Ziel der Entwicklung
Resultierend aus dem verstärkten Einsatz von natürlichen Kältemitteln und von neuen reaktiveren Kältemitteln basierend auf Fluorolefinwasserstoff (HFO) sowie Kältemittel-Gemischen ergibt sich für die im Bereich der Kälte- und Klimatechnik eingesetzten Werkstoffe in den nächsten Jahren bezüglich der Vorhersage der Langzeitstabilität ein erhöhter Bedarf. Die HFO-Kältemittel besitzen eine Doppelbindung und sind daher reaktiver als bisherige fluor-basierte Kältemittel. Daten zur Beständigkeit der Werkstoffe mit den neuen Kältemitteln und entsprechenden Kältemaschinenölen, wie beispielweise die Elastomere für Dichtungen, sind kaum vorhanden beziehungsweise nicht zugänglich. Häufig wird auf Basis von tabellierten Kunststoffdaten eine Verträglichkeit beziehungsweise Beständigkeit nur abgeschätzt, da detaillierte Untersuchungen zeitaufwendig und kostenintensiv sind. Es werden daher Methoden benötigt, die den Alterungsprozess im Labor beschleunigt nachstellen. Die Entwicklung hatte zum Ziel, die bestehenden Methoden zur Beständigkeitsprüfung von Werkstoffen für den Einsatz in Kälteanlagen durch Methoden mit dynamischer Belastung der Proben nach dem Soxhlet-Prinzip zu ergänzen. Damit sollten Versuchszeiten deutlich verkürzt werden und die Tests anwendungsnäher gestaltet werden.
Vorteile und Lösungen
Im Vergleich zu den existierenden Methoden werden die Werkstoffe in dem neu entwickelten Verfahren dynamisch mit Kältemittel und Öl belastet, was einerseits Versuchszeiten verkürzt und andererseits deutlich niedrigere Prüftemperaturen ermöglicht. Die Prüfbedingungen sind daher deutlich anwendungsnäher. Die entwickelte Methode basiert auf dem Extraktionsprinzip. Dafür wurde eine Extraktionsapparatur nach dem Soxhlet-Prinzip aufgebaut. Der Werkstoff wird derart in einem Druckgefäß ausgelagert, dass er zyklisch stets mit frisch destilliertem Kältemittel in Kontakt steht. Der Werkstoff befindet sich nicht, wie beim statischen Verfahren, am Boden des Druckgefäßes im flüssigen Kältemittel-Öl Gemisch, sondern in einem Siphonbecher. Der Bodes des Druckgefäßes wird erhitzt, wodurch Kältemittel verdampft. Der Deckel oder Kopf des Druckgefäßes wird gekühlt und das Kältemittel kondensiert. Dabei tropft es in den Siphonbecher. Der Siphonbecher entleert sich selbstständig durch Saugheberwirkung und das Kältemittel mit den gelösten Bestandteilen des Werkstoffes wird an den Boden des Druckgefäßes zurückgeführt. Anschließend wiederholt sich der Prozess. Damit bildet das neue Prüfverfahren die realen Bedingungen im Kältekreislauf besser ab und gleichzeitig erfolgt eine intensivere Alterung des Werkstoffes. Letztere ergibt sich daraus, dass sich durch das stets frisch destillierte Kältemittel kein Löslichkeitsgleichgewicht zwischen Werkstoffkomponenten und umgebendem Kältemittel einstellt. Das Kältemittel hat immer eine maximale Extraktionskraft und stresst deshalb den Werkstoff stärker. Dadurch lassen sich Prüfzeiten deutlich reduzieren. Der innovative Aspekt an der entwickelten Methode ist ein zusätzlich integrierter, zyklischer Ölumlauf, um den Verhältnissen in Kälteanlagen auch bezüglich der Beständigkeitsanforderungen gegenüber dem Kältemaschinenöl Rechnung zu tragen.
Zielgruppe und Zielmarkt
Zur Qualifizierung von Dichtungsmaterialien für Anwendungen in der Kälte- und Klimatechnik wird von den Anwendern der Nachweis der Langzeit-Beständigkeit dieser Materialien gegenüber Kältemittel-Öl-Gemischen gefordert. Solche Untersuchungen werden unter anderem in Richtlinien wie der DIN EN ISO 14903 sowie in Werksnormen der Automobilindustrie gefordert. Zielmärkte für das entwickelte Prüfverfahren zur dynamischen Alterung von Werkstoffen für den Einsatz in Kältekreisläufen sind daher primär die Hersteller von elastomeren Dichtungen für die Kälte- und Klimatechnik beziehungsweise die Inverkehrbringer von Bauteilen, die solche Dichtungen enthalten.
