Zukünftig wird in Fahrzeug- klimaanlagen deutscher Automobilhersteller nur noch das besonders umweltfreundliche natürliche Kältemittel R744 eingesetzt. Speziell hierfür entwickelte Dichtungswerkstoffe decken das gesamte Anforderungsspektrum ab: geringe CO2-Permeation, einsetzbar von -40° bis +180 °C bei Drücken bis 145 bar sowie Öl- und Alterungsbeständigkeit.
Grundvoraussetzung auch modernster Klimaanlagen ist die hermetische Dichtheit der Kältemittelkreisläufe. Dies stellt höchste Anforderungen an die vielfältigen Dichtungen in Kompressor, Expansionsventil, Kondensator, Filtertrockner, Serviceventil oder Drucksensor. Neben der chemischen Zusammensetzung bisheriger und neuer Kältemittel stellen die teilweise extremen Betriebsbedingungen für die eingesetzten Elastomerdichtungen eine echte Herausforderung dar. Denn an der Dichtung entscheiden sich Funktionalität und Umwelttauglichkeit von Klimaanlagen. Freudenberg Dichtungs- und Schwingungstechnik hat für alle zurzeit in Klimaanlagen eingesetzten Kältemittel geeignete Dichtungswerkstoffe entwickelt.
Für bestehende Klimaanlagen, die mit R134a betrieben werden, wurde mit dem Werkstoff 75 EPDM 232959 eine O-Ring-Abdichtung entwickelt, die speziell auf die neuen Anforderungen nach geringeren Emissionswerten ausgerichtet ist. Durch den Einsatz dieses EPDM-Werkstoffs wird die Permeation des Kältemittels R134a durch die Dichtung um bis zu 75 % reduziert. Dieser auf höchstem Niveau permeations-minimierende Dichtungswerkstoff bietet natürlich auch für die neuen alternativen Substitutions-Kältemittel wie Fluid H oder DP 1 erhebliche Vorteile, da es sich auch hierbei um teilfluorierte Kohlenwasserstoffe handelt.
Dichtungslösungen für CO2-Klimaanlagen
R744 ist ein Abfallprodukt aus industriellen Prozessen gewonnenem CO2 und verspricht das umweltneutrale Kältemittel der Zukunft zu werden. Für Klimaanlagen bedeutet dies aber bekanntermaßen Betriebsbedingungen mit Drücken bis zu 150 bar und Temperaturen bis 180 °C. Das Kernproblem ist die starke Permeationsneigung von CO2. Alle bisher bekannten Elastomerwerkstoffe werden von CO2 so stark penetriert, dass es zu markanten Volumenänderungen der CO2-Füllmenge kommt. Bei den in Klimaanlagen üblichen, betriebsbedingten Druckänderungen verändert sich hieraus resultierend auch schlagartig die Löslichkeit in der elastomeren Dichtung. Ein Überschreiten der Löslichkeitsgrenze führt zur so genannten explosiven Dekompression. Sie lässt Dichtungen aus unbeständigen Werkstoffen Blasen werfen und erosiv aufplatzen. Dies würde zwangsläufig zum Versagen der Dichtung führen. Freudenberg hat deshalb neue, für CO2-Klimaanlagen geeignete Elastomerwerkstoffe entwickelt. Die Elastomercompounds 85 HNBR 230861 und 85 EPDM 232444 sind problemlos für R744 einsetzbar, weil sie bestens auf die drei Hauptanforderungen
- 1. Beständigkeit gegenüber explosiver Dekompression
- 2. Schmierölbeständigkeit auch unter extremer Temperaturbelastung
- 3. geringste CO2 Permeation gemäß VDA Lastkollektiv ausgelegt sind.
Beständig gegen explosive Dekompression
Aufgrund ihres optimierten Rezeptaufbaus erweisen sich sowohl 85 HNBR 230861 wie auch 85 EPDM 232444 – wie umfangreiche Testreihen zeigen – unter mehrfacher Extrembelastung als besonders beständig gegen explosive Dekompression. Im Kontakt mit diversen Schmierstoffen spielen vor allem auch die gleichzeitig auftretenden hohen Temperaturen eine signifikante Rolle. So steigt die Aggressivität der dem Schmieröl zugesetzten Additive exponentiell mit steigender Temperatur an. Tests mit dem Werkstoff 85 EPDM 232444 zeigen, dass in einem heute vielfach in der Entwicklung von Klimakompressoren eingesetzten Schmieröl auch bei Temperaturen von bis zu 220 °C eine exzellente Beständigkeit gegenüber diesem Schmieröl gegeben ist. Gelingt es konstruktiv, die Dichtung weitestgehend vor dem Kontakt mit Luftsauerstoff zu schützen, ist der Einsatz einer Dichtung aus 85 EPDM 232444 selbst in der Nähe des Kompressors vorstellbar.
In mehreren Versuchsreihen zur CO2-Permea- tion wurden die unterschiedlichen Betriebsbedingungen in Klimaanlagen auf der Hochdruckseite nach dem Kompressor, auf der Hochdruckseite nach dem Kühler und auf der Niederdruckseite zwischen Expansionsventil und Kompressor separat betrachtet. Für den Dichtungswerkstoff 85 HNBR 230861 beispielsweise ergaben sich durchweg Permeationsraten, die den Grenzwert von 0,5 g pro Jahr und Verbindungsstelle in einer realen CO2 Klimaanlage realisierbar machen. Mit diesen neu entwickelten Dichtungswerkstoffen kann also das gesamte Anforderungsspektrum an Dichtungen für CO2-Klimaanlagen mit
- Permeationsraten von 0,5 g pro Jahr und Dichtstelle,
- für den Temperaturbereich von -40 °C bis + 180 °C und
- Drücken bis 145 bar
- ohne explosive Dekompression
- ausgezeichneter Öl- und Alterungs- beständigkeit
abgedeckt werden. Aus diesen Elastomercompounds werden O-Ringe in verschiedenen Geometrien auch als Sonderformen mit oder ohne Beschichtung gefertigt. Mit solchen O-Ring-Lösungen werden das Expansions- und Serviceventil, Drucksensoren, Schraubverbindungen und Schnellkupplungen in CO2-Klimaanlagen sicher und konform zu den Dichtigkeitsanforderungen der Automobilindustrie abgedichtet.
Freudenberg; Telefon: 06201/803631
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