Lösungen für vielfältigste Anforderungen. Dichtungen für Hydrauliksysteme

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Holger Best

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Bärbel Schäfer

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Weitere Fachartikel aus DICHT! Ausgabe 1.2008:

Kommentar:

Bei Anfragen kommt es an den Tag – häufig werden Zeichnungen versendet, die nicht den aktuellen Stand der Produktion oder der Technik widerspiegeln. So kommt es vor, dass auf Zeichnungen als Werkstoff „…it“ steht, obwohl es die asbesthaltigen Werkstoffe, zumindest in Europa, nicht mehr gibt. Oder es werden Baumwolleinlagen gefordert, die längst durch Polypropyleneinlagen ersetzt wurden. Noch gravierender sind Aktionen, bei denen Teile nach der Zeichnung, z.B. aus Gründen der Produktionsoptimierung, verändert wurden und in manchen Fällen komplett von der ursprünglichen Vorgabe abweichen. So wird z.B. aus einem Balg nach Zeichnung ein TPE-Schlauchstück. [...]

Karl-Friedrich Berger (ISGATEC GmbH)
Klebetechnik:

Hole Covering, das Verschließen produktionsbedingter Karosserieöffnungen ist im Produktionsprozess eines Fahrzeuges eine nicht zu unterschätzende Aufgabenstellung. Mit selbstklebenden Stanzteilen als Alternative zu Kunststoffstopfen bieten sich interessante Perspektiven für Konstrukteure, Einkäufer und Qualitätsmanager.

Betrachtet man eine Karosserie nach dem Rohbau, ist man überrascht, wieviele produktionsbedingte Öffnungen man dort vorfindet. Die Karosserieöffnungen oder einfach „Löcher“ sind jedoch wichtig, denn sie ermöglichen z.B. das Ablaufen von Lack oder Korrosionsschutz nach Tauchbädern oder die nachträgliche Montage weiterer Ausstattungsmerkmale. Ein Großteil dieser Löcher muss im Laufe der Produktion wieder geschlossen werden, um die Übertragung von Geräuschen und Vibrationen in den Innenraum zu vermeiden und die Karosserie dauerhaft vor dem Eindringen von Luftfeuchtigkeit und Schmutz zu schützen. Hierbei kamen bisher fast ausschließlich Kunststoffstopfen zum Einsatz. Eine neue, innovative Lösung sind selbstklebende Stanzteile – je nach Anwendungsbereich aus Gewebeband, Polyesterfolie oder als hitzeaktivierbare Stanzteile. Bei letzteren bestehen die Stanzteile aus einem Gewebe und einem EVA-Schaumlaminat und werden nach dem KTL-Bad und vor dem Lackierprozess appliziert. [...]

Carsten Böhmer (Tesa AG)
Statische Dichtungen:

Die Brennstoffzellentechnologie stellt hohe Anforderungen an die Dichtungstechnik, besonders durch die große Anzahl an Dichtfällen, die es zu bewältigen gilt. Dabei dürfen die Kosten nicht außer Acht gelassen werden, um die Marktfähigkeit von Brennstoffzellen zu erreichen. Vor der Marktreife sind dabei noch verschiedene Hürden zu nehmen.

Vor dem Hintergrund der aktuellen Diskussion hinsichtlich einer CO2-armen Energiewirtschaft zur Reduktion der weltweiten Klimaerwärmung und der endlichen Ressourcen fossiler Energieträger wie Erdöl, Erdgas, Braun- und Steinkohle gilt die Brennstoffzellentechnologie gegenwärtig als eine der aussichtsreichsten Entwicklungen für zukünftige Energiewandlungssysteme. Schon heute zeigt sie in verschiedensten Applikationen – von portablen Systemen im Unterhaltungs- und Freizeitbereich, über stationäre Anlagen für die Hausenergieversorgung bis hin zu mobilen Anwendungen im automobilen Sektor – ihr hohes technologisches Potenzial auf. Der PEM-Brennstoffzelle (PEM = Proton Exchange Membrane) wird dabei das breiteste Anwendungsspektrum vorausgesagt. PEM-Brennstoffzellen nutzen die in Wasserstoff und Luft-Sauerstoff enthaltene chemische Energie, um bei hohem Wirkungsgrad in einer direkten chemischen Reaktion elektrischen Strom und Wärme zu gewinnen. Daneben entsteht als Reaktionsprodukt lediglich Wasser. Die Anwendung von PEM-Brennstoffzellen setzt entweder möglichst reinen Wasserstoff und die sichere Lagerung dieses Gases als Energieträger oder die Gewinnung von wasserstoffreichem Gas durch prozesstechnische Reformierung von Kohlenwasserstoffen (z.B. Erdgas oder Flüssiggas) voraus. [...]

