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Fachmagazin DICHT!

DICHT! Ausgabe 3.2007

Jahresabonnement Fachmagazin DICHT! im Inland (4 Ausgaben):

Preis:
ab € 43,30
ISSN:
1863-4699

Fachartikel:

Kommentar:

Zugegeben: Dichtungen, Formteile, Profile sind generell C-Teile und sie werden auch oft so behandelt. In der Praxis sind dann folgende Szenarien keine Seltenheit: Das Projektmanagement erstellt einen exakten Ablaufplan und integriert die notwendigen Anlieferzeitpunkte für die A-Komponenten. Bestenfalls werden die C-Teile wie Dichtungen in der Projektierungsphase angefragt. Leider wird aber viel zu wenig berücksichtigt, dass die Produktions- und Anlaufzeiten dieser ach so unbedeutsamen Formteile und Dichtungen zumeist nicht kurz sind und nicht reduziert werden können. Antworten, wie acht Wochen Lieferzeit für die Werkzeugerstellung und ein Serienanlauf von ca. sieben Wochen nach Werkzeugfreigabe sind keine Seltenheit. Die Reaktion der Projektverantwortlichen ist vorprogrammiert: „Es kann doch nicht sein, dass unser Produktstart durch ein paar so billige Kleinteile in Gefahr gerät.“ Wieso dauert das so lange? [...]

Karl-Friedrich Berger (ISGATEC GmbH)
Werkstoffe:

Das Umspritzen von Metallteilen ist eine etablierte Technik. Der Trend geht jedoch zu immer komplexeren Bauteilen, gepaart mit steigenden Anforderungen. Ein Beispiel ist das dichte Umspritzen von Einlegeteilen. Dabei wird der dichte Verbund – je nach Marktsegment – aus hygienischen Gründen gefordert oder es sollen Beschädigungen im Inneren der Bauteile durch aggressive Medien und/oder Umwelteinflüsse verhindert werden. Wie kann man aber die benötigte Dichtigkeit für den jeweiligen Einsatz im Voraus abschätzen? Am Kunststoff-Institut Lüdenscheid entsteht hierzu eine Entscheidungsmatrix – basierend auf Praxisversuchen.

Eine immer größere Rolle spielt der dichte Verbund zwischen Kunststoff und Metall bei Steckverbindern. Üblicherweise werden diese Systeme durch das Umspritzen von metallischen Stanzgittern, Kabeln, Flachleitern, etc. realisiert. Weil sich das Umspritzmaterial in der Regel nicht mit dem Einlegeteil verbindet, entsteht ein Spalt zwischen den beiden Werkstoffen. Dadurch kann aufgrund der Kapillarwirkung Feuchtigkeit von der Steckerseite in die Verbindung eindringen. [...]

Dipl.-Ing. Marius Fedler (Kunststoff-Institut Lüdenscheid)

Die Erwartungen an neue Dichtungswerkstoffe sind hoch: Geringere Deformation unter Last und niedrigere Kriechneigung unter Zugbelastung stehen bei den mechanischen Anforderungen ganz oben, um die Standzeiten zu erhöhen. Dazu kommen hohe Anforderungen an die chemische Beständigkeit und den Temperaturbereich, den die Dichtung aushalten muss. Materialien, die diese Eigenschaften vereinen, eröffnen Anwendern zusätzliche Möglichkeiten, die Lebenszykluskosten von Anlagen, Maschinen und Komponenten zu senken.

Zu den modernen Hochleistungsmaterialien, die diese unterschiedlichen Eigenschaften kombinieren, gehören u.a. modifizierte PTFE-Werkstoffe, wie das halbrieselfähige Dyneon™ TFM™ 1635 PTFE für isostatisches Pressen sowie ein auf DyneonTM TFM™ PTFE (folgend TFMTM PTFE) basierendes Bronze-Kohlefaser-Compound. Dieses Material unterscheidet sich von klassischem PTFE durch den zusätzlichen Modifier Perfluorpropylvinylether (PPVE). Das um den Faktor 5 geringere Molekulargewicht sowie eine homogenere Kristallitstruktur führen dazu, dass die Partikel besser zu einem dichten, porenarmen Polymergefüge verschmelzen. Dadurch verbessert sich die Barrierewirkung und die Permeation wird im Vergleich zu klassischem PTFE halbiert. [...]

