Höheres Simulationslevel – Die ganzheitlich betrachtete Fließsimulation spart mehr Zeit, Kosten und erschließt kontinuierlich Wettbewerbsvorteile

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Holger Best

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Bärbel Schäfer

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Weitere Fachartikel aus DICHT! Ausgabe 2.2020:

Standpunkte:

Diese Technologie ist einerseits „Möglichmacher“ für viele Fragestellungen und andererseits sind viele Aspekte zu berücksichtigen, damit die jeweilige Lösung im Projekt das Gewünschte möglich macht. Die Statements der Experten zeigen die Bandbreite der aktuellen Aspekte.

„Die Klebtechnik ist auch zukünftig ein „Möglichmacher“ für viele Problemstellungen. Im industriellen Einsatz geht diese Entwicklung Hand in Hand mit optimierten, zunehmend automatisierten Prozessen.“ – Julius Weirauch, Anwendungstechniker Klebebänder und Klebstoffe, 3M Deutschland GmbH

„Mit der Weiterentwicklung der Klebtechnik, dem Ausbau unseres Produktportfolios sowie unserer anwendungstechnischen Beratung bieten wir unseren Kunden einen ganzheitlichen Service.“ – Dr. Johannes Martin, Product Management Performance Products, Biesterfeld Spezialchemie GmbH

„Klebstoffe sind zunehmend multifunktional und können schon heute weit mehr, als Bauteile dauerhaft miteinander zu verbinden.“ – Bernd Scholl, Leiter Produkttechnologie, DELO Industrie Klebstoffe

„Zentrale Anforderungen an das Kleben und Flüssigdichten sind einfache Prozesse, Schnelligkeit und eine zunehmende Integration in automatisierte Prozesse.“ – Christian Eicke, Leitung Vertrieb, DREI BOND GmbH

„Moderne Klebstoffe müssen Umwelt und Anwender schützen – das rechnet sich auch wirtschaftlich.“ – Nils Lang, Sales Manager, GLUETEC Industrieklebstoffe GmbH & Co. KG

„Erfolgreiches Kleben braucht zeitgemäße Tests, valide Daten und eine fundierte Bewertung – neue Testmethoden bieten hier mehr Sicherheit für Anwender.“ – Dr. techn. Martin Brandtner-Hafner, Inhaber, FRACTURE ANALYTICS

„Klebebänder werden permanent an neue Anforderungen in den unterschiedlichen Branche angepasst und bieten viele interessante Lösungsansätze.“ – Peter Harendt, Head of Technical Marketing, Lohmann GmbH & Co. KG [...]

Julius Weirauch (3M Deutschland GmbH), Dr. Johannes Martin (Biesterfeld Spezialchemie GmbH), Bernd Scholl (DELO Industrie Klebstoffe), Christian Eicke (DREI BOND GmbH), Nils Lang (GLUETEC Industrieklebstoffe GmbH & Co. KG), Dr. techn. Martin Brandtner-Hafner (Fracture Analytics), Peter Harendt (Lohmann GmbH & Co. KG), Magnus Buske (Plasmatreat GmbH), Till Odilo Kegel (Toconus), Fabrizio Malek (VITO Irmen GmbH & Co. KG), Norbert Heer (RAMPF Production Systems GmbH & Co. KG), Ralf Giessel (Permabond Engineering Adhesives GmbH)
Dichten:

Dichtungen werden aus den verschiedensten Gründen in der Praxis geschädigt. Neben dem Erkennen der Schadensursache werden dann mögliche Abhilfemaßnahmen wichtig – für die Instandhaltung, aber auch bereits bei der Erstausrüstung von Anlagen mit Dichtungen. Durch die Gummielastizität kann die aus den druckbeaufschlagten Bereichen einer Dichtung resultierende Kraft bzw. Spannung in eine Erhöhung der Dichtflächenpressung umgewandelt werden (= Druckaktivierung). Je höher also der anstehende Druck ist, desto höher ist auch die daraus  entstehende Dichtflächenpressung.

