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Fachmagazin DICHT!

DICHT! Ausgabe 4.2007

Jahresabonnement Fachmagazin DICHT! im Inland (4 Ausgaben):

Preis:
ab € 43,30
ISSN:
1863-4699

Fachartikel:

Kommentar:

Warum muss das Rad immer wieder neu erfunden werden? Konstrukteure und Entwickler stehen permanent vor der Aufgabe, Schnittstellen und Verbindungen erfolgreich und sicher zu verbinden bzw. abzudichten. Ist es die Macht der Gewohnheit, die Suche nach Einmaligkeit, die fehlende Transparenz des Marktes oder der mangelnde Kontakt zu den Lieferanten, dass dabei selbst einfache Teile wie z.B. Kabeldurchführungstüllen, Stopfen, Bälge oder Profile immer wieder neu konstruiert und definiert werden, anstatt auf die fast unüberschaubare Anzahl vorhandener Standardteile zurückzugreifen, obgleich die Abweichungen oft nur wenige Millimeter betragen? Oder liegt es an dem verständlichen Wunsch der Konstrukteure und Entwickler, auf bestehende, geprüfte Werkstoffdefinitionen zurückgreifen zu wollen, anstatt bei einem „unbekannten“ Standardbauteil das Risiko einer Neuanalyse und Neufestlegung einzugehen – von dem Rattenschwanz, den dies bei der Qualitätssicherung in Form von aufwändigen Prüfungen nach sich zieht, ganz zu schweigen. [...]

Karl-Friedrich Berger (ISGATEC GmbH)
Werkstoffe:

Bei den Prozessstufen in Anlagen zur Herstellung von Biodiesel sind mehrere Medien unter verschiedenen Verfahrensparametern abzudichten. Dabei muss das Dichtungsmaterial, neben einer hohen Gasdichtheit und mechanischen Festigkeit, insbesondere auch die chemische Beständigkeit gegen diese Medien mitbringen.

Biodiesel wird aus Pflanzenölen, wie Palm-, Sonnenblumen- oder Rapsöl, hergestellt, also aus nachwachsenden Rohstoffen und zählt damit zu den erneuerbaren Energieträgern. Dazu müssen die Pflanzenöle –chemisch gesehen handelt es sich hierbei um Triglyzeride – in einer chemischen Reaktion mit Methanol unter Einsatz eines Katalysators umgesetzt werden. Als Reaktionsprodukte entstehen dabei Glyzerin und der gewünschte Biodiesel (Bild 1). Wird als Ausgangsstoff, wie meistens in Mitteleuropa, Rapsöl eingesetzt, erhält man als Biodiesel Rapsölmethylester (RME). Dieser Verfahrensschritt, der als Umesterung bezeichnet wird, läuft bei moderaten Temperaturen bis ca. 60°C ab. [...]

Volker Etzel (REINZ-Dichtungs-GmbH)

Kautschukteile, wie z.B. Dichtungen, sind besonders empfindlich hinsichtlich des Befalles durch Bakterien und Pilze. Aufgrund ihrer chemischen Zusammensetzung bieten sie einen idealen Nährboden für Mikrobenwachstum – was beim Einsatz in der Lebensmittelindustrie zu Problemen und hohem Reinigungsaufwand führen kann. Dichtungen aus mikrobizidem Kautschuk lösen Reinigungsprobleme, verhindern Ausrüstungs- und Produktschäden sowie Stillstandzeiten.

Um das Mikrobenwachstum in und an den Oberflächen von Dichtungen zu hemmen, wurden bislang mikrobizide Additive in die Elastomere eingemischt. Die hierzu verwendeten Chemikalien neigen jedoch dazu, aus dem Elastomer zu entweichen und den Produktionsprozess zu verunreinigen. So nimmt der Schutz des Bauteils im Zeitverlauf immer weiter ab. Bei den hohen Verarbeitungstemperaturen von Elastomeren bis zu mehr als +250°C kann es außerdem zum Abbau der schützenden Chemikalien kommen. Die Geschmacks- und Geruchsneutralität sowie die Gesundheits- und Umweltverträglichkeit vieler gängiger organischer Biozide sind ebenfalls ein großes Problem. [...]

Oliver Lips, Andreas Voß (ERIKS Holding Deutschland)

Siliconschaum vereint die guten Eigenschaften des massiven Werkstoffs mit einer geringeren Dichte. Neu entwickelt wurde jetzt ein flexibler Werkstoff für langlebige Dämpfer, Schläuche, Isolierhüllen und Dichtungen. Dieser macht die Siliconschäume der neuesten Generation jetzt auch attraktiv für Anwendungen in der Lebensmittel- und Medizintechnik – ein Ausblick.