Erik Peters (Dyneon GmbH & Co. KG)
Statische Dichtungen:

In Chemie und Kraftwerksanlagen sind Flanschverbindungen stets in großer Anzahl vorhanden, wobei die Undichtigkeit von nur einer Verbindung die Wirtschaftlichkeit, Betriebssicherheit sowie das Emissionsverhalten einer ganzen Anlage entscheidend beeinflussen kann. Eine neue, international patentierte Verbindungstechnologie schließt viele Probleme klassischer Flanschdichtungen aus. Sie ist alternativ und unabhängig der anzuwendenden Vorschrift an Stelle der Verbindungen einzusetzen, an denen Schrauben rotationssymmetrische Bauteile verspannen. Verschiedene Praxisbeispiele zeigen vielfältige Lösungsansätze.

Die Dichtheit konventioneller Flanschverbindungen wird im Wesentlichen vom Verformungswiderstand der Bauteile, von der Temperaturdifferenz zwischen Flansch und Schraube, vom axialen und radialen Temperaturgradienten der Flansche, vom Gewindesetzen und der Dichtungsstauchung infolge der Relaxation sowie vordergründig von der bei der Montage aufzubringenden Schraubenvorspannung beeinflusst. Während des Verspannens erfahren die Schrauben eine elastische Dehnung, die im Krafthauptschluss angeordnete Dichtung erfährt – neben einer elastischen Stauchung – eine plastische Verformung. [...]

Alfred Schlemenat (consys AS GmbH)

In der chemischen, petrochemischen und Pharmaindustrie wird auf dichte Komponenten bzw. langfristig dichtende Flansche hoher Wert gelegt. Oft sind die hergestellten und verwendeten Stoffe gefährlich, schädlich, giftig oder entflammbar. Die Vermeidung von Leckagen dient sowohl dem Schutz von Mitarbeitern als auch von Anlagen und der Umwelt. Für die umfangreichen Anforderungen haben sich z.B. Flachdichtungen auf Basis von modifiziertem PTFE bewährt.

Mit seinen zahlreichen Vorteilen – wie gute Chemikalienbeständigkeit, kein Haften auf Flanschen, gut verarbeitbar nach speziellen Methoden, breiter Temperatureinsatzbereich von -250 °C bis +250 °C ist Polytetrafluorethylen (PTFE) ein guter Kandidat für die Anforderungen, die an Dichtungen in der chemischen, der petrochemischen und der Pharmaindustrie gestellt werden. Jedoch ist der Kaltfluss des Materials – bei Raumtemperatur und speziell auch bei höheren Temperaturen unter Druck – ein großes Hindernis. Das Fließen unter Druck und Temperatur bewirkt bei PTFE-Flanschdichtungen, dass unter Umständen bereits nach einer relativ kurzen Zeitspanne eine Abnahme der Flächenpressung der Flanschdichtung erfolgt, was zur Leckage führen kann. Um diesem Nachteil entgegenzuwirken, wurde ein spezielles PTFE-Compound für Flachdichtungen entwickelt. [...]

Dr. Michael Schlipf, Cyril X. Latty (ElringKlinger Kunststofftechnik GmbH)

Der Werkstoff PTFE eignet sich für viele Dichtungslösungen in der Lebensmittel- und Pharmaindustrie. Weiterentwickelte Dichtungslösungen decken dabei ein breites Anwendungspektrum und die Einhaltung der FDA 21 CFR 177.1550. ab.

