Grenzen ausloten. Dichtungslösungen für schwierige Rahmenbedingungen

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Holger Best

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Bärbel Schäfer

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Weitere Fachartikel aus DICHT! Ausgabe 4.2008:

Kommentar:

… so waren die Worte eines Dichtungsherstellers bei der diesjährigen Internationalen Dichtungstagung in Stuttgart. Doch was bedeutet dies in der Praxis? Konstrukteure und Hersteller arbeiten mit aller Energie daran, die „beste Dichtung“ für den jeweiligen Einsatzfall zu entwickeln und zu produzieren. Mit Sorgfalt wird zumeist das Material unter Berücksichtigung der Medien, des Drucks, sowie der Temperaturbeanspruchung ausgesucht. Die Teilegeometrie wird zum Teil mit Berechnungsprogrammen festgelegt. Der Hersteller produziert und kontrolliert seine Produkte mit höchster Genauigkeit. Trotzdem versagen immer wieder Dichtungen im betrieblichen Alltag. [...]

Karl-Friedrich Berger (ISGATEC GmbH)
Mess- und Prüftechnik:

Die Qualitätssicherung von Dichtungen ist heute ebenso wichtig wie die richtige Entwicklung und der sorgfältige Einbau. Mit den Anforderungen an die Dichtungs- und Klebetechnik steigen zwangsläufig die Anforderungen an die Mess- und Prüftechnik sowie ihre Integration in automatisierte Produktionsabläufe. Welche Trends vor diesem Hintergrund festzustellen sind – darüber geben Experten aus verschiedenen Blickwinkeln einen Überblick.

„Die neueste Generation von Visionssystemen im Umfeld der Dichtungstechnik ist damit gefordert, sporadisch auftretende, verborgene Defekte prozesssicher zu lokalisieren und auszuschleusen, selbst dann, wenn die Auftretenswahrscheinlichkeit des Defektes bei 1:1.000.000 liegt.“ – Dr. rer. nat. Zoltán Nagy, Entwicklungsleiter, GDO B.V. Precision Technology

„Die Kombination verschiedener Analysemethoden ist oft der einzige Weg, immer speziellere Dichtungen effektiv und sicher zu analysieren.“ – Dr. Dirk Neff, Produktmanager Thermische Analyse, METTLER TOLEDO GmbH

„Steigende Qualitätsanforderungen führten zur Entwicklung von automatischen Inspektionssystemen, die O-Ringe mit noch nie erreichter Genauigkeit und Zuverlässigkeit kontrollieren.“ – Dipl. Ing. Michael Horst, Leiter der Entwicklung für O-Ring Inspektionstechnik, miho Inspektionssysteme GmbH

„Durch die Kombination moderner Bildverarbeitungsalgorithmen unter Einbeziehung von 3D-Informationen kann man heute eine industrietaugliche Online-Inspektion von laminierten Dichtungen einsetzen. Diese Verfahren lassen sich auch zur Prüfung von anderen problematischen Materialien anwenden.“ – Falco Hirschenberger, Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik

„Die effektive Überwachung des blasenfreien Ablaufs von Ein- und Mehrkomponenten- Klebeprozessen hat eine zentrale Bedeutung für die Kleb- und Dichtwirkung der aufgebrachten Medien.“ – Dipl.-Phys. Peter Ködderitzsch, Beratung und Vertrieb, Sonotec

„An Mess- und Prüftechnik werden heute steigende Anforderungen hinsichtlich Bedienbarkeit, Netzwerkfähigkeit und After-Sales-Service gestellt.“ – Bernhard Richter, Geschäftsführer O-Ring Prüflabor Richter

Dr. Dirk Neff (METTLER TOLEDO GmbH), Dipl. Ing. Michael Horst (miho Inspektionssysteme GmbH), Falco Hirschenberger (Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik), Dipl.-Phys. Peter Ködderitzsch (Sonotec), Bernhard Richter (O-Ring Prüflabor Richter)
Statische Dichtungen:

Bei der Auswahl von Armaturen für eine neue Prozessanlage sind für den Anlagenbetreiber neben der Anschaffungsinvestition auch die damit verbundenen Instandhaltungskosten zu berücksichtigen. Diese Kosten können leicht das Vielfache der Anschaffung erreichen. Hauptursache für Funktionsstörungen sind häufig ungeeignete Dichtungswerkstoffe, die aus Unwissenheit über die eigenen Prozessbedingungen eingesetzt werden. Neben der konstruktiven Ausgestaltung des Einbauraumes sind die Dichtungseigenschaften von maßgeblicher Bedeutung. Hier gibt es je nach Medium erhebliche Unterschiede.

