Kunststoffe für Kfz-Tanks, Gehäuse, modulare Ansauganlagen

Schritt für Schritt zum Ziel

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In den letzten Jahren haben sich im Kunststoffbereich erhebliche Änderungen ergeben, die von BASF aus gestaltet wurden. Triebkraft dieser Veränderungen bei Kunststoffen ist der Wunsch nach einer Effizienzerhöhung für den Kunden. Die aufgezählten Beispiele geben einen Einblick über neue Entwicklungen auf dem Kunststoffsektor und zeigen aktuelle Trends.

Diesen Beitrag erstellte Matthias Boehme, Red.KEM, nach Informationen der BASF AG, Ludwigshafen

Höchstbeanspruchung für Tankeinbauten
Als hochkristalliner Thermoplast ist Polyoxymethylen (POM), das Ultraform® der BASF, gegen viele Chemikalien beständig. Im Automobilbau wird vor allem seine hohe Resistenz nicht nur gegen die üblichen Benzine und Dieselkraftstoffe, sondern auch gegen die methanol- und ethanolhaltigen Sorten sowie gegen Biodiesel geschätzt; auch Fette, Öle, Brems- und Kühlflüssigkeiten können ihm normalerweise nichts anhaben: Ultraform ist praktisch nicht zum Quellen zu bringen.
Die hervorragenden Beständigkeiten von POM gelten nur bei Temperaturen bis 60° C. Und damit stößt man bei Dieselfahrzeugen der neueren Generation an Grenzen. Der Trend, immer leistungsfähigere, gleichzeitig aber immer sparsamere Motoren zu entwickeln, hat nämlich bei Dieselfahrzeugen zur sogenannten „Common-rail“-Technik geführt. Da hier aber der nicht verbrauchte, aber aufgeheizte Kraftstoff wieder in den Tank zurückgeleitet wird, werden auch die Kunststoffteile in diesem Bereich erhitzt – Automobilhersteller haben in den Entnahmeeinheiten Kraftstofftemperaturen von 90 bis 100° C gemessen. Unter diesen Bedingungen kann sich POM zersetzen, was dazu führt, daß die Bauteile verspröden und für Kraftstoffe durchlässig werden.
Wegen der insgesamt jedoch überzeugenden Anwendungseigenschaften von POM möchten die Automobilhersteller keineswegs auf diesen Werkstoff verzichten. Deshalb wurde versucht, seine Temperaturbeständigkeit zu erhöhen. Ausgangspunkt für diese Entwicklungsarbeit war Ultraform S1320 003, das aufgrund seines guten Eigenschaftsprofils bereits zum Bau herkömmlicher Tankeinheiten eingesetzt wird. In umfangreichen Versuchsserien wurde ein Stabilisator gefunden, der gut mit Ultraform verträglich ist und gleichzeitig dem Kunststoff die gewünschte Stabilität gegen den heißen Kraftstoff verleiht. Diese Arbeiten führten zu dem Produkt Ultraform S1320 0021.
Halogenfreier Flammschutz bei Polyamid
Die neueste Entwicklung ist Ultramid KR 4480, ein mit einer Stickstoffverbindung flammgeschütztes, verstärktes Polyamid 6. Ultramid KR 4480 ist in die Brandklasse V-2 nach UL 94 eingestuft und glühdrahtbeständig bei 960°C. Weitere herausragende Eigenschaften im Vergleich zu Ultramid KR 4455 sind die höhere Zähigkeit bei guter Steifigkeit, eine erheblich bessere Fließfähigkeit sowie die deutlich geringere Dichte. Schließlich zeichnet sich Ultramid KR 4480 durch hohe Kriechstromfestigkeit und geringe Rauchgasdichte aus 960°C.
Polystyrol: Fließfähigkeit und Zähigkeit verbessert
Große Gehäuseteile, wie sie für Geräte der Unterhaltungselektronik, der Büro- und Informa-tionstechnik sowie für Haushaltsgeräte benötigt werden, sind eine Domäne der amorphen Thermoplaste; neben Polystyrol spielen hier vor allem ABS sowie Blends auf der Basis von ABS und Polycarbonat eine wichtige Rolle.
Polystyrol 495 F – so heißt das Ergebnis dreijähriger intensiver Forschungs- und Entwicklungsarbeit – zeichnet sich vor allem durch exzellente Zähigkeit und Fließfähigkeit aus; hinzu kommen hohe Steifigkeit und gute Wärmeformbeständigkeit. Diese Eigenschaftskombination katapultiert Polystyrol 495 F auf das Niveau etablierter ABS-Produkte und eröffnet der Werkstoffklasse der schlagzähen Polystyrole völlig neue Perspektiven.
Polyamide mit deutlich verringerter Verzugs-neigung