PTFE (Polytetrafluorethylen) ist einer der meist verwendeten Werkstoffe in der Dichtungstechnik – insbesondere seitdem die Verwendung von Asbest verboten wurde. Eine Vielzahl von Eigenschaften wie, z.B. die sehr geringe chemische Reaktionsfähigkeit, hat dabei zu der starken Verbreitung von Dichtungen aus PTFE beigetragen. Die hohe chemische Reaktionsbeständigkeit ergibt sich aus der sehr starken Bindung zwischen den Kohlenstoff- und Fluoratomen, da Fluor das Element mit der stärksten Elektronegativität ist.

Aus dieser zentralen Eigenschaft des Werkstoffes ergibt sich auch die physiologische Unbedenklichkeit von PTFE – allerdings nur solange es sich um 100% reines PTFE handelt. Egal in welcher Form (statische Flachdichtung, gesintert, monoaxial gerecktes PTFE, multidirektional gereckt oder als Stopfbuchspackung) – alle Produkte sind bis 260 °C für den Einsatz in der Lebensmittelindustrie geeignet und entsprechen den Anforderungen der FDA 21 CFR 177.1550. [...]

Bogdan Ciuchendea (ADDENSEO® International GmbH)
Dynamische Dichtungen:

Reibung bedeutet Energieverlust. Doch ohne Reibung funktioniert keine dynamische Dichtung. Mit neuen Simmerring-Entwicklungen ist es gelungen, die Reibung zwischen Radialwellendichtringen und Kurbel-, Getriebeoder
Antriebswellen signifikant zu senken, ohne die bekannte Funktionalität, hohe Dichtwirkung und lange Standfestigkeit der Simmerring®-Radialwellendichtungen
zu beeinträchtigen. Der federlose Energy Saving Simmerring leistet damit einen Beitrag zur Kraftstoffeinsparung sowie zur CO2-Reduzierung.

Optimierte und neue Werkstoffe oder auch völlig neue Konstruktionen erweitern das Einsatzspektrum der Simmerringe kontinuierlich. Ein aktuelles Beispiel ist der reibungsminimierte Simmerring, mit dem sich die CO2-Emission pro Fahrzeug um rund 1,5 % reduzieren lässt. Dabei wurde die Dichtung gezielt in Hinblick auf CO2-Reduzierung weiterentwickelt. In Motoren, Getrieben und an den Achsen können auf dieseAnforderung hin optimierte Dichtungen helfen, den Verbrauch und damit die CO2- Emission zu reduzieren.

Gudrun Stadler (Freudenberg Dichtungs- und Schwingungstechnik GmbH & Co. KG)

Gleitringdichtungen werden in Pumpen, Rührwerken, Verdichtern und anderen rotierenden Maschinen als Wellenabdichtung für flüssige und gasförmige Medien eingesetzt. An diese Dichtungen werden dabei hohe Anforderungen gestellt – sind sie doch derzeit in einer Pumpe die Bauteile mit der geringsten Lebensdauer. Die Diamantbeschichtung eröffnet hier interessante Perspektiven.

Gleitringdichtungen müssen in der chemischen Industrie Prozessdrücke vom Vakuum bis zu über 400 bar abdichten. Darüber hinaus werden dabei zum Teil hohe Anforderungen hinsichtlich der chemischen und thermischen Beständigkeit gestellt. Die Konstruktion und die Werkstoffauswahl spielen eine entscheidende Rolle, um die zuverlässige Funktion und die Langlebigkeit der Dichtung – unter den zu Grunde liegenden Randbedingungen – sicherzustellen. Betrachtet man die durchschnittliche Lebensdauer von wesentlichen Bauteilen einer Pumpe, ist die Gleitringdichtung bis heute das Bauteil mit der kürzesten durchschnittlichen Lebensdauer und hat somit einen entscheidenden Einfluss auf die MTBF/MTBR-Werte des Gesamtsystems. MTBF (engl. Mean time between failures) ist die mittlere Zeitdauer zwischen zwei Fehlern. MTBF dient als Maß für die Zuverlässigkeit von Geräten oder Anlagen. MTBR (engl. mean time between repairs) ist die mittlere Zeitdauer zwischen zwei Reparaturen. Der Unterschied zwischen den beiden Kennzahlen ist die Reparaturzeit MTTR (Mean Time To Repair). In diesem Fall ist MTBF und MTBR etwa gleich zu setzen. Oberstes Ziel aller Betreiber ist es, diese Werte entscheidend zu verbessern und die Prozessausfallkosten durch ungeplante Unterbrechungen zu minimieren. [...]

