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Apr 25, 2023

PAI-Harz wird im Nockenwellenrad verwendet

PlasticsToday-Mitarbeiter | 29. Okt. 2015 Ein Polyamidimid (PAI)-Harz von Solvay

PlasticsToday-Mitarbeiter | 29. Okt. 2015

Ein Polyamidimid (PAI)-Harz von Solvay Specialty Polymers (Alpharetta, GA) wurde als Ersatz für herkömmliches Metall bei der Herstellung eines innovativen Nockenwellenraddesigns für das Polimotor 2-Projekt verwendet. Solvay ist der Hauptmaterialsponsor für dieses mit Spannung erwartete technische Projekt, dessen Ziel die Entwicklung und Herstellung eines Vollkunststoffmotors der nächsten Generation für den Wettbewerbsrennsport im Jahr 2016 ist.

„Solvays Torlon PAI spielte eine entscheidende Rolle für den Erfolg unseres ersten Polimotor-Motors in den frühen 1980er Jahren; und die Breite, Leistung und Vielseitigkeit der Materialtechnologie des Unternehmens hat sich seitdem definitiv erweitert“, sagte Projektleiter Matti Holtzberg, der auch Präsident ist of Composite Castings (West Palm Beach, FL). „Solvays kontinuierliche Fortschritte bieten heute die Grundlage für noch größere Innovationen im Polimotor 2, wo sein mit Kohlefasern gefülltes Torlon PAI die Entwicklung eines mechanisch starken, aber extrem leichten Nockenwellenrads ermöglichte. Dies ist nur die erste von mehreren neuen bahnbrechenden Anwendungen, bei denen Solvays eingesetzt wird.“ fortschrittliche Materialtechnologie, die wir voraussichtlich in den kommenden Monaten bekannt geben werden.“

Nockenräder sind an einem Ende der Nockenwelle eines Verbrennungsmotors befestigt und tragen zusammen mit dem Zahnriemen dazu bei, die Synchronisation zwischen Nockenwelle und Kurbelwelle aufrechtzuerhalten. Obwohl sie ständig hohem Drehmoment, extremen Temperaturen und Vibrationen sowie Schmutz, Fahrzeugflüssigkeiten und Streusalz ausgesetzt sind, müssen Nockenwellenräder zuverlässig eine präzise Zeitsteuerung liefern, um eine optimale Motorleistung aufrechtzuerhalten. Wenn diese Kettenräder überhitzen, splittern, ihre Form verlieren oder unter Last nicht mehr zuverlässig funktionieren, kann von der Kurbel bis zu den Kolben schnell alles nicht mehr richtig funktionieren.

Nockenräder werden typischerweise aus gesintertem Stahl, Aluminium oder gelegentlich duroplastischen Phenolpolymeren hergestellt. Polimotor 2 entschied sich jedoch dafür, die Nockenwellenräder mit Stirnverzahnung seines Motors aus Solvays 30 Prozent kohlenstofffaserverstärktem Torlon 7130 PAI zu formen – einem Ultrahochleistungstyp, den Solvay lange nach Polimotors früherer Version in den 1980er Jahren auf den Markt brachte.

Als Materialklasse bietet Torlon PAI von Solvay die höchste Festigkeit, Steifigkeit und Ermüdungsbeständigkeit aller thermoplastischen Technologien bis zu 525 °F (275 °C). Insbesondere Torlon 7130 PAI bietet mit einer spezifischen Festigkeit von 5,4 x 105 in-lbf/lb (1,4 x 105 J/kg) und einer spezifischen Steifigkeit von 6 x 107 in-lbf/lb die optimalste Balance dieser mechanischen Eigenschaften im Portfolio. 15 106 J/kg). Im Gegensatz dazu bietet Edelstahl eine spezifische Festigkeit und Steifigkeit von 3,1 x 107 in-lbf/lb (0,8–106 J/kg) bzw. 9,7 x 107 in-lbf/lb (24–106 J/kg).

