Spezialdichtungen Sichere E-Mobilität mit polymeren Hochleistungsdichtungen

Redakteur: Peter Königsreuther

Zwei Rotationsdichtungen hat Trelleborg Sealing Solutions jetzt im Programm, die durch ihre speziellen Eigenschaften, zukünftige E-Autos auch bei Highspeed in Bewegung halten.

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Trelleborg Sealing Solutions präsentiert mit den Polymerprodukten Hispin PDR RT (ein PTFE-Metall-Mix) und Hispin HS40 (ein Fluorelastomer) zwei neue Rotationsdichtungs-Typen, die der nächsten Generation von Elektroautomobilen sicheren Schub verleihen sollen.
Trelleborg Sealing Solutions präsentiert mit den Polymerprodukten Hispin PDR RT (ein PTFE-Metall-Mix) und Hispin HS40 (ein Fluorelastomer) zwei neue Rotationsdichtungs-Typen, die der nächsten Generation von Elektroautomobilen sicheren Schub verleihen sollen.
(Bild: Trelleborg Sealing)

Der Elektromotor im Auto verändert momentan, bedingt durch hohe Drehzahlen, sensiblere Elektronik und die Schmierung durch Automatikgetriebeöle, das für Rotationsdichtungen bisher geltende Eigenschaftsspektrum, sagt Trelleborg Sealing Solutions. Trelleborg bringt deshalb mit Hispin PDR RT und Hispin HS40 zwei Dichtungstypen an den Start, die, wie es heißt, speziell für den Einsatz in der Elektromobilität entwickelt wurden. Der Dichtungsspezialist erfülle damit die hohen Anforderungen, die moderne Elektromotoren an Produkte dieser heute Art stellten. Die Herausforderungen, die sich bei hohen Rotationsgeschwindigkeiten ergeben, meistert das Hispin-Duo laut Trelleborg sehr gut, wodurch sich nicht zuletzt die Reichweite von Elektrofahrzeugen maximiert, sondern auch die wirtschaftliche Massenfertigung von E-Mobilen unterstützt werde.

Weil der E-Motor schneller umläuft...

Eine wichtige Technologie, heißt es, die die Reichweite von Elektroautos erhöht, ist die sogenannte E-Achse: eine Kombination aus Elektromotor und Getriebe, die in einen herkömmlichen Motorraum passt. Der Motor ist dabei direkt mit dem Getriebe gekoppelt. Die besondere Anforderung bestehe darin, dass die Dichtung zwischen den beiden Komponenten das Schmiermittel des Getriebes aus dem trockenen Motorraum fernhalten müsse. Deshalb, so Trelleborg, werden zwischen diesen beiden Komponenten zuverlässig funktionierende Dichtungen benötigt. „Weil Elektromotoren bei hohen Geschwindigkeiten am effizientesten arbeiten, unterscheiden sich die Dichtungsanforderungen stark von denen, die ein Getriebeeingang an einem Fahrzeug mit Verbrennungsmotor stellt“, erklärt Paul Taylor, Product Line Director bei Trelleborg Sealing Solutions.

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Dichten bei optimaler Umfangsgeschwindigkeit von E-Motoren

Benzinmotoren laufen normalerweise bei 2000 bis 4000 min-1. Elektroantriebe hingegen bringen es auf 15.000 bis 16.000 min-1 – in Zukunft wird sich diese Zahl voraussichtlich verdoppeln, merkt Trelleborg an. Das Limit der Umfangsgeschwindigkeit für herkömmliche Dichtungen in der E-Achse heutiger Elektrofahrzeuge liegt bei 30 m/s. Die theoretische optimale Umfangsgeschwindigkeit der E-Achse sollte über 60 m/s betragen, um deren Wirkungsgrad zu maximieren. Eine Geschwindigkeit, die derzeit nur mit sehr aufwendigen und teuren Konstruktionen erreicht werden könne. Taylor:„Unser Hispin HS40 läuft bis zu einer Relativgeschwindigkeit von 40 m/s, der PDR RT erreicht sogar 60 m/s.“

