Unerwünschte Vibrationen
Accelleron optimiert einen Prozess, der Turbinenscheiben mit einer Welle reibverschweisst. Das Polymer-Knowhow steuerte das Institut für Kunststofftechnik IKT der Fachhochschule Nordwestschweiz bei.
Accelleron optimiert einen Prozess, der Turbinenscheiben mit einer Welle reibverschweisst. Das Polymer-Knowhow steuerte das Institut für Kunststofftechnik IKT der Fachhochschule Nordwestschweiz bei.
Heutige Motoren sind vollgepackt mit elektronischen Komponenten wie Steuerungen und Sensoren. Der Turbolader hingegen ist geblieben, was er seit der Erfindung durch den Winterthurer Ingenieur Alfred Büchi ist: ein mechanisches System, das mit der Restenergie von Verbrennungsabgasen Frischluft in den Zylinder presst – und so die Leistung des Motors um Faktoren steigen lässt.
Der Marktführer bei der Aufladung von Grossmotoren für Schifffahrt, Traktionsanwendungen und Stromproduktion kommt wie Büchi aus der Schweiz: Es ist dies eine ehemalige Business Unit der ABB, die heutige Accelleron mit rund 3000 Mitarbeitenden, 900 davon am Hauptsitz Baden.
Das namensgebende Schlüsselelement jedes Turboladers ist die Turbine, welche die Restenergie der Abgase in mechanische Energie umwandelt. Bei Turboladern im mittleren Leistungsbereich handelt es sich um integral gegossene Scheiben, die mit einem stählernen Wellenstumpf reibverschweisst werden. Die dabei auftretenden, hochfrequenten Resonanzschwingungen der Turbinenschaufeln dämpfen die Accelleron- Ingenieure mit einem Paket aus Elastomeren in der Spannvorrichtung.
Es habe zufriedenstellend funktioniert, erklärt Robert Dötl, Projektleiter Investments bei Accelleron: «Doch so richtig glücklich waren die Kollegen in der Produktion nicht.» Der Grund: Die Standzeit der eingesetzten Dämpfungsringe ist mangelhaft und auf den Turbinenschaufeln bleiben Kunststoffrückstände zurück, die von Hand entfernt werden müssen.
«Uns fehlte das nötige Kunststoff-Knowhow»
Interne Bemühungen um eine Optimierung der Dämpfungsvorrichtung zeigten nicht die erwünschten Resultate. «Vor allem», so Robert Dötl, «weil uns das nötige Kunststoff-Knowhow fehlt.» In dieser Lage wandte sich Accelleron an das Institut für Kunststofftechnik IKT der Fachhochschule Nordwestschweiz FHNW. Dort erstellte ein Team von Professor Karsten Frick eine Machbarkeitsstudie. Seitens HTZ wurden die Arbeiten vom Materialwissenschafter Marcus Morstein begleitet.
Marktgängige Elastomere – so viel war schnell klar – erfüllten die hohen Anforderungen nicht. In Windisch machte man sich an die Entwicklung von neuen Kunststoffen auf der Basis von Ethylen-Vinylacetaten (EVA).
Dabei setzten die FHNW-Fachleute auf die so genannte «radikalische Vernetzung». Es handelt sich um einem chemischen Behandlungsschritt, bei dem einzelne Polymerketten über Radikale miteinander verbunden werden. Es entsteht eine dreidimensionale Struktur, die den elastischen Kunststoff fester, stabiler und hitzebeständiger
werden lässt.
Zwischen Mai 2024 und Januar 2025 produzierte die FHNW sieben unterschiedlich formulierte Dämpferplatten. Sie wurden bei Accelleron unter realen Einsatzbedingungen getestet, und es resultierte ein Prototyp, dessen Eigenschaften laut Robert Dötl vielversprechend sind.
In den letzten Monaten evaluierte er daher potenzielle Lieferanten; kunststoffverarbeitende Unternehmen, welche die Innovation auf Rezept herstellen und in der erforderlichen Qualität und Menge liefern können. Ende November 2025 trafen die ersten seriell produzierten Prototypplatten in Baden ein.
Nun wird ihre Standfestigkeit über längere Einsatzzeiten ermittelt. «Wir gehen davon aus, dass sie mindestens hundert Schweissungen zulassen», sagt Robert Dötl.
Günstiger als ihr Vorgänger werden die neuen Resonanzdämpfer ohnehin sein. Dafür haben die Kunststofffachleute der FHNW gesorgt. Aber damit nicht genug: Die EVA-Elastomere können bei Bedarf aus Bioethanol hergestellt werden und sie sind frei von per- und polyfluorierten Alkylverbindungen (PFAS). «Die Diskussionen um ein PFAS Verbot in der fertigenden Industrie», so Dötl, «verfolgen wir neuerdings mit grosser Gelassenheit.»
«Ein Beispiel für die Möglichkeiten des Kunststoff-Designs: Das neue Elastomer bestand die Tests auf der realen Maschine mit Bravour.»
Marcus Morstein, Schwerpunktleiter Werkstoff- und Nanotechnologien, Technologie- und Innovationsexperte
