Dem Einsatz konsequent Rechnung tragen. Dichtungslösungen für komplexe Anforderungen

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Holger Best

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Bärbel Schäfer

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Weitere Fachartikel aus DICHT! Ausgabe 2.2007:

Kommentar:

Zweifellos sollten Teile, von denen Menschenleben direkt oder indirekt abhängen, nach allen Regeln dokumentiert werden. Manch gut gemeinter Perfektionismus führt aber zu Forderungen an Lieferanten, die der Sache nicht dienlich sind und formal über das Ziel hinausschießen. Früher waren bei Erstbemusterungen von Serienteilen für die Industrie Erstmusterprüfberichte (EMPB), z.B. nach VDA, notwendig, um die Teile für die Serienproduktion freigegeben zu bekommen. Hierbei wurde zwischen einer Material- und Maßprüfung unterschieden. Heute benötigen Kunden bei der Erstanlieferung oftmals komplette Dokumentationen entsprechend dem PPAP (Production Part Approval Process). [...]

Karl-Friedrich Berger (ISGATEC GmbH)
Werkstoffe:

Führende Pumpenhersteller und Verarbeiter aus der chemischen Industrie berichten von deutlichen langfristigen Einsparungen bei den Anlagenbetriebskosten der Produktionsanlagen, die mit dem Einsatz von Perfluorelastomer-Dichtungen erzielt wurden. FFKM-Dichtungen bieten das höchste derzeit mit Elastomerdichtungen erreichbare Leistungsniveau und erlauben dadurch lange Dichtungsstandzeiten. Damit reduzieren sich die Stillstandzeiten der Anlagen, die Produktivität kann gesteigert und Risiken für Umweltschäden durch Dichtungsversagen gesenkt werden. Vorteile, die sich im Zuge der Gesamtsystemkosten rechnen.

Im Rahmen eines scharfen Wettbewerbs können zunehmend strengere gesetzliche Vorschriften und weiter steigende Energiekosten die positiven Effekte einer erhöhten Produktivität zunichte machen. Die Forderung nach Steigerung der Produktivität und Wettbewerbsfähigkeit bei gleichzeitiger Kostensenkung zwingt Unternehmen der chemischen, pharmazeutischen und petrochemischen Industrie, alle Aspekte zur Effizienzsteigerung zu nutzen. Stückkosten lassen sich z.B. dadurch senken, dass man günstigere Rohstoffe für die Produktion einsetzt. Neben einer solchen produktbezogenen Kostenbetrachtung bietet sich aber auch der alternative Ansatz, die langfristig entstehenden Produktionskosten in die Kalkulation einzubeziehen. Viele Anwender der Kalrez® Perfluorelastomerteile haben dies bereits erkannt. So liegen bei führenden Pumpenherstellern und Verarbeitern aus der chemischen Industrie bereits Erfahrungswerte darüber vor, wie schnell sich der Preis von Hochleistungsdichtungen durch signifikant erhöhte Standzeiten amortisiert. [...]

Johan François (DuPont Performance Elastomers S.A.)

Die Pharma- und Lebensmittelindustrie stellen mit die höchsten Anforderungen an die Dichtungstechnik. Dabei gilt es nicht nur die geforderten Richtlinien und Normen, wie FDA, UP S Klasse IV und TA Luft VDI 2440/VDI 2200, zu erfüllen, sondern auch biologische Verunreinigungen sowie die immer aggressiveren Reinungsprozesse im Griff zu haben.

In der Pharma-, Lebensmittel- und Milchindustrie kommen eine Vielzahl von Apparaten und Systemen, wie Mischer, Pumpen, Zentrifugen, Abscheider, Förderer, Drehschieber, zum Einsatz. Sie alle müssen nicht nur effektiv abgedichtet werden. Biologische Verunreinigungen und agressive Reinigungsprozesse haben einen erheblichen Einfluss auf die Funktion der eingesetzten Dichtungswerkstoffe und –lösungen und damit auf die Stillstandszeiten der Anlagen. Die hohen Qualitätsanforderungen an Produkte und eine automatisierte Produktion sind weitere wichtige Rahmenbedinungen. Vor diesem Hintergrund wurde eine ganze Reihe von Dichtungslösungen, wie aufblasbare Dichtungen, Flachdichtungen, Stopfbuchspackungen, Dichtungen mit Dichtlippen, Silikonprofile und Formteile sowie Gleitringdichtungen für den Einsatz in diesen Branchen entwickelt. Dabei entstanden z.B. Dichtungen mit Dichtlippe PS-SEAL® als Alternative zu mechanischen und herkömmlichen Dichtungen. [...]