Mit Polyamid-Marken Ultramid RS sind Verzugsneigung deutlich geringer ist als die der konventionellen glasfaserverstärkten Produkte. Die Ultramid-RS-Marken sind prädestiniert für Anwendungen mit hohen Anforderungen an die Maßhaltigkeit, zum Beispiel für Schaltstockgehäuse im Kfz-Bau , Steckverbinder, Lüfterräder, Zargen, Zylinderkopfhauben und großflächige Abdeckungen.
PUR-Kaltgießelastomere
Mit Elasturan 6050 und Elasturan 6060 präsentiert die Elastogran GmbH, Lemförde, zwei Kaltgießelastomer-Systeme. Sie eignen sich besonders für Produkte, die extremen Bedingungen standhalten und Standard-Polyether-Systeme in ihrem Leistungsprofil übertreffen sollen. Insbesondere ihre hohe dynamische Belastbarkeit in Kombina-tion mit ihrer herausragenden Festigkeit zeichnen die neuen Polyether-Systeme aus, mit denen Elastogran ihre Elasturan-Produktlinie ausbaut. Diese Polyether-Kaltgießelastomere kommen dann zum Einsatz, wenn beste dynamische Eigenschaften und hoher Verschleißschutz sowie Hydrolyse- und Mikrobenbeständigkeit gefordert sind, so zum Beispiel für technische Funktionsteile, wie etwa Pumpenelemente, für Walzenbeschichtungen oder für Siebelemente, Tragegurte sowie Räder und Rollen.
Vom Saugrohr zum multifunktionellen Modul
Die Idee, Ansaugrohre aus Kunststoff herzustellen, ist mehr als 25 Jahre alt. Schon 1972 wurde für eine Kleinserie bei Porsche erstmals ein thermoplastischer Werkstoff eingesetzt, und zwar Ultramid A3XG7, ein brandschutzausgerüstetes PA 6.6 mit 35 Prozent Glasfasern. Die Weiterentwicklung der Kernausschmelztechnik führte auch zur Optimierung des Fertigungsverfahrens.
Inzwischen hat auch die Mehrschalentechnik an Bedeutung gewonnen. Bei diesem Verfahren werden zwei oder mehrere schalenförmige Strukturen durch ein Fügeverfahren miteinander verbunden. Voraussetzung dafür ist die Ermittlung der „richtigen“ Schnittflächen, denn nur so kann das Bauteil in Teilstrukturen zerlegt werden, die sich problemlos und wirtschaftlich im konventionellen Spritzgießverfahren herstellen lassen. Unter den Fügeverfahren dominiert heute die Vibrationsschweißtechnik, die allerdings auch eine Änderung auf der Werkstoffseite erforderlich machte: Umfangreiche Grundlagen- und Prozeßuntersuchungen ergaben, daß ein Polyamid 6 mit 30 Prozent Glasfasern, nämlich Ultramid B3WG6, die optimale Kombination von Steifigkeit, Wärmeformbeständigkeit, Optik und Schweißnahtfestigkeit gewährleistet.
Nebenbei: Die konstruktive Besonderheit von verschweißten Sauganlagen stellt die Gestaltung des Schweißflansches dar. Als rund um die Schnittfläche verlaufender Rand muß er so dimensioniert sein, daß ausreichende Berstdruckfestigkeit erreicht wird; gleichzeitig muß aber der Austritt von aufgeschmolzenem Material nach innen und außen verhindert werden.
Das Ziel heißt: Saugrohr, Zylinderkopfhaube, Luftfiltergehäuse, Benzinverteilung, Ansaugluftdrosselung sowie elektrische und elektronische Komponenten der Motorsteuerung zu einer modularen Einheit zusammenzufassen. Dieses Ziel wurde in Gestalt der Sauganlagen der neuen BMW-Dieselmotorbaureihe erreicht: Das zentrale und hochintegrierte Bauteil, die Zylinderkopfhaube, wird aus Ultramid A3WGM53 (Polyamid 6.6 mit 25 Prozent Glas und 15 Prozent Mineral) spritzgegossen. Es bildet einerseits den Abschluß des ölführenden Bereichs des Motors und andererseits die eine Gehäusehälfte des Luftfilterkastens. In Bauteilmitte ist ein mehrstufiges Ölabscheidesystem angeordnet. Auf der rechten Seite wird über konventionelle Flanschverschraubungen das geschweißte Saugrohr aus Ultramid A3HG7 (Polyamid 6.6, hitzestabilisiert und mit 35 Prozent Glasfasern verstärkt) befestigt. Diese Funktionsteile werden zur Motorhaube hin durch mehrere Abdeckungen aus Ultramid B3GM24 (Polyamid 6 mit Glas- und Mineralfüllung) verkleidet, die außer rein optischen Funktionen auch akustisch dämmend wirken.
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