Als Dichtung bezeichnet man in der Technik einzelne Elemente oder komplexe Systeme, die dazu dienen, den Stoffaustausch zwischen zwei getrennten Räumen zu verhindern. In der Verfahrenstechnik kommt der Dichtung eine zentrale Funktion zu:

• Abschluss des Prozessraumes vor der Atmosphäre

• Unterbrechung von Produktströmen

• Trennung von Medien

• Steuerung von Medienströmen [...]

Daniel Heinze, Klaus Richter (Marketingleiter Kieselmann GmbH)

Die Lebensmittelindustrie stellt extrem hohe Anforderungen an Dichtungen. Dichtungen, die es i.d.R. nicht „von der Stange gibt“, die aber um so mehr Lösungs-Know-how seitens der Hersteller verlangen, damit eine effiziente Lebensmittelproduktion sichergestellt ist.

Setzt man bei der Entwicklung von Anlagen und Maschinen nicht die besten Dichtungen ein, ist vielleicht der Kostenrahmen eingehalten, das Ergebnis jedoch eventuell schon beim ersten ungeplanten Maschinenstillstand fragwürdig und damit im Endeffekt nicht wirtschaftlich. Gerade im Bereich der Armaturen, Maschinen und Anlagen in der Chemie und Lebensmittelindustrie werden die Anforderungen an Dynamik, Temperaturbeständigkeit, Medienbeständigkeit und Verschleißfestigkeit und nicht zuletzt auch an die Ausfallsicherheit immer größer. Um Anlagen ausfallfrei betreiben zu können, benötigt man Dichtungen, die temperaturfest, medienbeständig und möglichst verschleißfest, dazu schnell verfügbar und kostengünstig sind. Möglichst lange Wartungsintervalle und/oder größere Störabstände haben mehr Einfluss auf die Kostensituation als etwas „günstigere“ Dichtelemente. Denn die Ausfall- bzw. Stillstandskosten einer Anlage betragen oft ein Vielfaches der Beschaffungs- und Austauschkosten von Dichtelementen. [...]

Hermann Löbich (GFD-Gesellschaft für Dichtungstechnik mbH)

Viele Dichtungslösungen müssen heute differenzierten Anforderungen genügen. Da wünscht man sich dann schon mal einen „Lösungsbaukasten“. Einen solchen Ansatz verfolgen die APTIVTM-Folien, die Konstrukteuren und Designern völlig neue Lösungen für Hochleistungsanwendungen – auch im Dichtungsbereich – bieten.

Die Folien werden aus Victrex® PEEKTM Polymer hergestellt und verfügen in flexibler Form über alle Eigenschaften dieses Polymers. Ziel der Entwicklung war es, eine leistungsstarke Lösung zur Verfügung zu stellen und damit den steigenden Anforderungen nach reduzierten Systemkosten und höherer Produktleistung unter den Aspekten Langlebigkeit, Zuverlässigkeit, Miniaturisierung und höherer Funktionalität Rechnung zu tragen. Die größere Gestaltungsfreiheit und die einfache Nachbearbeitbarkeit der Folien eröffnen Herstellern von Dichtungs- und Klebetechniklösungen sowie Anwendern neue Freiheitsgrade bei der Produktoptimierung und Marktdifferenzierung. Aktuelle Einsatzbereiche sind Isolierungen in der Elektronik sowie Luft- und Raumfahrt, Klebebänder sowie Dichtscheiben, z.B. in Hochgeschwindigkeitsmotoren. Darüber hinaus ist noch eine Vielzahl von Anwendungen denkbar. [...]

Uwe Marburger (Victrex Europa GmbH)

Dichtsysteme im Motorraum müssen heute eine Vielzahl von Funktionen und Eigenschaften erfüllen – und die Anforderungen steigen permanent. Zum einen durch die veränderte Gesetzgebung, aber auch die steigenden Temperaturen in den Motorräumen. Zudem erhält das Design einen höheren Stellenwert. In Summe lässt dies die Entwicklung und Fertigung von Dichtsystemen im Motorraum zu einer besonderen Herausforderung werden, für die viel spezifisches Know-how nötig ist.