Silicon ist ein Material mit vielen herausragenden Eigenschaften: Es ist beständig gegen Heißluft, kälteflexibel und zeigt nahezu unveränderte Eigenschaften in einem sehr weiten Temperaturbereich. Zudem weist es einen exzellenten Druckverformungsrest (Anteil der plastischen Verformung eines Vulkanisats) auf. Das sind ideale Voraussetzungen für Anwendungen im Automobil- und Transportbereich, in der Luft- und Raumfahrt, dem Maschinenbau und der Haushaltswarenindustrie. Könnte man diese Eigenschaften auch in einem Siliconschaum wiederfinden, würde das eine breite Palette neuer Anwendungen eröffnen. Für viele Anwendungsgebiete wäre es ideal, wenn man die Dichte der derzeit geläufigen Arten von Siliconen zwischen 1 und 1,2 noch weiter senken könnte. Aber: Silicon ist das am schnellsten vulkanisierende Elastomer. Das bedeutet, dass sich das Netzwerk sehr schnell schließt und so die Expansion gehemmt wird. Man hat es also mit zwei gleichzeitig ablaufenden, gegeneinander wirkenden Prozessen zu tun, welche man in ein sinnvolles Gleichgewicht setzen muss, um einen guten Schaum zu erhalten. [...]

Dr. Jürgen Weidinger (Wacker Chemie AG)
Statische Dichtungen:

Der Einsatz von Dichtungsmaterialien in Tanklägern ist keine triviale Angelegenheit. Eine Dichtungsauswahl, die mit den gesetzlichen Anforderungen und Regeln konform geht, ist eine Voraussetzung. Aber erst die zusätzliche praktische Langzeiterfahrung bringt die „reelle Sicherheit“, dass ein Tanklager sicher funktioniert. Sie bringt das Wissen, dass die Theorie auch praktisch umsetzbar und damit der Schlüssel zum Erfolg ist.

Um die Versorgung mit Ottokraftstoffen, Dieselkraftstoffen und Heizöl sowie deren Mischkomponenten und Kohlenwasserstoffen in Deutschland zu sichern, gibt es in allen Regionen Tankläger, die eine sinnvolle Nähe zu den Verbrauchern haben und für die weitere Verteilung der Produkte eingerichtet sind (LAU-Anlagen – „lagern, abfüllen, umschlagen“). Anfang 2005 betrug die Gesamtkapazität aller Mineralöl-/Kohlenwasserstoff- Tankläger in Deutschland ca. 17 Mio. m3. Dabei handelt es sich um „raffinerieferne Tankläger“. Tankläger innerhalb der Raffinerien (HBV-Anlagen) und Rohöl- Pipeline-Läger sowie Kavernen sind dabei nicht enthalten. Üblicherweise werden diese raffineriefernen Tankläger von unterschiedlichen Betreibern gewerblich bewirtschaftet und die Nutzer, z.B. die bekannten Mineralölfirmen, mieten diese Tankkapazitäten entsprechend ihrem Bedarf an. [...]

Norbert Weimer (Klinger GmbH)

Graphitdichtungen haben sich bei der Abdichtung des Gesamtsystems „Flansch“ bewährt. Die Qualität des Dichtungsmaterials hat dabei entscheidenden Einfluss auf die Gesamtkosten inkl. Montage, Wartung und Demontage – Folgekosten, die bei einer vordergründig günstigen Beschaffung gern mal vernachlässigt werden.

Eine häufig verwendete lösbare Verbindung von Rohrleitungen oder Behältern ist die Flanschverbindung mit dazwischen liegender Dichtung, die mit Hilfe von Schrauben und Muttern verpresst wird. Die Flanschverbindung muss einfach und schnell verschraubt und gelöst werden können, aber vor allem mit hoher Sicherheit und auf Dauer technisch dicht sein. Damit das System funktioniert, kann auf keines der Komponenten Flansche, Schrauben/Muttern oder Dichtung verzichtet werden, alle drei Komponenten haben für die Qualität der Verbindung den gleichen Stellenwert. Die Dichtung macht hierbei zumeist nur einen sehr geringen Teil der Kosten aus. Die kostengünstigste Möglichkeit zur Steigerung der Qualität des Systems Flanschverbindung ist daher die Spezifikation einer hochwertigen Dichtung, und damit ist sicher nicht nur hochwertig im Sinne der TA Luft gemeint. [...]

Dipl.-Ing. (FH) Rainer Zeuß (SGL Technologies GmbH)

Zur Schadensanalyse einer undichten Flanschverbindung eignet sich die Europäische Norm DIN EN 1591-1:2001 hervorragend. Sie gestattet, alle Einflüsse auf das Verhalten der Verbindung zu untersuchen. Insbesondere ist die Verfolgung der Veränderung der auf die Dichtung einwirkenden Flächenpressung – von der Montage bis zu den verschiedenen Betriebszuständen – ein wichtiger Vorteil, den diese Norm erstmalig bietet. Die Norm in ihrer ursprünglichen Fassung von 2001 hat allerdings noch einige Schönheitsfehler. So werden, z.B. für Flansche, Schalen und Unterlegscheiben, die gleichen Werkstoffe vorausgesetzt. Darüber hinaus wurde der Einfluss des Kriechens der Dichtung mit dem ursprünglich eingeführten Kriechfaktor gc < 1 nicht richtig erfasst. Ein neuer Entwurf schafft hier Abhilfe.