Dr. Wolfgang Berger (Burgmann Industries GmbH & Co. KG)
Flüssigdichtungen:

Natürlich haben der gute alte O -Ring oder die individuell erstellte Formteildichtung noch lange nicht ausgedient, doch auch hier ist das Bessere oft des Guten Feind. Daher haben sich in den vergangenen 30 Jahren immer mehr Unternehmen entschieden, ihre Bauteile durch eine flüssig aufgetragene Dichtmasse abzudichten. Das weitestgehend automatisierte Verfahren ist längst Stand der  Technik und besticht durch höhere Serienqualität zu meist niedrigeren Kosten. Es gibt längst Bauteile, die in zweistelliger Millionenhöhe fehlerfrei produziert wurden – und dennoch haben Flüssigdichtungen Akzeptanzprobleme.

Der allgemeine Trend geht heute immer mehr dahin, dass Neukonstruktionen bereits frühzeitig auf eine wirtschaftliche Umsetzung hin betrachtet werden. Dabei spielt es keine Rolle, ob der Dichtprozess im eigenen Haus oder beim erfahrenen Dienstleister erfolgt. Die immer kürzeren Entwicklungs- und Lebenszyklen der Bauteile erfordern eine schnell und sicher entwickelte Lösung, die bei kurzfristigen Änderungswünschen genauso flexibel optimiert werden kann. Die Dichtstoffe wurden kontinuierlich weiterentwickelt; heute überwiegen Schaumdichtungen aus Polyurethan sowie Kompaktdichtungen aus Silikonelastomeren. Einsatzbedingungen und Verbausituation bestimmen letztlich, welcher Dichtstoff aufzutragen ist. Nicht selten werden die Werkstoffe aber auch als Klebelösung eingesetzt und gewährleisten eine dauerhaft prozesssichere Verbindung. In optimierter Formulierung lassen sich viele Materialien auch als schützender Verguss auf oder in ein Bauteil aufbringen. Jüngere Trends sehen z.B. den „Dam and fill“-Prozess vor, bei dem um SMDbestückte Leiterplattenbereiche zunächst ein standfester Schutzdamm als Raupe aufgebracht wird. Im folgenden Arbeitsschritt werden diese Bereiche dann mit dem gleichen Material in fließfähiger Einstellung aufgefüllt. [...]

Martin Hirsch (Deutsche Kunststoffberatung GmbH)

Nach der Formedin-Place-Foam-Gasket-Technologie (FIPFG) appliziert, haben sich diese Dichtungen am Markt durchgesetzt. In den Anfängen ein Nischenprodukt, sind die Dichtsysteme aus der industriellen Fertigung heute nicht mehr wegzudenken. Neueste Materialentwicklungen bieten interessante Perspektiven.