Can Kreuz (Zentrum für BrennstoffzellenTechnik (ZBT) GmbH)

Wellen-Stopper® haben das Design von Mehr-Lagen-Stahl- Dichtungen (MLS-Dichtungen) entscheidend beeinflusst. Sie sind leistungsstarke und kostengünstige Funktionselemente für innovative Dichtungssysteme – vom Motor und Getriebe über den kompletten Antrieb bis zum Abgasstrang.

Kompakter, leistungsfähiger, umweltfreundlicher – die Motorenentwicklung stellt immer höhere Anforderungen an Dichtungssysteme. Leichtbau und Downsizing-Konzepte führen zu leistungsstärkeren Motoren, steigenden Verbrennungsdrücken, höherer Dynamik und damit weiteren Schraubenabständen. Optimierte Emissionswerte führen zu höheren Temperaturen im Bereich der Abgasrückführung. Die Lösung für diese multiplen Herausforderungen sind innovative Dichtungssysteme, die mit einer ausgeprägten elastisch/plastischen Charakteristik optimale Linienpressungen auch bei höchsten Temperaturbeanspruchungen erzielen. Der Trend geht eindeutig zu beschichteten metallischen Dichtungen, deren Leistungsfähigkeit durch den Einsatz von Wellen-Stoppern® gesteigert werden kann. [...]

Nicole Schuhmacher, Robert Blersch (REINZ-Dichtungs-GmbH)

Weinkorken sind eine Universaldichtung: Der edle Traubensaft kann nicht ohne weiteres aus der Flasche gelangen. Gleichzeitig verhindert der Stopfen das Eindringen von Sauerstoff, durch den der Wein schnell ungenießbar würde. In der Wälzlagertechnik ist es ähnlich, denn i.d.R. soll der Schmierstoff nicht austreten bzw. Verunreinigungen nicht eindringen. Doch im Gegensatz zu Weinkorken müssen Lagerdichtungen oftmals differenziertere Anforderungen erfüllen, die applikationsspezifisch unterschiedlich gewichtet werden – z.B. für den Einsatz in Mess- und Baugeräten, Landmaschinen, Autowaschanlagen sowie zahlreichen weiteren Anwendungsbereichen.

Die Anforderungen an Dichtungsmaterialien und -formen nehmen ständig zu, ob bei extremen Temperaturen, im Umfeld aggressiver Stoffe oder bei normalen Einsatzbedingungen. Zudem ist Wartungsfreiheit bei immer längeren Standzeiten gefragt. Oft kommt die Bedeutung von Dichtungen erst dann zum Tragen, wenn eben nicht alles dicht und damit die Funktionalität einer Maschine oder Anlage gefährdet ist. Ausfallzeiten und erhebliche Kosten können die Folge sein. Meist stimmt dann auch die Wirtschaftlichkeitsrechnung nicht mehr. Für eine einwandfreie, effiziente und verschleißarme Funktion empfiehlt es sich daher, sowohl für Anschlusskonstruktionen als auch innerhalb von Komponenten die verschiedenen Produkte mit den jeweiligen Einbaumaßen und Rahmenbedingungen frühzeitig in der Konzeptions- und Konstruktionsphase zu berücksichtigen. Das gilt auch im Hinblick auf die Wälzlagertechnik – denn obwohl es nur „kleine Räder“ im großen Ganzen sind, handelt es sich doch um funktionskritische Elemente. [...]

Elena Krämer (Findling Wälzlager GmbH)
Flüssigdichtungen:

Das Auto zählt zu den wichtigsten Transportmitteln weltweit. Spätestens seit der Markteinführung des Tata-Billigautos „Nano“ besteht kein Zweifel mehr daran. Mit dem Zuwachs nehmen auch die Erwartungen an Leistung, Sparsamkeit, Komfort und Sicherheit zu – und dies gilt auch für die Anforderungen an die Dichtungstechnik in den unterschiedlichsten Fahrzeugbereichen. Wie man diesen in der Kombination von Dichtungs- und Fertigungstechnik gerecht wird, zeigt ein Beispiel von sicher abgedichteten Türmontageträgern.