Durch die Grenzen der Gummielastizität können Elastomerdichtungen bei sehr schnellen Änderungen von Betriebszuständen, d.h. bei sehr „harten“ Druckstößen und/oder den daraus resultierenden Spaltänderungen, nicht schnell genug die  Dichtflächenpressung erhöhen und der Spaltänderung folgen. Dadurch kann es zu einem Überblasen bzw. Überströmen der Dichtung kommen, ohne dass die Dichtung geschädigt wird. In der Fluidtechnik finden sich dadurch immer wieder geringfügige Leckagen als Folge von Unterwanderungen der Dichtungen durch sich zyklisch wiederholende, instationäre labile Betriebszustände, die dann zu Schwitzleckagen führen. [...]

Das dynamisch bedingte Überströmen wird von Faktoren aus den Bereichen Dichtungswerkstoff (Kälte-, Alterungsverhalten, Härte), Einsatzbedingungen (Druckanstiegsgeschwindigkeit, Temperatur) und Einbausituation (Verpressung, Spaltmaß, Oberfläche) beeinflusst. [...]

Dipl.-Ing. Bernhard Richter und Dipl.-Ing. (FH) Ulrich Blobner (O-Ring Prüflabor Richter GmbH)

Der größte Teil der Energie, die wir derzeit nutzen, wird mit fossilen Energieträgern erzeugt. Seien es die unterschiedlichen Kraftwerke, die uns den benötigten elektrischen Strom liefern oder Verbrennungsmotoren in unseren Fahrzeugen. Sie alle setzen CO2 frei und gefährden auf  Dauer definierte Umweltziele. Parallel dazu wird im Rahmen der Energiewende eine alternative Energieerzeugung ausgebaut. Das Ziel ist der Verzicht auf fossile Energiequellen. Derzeit sind wir im Übergang und an verschiedenen Stellen gibt es mahnende Stimmen, wie wir den Übergang gestalten. So steht die Frage im Raum, ob die derzeitigen Anstregungen reichen und wir die richtigen Rahmenbedingungen geschaffen haben, um den Energiebedarf einer Industrienation verlässlich rund um die Uhr zu decken. 2015 wurde in Deutschland eine Energiemenge von 3.600 TWh [1] verbraucht. Wollte man diese Energiemenge als elektrischen Strom – z.B. aus Windkraft gewonnen – dezentral bereitstellen, so würde alle 2,5 km ein Windrad mit 3,5 MW Leistung benötigt. Der Blick auf die derzeitige Genehmigungsituation von Windrädern zeigt, dass dies nicht die Lösung sein kann. Will man diesen Strom mit Off-shore-Windparks aus Nord- und Ostsee erzeugen, so würden zusätzlich 30 bis 35 Stromtrassen von Nord nach Süd für die Verteilung benötigt. Und welche Probleme es mit der ersten Trasse, der Südlink-Stromautobahn, gibt, ist bekannt. Jeder will den Strom – keiner will die Stromtrasse. [...]

Norbert Weimer (Klinger GmbH)

In Zeiten von stetig sinkenden Entwicklungszeiten und der schnelleren Bereitstellung von Musterartikeln stehen immer mehr Gummiverarbeiter vor großen Herausforderungen. Die Fließsimulation ist dabei ein bewährtes Mittel. Ein neuer Ansatz hebt allerdings diese Technik durch Datenintegration und Vernetzung auf eine neue Ebene.

Mit Fließsimulationen werden bereits während der Konstruktionsphase wichtige Erkenntnisse gesammelt und die Nacharbeiten an einem Versuchswerkzeug verringert. Füllsimulationen geben schon vor Konstruktionsbeginn Aufschluss über das Fließverhalten der Materialmischung, welches durch dieArtikelgeometrie und den geplanten Anguss maßgeblich beeinflusst wird. Ebenfalls bieten sie eine hilfreiche Grundlage bei Bauteilen mit komplexer Materialbeschaffung, die gleichzeitig aus mehreren Komponenten bestehen und somit diverse Anforderungen erfüllen müssen.

