Ausführungen von Martin Völker
Market Development Automobil
Engineering Plastics Europe
BASF SE, Ludwigshafen
In wenigen Monaten werden die strengen Grenzwerte der Abgasnorm Euro 6 Realität. Sie fordern je nach Fahrzeugart bei den Stickoxid- und Kohlenwasserstoffemissionen sowie den Rußpartikeln deutliche Reduktionen. Um die neuen Grenzwerte einhalten zu können, setzt die Automobilindustrie auf die Niederdruck-Abgasrückführung sowie das Downsizing, eine Verkleinerung der Motoren bei gleicher oder höherer Leistung durch Turboaufladung.
Auf diese Weise werden jedoch die klassischen Belastungen in der Ladeluftstrecke bei weitem überschritten, und zwar vor allem durch den Kontakt mit Abgaskondensat, aber auch durch deutlich höhere Temperaturen und Drücke.
Hitzebeständige Werkstoffe für die Ladeluftstrecke
Speziell für diese Belastungen wurde 2010 das besonders hitzebeständige Ultramid® Endure entwickelt. Es handelt sich um das bisher hitzebeständigste, auf Polyamid basierende Spritzgussmaterial, das im Markt verfügbar ist. Jetzt führt die BASF auch eine Blasformtype von Ultramid Endure ein. Sie heißt Ultramid Endure D5G3 BM und schließt eine Lücke: Mit ihr lassen sich künftig im Blasformverfahren Rohre effizient herstellen.
Vom Spritzguss zum Blasformen
Zu den ersten Serienanwendungen der Spritzgusstype Ultramid Endure D3G7 zählte 2012 die Substitution eines bis dahin metallischen Hitzeschilds in der Ladeluftstrecke. Mit seiner Temperaturbeständigkeit von 220°C im Dauergebrauch und 240°C Spitzenbelastung lässt sich der Werkstoff aber auch bei vielen anderen Bauteilen einsetzen, die sich hinter der Turboaufladung befinden, also am Resonator, an Sensoren und Aktuatoren, an der Eingangsseite des Ladeluftkühlers und im Ladeluftverteiler. Die Rohre zwischen Turbolader und Ladeluftkühler, die denselben hohen Temperaturen ausgesetzt sind, lassen sich am besten im Blasformverfahren mit dem neuen Ultramid Endure D5G3 BM fertigen.
Das neue Ultramid Endure D5G3 BM mit 15% Glasfasergehalt verfügt über eine hohe Wärmealterungsbeständigkeit, ist gut zu verarbeiten und hat außerordentliche akustische Eigenschaften. Ebenso wie bei der Spritzgusstype liegt die Temperaturbeständigkeit im Dauergebrauch bei 220°C und die mögliche Spitzenbelastung bei 240°C. Durch die relativ niedrige Massetemperatur bei der Verarbeitung im Blasformprozess ergeben sich in der Regel günstige Systemkosten. Damit schneidet Ultramid® Endure deutlich besser ab als beispielsweise PPS (Polyphenylensulfid).
Wie das Spritzgussprodukt erhält die neue Endure-Type ihre außergewöhnliche Wärmestabilisierung durch eine bewährte Stabilisierungstechnologie, die den oxidativen Angriff des Luftsauerstoffs unterdrückt. Dabei ist der Schutz nicht nur auf die Oberfläche beschränkt, sondern durchzieht das gesamte Material. Dies erlaubt beispielsweise auch eine spanende Bearbeitung, wie sie im Bereich von Anschlüssen notwendig sein kann.
Schmelzestabilität für den Produktionsprozess
Für die Verarbeitungsart des Blasformens werden dem Kunststoff auch eine besondere Schmelzefestigkeit und ein günstiges Quellungsverhalten abverlangt. Beim Sonderverfahren Saugblasen wird das aufgeschmolzene Material über einen Kolben im Blaskopf durch eine Ringspaltdüse gedrückt und in das geschlossene Werkzeug eingefädelt. Ein durch eine Saugpumpe erzeugter Luftstrom und die Schwerkraft führen den Schlauch durch das Werkzeug. Nach dem Abquetschen von oberem und unterem Schlauchende wird der Schlauch mit einer Nadel durchstoßen und aufgeblasen, so dass die endgültige Form entsteht.
Eine hohe Schmelzestabilität wirkt der Längenänderung des Schlauchs entgegen. Je geringer diese Längenänderung, desto besser ist das Produkt für das Saugblasen geeignet. Ähnliches gilt für die Schlauchquellung. Eine gewisse Quellung ist zwar erforderlich, weil so die Wanddicken durch geringe Stellwege der axialen Wanddickensteuerung korrigiert werden können. Eine zu hohe Quellung verursacht jedoch Probleme beim Einführen des Schlauchs in das Werkzeug. Zudem neigen stark schwellende Werkstoffe dazu, sich in Abhängigkeit von der Extrusionslänge aufzuweiten, was zu einer Kegelstumpfform des Schlauchs führt. Ultramid Endure BM hingegen bleibt größtenteils zylindrisch. Da es auch gut auf Änderungen der Verarbeitungsparameter reagiert, sind Korrekturen während des Produktionsprozesses leicht möglich.
Sehr gute akustische Eigenschaften
Das Thema Akustik ist inzwischen ein markenprägender Faktor geworden, der in der Automobilindustrie einen hohen Stellenwert einnimmt. Neue Motorenkonzepte und steigende Ansprüche beim Kunden und beim Gesetzgeber verlangen nach akustisch vorteilhaften Materialien. Ultramid Endure besitzt ein ausgezeichnetes Dämpfungsverhalten und eignet sich daher auch für akustisch anspruchsvolle Anforderungen. Beispielsweise kann mit Ultramid Endure die Entstehung von störendem Luftschall, abgestrahlt von der vibrierenden Bauteiloberfläche, direkt an der Quelle verringert werden.
Abhängig von Temperatur und Feuchte weist der Werkstoff im Vergleich zu Polyphenylensulfid bis zu zehn Mal bessere Dämpfungswerte auf.
Wärmealterungsbeständigkeit
Die überdurchschnittliche Beständigkeit von Ultramid Endure BM gegen Wärmealterung ließ sich in Versuchen eindrucksvoll nachweisen. Dazu wurden Probekörper in einem Wärmeschrank 3.000 Stunden lang Temperaturen bis 220°C ausgesetzt. Die Bruchspannung sank dabei nur unwesentlich ab und lag nach 3.000 Stunden noch deutlich über den Werten des PPS. Die Bruchdehnung erreichte nach dieser Lagerzeit noch Werte von ca. 2,5 %. Damit erweist sich das Material im Vergleich zu PPS auch als deutlich zäher.
Erste seriennahe Bauteile aus Ultramid Endure BM wurden bei der Dr. Reinhold Hagen Stiftung gefertigt. Nach weiteren Versuchen bei Blasformverarbeitern wurde die Verarbeitungsqualität des Materials bis zur Serientauglichkeit optimiert. Der neue Werkstoff steht zurzeit in Mustermengen und ab Herbst 2013 in kommerziellen Mengen zur Verfügung.
Weitere Informationen zu den Werkstoffen Ultramid® der BASF gibt es über die Email-Adresse @email oder über die Telefonnummer +49 (0) 621 60-78780.
Pressefoto: Unter www.basf.com/pressefoto-datenbank, Rubrik „Kunststoffe“ oder Suchbegriff „Ultramid“. Text und Foto finden Sie in Kürze auch im Pressearchiv Kunststoffe der BASF: www.basf.de/kunststoffe/presseinformationen.
