Spezielle Dichtungslösungen für steigende Anforderungen im Automobilbau

Bio kann kommen

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Der Anforderungskatalog an die Automobilhersteller wird immer mehr um umwelttechnische Aufgaben erweitert. Um dieser Entwicklung gerecht zu werden, müssen bei der Neuentwicklung von Motoren mögliche Potenziale zur Reduzierung des Verbrauchs, der Emissionen oder zur Nutzung von nachwachsenden Rohstoffen ausgeschöpft werden. Durch sogenannte fokussierte Entwicklung in „Centers of Excellence“ gelingt es diesem Hersteller, seinem Kunden für eine bestimmte Anforderung Problemlösungen und Prototypen zeitnah zur Verfügung zu stellen.

In der Automobilindustrie spielt neben der CO2-Problematik die Nutzung von Kraftstoffen aus nachwachsenden Rohstoffen eine große Rolle. In Deutschland werden mittlerweile 5 % „CO2-neutrale Bio-Kraftstoffe“ dem normalen Kraftstoff beigemischt. Diese technischen Herausforderungen stellen Anforderungen an die Dichtungshersteller, ihren Entwicklungsbeitrag in enger Zusammenarbeit mit den Kunden zu leisten. SKF Sealing Solutions unterstützt seine Kunden hierbei mit einem Know-How, welches sie sich in 130 Jahren erarbeitet hat. Nachfolgende Beispiele zeigen, dass auch in hochvolumigen Industriebereichen kundenspezifische Lösungen schnell angeboten werden können.

Hochdruck-Ventilschaftdichtung in modernen Motoren
Ventilschaftdichtungen werden im Motor eingesetzt, um übermäßigen Öldurchtritt vom Ventiltrieb in den Verbrennungsraum zu vermeiden. Dabei übernimmt die Ventilschaftdichtung jedoch mehr als nur eine reine Dichtungsaufgabe, denn sie muss in allen Betriebszuständen eines Motors eine konstant geringe Ölmenge dosieren, um die Schmierung der Ventile sicherzustellen.
Die steigende Leistungsdichte heutiger Motoren ist mit höheren Lade- und Abgasgegendrücken verbunden, aber auch die Optimierung von Motorbremssystemen in Lkw-Motoren hat eine kontinuierliche Druckerhöhung in Einlass- und Auslasskanälen zur Folge. Dieser Druck liegt direkt an der Ventilschaftdichtung an und muss bei der Auslegung berücksichtigt werden. Für Gasdrücke in begrenzter Höhe werden Dichtungen mit Gegendruck-Dichtlippen eingesetzt. Die Hochdruck-Ventilschaftdichtung arbeitet auch bei Drücken bis zu 12 bar noch zuverlässig. Dies wird durch eine optimierte Lippenkonstruktion und eine neugestaltete Metallarmierung erreicht, die den Gasdruck auch bei solch hohem Druck sicher vom Funktionsbereich der Öldichtung isolieren. In einer Finite-Elemente-Simulation können die Designvarianten gegenübergestellt werden, um das Verhalten der Dichtungen bei Druckbeaufschlagung miteinander vergleichen zu können. Während bei einer herkömmlichen Hochdruck-Ventilschaftdichtung das Öffnen der Dichtlippe bei etwa 6,5 bar und der Gegendruck-Dichtlippe bei etwa 9,6 bar zu erwarten ist, kann mit der neuen SKF Hochdruck-Ventilschaftdichtung auch noch bei 12 bar sicher abgedichtet werden.
Die Dichtung stellt somit eine zuverlässige optimale Schmierung des Ventilschafts auch bei höchsten Drücken im Motor sicher und kann zur Verringerung der Blow-by-Gase beitragen. Damit bietet sich dem Kunden das Potenzial zur Reduzierung der Schadstoffemissionen des Motors und eine Minimierung des Aufwandes für das Ölabscheidesystem.
Dichtung für Bio-Diesel-Kraftstoffpumpen
In heutigen Kraftstoffpumpen werden meist Radial-Wellendichtringe aus NBR-Werkstoffen eingesetzt. Für den sogenannten Bio-Diesel sind diese Werkstoffe allerdings nur bedingt oder nicht geeignet. Daher unterstützt SKF seine Kunden mit auf die jeweiligen Betriebsbedingungen abgestimmten Design-/Werkstoff-Kombinationen. Bei einem anwendungsoptimierten Radial-Wellendichtring (Bild 4), der sich im Serieneinsatz befindet, besteht die Dichtlippe aus einem mineralisch gefüllten und glasfaserverstärktem PTFE-Werkstoff. Zur Unterstützung der Dichtwirkung sind zwei umlaufende Nuten in der Kontaktfläche der Dichtlippe eingebracht, die eine drehrichtungsunabhängige sichere Funktion gewährleisten. Der Außenmantel des Radial-Wellendichtringes ist aus einem Fluorpolymer gefertigt, der gegen den eingesetzten Bio-Kraftstoff beständig ist. Der Radial-Wellendichtring wurde beim Kunden umfangreichen Tests unterworfen und für folgende Parameter freigegeben:
  • Druckdifferenzen bis zu 1,2 bar
  • Temperaturbereich –40° bis +60 °C
  • geeignet für den Einsatz bei Diesel und Bio-Diesel
  • geeignet für beide Drehrichtungen.
Der Radial-Wellendichtring wird im Bereich der PTFE-Auflage mit dem eigens entwickelten „Air-Block“-Werkstoff versehen. Hierbei handelt es sich um ein zusätzliches Dichtmittel, das dem Kunden einen Drucktest zur Produktionsüberwachung seiner Einspritzpumpe nach der Montage erlaubt.
Kleiner Einbauraum und geringe Montagekräfte
Die Qualität der Zusammenarbeit zwischen Hersteller und Anwender zeigt sich besonders in Fällen, in denen eine Aufgabe, die mit Standardprodukten nicht zu lösen ist, gemeinsam bearbeitet wird, wobei der Projektzeitplan zu einem großen Problem werden kann. Um hierfür zeitnah Lösungen zu finden, hat SKF sogenannte Centers of Excellence (CoE) installiert. Die CoE sind global organisierte Teams, die ihren Kunden vor Ort zur Verfügung stehen. In Zusammenarbeit mit einer global organisierten Prozessentwicklung lässt sich in Abhängigkeit von Design, Werkstoff und der erforderlichen Stückzahl schnell das richtige Produktionswerk ermitteln. Auf diese Weise kann auf Dichtungsprobleme schnell mit maßgeschneiderten Systemlösungen reagiert werden.
Bei einer kundenspezifischen Problemlösung wurde ein maßgeschneiderter Radial-Wellendichtring aus Fluorpolymer auf spezielle Betriebsbedingungen abgestimmt. Er kann beispielsweise einer Druckdifferenz von mehr als 1 bar standhalten und lässt sich ohne großen Kraftaufwand montieren. Normalerweise werden bei geringem Platzbedarf entweder Radial-Wellendichtringe ohne zugfederbelastete Dichtlippe oder Dichtringe mit metallischem Außenmantel angeboten. Die Betriebsbedingungen erforderten jedoch eine zugfederbelastete Dichtlippe. Ein metallischer Außenmantel kam ebenfalls nicht infrage, da das aufnehmende dünnwandige Gehäuse nicht den erforderlichen Einpresskräften hätte standhalten können. Die Kenntnis vom vollständigen Anforderungsprofil versetzte den Dichtungsspezialisten in die Lage, eine bedarfsgerechte Problemlösung anzubieten, die durch Tests bereits nachgewiesen werden konnte. Bereits zehn Tage nach Anfrage konnte das SKF-Konzept vorgestellt werden. Nur drei Wochen später wurden die Erstmuster für Tests ausgeliefert.
SKF; Telefon: 09721/56-3339;