Der Teufel steckt bekanntlich im Detail. Man stelle sich vor: Bei der Fahrt durch die Waschanlage perlt vom Nass nicht alles am Wagen ab, sondern sucht seinen Weg durch die Autotüre. Ein Szenario, das heute durch das Abdichten von Türmontageträgern mit thixotropen Dichtschäumen, appliziert mit dem FIPFG-Verfahren (formed-in-place-foamgasket) der Vergangenheit angehört. Dabei werden die Dichtungsschäume direkt in die Nut des Bauteils eingebracht. Die wichtigste Voraussetzung für die erfolgreiche und wirtschaftliche Applikation ist die frühzeitige Abstimmung von Material- und Anlagentechnik. Vorteilhaft ist dabei, wenn Dichtungstechnik und Verarbeitungstechnologie aus einer Hand und aufeinander abgestimmt angeboten werden können. Gerade in der Automobilindustrie wird großer Wert auf rationelle Fertigungsprozesse gelegt. Neben dem Kostenfaktor für die Dichtungslösung fließen dabei auch immer die optimale Fertigungstechnik und die schnelle Verfügbarkeit der Lösung in die Betrachtungen ein. Hier setzt der Service der Rampf Giessharze und Rampf Dosiertechnik an, aufeinander abgestimmte Konzepte anzubieten, die sich variabel an den Automatisierungsgrad der Fertigung des Kunden anpassen lassen. [...]

Stefan Siegers, Hartmut Storz (RAMPF Holding GmbH & Co. KG)
Profile:

Die verheerenden Brände in den letzten Jahren in Bergbahnen, U-Bahnen und insbesondere in Tunneln stellen an die Konstruktion und den Aufbau im Waggonbau hohe Anforderungen. Gummiprofile und Schutzschläuche – nach den entsprechenden Normen wie der DIN 5510 gefertigt – können einen nicht zu unterschätzenden Beitrag zur „Brandsicherheit bei Verkehrsmitteln“ leisten.

Die Brandsicherheit ist im Wesentlichen durch Präventivmaßnahmen und Maßnahmen, die der Schadensbegrenzung dienen, bestimmt. Verhinderungsmaßnahmen dienen zunächst der Vermeidung eines Brandes. Für eine Brandentstehung müssen drei Faktoren zusammentreffen – brennbares Material, eine Entzündungsquelle und Sauerstoff. Da Sauerstoff immer vorhanden ist, muss das Augenmerk auf die brennbaren Materialien und die Zündquellen gerichtet werden. Zentrale Faktoren sind hier die Brandlast, Brennbarkeit, Energiefreisetzungsrate und Toxizität der Verbrennungsprodukte. Brandlast eines Materials wird als Heizwert und Masse eines Bauteils definiert. Je geringer die Brandlast eines Bauteils ist, umso geringer ist im Brandfall die freisetzbare Energie. Bei der Brennbarkeit gilt, je besser ein Material selbstverlöschend ist, desto kleiner ist die Gefahr der Brandausweitung. Material, das schwer entzündbar ist und wenig qualmt, ermöglicht längere Evakuierungszeiten. Damit erhöht sich die Chance, dass Personen die Rettungswege finden. Unter der Energiefreisetzungsrate versteht man die Zeiteinheit, die der Brand eines Materials freisetzt. Je weniger Energie entsteht, umso geringer ist die Möglichkeit, dass auch andere Materialien entzündet werden. [...]

Dipl.-Ing. Frank Lucius, Dipl.- Betriebswirt Klaus D. Wiegers (EUG GmbH)
Dynamische Dichtungen:

Dem stetigen Anstieg der Betriebstemperatur in Kfz-Getrieben, erhöhten Wellendrehzahlen und der Forderung nach Life-time Befüllung kann im zunehmenden Maße nur durch den Einsatz von höher additivierten Ölen auf teilsynthetischer oder synthetischer Basis nachgekommen werden. Bei Verwendung dieser Schmierstoffe hängt die Langzeitqualität der dynamischen Dichtelemente entscheidend von der Ölverträglichkeit der verwendeten Elastomerwerkstoffe ab. Eine effektive Vorgehensweise zeigt folgendes Beispiel aus der Automobilindustrie.

