Saugrohr aus Zytel® HTN widersteht über 200 °C Betriebstemperatur im Audi V8-Turbodiesel

Die besonders hohen Anforderungen an die thermische Beständigkeit des verwendeten Kunststoffs ergeben sich aus der gesteigerten Umweltverträglichkeit des V8-Motors. Bereits die optimierte Abgasrückführung bewirkt im Saugrohr Temperaturen von mehr als 200 °C, und beim Freibrennen des Rußpartikelfilters werden sogar mehrere Minuten lang bis zu 250 °C erreicht. Solche Betriebsbedingungen erfordern den Einsatz eines thermoplastischen Kunststoffs, dessen Leistungsvermögen das Potenzial herkömmlicher Polyamide deutlich übersteigt.

Dazu Achim Rehmann, Teamleiter Saugsysteme bei MANN+HUMMEL: „Gemeinsam mit DuPont haben wir Zytel® HTN 52G35HSL für diese Anwendung ausgewählt. Dieses teilaromatische, mit 35 Gew.-% Glasfasern verstärkte, hitzestabilisierte Polyphthalamid (PPA) zeichnet sich durch einen besonders hohen Schmelzpunkt (310 °C) und eine entsprechend hohe Wärmeformbeständigkeit aus. Die Beständigkeit gegen die aggressiven Gasbestandteile, hauptsächlich schweflige Säure, entspricht dabei der des bisherigen Branchenstandards PA 66 und würde auch für den Betrieb mit Biodiesel ausreichen.“

Je ein solches Saugrohr aus Zytel® HTN versorgt eine Zylinderbank des V8- TDI-Motors mit ihren jeweils vier Zylindern, von denen jeder zwei Einlassventile hat. Entsprechend weist das Saugrohr acht Austrittsöffnungen auf. In je vier davon münden die frei durchströmten, in das Saugrohr integrierten ,Tangentialkanäle‘ (rechteckige Austrittsöffnung), die für eine optimale Verwirbelung des Kraftstoffs in der Brennkammer sorgen. Die runden Austrittsöffnungen der Schaltkanäle sind bei niedriger Leistungsanforderung von Klappen verschlossen. Steigt die Last, werden diese elektronisch gesteuert geöffnet.

Um die Herstellung dieses komplexen Saugrohrs zu vereinfachen, spritzt MANN+HUMMEL zunächst das (oben liegende) Gehäuse und den (darunter angeordneten) Zwischenflansch als separate, leicht entformbare Einheiten. Beide werden dann im Reibschweißverfahren miteinander verbunden. Dank der sehr guten Schweißbarkeit von Zytel® HTN ergeben sich dabei hoch belastbare und leckagefreie Verbindungen. Die hohe Oberflächenqualität der Spritzgussteile hilft, die Verluste in den Strömungskanälen zu minimieren. In einem separaten Arbeitsgang werden ebenfalls aus Polyamid hergestellte Lagerungen auf die zweigeteilte Schaltwelle geschoben. Nachfolgend werden die so bestückten Halbwellen mit den Schaltklappen aus Zytel® HTN umspritzt. Dabei entsteht eine formschlüssige Verbindung, die ein Verschieben und Verdrehen dieser Elemente auf der Welle ausschließt.

Umfangreiche Simulationsrechnungen waren für die Auslegung des Saugrohrs erforderlich. Dazu Rehmann: „Gemeinsam mit DuPont haben wir zum Beispiel das Verformungsverhalten unter Betriebsbedingungen berechnet. Darauf beruhend konnten wir die Konstruktion optimieren und die Dichtigkeit an der Schnittstelle zum Zylinderkopf auch unter ungünstigsten Kombinationen aus Druck, Temperatur und Motordrehzahl erhalten.“ Rehmann sieht auch weiterhin ein beachtliches Entwicklungspotenzial für den Einsatz von Zytel® HTN für Saugrohre: „Gewichts- und Kostengründe werden dazu führen, dass Aluminium-Ausführungen trotz steigender Anforderungen an die thermische Belastbarkeit zunehmend durch Kunststoff- Konstruktionen ersetzt werden. Ein Saugrohr aus Zytel® HTN bietet die entsprechenden Reserven und wiegt nur halb soviel wie ein Metallteil. Als multifunktionales Bauteil ist es dabei wesentlich kostengünstiger herzustellen, und dies bei erwiesener Zuverlässigkeit im Langzeitbetrieb.“

DuPont Engineering Polymers produziert und vertreibt Crastin® PBT und Rynite® PET thermoplastische Polyester, Delrin® Polyacetale, Hytrel® thermoplastische Polyesterelastomere, DuPont™ ETPV technische thermoplastische Vulkanisate, Minlon® mineralgefüllte Polyamide, Thermx® PCT Polycyclohexylen-Dimethylterephthalat, Tynex® Filamente, Vespel® Teile und Profile, Zenite® LCP flüssigkristalline Kunststoffe, Zytel® Polyamide und Zytel® HTN Hochleistungspolyamide. Diese Produkte werden weltweit in der Luftund Raumfahrt, im Gerätebau, in der Automobil- sowie der Elektrik- und Elektronik- Industrie, Gesundheitswesen, für Verbrauchsgüter, in der allgemeinen Industrie sowie für Sportartikel und viele andere Anwendungen eingesetzt.

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