Erfolgreicher Team-Kampf gegen den Dichtungsverschleiß

Im elektrischen Antriebssystem ist meist nur wenig Schmiermittel vorhanden, sagt Taylor. Das wirkt sich negativ auf die Dichtungen aus: Rotationsdichtungen werden nach Ruhephasen hohen Reibungskräften ausgesetzt, was zu Verschleiß, damit zu einer kürzeren Lebensdauer, Leistungsverlust sowie zu Einbußen bei der Reichweite des Fahrzeugs führen kann. Der Einsatz unterschiedlicher Schmiermittel im Elektroantrieb sei außerdem kritisch, weil nicht alle Dichtungsmaterialien mit den eingesetzten Mitteln chemisch kompatibel seien – etwa wenn wasserbasierte, dielektrische Schmiermittel oder solche mit geringerer Viskosität ins Spiel kommen. „Für die Entwicklung einsatzfähiger E-Mobility-Dichtungen haben wir bei Trelleborg ein agiles Expertenteam zusammengestellt. Die Entwicklung dauerte nur acht Monate – von der Zusammenstellung des Projektteams bis zur ersten Verfügbarkeit der Dichtungen für unseren Kunden“,betont Colin Macqueen, Leiter des Entwicklungsprogramms HiSpin. Tests haben laut Trellborg bewiesen, dass beide Dichtungen trotz der anspruchsvollen Bedingungen keine Leckagen zeigen. Die Hispin-Variante PDR RT zeigt sogar eine um 75 % geringere Reibung im Vergleich zur Standard-PDR-Dichtung und ist definitiv noch bei 60 m/s funktionstüchtig, resümiert Macqueen. Abhängig von den Betriebsparametern des elektrischen Antriebssystems und den speziellen Kundenanforderungen, eigne sich eine Hispin-Variante für ein bestimmtes System besser als die andere.

Auch im Trockenlauf dicht an der Welle

Die Hispin-PDR-RT-Dichtung besteht aus zwei Teilen: einem präzisionsgefertigten Metallgehäuse und einem mechanisch eingepassten Turcon-Polytetrafluorethylen-Dichtelement (PTFE). Die Dichtung arbeitet mit einer maßgeschneiderten Lippe, deren verbesserte Eigenschaften eine höhere Leistung garantiert, so Trelleborg. Sie sei so konzipiert, dass sie sich ideal an die Welle anlege. Außer ihrer Funktionsfähigkeit bei Geschwindigkeiten von über 60 m/s hält die Dichtung deshalb auch starken Temperaturschwankungen stand, heißt es. Sie wird außerdem als druck- und chemikalienresistent beschrieben, was durch ihre geringen Reibungswerte auch einen Trockenlauf möglich macht. Über einen jüngst eingeführten Rapid-Prototype-Service könnten Kunden nun Prototypen der Dichtung auch einfacher bestellen. Auch eine leitfähige Ausführung auf PTFE-Basis ist verfügbar.

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FEM-Berechnungen optimieren statische und dynamische Dichtheit

Die Type Hispin HS40 wiederum gehört zu einem Produkttypen, mit dem Automobilhersteller bereits vertraut sind, so Trelleborg. Mit einer bidirektionalen, hydrodynamisch reagierenden Dichtlippe baue diese Variante auch bei hohen Geschwindigkeiten ein relativ geringes Reibungsmoment auf. Die Geometrie der Gummilippe und das flexible Design sind das Ergebnis umfangreicher FEM-Studien (Finite Elemente Methode). Sie brachten die Erkenntnisse, um den optimalen Kontakt zwischen Lippe und Welle herzustellen, wodurch eine maximale statische und dynamische Dichtleistung resultiere. Sie widersteht bis zu einer Geschwindigkeit von 40 m/s und ist laut Trelleborg auch leicht montierbar.

Spezielle FKM-Rezepturen aus der Trelleborg-„Küche“

Die Dichtung stellt Trelleborg mithilfe hauseigener, peroxidvernetzter XLT-Fluorkautschuk-Mischungen her (allgemein nach DIN ISO 1629 FKM, früher auch FPM), die, wie gesagt, hohen Geschwindigkeiten und großen Temperaturschwankungen standhalten. Sie ist mit zunehmend aggressiven synthetischen Automatikgetriebeölen (ATF) kompatibel und wird mittels eines bewährten Massenfertigungsprozesses hergestellt. MM

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