Projekt 21609/01

Entwicklung neuer Materialverbunde auf der Basis schadstofffreier, vorzugsweise nachwachsender Rohstoffe zur Verwendung für Kraftstofffilter

Projektträger

DiT Dichtungstechnik GmbH
Hammerstr.
08340 Schwarzenberg
Telefon: 03774/176901

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Die Zielstellung des Projektes besteht in der Entwicklung eines neuartigen, kostengünstigen, formaldehydfreien Materialverbundes für Tanksäulenfilter der für die Anwendung von Filteraufgaben in aggressiven Medien aus der Mineralölverarbeitung geeignet ist und die gegenwärtigen phenolharzgetränkten Filterbestandteile ersetzt. Mit dem zu entwickelnden Materialverbund ist eine schadstofffreie Produktion der Kraftstofffilterherstellung bei vollständiger Beibehaltung der Gebrauchseigenschaften zu erreichen. Außer der Eignung für Benzin- und Dieselkraftstoffe ist auch der Einsatz für Biodiesel zu untersuchen. Die Recycelbarkeit und Wiederverwendbarkeit bestimmter Filterteile oder des gesamten Filters sind neu zu definieren. Vorstellbar ist ein Filteraufbau der nach Ablauf seiner Produktlebenszeit ohne wertstoffliche Trennung der thermischen Verwertung zugeführt wird.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten Methoden- Ermittlung aller technologischen Einflussfaktoren,
- Erarbeitung von konstruktiven und technologisch umsetzbaren Lösungsmöglichkeiten um das Einsparungspotenzial am Filter zu optimieren,
- Untersuchung der Resistenzbeständigkeit möglicher Materialvarianten und Durchführung von Testversuchen,
- Entwicklung und Bau eines Teststandes,
- Untersuchungen zum Umformverhalten der unterschiedlichen Materialvarianten,
- Untersuchung des Recyclingkreislaufes unter Berücksichtigung von Wirtschaftlichkeit, Wieder-verwertbarkeit und Umweltverträglichkeit,
- Untersuchung einer ganzheitlichen Verfahrenstechnologie unter Einbeziehung des Gesamtfilters mit der Zielfunktion einer Kostensenkung bei vorrangiger ökologischer Unbedenklichkeit,
- Erarbeitung von Verfahrensalternativen unter Beachtung von Wirtschaftlichkeit, Ökologie und Ökobilanz,
- Prototypenherstellung,
- Auswertung der Untersuchungsergebnisse.


Ergebnisse und Diskussion

Die vorliegende Untersuchung beschreibt die Neukonzipierung von Filterdeckeln, welche jeweils stirnseitig an Kraftstofffiltern angebracht sind. Diese Kraftstofffilter wiederum werden in Tanksäulen verbaut. Zielstellung ist, die bisherigen Technologie, der Einsatz phenolhaltiger Papiere zur Herstellung der Filterdeckel abzulösen.
Um dies zu erreichen, wurden während der Themenbearbeitung eine Lösungsfindung, sowie umfangreiche experimentelle Untersuchungen vorgenommen. Problematisch erwies sich dabei die hohe Vielzahl an den zu untersuchenden Möglichkeiten zur Optimierung der Fertigung.
Weitere Inhalte der Arbeit sind eine umfangreiche Marktanalyse, eine Konzipierung der Produktionseinrichtung für Filterdeckel, sowie ein Wirtschaftlichkeitsvergleich zu der bisherigen Deckelfertigung im Betrieb.
Im Ergebnis der Themenbearbeitung erwies sich ein Naturfaserverbundwerkstoff besonders als zweckmäßig, da dieser das große Spektrum an geforderten Eigenschaften wie Formstabilität und Restquelleigenschaften bestens erfüllte. Es galt den für den Einsatzzweck richtigen Verbund zu finden und diesen dann auf seine Praxistauglichkeit hin weiter zu untersuchen. Der entwickelte Polykarbonsäure - Zellulose- Verbund hat sich dabei als höchst positiv erwiesen, nicht nur seitens der Fertigung, sondern auch aus wirtschaftlicher und ökologischer Sicht.
Die durchgeführten Versuche mit Flachs in Verbindung mit Polypropylen haben gezeigt, dass auch diese Kombination sehr erfolgsversprechend ist. Jedoch wurde die Entscheidung zu Gunsten von Pressspan getroffen. Die Pressspanfabrik Untersachsenfeld ist Eigenproduzent von Pressspan in den unterschiedlichsten Qualitäten. Der Zukauf von Flachs im Vergleich zur Eigenfertigung von Pressspan führt zu einem erhöhten Kostenfaktor und höheren Investitionskosten. Diese Kosten führen dann nicht mehr zum gewünschten wirtschaftlichen Erfolg.
Um ein für den Einsatzzweck optimales Ergebnis zu erhalten, wurden aus einer Vielzahl von Herstellungsparametern, wie Bindemittelkonzentration, Bindemitteleinwirkzeit und Umformzeit für diesen Verbund, mittels experimentellem Ausschlussverfahren die geeignetesten Parameter für eine Serienfertigung festgelegt.
Der ausgewählte Verbundwerkstoff besteht aus Pressspan der mit 25 %iger modifizierter Polykarbonsäure - 75 % Wassergemisch 30 Sekunden lang getränkt wurde. Nach 10 Minuten Trocknungszeit wird der Verbund auf einem 180°C warmen Tiefziehwerkzeug in 60 Sekunden umgeformt. Der so gefertigte Filterdeckel bestand die Prüfung auf die von ihm geforderten Eigenschaften hin und übererfüllt im Vergleich zu dem bisher gefertigten Filterdeckel die an ihn gestellten Anforderungen.
Aus den durchgeführten Versuchen ist ersichtlich geworden, inwieweit sich bestimmte Parameter auf die Fertigungstechnologie der Filterdeckel auswirken. Bei der Fertigung der Deckel sind im wesentlichen die Parameter Papierart, Bindemittelart, Bindemittelkontakt, Umformdauer, Umformtemperatur und Aushärt-dauer von Bedeutung.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

- Vorstellung der Ergebnisse zur IFM 2005 in Dresden
- Berücksichtigung der Ergebnisse in betrieblichen Werbeunterlagen (DiT GmbH, Pressspanfabrik Untersachsenfeld GmbH und Kompetenzzentrum Strukturleichtbau e. V.)


Fazit

Die Entwicklung des neuen Naturfaserverbundes findet seinen Nutzen in der praktischen Anwendung wie auch in der laufenden Forschung und Entwicklung. Mit der Kombination Pressspan und modifizierte Polykarbonsäure wurde ein Verbundwerkstoff entwickelt der eine Reihe neuer Eigenschaftsmerkmale enthält die bei dieser Themenbearbeitung nicht berücksichtigt werden konnten. Insbesondere konnten Potenziale zur Festigkeits- und Steifigkeitsbeinflußung in nicht unbedeutendem Maße identifiziert werden. Weiterführende Arbeiten sollten das Potential weiter untersuchen und in konkrete Anwendungsfälle einsetzen.