Im Maschinen- und Fahrzeugbau werden Radial-Wellendichtringe eingesetzt, um die Durchgangsstellen zwischen umlaufenden und feststehenden Maschinenteilen abzudichten und den Austritt des Schmiermediums auf der Luftseite zu verhindern. In Getrieben des Volkswagen Konzerns werden zum Abdichten von Eingangs-, Kardan- und Flanschwellen überwiegend Radial-Wellendichtringe (RWDR) aus Acrylat-Kautschuk eingesetzt. Aufgrund seiner chemischen Struktur (gesättigte Polymerkette und polare Estergruppen) weist dieser Werkstoff eine besonders hohe Beständigkeit gegenüberm Hypoidölen auf. Bei Volkswagen in Kassel werden Komponenten des von Audi neu entwickelten Doppelkupplungstriebes DL501 getestet. Die Qualitätssicherung „Kaufteile und Laboratorien“ des Werkes Kassel hat u.a. die Aufgabe die eingesetzten Radial- Wellendichtringe (RWDR) bezüglich Ölverträglichkeit, Verschleißverhalten und Funktionssicherheit zu analysieren. [...]

Kamal Hamdard, Rainer Sonnemann (Volkswagen AG Werk Kassel)

Schon bei der Dichtungsauswahl können Konstrukteure, Einkäufer und Qualitätsmanager entscheidend dazu beitragen, dass die gewählte Lösung in der Instandhaltung wirtschaftlich ist. Werden ein paar einfache Regeln vernachlässigt, übersteigen die Instandhaltungs- und Produktionsausfallkosten die Einsparungen schnell um ein Vielfaches.

Der Instandhalter ist verantwortlich dafür, dass der zur Produktion notwendige Maschinenpark funktioniert und dass er möglichst lange und störungsfrei produziert. Ist dies nicht der Fall, muss instand gesetzt werden. Per Definition bedeutet Instandsetzung: alle Maßnahmen ergreifen, die zur Wiederherstellung des Sollzustandes von technischen Baugruppen eines Systems dienen. Wird z.B. ein defektes Wälzlager oder eine ausgefallene Dichtung ausgetauscht, so wird dadurch eine nicht mehr gegebene Funktion oder ein aufgebrauchter Abnutzungsvorrat durch eine Instandsetzungsmaßnahme wiederhergestellt. Ein Abnutzungsvorrat ist im Sinne der Instandhaltung der Vorrat an möglichen Funktionserfüllungen unter festgelegten Bedingungen, der einer Betrachtungseinheit (Bauteil oder Anlage) aufgrund der Herstellung oder Wiederherstellung durch Instandsetzung innewohnt. Da dies in der Sprache der Norm etwas sehr abstrakt und theoretisch klingt, hier ein einfaches Beispiel: Ein Rohr hat im Neuzustand eine Wanddicke von 5 mm. Durch Festlegung aufgrund der Verwendung (Flüssigkeitstransport unter Druck) ist vereinbart, dass bei einem Unterschreiten einer Wanddicke von 4 mm kein sicherer Betrieb mehr möglich ist und dass das Rohr ausgewechselt oder instand gesetzt werden muss. [...]

Walter Stoss (Walter Stoss Dichtungstechnik)

In vielen Anwendungsbereichen kommen dynamische Dichtsysteme zum Einsatz – je nach Anforderung Standarddichtsysteme bis hin zu kundenspezifischen Lösungen. Hier die optimale Lösung zu finden setzt ein umfassendes Know-how des Anbieters und einen engen und frühzeitigen Dialog mit dem Anwender voraus.

Verfolgt man die Geschichte der Industrialisierung, so war es von je her eine der größten Herausforderungen, fluide Medien am ungewollten Übertritt von einem Raum in einen anderen zu hindern bzw. diesen zu begrenzen. Nahm Archimedes (287 v. Chr.- 212 v.Chr.) bei der nach ihm benannten Wasserschraube gewisse Flüssigkeitsverluste als von den Göttern gegeben noch hin, mussten sich die Schiffsbauingenieure späterer Zeit durchaus Gedanken um die Abdichtung der Antriebswellen im Stevenrohr machen. Dies führte zur Erfindung der Stopfbuchse, die in den ersten Jahren auch als Stoffbuchse bezeichnet wurde, da hierbei u.a. auch Filz als Dämmmaterial zum Einsatz kam. Heute sind aus diesen einfachen Dichtungen komplexe Dichtungssysteme geworden, die höchsten Anforderungen in unterschiedlichsten Branchen und Anwendungsbereichen gerecht werden müssen. Ob in Windturbinen, Hubzylindern, Getrieben, Fertigungsanlagen oder in Baumaschinen – die Aufgabe ist noch immer einen ungewollten Medienaustausch zwischen zwei voneinander getrennten Räumen zu verhindern bzw. zu verringern. Diese Aufgabe kann eine statisch beanspruchte Dichtung erfordern – oder ein dynamisch beanspruchtes Dichtungssystem. Abdichtungen im statischen Bereich werden landläufig meist unkomplizierter als dynamische Problemstellungen angesehen. [...]