Formed-in-Place-Foam-Gasket steht für an Ort und Stelle geschäumte Dichtungen. Diese bestechen nicht nur durch vorteilhafte Eigenschaften wie vollautomatische, maschinelle Fertigung und sicheres Funktionsverhalten, sondern auch durch den Preis. Zu den Hauptanwendungsgebieten von FIPFG-Materialien zählen die Automobil- und Elektroindustrie. Komplexe Anwendungen wie das Abdichten von Türmontageträgern, Elektrogehäusen oder Emballagendeckeln stellen hohe Anforderungen an die Dichtungen. Als innovative Lösung haben sich reaktive Gießharze erwiesen. Diese gehören zu den wichtigsten Industriekunststoffen. Die Experten verstehen darunter eine flüssig austragbare Reaktionsharzmasse, die durch Mischen und Homogenisieren eines Reaktionsharzes (A-Komponente) mit einem Reaktionsmittel (Härter, B-Komponente) sowie diversen chemisch nichtreaktiven (inerten) Zusatzstoffen (z.B. Weichmachern, Füllstoffen, Farbstoffen, Katalysatoren) zu einem Formstoff mit definierter Härte ausreagiert. Reaktive Gießharze werden häufig auf der Basis von Polyurethanen (PU) oder Silikonen formuliert. [...]

Franz-Josef Giesen (Rampf Giessharze GmbH & Co. KG)
Formteile / Profile:

Die höheren Anforderungen hinsichtlich der gesetzlichen Vorgaben bei Abgasemissionen und der Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs führen u.a. zu weiteren Optimierungen der automatischen Schaltgetriebe, wie auch zu neuen Getriebevarianten – Stichwort: Doppelkupplungsgetriebe. Dabei werden auch hohe Anforderungen an die Dichtungslösungen gestellt.

Um diese Anforderungen im Bereich des PKW-Antriebsstrangs auch künftig zu erfüllen, werden zunehmend Komponenten eingesetzt, die hydraulisch betätigt werden – wie die Lamellenkupplungen im Stufenautomatikgetriebe. Die meisten mit Fluid zu versorgenden Komponenten, wie z.B. die Überbrückungskupplung im Drehmomentwandler, führen rotatorische Bewegungen aus. Die Schnittstelle zwischen stehendem und drehendem Bauteil bildet die Drehdurchführung (DDF). Jede DDF besitzt systembedingt einen Spalt zwischen Welle (Rotor) und Gehäuse (Stator). Durch diesen Spalt kann das Fluid ungehindert austreten – die Leckage. Es ist somit eine Dichtung notwendig, die eine möglichst geringe Leckagemenge unter minimaler Einschränkung der Bewegung zulässt. [...]

Roman Esterl (Konzelmann GmbH), Jürgen Reinert (Victrex Europa GmbH)

Vandalismusschäden an Fahrzeugen des öffentlichen Personenverkehrs (ÖPV) im Bereich Straße und Schiene sind mittlerweile zum „Dauerbrenner“ geworden und verursachen jährlich allein in Deutschland zweistellige Millionenschäden.

„Bevorzugte“ Objekte sind bei Vandalismusschäden die Scheiben von Bussen, S-, U- und Straßenbahnen oder Zügen. Hierbei wird nicht nur gesprayt, sondern es werden auch komplette Fensterflächen massiv und irreparabel verkratzt. Für den Verkehrsbetrieb bzw. Fahrzeugbetreiber wird es so früher oder später erforderlich sein, dieses Bauteil zu ersetzen. Die wirtschaftliche Belastung, die hinter Vandalismusschäden steht, ist für die Verkehrsbetriebe enorm. Jährliche Steigerungsraten von etwa 11 % werden prognostiziert und belasten die ohnehin schon arg strapazierten Instandhaltungsetats der Verkehrsbetriebe. Seit einiger Zeit gelten „Antikratzfolien“ als probates Mittel, um Glasflächen im Fahrzeug zu schützen. Unter den Praktikern der Fahrzeug-Werkstätten gibt es jedoch ambivalente Meinungen hinsichtlich der Effektivität und Dauerhaftigkeit der Beschichtungen mit Folie. Darüber hinaus schlagen die Kosten von durchschnittlich etwa 40 E pro m2 Scheibenfläche (inklusive Folienmontage) stark zu Buche. [...]

