Reibungsreduzierende FRed®-Motorabdichtung als Beitrag zur CO2-Reduktion bei Nutzfahrzeug-Motoren

Von Joachim Reichert und Peter Schäfer, KACO GmbH + Co. KG, Heilbronn
Der mechanische Wirkungsgrad von Antriebskomponenten und somit die Vermeidung der
mechanischen Verluste rückt in den Fokus vieler Neuentwicklungen für Motoren und
Antriebsstrang. Radialwellen-Dichtringe (RWDR) verursachen insbesondere bei großen
Abmessungen, wie sie üblicherweise in Nutzfahrzeugen Anwendung finden, entsprechend
große Reibleistungen.

(industrietreff) - Der mechanische Wirkungsgrad von Antriebskomponenten und somit die Vermeidung der
mechanischen Verluste rückt in den Fokus vieler Neuentwicklungen für Motoren und
Antriebsstrang. Radialwellen-Dichtringe (RWDR) verursachen insbesondere bei großen
Abmessungen, wie sie üblicherweise in Nutzfahrzeugen Anwendung finden, entsprechend
große Reibleistungen.
KACO hat für diese Problematik eine neue reibungsreduzierte Dichtungsgeneration mit der
Bezeichnung FRed® entwickelt. Dabei steht „F“ für Friction und „Red“ für reduced, also ein
RWDR mit reduzierter Reibung. FRed® ist ein eingetragenes KACO-Warenzeichen. Für das
Anforderungsprofil an die neue FRed®-Dichtungsgeneration zum Einsatz in Motoren und
Antriebsstrang von Nutzfahrzeugen hat KACO drei Schwerpunkte definiert:
n Optimierung des mechanischen Wirkungsgrades
n weniger Systemkosten, Bauteilgewicht und Kraftstoffverbrauch
n hohe Zuverlässigkeit und lange Lebensdauer.
Lösungsansatz FRed®
Die reibungsreduzierten FRed®-Wellendichtringe sorgen bereits in modernen Pkw-
Verbrennungsmotoren für die Reduzierung der Reibungsverluste. Das Design ist
vergleichbar mit dem der PTFE-Dichtungen, wobei die Dichtlippe nicht mehr aus einer
separaten PTFE- Scheibe besteht, sondern als sehr flexible Elastomerlippe ausgeführt
wird. Die Werkstoffpalette der Dichtlippe reicht von Polyacrylat- bis zu speziellen
Fluorkautschukmaterialien, abgestimmt auf den jeweiligen Anwendungsfall und dessen
Einsatzbedingungen. Das bereits bei PTFE-Radialwellen-Dichtringen millionenfach
bewährte Dichtlippendesign mit einer Drallspirale wird auch bei dieser neuen
Dichtungsgeneration angewandt. Zwar kann die gerichtete Drallspirale überwiegend nur in
einer Drehrichtung eingesetzt werden, das Design ist jedoch so ausgelegt, dass selbst bei
kurzzeitigem Drehrichtungswechsel – zum Beispiel bei einer Getriebeabdichtung bei