Wolfgang Haupt, Armin Seidel (Seal Concept GmbH)

So klein dynamische Dichtungen z.T. auch sind, nicht selten führt die falsche Auslegung, Montage oder Fluidauswahl zu einem Versagen großer Maschinen und Anlagen. Dynamische Dichtsysteme sind oft sehr komplex und können nur unter Berücksichtigung zahlreicher Einflussparameter sachgerecht entwickelt werden. Um die Qualität und deren Konstanz sicherzustellen, sind umfangreiche Tests und Materialanalysen notwendig. [...]

>> Teil 1

>> Teil 2

>> Teil 4

ISGATEC GmbH
Mess- und Prüftechnik:

Wie überprüft man die Dichtigkeit von Flanschverbindungen entsprechend der aktuellen Vorschriften – die vieles regeln, zuweilen aber praxisfremd sind? Welche Verfahren und Geräte setzt man dazu ein? – ein Überblick.

Die Technische Anleitung zur Reinhaltung der Luft (TA Luft) ist eine Verwaltungsvorschrift zum Bundes-Immissionsschutzgesetz (BImSchG). Sie konkretisiert unbestimmte Rechtsbegriffe des BImSchG durch verbindliche Festlegungen und Vorgaben, um bundesweit einen einheitlichen und berechenbaren Gesetzesvollzug sicherzustellen. Die aktuelle Novelle der TA Luft ist zum 01. Oktober 2002 in Kraft getreten. Dabei bezieht sich die TA Luft explizit auf die Richtlinie VDI 2440 vom November 2000 und fordert für Flanschverbindungen die Einhaltung einer spezifischen Leckagerate von 10-5 kPa*l/ (s*m), die durch eine Bauartprüfung nachzuweisen ist. Die Einheit kPa*l/(s*m) bezieht einen in der Leckageprüfung üblicher- weise in mbar l/s angegebenen Gasstrom auf die Dichtflächenlänge der eingesetzten Dichtung und macht damit Leckagewerte von Dichtungen unterschiedlicher Durchmesser miteinander vergleichbar. Die Bauartprüfung für Flanschverbindungen ist laut VDI 2440 für das Prüfgas Helium und einen Differenzdruck von 1 bar definiert. Auf der einen Seite der zu prüfenden Dichtung wird das Prüfgas Helium aufgebracht, auf der anderen Seite wird evakuiert und die Leckagerate mithilfe eines Helium-Massenspektrometers quantitativ bestimmt. Die VDI 2200, Anhang B, lässt weitere validierte Verfahren zu. Eine Zusammenfassung von Möglichkeiten der Verfahrensführung ist in DIN EN 1779 aufgeführt. Helium-Massenspektrometer sind die Geräte der Wahl, wenn es um die Implementierung und Anwendung eines geeigneten Qualitätssicherungskonzepts bei der Herstellung von Dichtungen nach VDI 2200 geht. [...]

Matthias Block, Dr. Rudolf Konwitschny (Alcatel Hochvakuum Technik GmbH)
Werkstoffe:

Das weltweit wichtigste Technologieereignis der Industrie findet vom 21. bis 25. April 2008 in Hannover statt. Neben neun weiteren Themenschwerpunkten werden dabei auch neue Entwicklungen der Werkstofftechnologie ein zentrales Thema sein. Einen klaren Fokus auf Werkstoffe richten die Research & Technology (mit Blick auf die Entwicklung neuer Materialien) sowie Subcontracting (mit Blick auf die Anwendung innovativer Werkstoffe bei Zulieferern für Maschinen- und Anlagenbau sowie Automotive). Auf der Subcontracting wird es dabei eine Vielzahl von Sonderschauen und Foren zu Werkstoffen geben. [...]

Deutsche Messe AG
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