Brennstoffzellen Ultramid überzeugt Hersteller von Brennstoffzellen-Motoren

Erfahren Sie hier, warum der US-amerikanische Brennstoffzellen-Spezialist Nuvera Fuel Cells genau auf dieses PPA der BASF setzt, um Nutzfahrzeuge umweltschonender rollen zu lassen.

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Der Hersteller von emissionsfreien Motoren für schwere Nutzfahrzeuge, Nuvera Fuel Cells, verwendet jetzt das Polyphthalamid (PPA) Ultramid Advanced N der BASF, um einige Bauteile für die neueste Generation seines 45-kW-Brennstoffzellenmotors (den E-45) im Spritzgießprozess zu fertigen. Diese Antriebaggregate sollen im Laufe der nächsten drei Jahre in Linienbussen und Lieferfahrzeugen in China eingesetzt werden, heißt es. Der E-45 kann mittlere und schwere Nutzfahrzeuge wie Busse, Lkw und Lieferwagen sowie Industrie- und Geländefahrzeuge antreiben. Für Bauteile wie Medienverteiler, Thermostatgehäuse, Rückschlagventil, Ejektoren und Abgasleitungen sei es unerlässlich, dass die Eigenschaften des eingesetzten Werkstoffs respektive Polymers über einen breiten Temperaturbereich quasi stabil bleiben.

Ultramid Advanced N3HG6 der BASF weist laut Aussage des Herstellers eine sehr gute thermische und chemische Beständigkeit und hervorragende mechanische Eigenschaften (etwa eine hohe Schlagzähigkeit) auf. Hinzu kommt eine gute Dimensionsstabilität und ein stabiles Langzeitverhalten, heißt es weiter. Einige der Bauteile, die im Kühlwasser-, Luft- oder Wasserstoffkreislauf zum Einsatz kommen, sind dabei natürlich auch verschiedenen Medien ausgesetzt. In diesem Fall sei das PPA-Compound (PA9T) durch seine chemische Beständigkeit ideal, weil es auch noch die hohen Reinheitsanforderungen für die relativ sensible Anwendung in Brennstoffzellen und elektronischen Bauteilen erfüllt, betont die BASF.

Hochleistungskunststoff hält bis zu 20.000 h in garstigem Umfeld durch

Für den E-45 stand Nuvera vor der Herausforderung, auch noch eine leichtere Alternative für verschiedene, bisher aus Aluminiumdruckguss hergestellte Bauteile und Hochtemperaturschläuche zu finden. Die Antwort heißt Hochleistungskunststoffe, welche die Fertigung von Brennstoffzellen-Motoren in der Großserienproduktion erlauben, ohne dabei Kompromisse in Sachen Leistung und Sicherheit in Kauf zu nehmen. Mit den oben genannten Eigenschaften inklusive seines guten Verschleiß- und Gleitreibverhaltens garantiere Ultramid Advanced N3HG6 die Sicherheit und Qualität der Motorteile, die Nuvera brauche. Viele Tests für die geplanten Anwendungen, dabei auch in Kontakt mit Kühlmitteln, hat der Werkstoff erfolgreich absolviert, heißt es. Übrigens übersteht er bei einer Dauereinsatztemperatur von 105 °C zwischen 10.000 bis 20.000 h in einen Mix aus Ethylenglykol, Wasser und Wasserstoff, betont die BASF. Darüber hinaus trage das PPA dazu bei, dass die Kraftstoff- und Gaspermeation sowie die Emission anderer flüchtiger Bestandteile kaum stattfänden. Das verhindert Korrosion und/oder Ablagerungen im Motorsystem, merkt die BASF an.

BASF-Expertise legt auch kritische Bauteile auf Anhieb richtig aus

„Um ihren Marktanteil zu halten und gleichzeitig die wachsenden gesetzlichen Anforderungen zu erfüllen, müssen Fahrzeughersteller ihren Kunden emissionsfreie Alternativen anbieten, die nicht nur einfach in der Haltung, Nutzung und Wartung sind, sondern auch die erforderliche Leistung bringen“, stellt Gus Block, Leiter Marketing und Regierungsbeziehungen bei Nuvera Fuel Cells, klar. Für viele kommerzielle und industrielle Fahrzeuge seien Brennstoffzellen die beste Antriebsalternative, um diese Anforderungen zu erfüllen. Mit dem PPA, dem Anwendungs-Know-how und den maßgeschneiderten technischen Services der BASF ist Nuverta gelungen, die Stückkosten im Vergleich zu den vorherigen Metallbauteilen zu senken und die Polymerkomponenten nicht zuletzt auch termingerecht marktreif werden zu lassen. „Was uns wirklich beeindruckt hat, war die Schnelligkeit und Genauigkeit, mit der die BASF-Spezialisten einige der kritischen Teile, wie die Verteilerabdeckungen, gleich beim ersten Anlauf auslegen konnte“, ist Block beeindruckt.

PPA kommt dann ins Spiel, wenn gängige Kunststoffe ihre Grenzen offenbaren

Eine der BASF-Leistungen war die Auslegung der Bauteile mit dem BASF-Simulationstool Ultrasim. Dazu gehörte unter anderem eine Füll- und Verformungssimulation für den Medienverteiler. Und nach der ersten Optimierung der Parameter, trat auch wirklich keine Leckage auf, was die Entwicklung des Verteilers erheblich beschleunigte, wie es dazu heißt. Mithilfe der Füllsimulationsfunktion konnten die BASF und Nuvera zum Beispiel auch Schweißnähte, die Dichtiheit und diverse Strukturverbesserungen diskutieren.

„Besonders bei den Dauereinsatztemperaturen im konditionierten Zustand waren gängige Kunststoffe überfordert“, ergänzt Jim Peet, Business Development Manager für PPA bei der BASF. Aber wegen der Erfahrung mit Automobilbauteilen aus Kunststoff und der CAE-Unterstützung mit dem System Ultrasim sowie dem breitgefächerten Polyphthalamid-Portfolio sei die BASF schnell in der Lage, das passende Material für die verschiedenen Brennstoffzellenteile zu finden. „So konnten wir Nuvera bei der Entwicklung dieser anspruchsvollen neuen Anwendungen mit optimierten Leistungsmerkmalen für eine der wichtigsten Antriebsenergie-Alternativen der Zukunft unterstützen“, freut sich Peet nicht ohne Stolz.

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