätige Unternehmen fertigt fortschrittliche Lösungen für das Thermomanagement von Motoren, die Fahrzeugherstellern helfen ihre CO2-Bilanz sowie ihren Kraftstoffverbrauch und ihre Kosteneffizienz zu verbessern.

Die neuesten Innovationen dieses Zulieferers vermögen den Kraftstoffverbrauch im Vergleich zum Einsatz eines konventionellen Thermostats um bis zu 2 % zu senken. Insbesondere französische und italienische OEMs bedienen sich dieser modernen Technologie, die auf der fortschrittlichen Formulierung von Technyl® Polyamiden, im Speziellen von Technyl® eXten D 218CR V33 Black (auf PA 6.10-Basis) beruht. Dies ermöglicht es dem Hersteller, den Einsatz von High-end-Materialien bzw. Spezialpolymeren wie PPA und PPS zu vermeiden, was signifikante Kostenvorteile mit sich bringt.

Das Vertrauen des Zulieferers in die Technyl® eXten PA-Lösung stützt sich auf deren ausgezeichnetes thermomechanisches Verhalten, ihre Chemikalienbeständigkeit gegen glykolbasierte Kühlflüssigkeiten und ihre bedeutenden Kostenvorteile gegenüber Spezialpolymeren. Das Material ist zudem leichter, ermöglicht automatisierte Fertigungsprozesse zugunsten geringerer Produktionskosten und erleichtert die Umsetzung komplexer Konstruktionen.

Entdecken Sie, was die maßgeschneiderten Technyl® BLUE Spritzgieß- und Extrusionstypen zur bevorzugten Lösung macht, um die Kosten von Kühlsystemen in ICE- und EV-Anwendungen zu optimieren und warum Technyl® eXten die bevorzugte Lösung von OEMs ist.

Weitere Informationen: https://www.technyl.com/

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