Garlock GmbH
Statische Dichtungen:

Sowohl in der TA Luft, als auch in den nachgeschalteten Regelwerken VDI 2440 und VDI 2200 findet sich u.a. eine nicht nur „literarisch wertvolle“ Passage. In der VDI 2200, Abschnitt 7.2, die noch in diesem Jahr als Weißdruck veröffentlicht werden soll, heißt es: Von besonderer Bedeutung ist der in der VDI 2440 sowie der TA Luft enthaltene Hinweis darauf, dass „die konstruktive Ausführung des Dichtsystems eine bestimmungsgemäße Funktion unter den Betriebsbedingungen auf Dauer erwarten lässt.“ Dieser Textauszug ist definitiv nicht als belanglose oder selbstverständliche „Prosa“ zu verstehen, sondern stellt konkrete Forderungen an die Hersteller der Dichtsystemkomponenten sowie an die Anlagenbetreiber.

Natürlich fordern TA Luft, VDI 2440 und VDI 2200 einen auf das Dichtungsprodukt bezogenen konkreten Leckagenachweis. In der Dichtungswelt wurde kaum eine Thematik in den letzten Jahren mehr strapaziert als die Einhaltung dieser geforderten Leckage. Mittlerweile ist dem gesamten Markt recht gut bekannt, dass es sich bei den „zertifizierten Leckagen“ zwar um interessante, jedoch nur partiell auf die Praxis übertragbare Laborergebnisse handelt. Die in der VDI 2440 explizit genannten 10-4 mbar*l/ (s*m) sind eine Leckagegrenze, die bei 1 bar Differenzdruck nicht überschritten werden darf. Sowohl das Prüfgas Helium als auch die geringen Messwerte erfordern bei der Detektion der Leckagemenge den Einsatz eines Massenspektrometers. [...]

Dipl. Ing. Marco Schildknecht (Frenzelit-Werke GmbH & Co. KG)

Stahlemaillierte Apparate nehmen aufgrund der herausragenden chemischen Beständigkeit des Werkstoffes Stahlemail in vielen verfahrenstechnischen Prozessen eine Schlüsselrolle ein. Damit geht auch die Anforderung höchster Verfügbarkeit von Apparat und Anlage einher. Diese wird im Wesentlichen von der Zuverlässigkeit der eingesetzten Komponenten bestimmt. Dazu gehören auch die oft unscheinbaren Flanschdichtungen, die jetzt – inklusive eines neuen Unterfütterungssystems – weiterentwickelt wurden.

Flanschdichtungen für emaillierte Apparate sind in der DIN 28148 genormt. Das Grundkonzept ist bei allen Ausführungen im Wesentlichen gleich: In einer Dichtungshülle aus PTFE oder einem modifizierten PTFE-Compound sind zwei Dichtungseinlagen aus einem Weichstoff sowie ein Wellring aus nichtrostendem Stahl eingelegt. Die PTFE-Hülle ist spanend hergestellt und weist auf der produktberührten Seite eine Verdickung – die Diffusionssperre – auf. Als Einlagewerkstoffe kommen Materialen auf Faserbasis (Aramidfasern) oder Graphit zum Einsatz. [...]

Dr.-Ing. Reinemuth (Pfaudler Werke GmbH)

Anwender suchen immer wieder nach Hochfrequenz- Dichtungen (HF-Dichtungen), die eine Abschirmung von 100dB über einen Frequenzbereich von 10kHz bis 18GHz leisten. Sinnvoller als der Einsatz von „Alleskönnern“ ist die sorgfältige Auswahl einer Dichtung, die sich für die konkrete Anwendung optimal eignet. Beachtet man dabei die wichtigsten Anforderungs- und Auswahlkriterien, lassen sich Kosten einsparen und HF-Dichtungen mit der optimalen Leistung finden.

Es gleicht einem „Stochern im Nebel“, wenn man sich auf eine HF-Dichtung festlegt, ohne dabei die abzuschirmenden Frequenzen zu kennen. Dabei sollten die Dichtungen generell eine sehr gute Abschirmung über einen großen Frequenzbereich aufweisen. Die maximalen Abschirmleistungen werden aber in unterschiedlichen Frequenzbereichen erzielt. Da die Betriebsfrequenzen immer weiter ansteigen, können herkömmliche HF-Dichtungen nicht mehr die gewünschten Leistungen erbringen. Daher werden nun in vielen Anwendungen HFAbsorber, entweder allein oder in Verbindung mit HF-Dichtungen, eingesetzt. Zu berücksichtigen ist, dass nicht nur die Grundfrequenz, sondern auch Oberwellen Probleme verursachen können – sowohl bei Empfangsstörungen als auch bei Nebensignaleffekten. [...]