Rückwärtsfahrt – die Dichtfunktion in ausreichendem Maße gewährleistet ist. Besonders im
Motorenbereich, bei dem nach der Komplettierung des Aggregates ein sogenannter
Kalttest durchgeführt wird, führte die Gasdurchlässigkeit der PTFE-Dichtlippe zu
Fehlmessungen beziehungsweise zu einem erhöhten Aufwand. Auch dieses Problem
besteht bei einer FRed®-Dichtlippe nicht mehr.
FRed® reduziert die Reibungsverluste bei modernen Nfz-Anwendungen
Als Folge der hochflexiblen Dichtlippe reduzieren sich die Reibmomentwerte und damit die
Reibungsverluste im Vergleich zu den konventionellen Lösungen um mehr als 50 Prozent.
Erste Erprobungen eines FRed®-Radialwellen-Dichtringes zur Abdichtung der vorderen
Kurbelwelle eines Nfz-Motors im NEFZ-Prüfzyklus (Neuer Europäischer Fahr-Zyklus) waren
hinsichtlich der Verbrauchseffizienz sehr erfolgreich. Hatte der momentan eingesetzte
PTFE- Radialwellendichtring eine über einen NEFZ-Prüfzyklus ermittelte Reibleistung von
160 Watt, so betrug der Wert der FRed®-Dichtung etwa 70 Watt. Die im Prüfzyklus
ermittelte CO2-Emission des PTFE-RWDR betrug 3,0 Gramm pro Kilometer. Die
reibungsreduzierende Variante erzeugt eine Emission von lediglich 1,3 Gramm pro
Kilometer. Dies würde eine Emissionsreduktion von 1,7 Gramm pro Kilometer nur durch die
Optimierung dieser einen Dichtstelle ergeben.
FRed® meistert auch schwierige Einbaubedingungen
Die sehr geringe Reibung bringt nicht nur Vorteile beim Kraftstoffverbrauch – der
Verschleiß der Dichtlippe sowie der Einlauf der Welle werden auf ein Minimum reduziert.
Damit besteht die Möglichkeit, auf ein Härten, beziehungsweise eine
Oberflächenbehandlung, der Wellenlauffläche zu verzichten. Aufgrund der – verglichen mit
PTFE-Radialwellen-Dichtringen – extrem flexiblen Dichtlippe ist die FRed®-Dichtung auch
für schwierige Einbaubedingungen geeignet, beispielsweise eine größere Auslenkung der
Welle zur Gehäusebohrung, eine größere Rundlaufabweichung der Welle oder eine
größere Schiefstellung des Radialwellen-Dichtringes. In einem aktuellen Anwendungsfall
wurden im statischen Zustand Konzentrizität von größer als 3,0 Millimeter, im dynamischen
Zustand von etwa 1,0 Millimeter, bei einer gleichzeitigen Rundlaufabweichung der Welle
bis 0,4 Millimeter und einer Gleitgeschwindigkeit von größer 40 Meter pro Sekunde sicher
abgedichtet. Diese Möglichkeit der Toleranzaufweitung kann insbesondere bei den
großvolumigen Bauteilen des Kurbeltriebs in Nutzfahrzeugmotoren zu interessanten
Kosteneinsparungen führen.
Weiteres Potenzial zur Systemoptimierung
Ein weiterer Beitrag zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs und der CO2-Emission wird
durch Gewichtsreduzierung von Bauteilen erreicht. In vielen Anwendungsfällen werden
unter anderem an der vorderen Kurbelwellenabdichtung Aluminiumflansche als Träger des
RWDR eingesetzt. Eine Verschlankung dieses Flansches zu einem entsprechend
umgeformten Blechbauteil mit direkt angebundener FRed®-Dichtlippe reduziert das
Bauteil- gewicht deutlich. Als zusätzlicher positiver Nebeneffekt entfällt der
Montagevorgang des RWDR in den Flansch und damit auch ein potenzieller Leckagepfad.
Wird auf der dem Motorblock zugewandten Flanschseite eine Dichtraupe aufgetragen, so
entfällt auch hier beim Kunden ein Prozessschritt bei der Mon- tage des Flansches. Als
Nebeneffekt des sehr geringen Reib- wertes reduziert sich die Dichtlippentemperatur im
Vergleich zu konventionellen Elastomer-Ausführungen oder PTFE-Radi-
alwellendichtringen. Dies wiederum minimiert die Ölkohlebildung. Bei Pkw-
Motorabdichtungen ist ein deutlicher Trend erkennbar, Dichtungen mit PTFE-Dichtlippe auf
das moderne FRed®- Design in Verbindung mit der Integration in einen Blechflansch
umzustellen. Ein viel größeres Einsparpotenzial bezüglich Reibung und Gewicht ist bei der
Abdichtung von Nfz-Motoren und Antriebsstrang erkennbar.
Marktetablierung
Das hier betrachtete FRed®-Dichtsystem hat vergleichbare Herstellkosten wie sein
Vorgänger, bietet jedoch bei geschickter Systemintegration attraktive Kostenvor- teile, wie
auch Vorteile bei den Prozess- kosten in puncto Montage und prozess- begleitender
Prüfung. Die mit der EU6-Abgasnorm einhergehende neue Motorengeneration für Nfz
bietet sich an, anspruchsvolle Anforderungen zur Schadstoffvermeidung mit einer
nachhaltigen Rendite durch Reduzierung der Kraftstoffkosten zu kombinieren. Mit
frühzeitiger Beteiligung des Dichtungsherstellers bei den anstehen- den
Entwicklungsaufgaben kann FRed® helfen, diese Herausforderungen zu bewältigen.

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Datum: 19.09.2009 - 00:13 Uhr
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