Niemand wünscht sich als Fußgänger oder Zweiradfahrer, ungeplanten Kontakt mit einem Fahrzeug zu haben. Da dies aber leider häufig vorkommt und oft mit erheblichen Verletzungen für die ungeschützten Personen verbunden ist, verlangt der Gesetzgeber den Fahrzeugherstellern besondere Anstrengungen ab, um das Verletzungsrisiko zu minimieren. Das entsprechende Gesetz seitens der Europäischen Union schreibt eine gewisse Knautschzone am Fahrzeug zum Schutz von Fußgängern vor.

Zum Einsatz kommen aktive und passive Systeme. Bei den aktiven Systemen wird die Motorhaube – nach der Detektion eines Fußgängeraufpralls durch Sensoren – angehoben, um eine entsprechende Knautschzone zu erhalten. Bei passiven Systemen wird genügend Freiraum zwischen Haube und starren Bauteilen im Motorraum vorgesehen. Diese Freiräume übersteigen allerdings die bisher bekannten Spaltmaße teilweise um ein Vielfaches. Hier gilt es, intelligente Lösungen zu finden, die den Anforderungen an Dichtheit und Optik gleichermaßen gerecht werden. [...]

Thorsten Scherer (Poppe GmbH & Co. KG)
Werkstoffe:

An Dichtungslösungen werden in der Lebensmittel- und pharmazeutischen Industrie hohe Anforderungen gestellt – von der Entwicklung über den Werkstoff bis zur Fertigung. Die optimale Lösung wird dabei im Dialog mit dem Anwender oder Hersteller erreicht. Mit vereintem Know-how gilt es, Produkt- und Dichtungslösung als Gesamtlösung zu optimieren – oft auf der Basis umfangreicher Tests.

Es gibt keinen Werkstoff mit universeller Einsatzfähigkeit. Auf Basis zahlreicher Tests und langjähriger Erfahrung, weiß man heute, welcher Werkstoff für eine bestimmte Anwendung die bessere Wahl sein könnte. So wurde über die letzten Jahre hinweg eine komplette Reihe von Gummiqualitäten entwickelt, die für den Kontakt mit Lebensmitteln geeignet sind. Ferner hat die AVK GUMMI A/S durch Fertigung einer Vielfalt von Dichtungselementen, z.B. für Ventile, Pumpen oder Abfüllanlagen zum Einsatz in Molkereien und Brauereien eine große Erfahrungsgrundlage geschaffen. Alle Mischungen entsprechen einer oder mehreren internationalen Normen wie FDA 21 CFR  177.2600, BfR XXI, 3A Sanitary Standard und USP Klasse VI. [...]

Anne-Sofie Ravn Bering (AVK GUMMI A/S)

Ethylen-Vinylacetat-Kautschuk (EVM) verhilft dem Werkstoff TPE (Thermoplastische Elastomere) zu einem Quantensprung. Auf dieser Basis entwickelte Hochleistungs-TPE verfügen über Materialeigenschaften, die bislang nur von Hochleistungs- Gummi-Compounds erzielt wurden. Für TPE eröffnen sich damit völlig neue Anwendungsbereiche.

Die größten Vorteile der neuen Generation von Hochleistungs-TPE: Sie halten Temperaturen von bis zu 170 °C stand und bieten allen unpolaren Medien wie Motorölen, Kraftstoffen und Fetten die Stirn. Damit erzielen sie Materialeigenschaften, die bislang nur Hochleistungs-Gummi-Compounds oder TPE mit Härten im Bereich Shore D vorbehalten waren. Das Einsatzgebiet von TPE erweitert sich dadurch enorm. Der Werkstoff eignet sich nun für eine Vielzahl neuer Anwendungen wie z.B. Dichtungen im Kfz-Motorenbereich oder Schläuche, Rohre, Drähte und Kabel. [...]

Dr. Jörg Mertinkat (KRAIBURG TPE GmbH & Co. KG)
Dynamische Dichtungen:

Dichtungsabmessungen mit 500, 1.500 oder 4.000 mm finden Anwendung im Maschinen- und Anlagenbau, bei Hydraulikpressen, in der Energiewirtschaft und in einer Vielzahl weiterer anwendungsspezifischer Kundenlösungen. Schnelle Lieferung und bezahlbare Lösungen sind bei diesen Großdichtungen zentrale Themen. Einen Ansatz bietet die Seal-Jet-Technik, mit der diese Dichtungsabmessungen ohne Formwerkzeuge – bereits ab der Losgröße 1 – hergestellt werden können.