Gary Fenical, Wolfgang Traa (Laird Technologies GmbH)

CM-Materialien (Rubber Coated Metal) für Dichtungen sind nicht neu. Auf die permanent steigenden Anforderungen an Dichtungen, insbesondere im Automotive- und Industriebereich, bieten Dichtungen aus diesen Verbundmaterialien interessante Antworten – und zwar immer dann, wenn es um das Dichten und Dämpfen geht.

Die unauffälligen Maschinen- und Konstruktionselemente „Dichtungen“ werden oft als Pfennigprodukte verkannt, die man erst beachtet, wenn sie ihre Funktion nicht mehr erfüllen. Dies kann oft kostenintensive Reparaturen nach sich ziehen. Die Einsatzfähigkeit einer Maschine oder Anlage ist abhängig von der Qualität der eingesetzten Dichtungen. Dies gilt insbesondere im Automobilbereich, wo der Ausfall einer Dichtung sogar schwerwiegende gesundheitliche Schäden nach sich ziehen kann. Deshalb unterliegen Dichtungen hier nicht selten als sicherheitsrelevante Teile sogar einer Abnahmepflicht.

Das gestiegene Umweltbewusstsein in der öffentlichen Diskussion bezüglich der Luft-, Gewässer- und Bodenverschmutzung sowie der Klimaerwärmung rückt zudem das Konstruktionselement „Dichtung“ immer mehr in den Vordergrund der Betrachtung. Die Einhaltung der vom Gesetzgeber immer geringer vorgeschriebenen Emissionsgrenzwerte ist nur mit immer wirksameren Dichtungen realisierbar. Deshalb sind heute und in Zukunft die Hersteller bei der Entwicklung von neuen und immer leistungsfähigeren Dichtungsverbindungen gefragt. [...]

Heinz-Josef Mies (Wolverine Advanced Materials)
Dynamische Dichtungen:

Das Image von Hydraulikzylindern, ein Bauteil zu sein, bei dem Öl austritt, ist überholt. Es gilt längst nicht mehr die Alternative „dicht oder reibungsarm“. Heute zählen Präzision, optimale Dichtigkeit und möglichst reibungsarme Lagerung des Kolbens im Zylinder sowie hohe Standfestigkeit – und das bei einem guten Kosten-Nutzen-Verhältnis.

Der Schlüssel für die Lösung dieser Anforderungen ist die Dichtungskombination. Bei dem großen Spektrum an Hydraulikzylindern und Einsatzbedingungen ist Erfahrung für die Auswahl der richtigen Lösung ebenso wichtig wie Dichtungslösungen, die sich durch unterschiedlichste Konfigurationen den jeweiligen Anforderungen anpassen lassen. Deshalb findet man Hänchen Dichtungslösungen u.a. in Falzanlagen und Pressen, in dynamischen Langzeittests für alle Airbus-Modelle, bei Automobil-Komponenten und für ganze Fahrzeuge, in Schockprüfsystemen oder Prüfmaschinen für die dynamische Bauteil- und Werkstoffprüfung. Darüber hinaus werden sie in vielen anderen Anwendungen unterschiedlichster Branchen, wie der Kunststoff- und Stahl- Verarbeitung, in Werkzeugmaschinen und Gießereianlagen sowie im gesamten Maschinen- und Anlagenbau eingesetzt.

Die Servoslide-Dichtungen bieten optimierte Reibungseigenschaften, sind vibrationsarm und weitgehend stick-slip-frei. Dies beruht auf einem Konstruktionsmerkmal, das inzwischen bei allen Serienzylindern angewendet wird. Diese Dichtungen sind mit einer aufgespritzten und nachbearbeiteten Kunststoffführung ausgerüstet. Die Gleitfläche bietet aber nicht nur die genannten Eigenschaften, sondern auch eine gewisse Aufnahmefähigkeit für Seitenkräfte. Weiteres Kennzeichen ist eine lange Lebensdauer durch die hohe Fertigungsgenauigkeit und kleine Führungsspiele. [...]

