Schläuche CO2-Kältemittel-Schlauch als Beitrag zum Umweltschutz

Mit Inkrafttreten des EU Gesetzes 2006/40/EC sind die Klimaanlagen in Pkw mit neuen Kältemitteln auszurüsten. Schon heute arbeiten Entwickler von ContiTech Fluid Technology an neuen Schläuchen, die es ermöglichen, diese Vorschriften einzuhalten. Gefordert wird ein Global Warming Potential (GWP) von weniger als 150, um die Umweltbelastung möglichst gering zu halten. Aktuell stehen vier Kältemittel im Wettbewerb: Drei auf FKW basierende Blends und das natürliche Kältemittel CO2 – Conti-Tech hat für alle eine Lösung.

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Beginnend mit dem Jahr 2011 wird in der Europäischen Union das Kältemittel R134a aufgrund des hohen Treibhauspotenzials mit einem GWP-Wert von 1300 in Pkw-Klimaanlagen verboten. Alternative Kältemittel sind FKW Blends, also Gemische, die auf Fluor-Kohlenwasserstoff basieren. Sie haben einen GWP-Wert zwischen 149 und 10. Die wertigste Alternative ist CO2, auch bekannt als Kältemittel R744, da es als natürliches Kältemittel die beste Ökobilanz vorweist und einen GWP von 1 hat.

„Die Dichtheit der Klimaanlagen gewinnt stark an Bedeutung“, sagt Mike Eismann, Leiter Forschung & Entwicklung Klimaleitungen bei ContiTech Fluid Technology. Einerseits für die so genannten Blends, deren Mischungsverhältnis während der gesamten Fahrzeuglebenszeit stabil bleiben muss. Andererseits für das natürliche Kältemittel CO2, das bisher nur durch den Einsatz von Edelstahlwellrohren gehandelt werden konnte.

Für den Einsatz von CO2 hat ContiTech Fluid Technology jetzt einen Schlauch entwickelt, der ohne das bisher übliche Edelstahlwellrohr als Sperrschicht auskommt. Eine Polymer-Sperrschicht im Schlauchinneren sichert die geringe Permeation. „Dadurch ist der Schlauch deutlich flexibler als die bisherige Lösung und ermöglicht engere Biegeradien“, nennt Mike Eismann wichtige Vorteile der Lösung. Darüber hinaus hat der Sperrschicht-Elastomerschlauch deutlich bessere akustische Eigenschaften und bietet erhebliche Kostenvorteile gegenüber den Wellrohrschlauchlösungen.

Polymer-Sperrschicht im Schlauch hält CO2 wirksam zurück

Hauptschwierigkeit bei der Entwicklung war, einen Werkstoff zu finden, der das CO2 auch im überkritischen Zustand zuverlässig im Inneren hält, der bei Temperaturen und Drücken oberhalb des kritischen Punktes von 31 °C und 73 bar einsetzt und durch hohe Dichte, starke Löslichkeit in Polymeren, gutes Lösevermögen für niedermolekulare Stoffe und hohe Permeationsfähigkeit in Polymeren gekennzeichnet ist. In Klimaanlagen kann durch die Änderung des Zustandes, verbunden mit starker Dichte-Verringerung, das CO2 zur so genannten explosiven Dekompression führen und damit zur Zerstörung von Polymer-Materialien.

Gelöst wurden die Probleme durch eine Polymer-Sperrschicht, die das CO2 wirksam zurück hält, kombiniert mit einer Elastomer-Innenschicht, die beide beständig sind gegen das Kältemaschinenöl der Anlage. Im Niederdruck- sowie im Hochdruckbereich liegt die Permeationsrate des Sperrschicht-Elastomerschlauchs bei 2,5 g pro Meter und Jahr, die damit die aktuelle Kundenforderung von 15 g deutlich unterschreitet. „In beiden Bereichen können wir schon heute den Wellrohrschlauch durch den Sperrschicht-Elastomerschlauch ersetzen“, sagt Eismann. Lediglich im Heißgasbereich, wo eine Temperaturbeständigkeit bis über 180 °C gefordert ist, stellt die Neuentwicklung mit einer Temperaturbeständigkeit bis 100 °C noch keine Alternative dar.

Auch für alternative Kältemittel hält der Schlauch dicht

Versuche mit den verschiedenen alternativen Kältemitteln zeigen, dass die Polymersperrschicht die Permeation auf nahezu 0 g reduziert. Das ist nicht nur umweltfreundlich, sondern garantiert auch einen wartungsfreien Betrieb der zukünftigen Klimaanlagen. „Die Basisentwicklung ist abgeschlossen, jetzt müssen wir den Schlauch nur noch zur Großserienreife bringen“, erklärt Eismann. Ab 2011 schreibt der Gesetzgeber Kältemittel wie CO2 in Pkw-Klimaanlagen zwingend vor: „Bis dahin“, so Eismann, „ist auch der Großserieneinsatz möglich“.

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