Kunststoffe Elastomerlösungen für kritische Blow-by-Gas- und Abgaskondensat-Anwendungen

Blow-by-Gase aus Verbrennungsmotoren können Schläuche, Leitungen und Dichtungen schädigen. Durch verstärkte Abgasrückführung und den Einsatz von Biokraftstoffen entstehen noch aggressivere Mischungen, daher besteht eine erhöhte Nachfrage nach Werkstoffen, die dagegen beständig sind. Viton Fluorkautschuk und Vamac Ethylen-Acrylat-Kautschuke von DuPont Performance Elastomers können diese Anforderungen erfüllen.

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In Verbrennungsmotoren auftretende Blow-by-Gase und Abgaskondensate sind ein wichtiges Thema für Kfz-Hersteller ebenso wie für Gesetzgeber, die sich mit Emissionen beschäftigen. Unter Blow-By versteht man komplexe Mixturen aus Öl, Abgas, unverbranntem Kraftstoff und Wasser, die an den Kolbenringen vorbei in das Kurbelwellengehäuse gedrückt werden.

Die aggressiven Kohlenwasserstoffe, Kohlendioxid und Wasser können, wenn sie in entsprechend hoher Konzentration vorliegen, korrosive Säuren bilden. Diese Säuren können nun ihrerseits den Motor und vor allem Dichtungen, Schläuche und Leitungen im Motor beschädigen.

Müssen die Blow-by-Gase abgeleitet werden?

Um zu verhindern, dass der Druck im Kurbelwellengehäuse unzulässig ansteigt und Öl aus dem Motor gedrückt wird, müssen die Blow-by-Gase abgeleitet werden. Zunächst wurden diese Gase einfach mittels eines Schlauchs in die Umgebungsluft abgeführt. Aber schon 1958 wurde festgestellt, dass die Abführung der Blow-by-Gase in die Umgebung für rund 50 % der von einem Kraftfahrzeug stammenden Kohlenwasserstoffemissionen verantwortlich ist.

Die in den 60er Jahren eingeführte geschlossene Kurbelgehäuseentlüftung (Bild 1) schaffte hier Abhilfe. Dabei werden die Blow-by-Gase über Schläuche und ein Steuerventil wieder in den Ansaugtrakt des Motors zurückgeführt, und von dort aus gelangen sie dann erneut in den Brennraum.

Auf diese Art und Weise konnte zwar eine der Hauptquellen für die Kohlenwasser-stoffemission eliminiert werden, das Problem der Beschädigung von Elastomerteilen wie Schläuchen, Dichtungen und O-Ringen durch aggressive Medien im Motorraum, vor allem im Dauerbetrieb, wurde aber aufgrund des höheren Blow-By-Anteils verstärkt. Vor allem Leitungen oder verstärkte Schläuche aus Epichlorhydrinkautschuk (ECO), chloriertem Polyethylen (CPE) und Chloroprenkautschuk (CR) können im Dauerkontakt mit diesen Gasen quellen oder zerstört werden.

Dichtungen aus chlorhaltigen Elastomeren werden ebenso beschädigt und ihre Dichtwirkung lässt nach. So können Blow-by-Gase über das gesetzlich zulässige Maß hinaus in die Umgebung gelangen. Dieser Effekt wird in den kommenden Jahren durch erhöhte Abgasrückführung verstärkt werden.

Neue Herausforderungen durch Biokraftstoffe

Auf Grund von Bestrebungen, die Abhängigkeit von Erdöl zu verringern, und aus Umweltschutzgründen steigt die Produktion von Biokraftstoffen stetig an. So sieht eine aktuelle EU-Verordnung vor, dass der Anteil an Biokraftstoffen in allen Otto- und Dieselkraftstoffen bis zum Jahr 2010 auf 5,75 % angehoben wird. Das US-amerikanische Energieministerium will die Produktion von Biokraftstoffen von ca. 12 Mt im Jahr 2005 auf bis zu 22,5 Mt im Jahr 2012 erhöhen.

Daher wird auch der Anteil an Biokraftstoffen in Blow-by-Gasen zunehmen. Biokraftstoffe sind jedoch gegenüber Kautschuk und Elastomeren sehr aggressiv und bedeuten eine neue Herausforderung für die langfristige Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit lebenswichtiger Motordichtungen und -schläuche. Viton Fluorelastomere und Vamac Ethylen-Acrylat-Kautschuke (AEM) besitzen eine sehr hohe Beständigkeit auch gegenüber biokraftstoffhaltigen Blow-by-Gasen.