Ralf Waibel (Hübner GmbH)

Die Bedeutung der Dichtungen in einem System wird nach wie vor gerne unterschätzt. Dies gilt auch für den Trialog zwischen Konstruktion, Einkauf und Qualitätsmanagement, der notwendig ist, um eine Dichtung richtig zu spezifizieren und zu beschaffen. Die Checklisten von DICHT ! helfen u.a. dabei die Beschaffung von Dichtungen zu optimieren – egal ob sie 1 zu 1 verwendet werden oder nur als Anregung für eigene Vorlagen dienen.

Um anwendungsgerechte Dichtungslösungen zu finden, ist es notwendig, dass Einkauf, Konstruktion und Qualitätsmanagement bei Anfragen an Lieferanten die notwendigen Anforderungen und Rahmenbedingungen definieren. Erst nach Vorlage dieser Informationen ist es Lieferanten i.d.R. möglich ein sachgerechtes Angebot abzugeben. Mit einer präzisen Anfrage trennt man zudem auch schnell die Spreu vom Weizen bei den Lieferanten und ist sicher vor Folgekosten oder mangelnder Qualität. Leider ist die Präzision der Anfragen in der Branche oft noch ein verbesserungsfähiges Thema, an dem so manche Diskussion aufgrund von Missverständnissen entbrennt. [...]

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ISGATEC GmbH
Klebetechnik:

Die zunehmende Miniaturisierung industrieller Produkte ist eine Tendenz, die in fast allen technischen Bereichen immer deutlicher wird. Dies gilt besonders für das Auftragen von Flüssigkeiten, z.B. von Klebstoffen in kleinsten Mengen. Weiterhin erfordern kürzeste Taktzeiten, die sich sehr oft im Bereich von weniger als einer Sekunde bewegen, eine herausragende Prozesssicherheit und Genauigkeit der Dosierung. Derartig hohe Ansprüche sind jedoch oft nicht mit marktüblichen Dosiersystemen vereinbar, weshalb neue Dosiertechnologien zunehmend an Bedeutung gewinnen. Ein Beispiel sind Dosierventile, die einen frei fliegenden Flüssigkeitstropfen erzeugen.

Vergleicht man die heute in der industriellen Serienfertigung verwendeten Dosiersysteme für höher viskose Flüssigkeiten, so können diese größtenteils den folgenden Dosierprinzipien zugeordnet werden:

• volumetrische Systeme,

• quasivolumetrische Dosiersysteme,

• Druck-Zeit-Dosiergeräte.

Bei den volumetrisch arbeitenden Dosiersystemen, z.B. der Kolbenpumpe, wird eine mit der zu dosierenden Flüssigkeit gefüllte Kammer vollständig, meist durch einen Kolben, geleert. Dieses Dosierprinzip ist allerdings für Flüssigkeitsvolumen kleiner 2 μl oder Taktzeiten von unter 1 Sekunde nicht geeignet. [...]

Dr.-Ing. Stefan Grünwald (PICO Dosiertechnik GmbH & Co. KG)
Mess- und Prüftechnik:

Die Oberflächenrauheit von großen und sperrigen Bauteilen, wie beispielsweise Hydraulikstangen, messen? Ra und Rz an einer hinterschnittenen Nutinnenseite bestimmen? Gerade diese für die Dichtungstechnik wichtigen Messaufgaben sind in der Praxis nur schwer zu lösen. Durch Abformen der Oberflächenrauheit kann man diese Probleme einfach in den Griff bekommen. Dazu trägt man zunächst die Abformmasse auf die zu vermessende Oberfläche auf. Nach dem Aushärten lässt sich der Abdruck problem- und rückstandslos abziehen. Da er elastisch ist, kann auch die Oberfläche von Hinterschneidungen abgeformt werden. Schließlich wird im Prüflabor der Abdruck vermessen und man erhält durch Invertieren der Messung die originale Oberfläche. [...]

Dipl.-Inf. Alexander Buck, Dipl.-Ing. Gert Baitinger, Prof. Dr.-Ing. habil. Werner Haas (IMA — Universität Stuttgart)
© ISGATEC GmbH 2018