Kleiner Schritt, große Wirkung
Damit die CO2-Emission aus dem Straßenverkehr sinkt, müssen nicht nur Motoren, sondern auch Getriebe mit einem besseren Wirkungsgrad arbeiten. Freudenberg Sealing Technologies hat daher Dichtringe für Automatikgetriebe entwickelt, die über Mikrostrukturen selbst einen Ölfilm erzeugen, auf dem die Dichtung besonders reibungsarm gleiten kann.
Einen kleinen silberfarbenen Koffer bringt Michael Müller zu jedem Kundentermin mit. Die Kofferfächer enthalten Dichtringe in verschiedenen Größen, nicht allzu fein sortiert, denn mit scharfem Blick identifiziert Müller Materialien und Bauweisen. Er verantwortet die Entwicklung von Fluiddichtungen im Auto und kennt sein Portfolio. Besonders stolz ist er auf eine Dichtung für Automatikgetriebe, „Levitas“ genannt. Von den anderen zu unterscheiden ist sie nur, wenn man sehr genau hinsieht. Auf einer Seite enthält der Dichtring nämlich winzige Strukturen. „Es sind Taschen, die einen hauchdünnen Ölfilm erzeugen, sobald sich eine Welle, auf der diese Dichtungen montiert sind, in Bewegung setzt“, erläutert Müller. Auch wenn der Film nur 15 Tausendstel Millimeter dick ist, reicht das: Die Dichtungen gleiten auf dem Flüssigkeitsfilm, die Reibung sinkt deutlich.
192.000 Tonnen CO2-Einsparung
Wie deutlich, das hat Müller mit einem großen Hersteller von Doppelkupplungen kürzlich getestet. Je nach Motor-Betriebspunkt sank nur durch den Austausch der konventionellen Dichtungen die Reibung um 40 bis 60 Prozent. Insgesamt, das haben Experten errechnet, geht ein Viertel der gesamten Energieverluste in einem Automatikgetriebe auf die Dichtungen zurück. Ersetzt man die konventionellen Dichtringe komplett durch Levitas-Ringe, sinkt die Kohlendioxidemission eines Pkw um rund 0,8 Gramm Kohlendioxid pro Kilometer. Was wenig klingt, summiert sich schon bei einer Million Fahrzeuge auf 192.000 Tonnen über die gesamte Lebenszeit. Seit 2017 bewährt sich Levitas in einem Sportwagen einer japanischen Premiummarke bereits im Serieneinsatz. Produziert werden diese Dichtringe vor Ort vom japanischen Freudenberg-Partner NOK. Doch auch im Werk Reichelsheim stellt der Zulieferer bereits die Weichen für eine Serienfertigung. In der Fabrik im idyllischen Odenwald werden seit 2017 erstmals Getriebe-Dichtringe aus dem Material hergestellt, aus dem auch die Levitas-Ringe bestehen: „PEEK“, chemisch korrekt Polyetheretherketon. Es handelt sich dabei um einen Kunststoff, der besonders hohen Temperaturen widersteht.
Stolz präsentiert Müllers Kollege David Frank aus der Prozesstechnik die Fertigungszelle. Am Anfang des Prozesses steht ein Mischer. Drei Hauptzutaten werden hier vermengt: das als Granulat vorliegende Rohmaterial, ein Farbstoff sowie die zermahlenen Reste von Fertigungsausschuss. Beim Spritzgießen vom Kunststoff bleiben am Bauteil immer dort Angussstellen, wo der flüssige Kunststoff in die Werkzeugform eintritt. Sie werden später entfernt und dem Prozess erneut zugeführt. So sorgt Freudenberg dafür, dass weniger Abfälle entsorgt werden müssen.
Das Gemisch wird anschließend aufgeschmolzen und über einen Zylinder unter Druck in das Werkzeug eingespritzt, immer für vier Dichtringe gleichzeitig. In wenigen Sekunden härtet der Kunststoff dort wieder aus. Doch damit ist der Dichtring längst nicht fertig. Vollautomatisch werden anschließend die Angüsse abgeschnitten. Und per Roboter geht es weiter in eine automatische Qualitätskontrolle, zu der eine Vermessung per Laser gehört. Alle Teile, die diese Prüfung bestehen, kommen gemeinsam mit einem Schleifmittel in eine Trommel. Durch die Drehbewegung der Trommel schleifen sich verbliebene Grate an den Dichtringen ab. „Damit die Dichtung später einwandfrei funktioniert, ist es wichtig, dass die Oberfläche sehr glatt ist“, erläutert Frank.
Doch ein entscheidender Schritt folgt noch
Denn die Dichtringe werden offen gefertigt, mit einer schlossartigen Öffnung, welche den Ring nach der Montage um die Welle schließt. In diesem Stadium sind die Ringe leicht ovalförmig. In ihre endgültige geschlossene Form müssen sie erst noch gebracht werden. Dazu werden sie in einer weiteren Anlage von einem Zuführsystem in ein Heizrohr eingelegt und dort auf eine Temperatur erwärmt, bei der dieser Hochleistungskunststoff noch nicht schmilzt. „Beim Aufbau der Anlage konnten wir erheblich von den Erfahrungen unserer US-Kollegen profitieren“, sagt Frank. In den Vereinigten Staaten wird PEEK bereits seit fast einem Jahrzehnt bei Freudenberg verarbeitet.
Innerhalb von zwei Jahren könnten auf der Anlage auch Levitas-Dichtringe gefertigt werden. Einen festen Kundenauftrag kann Müller, der auch für die Vermarktung der innovativen Getriebedichtung verantwortlich ist, noch nicht verbuchen. Allerdings laufen immer wieder Prototypen-Versuche. „Auch wenn wir im kommenden Jahrzehnt immer mehr Elektro- und Hybridfahrzeuge auf der Straße sehen werden“, so der Fachmann, „ist es wichtig, dass wir konventionelle Benzin- und Dieselantriebe weiter verbessern.“ Ein Getriebe auf besonders reibungsarme Dichtungen umzustellen, sei relativ einfach. Lediglich die Kontaktstelle, an der die Dichtung gegen das Gehäuse gepresst wird, müsste eventuell modifiziert werden. Sie muss breit genug sein und vor allem darf die Metalloberfläche nicht zu rau ausfallen – sonst entstünde kein durchgängiger Ölfilm.
Kleine Schritte, so das Fazit von Müller, brächten oft die größten Effekte.