Strenge Prüfvorschriften

Zur Bestimmung der Beständigkeit der Kunststoffe und Kautschuke gegenüber den Inhaltsstoffen von Blow-by-Gasen haben viele der großen Automobilhersteller eigene, strenge Prüfvorschriften entwickelt. Die Tests erfolgen entweder an eigens hergestellten Prüfkörpern wie Stäben oder Platten oder an fertigen Formteilen wie Schläuchen für die Kurbelgehäuseentlüftung, Verbindungs- und Einlass-Schläuchen und -Leitungen sowie Dichtungen.

Viton Fluorkautschuk und Vamac AEM erfüllen die Anforderungen der Automobilindustrie

Bei diesen Tests haben die Viton® Fluorelastomere gezeigt, dass sie in solchen aggressiven Blow-by-Gas-Umgebungen deutliche Leistungsvorteile gegenüber chlorierten Elastomeren wie ECO, CPE und CR besitzen.

Die besten Ergebnisse zeigten die ohne Metalloxide vernetzten Viton Typen GBL-S und GF-S: diese sind beständig gegen saure Kondensate bei Temperaturen von bis zu 210 °C und wiesen in den Tests keine signifikanten Eigenschaftsveränderungen oder Beschädigungen auf.

Viton GBL-S bietet Vorteile bei der Kraftstoffbeständigkeit, während der Viton GF-S eine höhere Flexibilität bei tiefen Temperaturen besitzt. Kommt es vor allem auf gute Tieftemperatureigenschaften an, können auch Viton GLT-S oder GFLT-S zum Einsatz kommen.

Schläuche zur Kurbelgehäuseentlüftung erhalten

– vor allem bei Ottomotoren – heutzutage zunehmend Auskleidungen aus Viton , denn es zeigt eine geringe Permeabilität und geringe Quellung. Kombinationen aus Viton Fluorkautschuken und Vamac AEM kommen häufig für Benzin- und Entlüftungsschläuche zum Einsatz, die mit kraftstoffhaltigen Blow-by-Gasen in Berührung kommen.

Im Vergleich mit anderen elastomeren Dichtungswerkstoffen, die in Kraftstoff-, Motor- und Antriebssystemen Verwendung finden, bieten spezielle Fluorelastomere die höchste Permeationsbeständigkeit. So können die Fluorkautschuktypen Viton GBL-S und GF-S dazu beitragen, die gesetzlichen Vorschriften zur Emission von Kraftfahrzeugen einzuhalten. Sie sind daher ein Material der Wahl für Saugrohr- und Motoröl-Dichtungen sowie Dichtungen des Kraftstoffsystems.

Zunehmend Verbreitung bei Schläuchen und Leitungen

Auf Grund der sehr guten Beständigkeit von Vamac Ethylen-Acrylat-Kautschuken (AEM) gegenüber Säuren in Blow-by- und Abgaskondensaten findet der Werkstoff zunehmend Verbreitung bei Schläuchen und Leitungen für die Kurbelgehäuseentlüftung, Motordichtungen sowie Unterdruckschläuchen. Vamac besitzt zudem eine gute Öl- und Temperaturbeständigkeit und ist daher eine hitzebeständigere Alternative zu ECO, CPE und CR.

Vamac erfüllt die strengen Anforderungen verschiedener großer Automobilhersteller in Europa und den USA. Zu Testzwecken wurden verschiedene Werkstoffe über eine definierte Zeit Blow-by-Gasen sowie Säurekondensatlösungen ausgesetzt. Die Bilder 2 und 3 vergleichen die Ergebnisse für ECO, Vamac G und GLS in einer für Blow-by-Gase typischen Zusammensetzung aus Methanol, Ethanol, Salz-, Salpeter- und Schwefelsäure und destilliertem Wasser. Im Vergleich mit ECO zeigte Vamac deutliche Vorteile in Bezug auf die Volumenquellung und die Restbruchdehnung.

Kundenanforderungen noch besser erfüllen

Seit dem 1. Januar 2008 vermarktet DuPont Performance Elastomers Viton und Vamac unter dem gemeinsamen Dach der ,V Solutions‘, um so Kundenanforderungen noch besser erfüllen zu können. So bietet das Unternehmen seinen Kunden ein erweitertes Portfolio an Lösungen sowie gesteigerte Flexibilität und Effizienz bei der Materialauswahl und der Entwicklung neuer Dichtungs- und Schlauchanwendungen.

Dichtungen und Leitungen aus Viton und Vamac bewähren sich in Gegenwart aggressiver Medien, auch bei erhöhten Temperaturen, so beispielsweise in Automobilanwendungen, wo immer strengere Regularien zur Emissionsminderung steigende Anforderungen an die Leistungsfähigkeit von Dichtungen stellen.

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