Die Einsatzgebiete für Großdichtungen teilen sich hauptsächlich auf zwei Bereiche auf: einerseits die Neukonstruktion, bei der Standardprofile aus der Fluidtechnik oder anwendungsspezifische Lösungen zur Anwendung kommen, andererseits werden Tauschdichtungen zu Reparaturzwecken benötigt. Großdichtungen können in die unterschiedlichen Durchmesserstufen eingeteilt werden.

Hier sind Dichtungen in Standardwerkstoffen (NBR, TPU etc.) noch gut verfügbar. Bei Abstreifern mit 210 mm und FDA-Konformität bzw. aus Werkstoffen wie AFLAS oder FPM (Viton) werden die Beschaffungszeiten und -mengen sowie Materialzuschläge kostenseitig zum Thema. Als Standardwerkstoffe kommen NBR, H-NBR, TPU, POM, PE sowie UHMWPE in Frage. Für hohe Temperaturen eignen sich FPM, EPDM, Silikon, PTFE und PTFE-Compounds. Für den Tieftemperatureinsatz empfehlen sich hingegen T-Ecopur, Ecorubber3 und Ecosil. Werden besondere Anforderungen an die Verträglichkeit gestellt, so stehen H-Ecopur, PTFE und Silikon zur Verfügung. Bei S-Ecopur und PTFE-Compounds handelt es sich um gleitoptimierte Werkstoffe. [...]

Dipl.- Ing. (FH) Thomas Deigner (SKF Economos Deutschland GmbH)
Be- und Verarbeitung:

Ob Sportartikel, Küchengeräte oder Autos und Flugzeuge, moderne 2K-Kleb- und Dichtstoffe sind in fast allen Fertigungsabläufen unverzichtbar. Die Vielzahl der unterschiedlichen Kleb- und Dichtstoffe wirft dabei immer wieder Verarbeitungsfragen auf. Mit der Einführung des Endloskolbendosierers in der 2K-Applikationstechnik trägt man jetzt den Marktanforderungen nach einfachster Bedienung, absoluter Prozesssicherheit, einfacher Integration und Wartung, universellen Einsatzmöglichkeiten sowie geringem Gewicht Rechnung.

Was spricht für 2K-Kleb- und Dichtstoffe bei der Verabeitung? Ein Vorteil ist, dass erst durch das Vermischen der beiden Komponenten im richtigen Verhältnis beim Einsatz an der Produktionsstelle die Aushärtereaktion startet. Dies bietet enorme Vorteile bei der Lagerung der Rohstoffe, der Fertigungszeit und in der Anwendung. Lösungsvielfalt erfordert leistungsfähige Verarbeitungstechnologie.

Aus der Vielzahl der Anwendungen ergeben sich verschiedenste Anforderungen an die Eigenschaften wie z.B. die Endfestigkeit von Klebstoffen oder die Schrumpfung bei Füll- und Gießvorgängen. Daraus resultiert wiederum eine Vielzahl an Produkten auf dem Markt, die sich alle hinsichtlich Viskosität, Füllstoffen, Mischungsverhältnissen und Thixotropierung unterscheiden. [...]

Dipl.-Ing. (FH) Martin Stadler (ViscoTec Pumpen- u. Dosiertechnik GmbH)

Dichtungshersteller gibt es in Deutschland fast „wie Sand am Meer“. Da ist die strategische Ausrichtung eines Unternehmens und die Nutzung von Potenzialen bei zunehmend verschärftem Wettbewerb eine permanente Herausforderung. Dass dabei auch Investitionen in neue Be- und Verarbeitungsmaschinen eine nicht zu unterschätzende Rolle spielen können, zeigen die Erfahrungen mit einem Wasserstrahlschneidesystem bei einem Dichtungshersteller.

Die z.T. rasanten Entwicklungen in den verschiedenen Marktsegmenten stellen immer höhere Anforderungen an Dichtungslösungen. Anforderungen sind heute – neben den „Klassikern“ wie kurze Lieferzeiten, niedrige Preise und hoher Qualität – auch zunehmend die Standzeit der Produkte. Bei der Einzel- und Sonderfertigung, auf die sich die Dichtungs-Fessel GmbH spezialisiert hat, rückt im kundenspezifischen Lösungsprozess zunehmend auch die Machbarkeit einer Lösung in den Mittelpunkt des Interesses. Und die wirtschaftliche Machbarkeit von immer komplexeren Dichtungslösungen wird zunehmend von der eingesetzten Be- und Verarbeitungstechnik beeinflusst. [...]

Holger Best (Redaktion DICHT!)
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