Das ist nicht neu und es gibt inzwischen viele Systeme auf dem Markt. Bei der neuen Inhouse-Fließsimulation von DESMA stand deshalb auch mehr die Frage im Mittelpunkt, wie man ein solches System durch eine ganzheitliche Betrachtungsweise – der Wertschöpfungskette von der Entwicklung bis zur Produktion folgend – effizienter machen kann. Eine Antwort liegt in den verfügbaren Daten, denn „SmartFlow“ umfasst die bereits vorhandenen Daten und Parameter, die das Unternehmen als Turnkey-Lieferant mitbringt. [...]

Manuel Stricker (Klöckner DESMA Elastomertechnik GmbH)

Zur Optimierung von Pumpen und -systemen kommen seit Jahren beschichtete O-Ring-Standarddichtungen zum Einsatz. Die Erfahrungen zeigen: Sie machen die Montage der Pumpen prozesssicher und wiederholgenau. Das früher undefinierte und manuelle Schmieren mit Fett entfällt und es werden keine Hilfsstoffe mehr in den Wasserkreislauf verschleppt – ein Projektbericht.

Um die dauerhafte Abdichtung zwischen Pumpengehäuse und Elektronik sicherzustellen, hat ein Pumpenhersteller seinen Montageprozess mit einem modernen Dichtungssatz optimiert. So wird in der Fertigung das Gehäuse in ein Rohr auf einen Metallsitz eingepresst. Die zuvor eingelegte O-Ring-Elastomer-Standarddichtung gewährleistet, dass beim Betrieb kein Wasser aus dem Pumpengehäuse in die Elektronik gelangt. Unsichere und undefinierte Prozesse wurden abgeschafft Verschiedene Pumpenmodelle mit Dichtungen unterschiedlicher Innendurchmesser kommen zum Einsatz. Beim Zusammenbau verdrillt sich der voreingebaute Dichtring aufgrund des Reibwiderstandes und will danach wieder in seine Ursprungsform zurück. Dadurch kann ein Spalt entstehen und die Dichtwirkung beeinträchtigen. Um dies zu  vermeiden, hat der Pumpenhersteller in der Montage früher Fertigungshilfsstoffe eingesetzt. Diese Fette wurden mit einem Pinsel manuell vor jedem Montagevorgang aufgebracht. Das reduzierte den Reibwiderstand der Dichtung und das Bauteil „flutschte“ quasi über den Dichtring in die gewünschte Endlage. In der Praxis ist das heute ein durchaus üblicher und weit verbreiteter Fertigungsschritt. Allerdings hat er z.T. gravierende Nachteile. Denn der Vorgang des manuellen Schmierens ist keineswegs prozesssicher. Sowohl zur Menge des aufgebrachten Fetts als auch hinsichtlich der Frage, ob der Werker wirklich geschmiert hat, gibt es keine Rückmeldungen. Hinzu kommt, dass das Fett in die Anwendung verschleppt wird. Weil die Anforderungen sowohl an das Produkt und den Fertigungsprozess als auch an die Umwelt immer weiter gewachsen sind, musste eine andere Lösung her. [...]

Matthias Georg (OVE Plasmatec GmbH)
Kleben:

Langwierige, ungenaue und teure Handarbeit, die Verschwendung von Material: Bislang werden im Flugzeugbau viele Prozesse noch manuell oder lediglich halbautomatisch ausgeführt. Beim Honeycomb-Potting gibt es jetzt Abhilfe.

