02.11.2015

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Solvay: Nockenwellenrad für Kfz-Vollkunststoff-Motorprojekt

Solvay Specialty Polymers hat kürzlich bekanntgegeben, dass sein "Torlon" Polyamidimid (PAI) im "Polimotor-2"-Projekt zur Fertigung von Nockenwellenräder gewählt wurde, bei denen der Kunststoff die herkömmliche Metallkonstruktion substituiert. Solvay ist Hauptmaterialsponsor des Projekts, das unter Leitung des Kfz-Innovators Matti Holtzberg das Ziel verfolgt, für ein Rennen im Jahr 2016 den Vollkunststoffmotor der nächsten Generation zu bauen.

"Torlon PAI von Solvay hat schon eine entscheidende Rolle beim Erfolg unseres ersten ‚Polimotors‘ in den frühen 1980ern gespielt, und der Materialhersteller hat die Bandbreite, Leistungsfähigkeit und Viel­seitigkeit seiner Polymertechnologie seither konsequent erweitert", sagt Holtzberg, Präsident von Composite Castings, LLC, mit Sitz in West Palm Beach, Florida. "Der kontinuierliche Fortschritt bei Solvay bot uns die Möglichkeit, den Innovationsgrad beim Polimotor 2 weiter zu steigern und mit einem carbonverstärkten Torlon PAI ein mechanisch festes, aber extrem leichtes Nockenwellenrad zu entwickeln."

Die Rohlinge wurden von Allegheny Performance Plastics, LLC spritzgegossen, die Endbearbeitung erfolgte bei Gates Corporation, einem Hersteller von Antriebsriemen und Fluidtechnikprodukten, der das Konzept einer Geradverzahnung umsetzte, die den Verschleiß reduzieren und die Drehmomentübertragung zwischen Zahnrad und Riemen optimieren soll. Im Polimotor 2 kommen zwei Nockenwellenräder mit 102 mm Durchmesser sowie ein weiteres 51-mm-Zahnrad im Ventiltriebsystem zum Einsatz.

Nockenwellenräder werden konventionell aus Sinterstahl oder Aluminium und gelegentlich auch aus phenolischen Duroplasten hergestellt. Bei den Getriebezahnrädern für Polimotor 2 fiel die Wahl auf "Torlon" 7130 PAI mit 30 % Carbonfaserverstärkung. Das aus "Torlon" 7130 PAI gefertigte Nockenwellenrad des Polimotor 2 soll gegenüber einer 1,1 kg schweren Edelstahlkonstruktion mit vergleichbaren mechanischen Eigenschaften eine Gewichtsersparnis von 75 % bewirken. Im Gegensatz zu Metallen ist "Torlon" 7130 PAI nicht wärmeleitend, was den Angaben zufolge längere Riemenstandzeiten erschließt. Hinzu kommen Ermüdungs­beständigkeit und Verschleißfestigkeit des PAI bei erhöhten Drücken und Geschwindigkeiten, was zur Geräusch- und Vibrationsdämpfung beitragen soll. Das Polymer biete außerdem umfassende Chemikalienbeständigkeit gegen typische Kfz-Medien.

"Die wohlbegründete Wahl dieses hochfesten, leichten und ermüdungsbeständigen Torlon PAI anstelle von traditionellem Sinterstahl oder Aluminium war grundlegend für unsere erfolgreiche Entwicklung eines neuen, hochmodernen Ventiltriebsystems für Polimotor 2", bestätigt Fraser Lacy, Senior Engineering Specialist bei Gates Corporation.

Ziel des Polimotor-2-Projekts ist die Entwicklung eines 4-Zylinder-Vollkunststoffmotors mit doppelter obenliegender Nockenwelle, der mit einem Gewicht zwischen 63 und 67 kg etwa 41 kg weniger wiegt als ein vergleichbarer heutiger Serienmotor. Einschließlich der aktuellen Nockenwellenräder soll das Projekt von Matti Holtzberg die Polymertechnologie von Solvay für bis zu zehn Motoranwendungen nutzen, darunter eine Wasserpumpe, eine Ölpumpe, Wasserein-/-auslässe, Drosselklappen, Einspritzdüsen und andere Hochleistungsteile. Zu den Materialien, die dafür voraussichtlich zum Einsatz kommen, zählen neben "Torlon" PAI auch "Amodel" Polyphthalamid (PPA), "KetaSpire" Polyetheretherketon (PEEK), "AvaSpire" Polyarylether­keton (PAEK), "Radel" Polyphenylsulfon (PPSU), "Ryton" Polyphenylensulfid (PPS) und "Tecnoflon" VPL-Fluor­elastomere.

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