PEEK ersetzt Kautschuk

Dätwyler produziert haltbarere Vergasermembranen

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Vergasermembranen aus PEEK stellen in Tests wie Kalt- und Warmstart bei zwei verschiedenen Temperaturen, Heißstart und unter Volllast einen vollwertigen Ersatz für herkömmliche Kautschukmembranen dar. Sie versprechen bessere Haltbarkeit bei saisonalem Betrieb und bei Kontakt mit aggressiven Kraftstoffen.

Matthias Rüegg, Advanced Technology Development Engineer, Dätwyler Sealing Solutions International AG, Schattendorf/CH

Inhaltsverzeichnis

1. Quellen des Gummis schädigt Materialstruktur
2. PEEK – Die wichtigsten Eigenschaften
3. Vergasermembranen aus PEEK im Test

Vergasermembranen sind ein Bestandteil gewisser Zweitaktmotoren, die in vielen gängigen mobilen motorisierten Arbeitsgeräten – zum Beispiel Rasenmähern – Anwendung finden. Saisonal bedingte Standzeiten sowie teilweise aggressive Kraftstoffe stellen die Membranen vor große Herausforderungen im Bereich der Haltbarkeit. Die Dätwyler Sealing Solutions International AG aus Schattdorf in der Schweiz hat nun einen innovativen Ansatz für Design und Fertigung einer besonders widerstandsfähigen Membran aus Polyetheretherketon (PEEK) entwickelt.

Ein Blick auf die üblicherweise für Vergasermembranen verwendeten Materialien zeigt die Problematik: Eine faserverstärkte Nitrilkautschukmischung sorgt zwar für einen großen Bewegungsraum bei gleichzeitig hoher Festigkeit – allerdings ist sie sehr anfällig für Quellung. Abbildung 1 zeigt diesen Effekt: links die ursprüngliche, unbenutzte Membran, in der Mitte eine gealterte, rechts eine von Dätwyler produzierte PEEK-Membran.

Quellen des Gummis schädigt Materialstruktur

Dätwyler hat festgestellt, dass das Quellen des Gummis die Materialstruktur schädigt und so die Funktion der Membran stark beeinträchtigt. Fehlfunktionen des Motors sind die Folge. Gerade saisonale Nutzung und längere Lagerzeiten eines Geräts können diesen Effekt verstärken.

Neben der saisonalen Nutzung sind auch Betriebsmedien – wie ethanolhaltige Treibstoffe – ein schädlicher Faktor für herkömmliche Membranen. Auf dem wachstumsstarken südamerikanischen Markt etwa wird ein solcher Treibstoff zunehmend verwendet: Im Laufe des letzten Jahrhunderts stieg die Produktion von Kraftstoffethanol in Brasilien um durchschnittlich 11,8 % pro Jahr. Doch dieser Treibstoff verhält sich wesentlich aggressiver gegenüber dem Membranmaterial als der in Europa verwendete. Ethanol begünstigt zusätzlich das Quellen von Gummikomponenten, indem es die Aufnahme von Kraftstoff ins Membranmaterial beschleunigt. Sobald Sauerstoff in das Gummi eingedrungen ist, bricht dieser die Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindungen des Gummis auf. Die Folge kann ein gefährlicher Kraftstoffaustritt sein.

Neben der Haltbarkeit der Membranen sind bei der Entwicklung jedoch auch die Anforderungen der Kunden an Kosten und Wartungsfrequenz zu berücksichtigen. Trotz höherer Lebensdauer sollte eine Membran nicht wesentlich teurer in Anschaffung und Wartung sein und mit den herkömmlichen Vergasern kompatibel sein. Dätwyler hat nun mit der PEEK-Membran eine Antwort auf all diese Herausforderungen entwickelt.

PEEK – Die wichtigsten Eigenschaften

PEEK steht für Polyetheretheretherketon, ein aromatisches Polyetherketon, das eine gute Chemikalien- und UV-Beständigkeit aufweist, schwer entflammbar ist und im Vergleich zu anderen Thermoplasten eine sehr geringe Rauchentwicklung zeigt. Wird PEEK verstärkt, ist es ähnlich stabil wie Leichtmetall. Auch bei hohen Dauergebrauchstemperaturen von etwa 250 °C kann PEEK mit hoher Kriechfestigkeit, sehr guten dauerhaften Gleiteigenschaften und thermischer Beständigkeit überzeugen. Darüber hinaus ist PEEK biokompatibel.

Aufgrund seiner Eigenschaften in Bezug auf Entflammbarkeit und Rauchentwicklung wird PEEK beispielsweise in der Luftfahrt eingesetzt; seine Biokompatibilität macht es in der Medizintechnik zum beliebten Werkstoff. Weitere Anwendungsgebiete sind Warmwasserautomaten, chemische Apparate, elektronische Komponenten, thermische Abschirmung, Rohre, Kabelisolierungen, Dichtungen sowie diverse Vorrichtungen in der Automobilindustrie. Laut Herstellern von PEEK-Folien zeigt Polyetheretherketon keine Wechselwirkung mit Ethanol, konventionellem Benzin oder Motoröl und ist daher für den Einsatz in diesen Umgebungen geeignet.

Für das benötigte Membran-Material entwickelte Dätwyler eine spezifische Fertigungstechnologie, mit der dünne, hochentwickelte thermoplastische Werkstoffe sehr schnell und präzise verarbeitet werden können. Diese Technologie verhindert zudem eine Degradierung der Materialeigenschaften.

Vergasermembranen aus PEEK im Test

In der Entwicklungsphase der PEEK-Membranen für Vergaser hat Dätwyler gemeinsam mit FEV, einem renommierten Hersteller und Entwickler von Verbrennungsmotoren, diverse Vergleichstests zwischen konventionellen und PEEK-Membranen durchgeführt. Diese Tests erfolgten mit den Werkseinstellungen des Vergasers – lediglich die originale Membran wurde durch eine PEEK-Membran ersetzt. In dem Programm wurden die Materialien unter folgenden Bedingungen getestet:

  • Kaltstart,
  • Warmstart bei zwei verschiedenen Temperaturen,
  • Heißstart und
  • Volllast (Höchstdrehzahl des Motors).

Dabei zeigte sich, dass die PEEK-Membranen über alle Testbereiche einen vollwertigen Ersatz für herkömmliche Kautschukmembranen darstellten und mindestens gleichwertige Ergebnisse erzielen konnten. Dätwyler hat sowohl auf den Herstellungsprozess als auch auf das Membrandesign ein Patent angemeldet.

Bevor eine abschließende Beurteilung über die PEEK-Membran möglich ist, müssen noch weitere Tests durchgeführt werden, insbesondere Belastungstests im praktischen Einsatz. Diese Tests können Kunden selbstständig durchführen oder in Abstimmung mit dem Hersteller als Partner. mc

https://sealing.datwyler.com

Details zu den Automotive-Branchenlösungen im Bereich Fuel & Powertrain des Anbieters
http://hier.pro/gZKnw

Kontakt:

Dätwyler Sealing Solutions International AG
Militärstrasse 7
6467 Schattdorf/CH
sealingsolutions@datwyler.com

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