Die Befüllung industrieller Wabenbaukörper (Honeycombs) ist beim Innenausbau unverzichtbar. Sie bilden den Kern der verwendeten Sandwichbauteile. Bauteile in Flugzeugen müssen einerseits so leicht wie möglich sein, andererseits aber den hohen Sicherheits-und Stabilitätsanspruchen genügen. Zu den typischen Einsatzbereichen fur Wabenstrukturen im Innenbereich zählen Bodenplatten, Gepäckfacher oder Seiten- und Trennwandverkleidungen. Zur strukturellen Verstärkung oder um stabile Verbindungsstellen zu erhalten, werden die Waben mit Kern- oder Randfüllmassen ausgefüllt. Für diese „Core Filler“ gelten strenge Anforderungen, vor allem hinsichtlich des Brandschutzes. Und sie müssen naturlich möglichst leicht sein. [...]

Simon Widderich (ViscoTec Pumpen- u. Dosiertechnik GmbH)
Polymer:

Anstatt von Standardpolymerfolien und -platten kommen heute vermehrt Werkstoffkombinationen in Form von Multilayern zum Einsatz. Die nachfolgenden Projektbeispiele zeigen das inzwischen breite Einsatzspektrum und belegen, warum diese Werkstofftechnologie zunehmend eingesetzt wird.

Die Rahmenbedingungen für den Einsatz von Werkstoffen und Mischungen für Dichtungen, Formteile und Profile unterlagen in den letzten Jahren deutlichen Veränderungen, etwa durch:
• Veränderte Einsatzbedingungen – in den meisten Branchen sind die Anforderungen bezüglich Druck, Medien und Temperatur gestiegen.
• Normen – zahlreiche neue Normen, aber auch Gesetzesänderungen und -verschärfungen (REACH/RoHS, Bahnnormen, Trinkwassernorm) zwangen zum Ersatz bewährter Werkstoffe und Mischungen.
• Aktuelle Trends – wie z.B. die E-Mobilität führen zu neuen Herausforderungen. Das Thermomanagement ist hier nur ein Beispiel.
Um heute leistungsfähige Lösungen zu realisieren, braucht es große Werkstofferfahrung und ein umfangreiches Verarbeitungswissen – basierend auf einer systematischen Vorfeldanalyse aller potenziellen Einflussfaktoren auf das System. Dass mit Multilayern (Bild 1) bereits viele Aufgabenstellungen gelöst werden konnten, zeigen die nachfolgenden Beispiele. Ihnen ist eines gemeinsam: Mit klassischen Werkstoffen und Mischungen wurden keine zufriedenstellenden Ergebnisse erzielt. [...]

Richard Gisler (Tec-Joint AG)

Bei vielen Dichtungs- und Formteillösungen aus Zellkautschuk, Polyethylenschaum und Moosgummi rückt neben der klassischen Lösungskompentenz auch immer mehr der Nachhaltigkeitsaspekt in den Blickpunkt. Und hier hat sich schon einiges bewegt.

Institutionen wie das Deutsche Museum und der Louvre in Paris haben ihre wertvollen Kunstgegenstände bereits in Material von Köpp gebettet und so gut geschützt auf den Weg geschickt. Aber auch im Automobilbau, und anderen Industriebereichen übernehmen maßgeschneiderte Lösungen immer mehr Dicht- und Transportschutzaufgaben. Dabei arbeitet das Unternehmen seit einigen Jahren daran, seine Produkte und Produktionsprozesse nachhaltiger zu gestalten.

Bei modernen Polyethylen- und Zellkautschukqualitäten ist es heute entscheidend, das passende Material zu finden. Die produzierten Polyethylenschaumqualitäten werden dazu individuell bearbeitet und konturgeschnitten, ausgestanzt, wasserstrahlgeschnitten,als Platte, Block, Streifen oder Bahnenware ausgeliefert – je nach Bedarf. Im Verpackungsbereich kommen außerdem Zellkautschukqualitäten zum Einsatz – aufgrund ihrer hohen mechanischen Belastbarkeit und guten Druckverformungsreste etwa bei schweren Bau- oder Betonbauteilen. [...]

Dr. Andreas Peine (W. KÖPP GmbH & Co. KG)
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