Jörg Beyer (Herbert Hänchen GmbH & Co. KG)
Formteile:

Mikroteile und –dichtungen werden inzwischen in fast allen Maschinen und Systemen eingesetzt. Damit diese Komponenten wirklich dicht sind, ist viel Werkstoff- und Prozess-Know-how notwendig. Über die Anforderungen sprach DICHT! mit Andreas Petters, Leiter Entwicklung und Innovation bei den Südbadischen Gummiwerken GmbH.

Mikroteile und -dichtungen kommen heute in den unterschiedlichsten Bereichen zum Einsatz. Ab welcher Größe der Bauteile verwendet man diese Terminologie?

Was sind die kleinsten Teile, die Sie bisher produziert haben? In welchem Produkt wurden diese Teile verwendet?

Welche Fragestellungen hatten Sie im Werkzeugbau bei der Produktion von Mikroteilen zu lösen und welche Voraussetzungen müssen erfüllt sein?

Welche Werkstoffe lassen sich gut, welche nicht oder sehr schlecht für die Verarbeitung von Mikroteilen nutzen und gibt es Einschränkungen bei den Härten?

Sie sprachen das Handling an. Wie wird das Zählen, Versenden, Handling beim Kunden im Rahmen der Integration der Teile in sein Produkt gelöst?

Gibt es darüber hinaus Themen, die seitens Werkzeugbauern, Rohstoffherstellern, Maschinenproduzenten vordringlich in nächster Zeit gelöst werden müssen? [...]

Andreas Petters (Südbadische Gummiwerke GmbH)
Flüssigdichtungen:

Elastomer-Dichtungen werden derzeit in vielen Anwendungen eingesetzt, die Staub- oder Wasserdichtigkeit und Luftabschluss erfordern. Zwar sind für die meisten Applikationen vorgeformte Dichtungen erhältlich, der Bedarf an Dichtungen, die vor Ort geschäumt werden, steigt jedoch u.a. in der Automobilindustrie ständig. Die Weiterentwicklung des Verfahrens eröffnet hier aber auch in anderen Branchen neue Perspektiven.

Vor fünf Jahren in den europäischen Markt eingeführt, wird dieses System heute überwiegend in der Automobilindustrie eingesetzt. Und zwar immer, wenn es um die wasserdichte Abdichtung von z.B. Scheinwerfern, Türmodulen etc. geht. Inzwischen liegen für diese Branche auch die wichtigsten Spezifikationen, Freigaben und viele Erfahrungen vor. In den nächsten Monaten kommt ein weiterentwickeltes Verfahren auf den Markt, bei dem die geschäumte Dichtung in ein Spritzgußwerkzeug injiziert wird. Damit erreicht man höhere Freiheitsgrade bei der Dichtungsgeometrie und erzielt eine höhere Genauigkeit, als beim Einsatz eines Robotors. Auch reduzieren sich so die Vernetzungszeiten auf weniger als 1 Minute. [...]

Stephan Hoof (Braking-Sunstar SpA)
Dichtungstechnik Allgemein:

Die kompetente Analyse von Feldausfällen und das Management von Reklamationen und Gewährleistungen sind gerade für mittelständische Zuliefererfirmen der Dichtungsbranche ein Thema hoher, aktueller Brisanz, das überraschend wenig bedacht wird. Die gegenwärtigen vertraglichen Praktiken der Kunden bergen Risiken, denen sich viele – insbesondere mittelständische – Hersteller nicht bewusst sind.

Die Zahl der Rückrufaktionen ist in Deutschland in den letzten Jahren dramatisch gestiegen. Bild 1 zeigt dies am Beispiel der Automobilbranche. 167 Rückrufe im Jahr 2006 betreffen in erster Linie die 17 eigenständigen Automobilhersteller. Jeder Hersteller hat also statistisch betrachtet 8,8 Rückrufaktionen pro Jahr. Die Zulieferer scheinen prozentual deutlich weniger betroffen, für sie ergibt sich ein Quotient im Promillebereich. Daher wiegen sich viele in einer trügerischen Sicherheit. Gerade durch den hohen Anteil an der Wertschöpfung liegt aber der eigentliche Auslöser häufig in der Lieferantenkette. Die Rückrufe zeigen aber nur die Spitze des Eisbergs. Es gibt – aus den unterschiedlichsten Gründen – eine horrende Anzahl so genannter stiller Rückrufe. Hierüber existieren keine Statistiken und das Risiko multipliziert sich durch juristische, firmeninterne und branchenspezifische Faktoren gerade in der Dichtungsbranche. [...]

Dr. Wolfgang Guth (Warranty-Chain-Management)
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