In der Praxis bedeutet dies, dass das aus Torlon 7130 PAI gefertigte Polimotor 2-Nockenkettenrad vergleichbare mechanische Eigenschaften bei einer Gewichtsreduzierung von 75 Prozent gegenüber einem ähnlich großen Nockenwellenrad aus Edelstahl mit einem Gewicht von 2,4 lb (1,1 kg) bietet.

Im Gegensatz zu Metallen leitet Torlon 7130 PAI keine Wärme und trägt so zu einer längeren Riemenlebensdauer bei. Außerdem werden mögliche Absplitterungen am Kettenrad vermieden, die bei der Verwendung von Phenolmaterialien ein Problem darstellen können, da diese spröder sind. Schließlich bietet das Hochleistungs-PAI von Solvay eine hervorragende Ermüdungsbeständigkeit und ein hervorragendes Verschleißverhalten bei erhöhten Drücken und Geschwindigkeiten, wodurch Geräusche und Vibrationen verringert werden, und bietet eine umfassende chemische Beständigkeit gegenüber Automobilflüssigkeiten.

„Die innovative Auswahl von hochfestem, leichtem und ermüdungsbeständigem Torlon PAI gegenüber herkömmlichem Sinterstahl oder Aluminium war entscheidend für unsere Fähigkeit, ein neues, hochmodernes Ventiltriebsystem für Polimotor 2 zu entwickeln“, sagte Fraser Lacy , leitender Ingenieurspezialist für Gates Corp.

Torlon PAI und andere Solvay-Hochleistungspolymere erfreuen sich einer starken Akzeptanz als Metallersatzoption in Automobilmotoren, da OEMs diese verkleinern und beschleunigen. Die fortschrittlichen Polymere von Solvay bieten eine höhere Effizienz durch Gewichtsreduzierung und ermöglichen es OEMs, strengere CAFÉ-Vorschriften (Corporate Average Fuel Economy) und strengere CO2-Emissionsstandards einzuhalten, die beide als oberste Prioritäten für die Automobilindustrie im nächsten Jahrzehnt gelten.

„Torlon PAI ist eines der leistungsstärksten Polymere im Automobilportfolio von Solvay und kann auf eine nachweisliche Erfolgsgeschichte in kommerziellen Automatikgetrieben und Doppelkupplungsgetrieben zurückblicken, wo höhere Drücke und Geschwindigkeiten Materialien mit höherer Temperatur und ausgezeichneter Festigkeit, Steifigkeit und Ermüdungsbeständigkeit erfordern.“ sagte Brian Baleno, Global Automotive Business Manager bei Solvay Specialty Polymers. „Ein bemerkenswerter Bereich ist der Metallersatz für Nadellager, bei dem Torlon® PAI sowohl Gewicht als auch Platz spart, wodurch Getriebe kleiner ausfallen können als vergleichbare Aluminiumgussteile, was zur Reduzierung der CO2-Emissionen und niedrigeren Kosten beiträgt.“

Ziel des Polimotor 2-Projekts ist die Entwicklung eines Vollkunststoff-Vierzylindermotors mit doppelter obenliegender Nockenwelle, der zwischen 63 und 67 kg wiegt, also etwa 41 kg weniger als die heutige Standardproduktion Motor. Zusätzlich zur aktuellen Nockenwellenradanwendung wird Holtzbergs bahnbrechendes Programm die fortschrittliche Polymertechnologie von Solvay nutzen, um bis zu zehn Motorteile zu entwickeln. Dazu gehören eine Wasserpumpe, eine Ölpumpe, ein Wassereinlass/-auslass, ein Drosselklappengehäuse, ein Kraftstoffverteiler und andere Hochleistungskomponenten. Die für den Einsatz vorgesehenen Solvay-Materialien umfassen Amodel-Polyphthalamid (PPA), KetaSpire-Polyetheretherketon (PEEK), AvaSpire-Polyaryletherketon (PAEK), Radel-Polyphenylsulfon (PPSU), Ryton-Polyphenylensulfid (PPS) und Tecnoflon VPL-Fluorelastomere.

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