Interview mit Tom Johnstone, Präsident und CEO, SKF Group Göteborg

AK: Was tut SKF für die Automobil- industrie?
Johnston: Der Automobilbereich innerhalb der SKF-Gruppe unfasst etwa 16 Prozent, dazu zählen der Auto-, Nutzfahrzeug- und Nachrüstbereich. Wir entwickeln ständig neue Lösungen und Produkte, die zur Reduzierung des Energie- und Kraftstoffverbrauches in Fahrzeugen beitragen. Diese Produkte bringen wir über die großen Hersteller in Europa auf den Markt. Einen weiteren Fokus setzen wir auf Produkte, die zur Gewichts- und Geräuschreduzierung sowie zur Vibra- tionsdämpfung beitragen. Auch Papierdichtungen, Materialveränderungen oder -austausch gehören zu diesem Bereich. Deutschland ist dabei für SKF natürlich gerade im Automobilbereich ein sehr wichtiger Markt wegen der hier ansässigen großen Automobilhersteller.
AK: Mit welchen Innovationen hebt sich SKF vom Wettbewerb ab?
Johnstone: Es gibt so viele Dinge, an denen wir arbeiten. Zum Beispiel treiben wir die Entwicklungen von Federungssystemen voran . Es ist ein hart umkämpfter Markt mit einem sehr starken deutschen Mitbewerber und auch sehr starken japanischen Mitbewerbern. Wir suchen alle den entscheidenden Wettbewerbsvorteil, bringen neue Produkte heraus, bringen neue Materialien heraus. Ich denke, dass wir in einigen Bereichen momentan führend sind, aber es ist ein Markt, der sich ungeheuer schnell entwickelt – man muss ständig neu investieren, um immer vorne sein zu können. (as)
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