Weichstoff- und Metall/Weichstoff-Dichtungen neigen mehr oder weniger stark zum „Kriechen“. Dieses unvorteilhafte Verhalten kommt bei den meisten Dichtungsarten aber durch den Effekt der Kriech-Relaxation zum Stillstand: Die das Kriechen hervorrufende Flächenpressung kommt durch den eintretenden Dickenverlust der Dichtung – was einen Spannungsverlust der Verbindung bedeutet – letztlich zur Ruhe. In diesem Fall spricht man von „Setzen“. Die niedrigste Flächenpressung, die in einem der Betriebszustände auftritt, wird wesentlich durch die Kriech-Relaxation der Dichtung beeinflusst. Da eine bestimmte geforderte Leckagerate eine gewisse Mindestflächenpressung fordert, muss also die Einbauschraubenkraft entsprechend erhöht werden. In DIN EN 1591-1:2001 und in prEN 13555:2002 wurde zunächst ein Dichtungsparameter gc < 1 eingeführt, um das Problem der an Weichstoff- und Metall/Weichstoff- Dichtungen beobachteten Kriech-Relaxation zu lösen. Schon bald war jedoch klar, dass dies ein falscher Weg war. Die Unzulänglichkeiten des Kriechfaktors gc der DIN EN 1591-1:2001 und der DIN V ENV 1591- 2:2001 und seiner Behandlung in den Gleichungen beruhten auf dem Irrtum, dass das Verhalten der Dichtung nur am E-Modul der Dichtung berücksichtigt werden könnte, obwohl die gesamte Verbindung betroffen ist. [...]

Hans J. Tückmantel (TMT Technik-Methode-Training)
Dynamische Dichtungen:

Drehdurchführungen kommen heute an vielen Maschinen zum Einsatz und haben einen Einfluss auf die Dichtigkeit – z.B. bei dem Kühlmittelkreislauf bei Werkzeugmaschinen. Der Auswahl und richtigen Montage der Drehdurchführung sowie des Kühlmittels kommt dabei eine zentrale Bedeutung für den wirtschaftlichen Einsatz von Werkzeugmaschinen zu.

Alle Drehdurchführungen, die auf dem Prinzip der „entlasteten Gleitringdichtung“ basieren – selbst solche mit dauerhaft geschlossenen Gleitringen – können Kleinstmengen des geführten Mediums zwischen den Gleitflächen aufweisen. Diese dienen der Schmierung und helfen Schäden durch Trockenlauf zu vermeiden. Drehdurchführungen sind trotz aller Hochtechnologie Verschleißteile. Somit kann eine gewisse Menge an Leckage als Indikator für den Gleitringzustand genutzt werden. Da das Gesetz der Schwerkraft auch bei Drehdurchführungen gilt, sollten daher Leckageleitungen abwärts zeigen (Bilder 1 bis 4), um Leckage sicher abzuführen. Eigentlich eine Selbstverständlichkeit, doch es sind schon Einbaulagen mit teilweise oder stetig aufwärts zeigender Leckageleitung bekannt geworden. Die große Gefahr bei diesem Falschanschluss ist, dass durch stehende Leckagemengen die Lager geflutet werden oder sich bei Stillstand Verunreinigungen im Medium absetzen und im Inneren der Drehdurchführung anlagern können. Beide Faktoren reduzieren die Lebensdauer einer Drehdurchführung erheblich. [...]

Jörn Jacobs (DEUBLIN GmbH)
Profile:

Um Elastomerprofile leichter in Konstruktionen einfügen zu können, hat Dätwyler Rubber ein neues Verfahren entwickelt, bei dem die Profile mit einem Montagelack beschichtet werden. Elastomerprofile müssen über die gesamte Lebensdauer fest in der Konstruktion verankert sein, um die auftretenden Kräfte aufzunehmen.

Deshalb muss zwischen Dichtprofil und Konstruktion – möglichst ohne großen Kraftaufwand – eine form- und kraftschlüssige Verbindung erzielt werden. Für eine produktive Fertigung von Fenstern, Türen und Fassadenelementen ist es wichtig, dass die Profile einfach und schnell zu montieren sind. Deshalb wurden die Dichtungen in der Vergangenheit mit Talkum und Glimmer bestäubt oder in eine Siliconölemulsion getaucht. Gerade letzteres Verfahren kann aber leicht zur Verschmutzung z.B. von Fensterrahmen und Glas führen, die sich nur schwer entfernen lässt. Auch die seit einiger Zeit erhältliche Gleitpolymer- Behandlung kann in der Anwendung nicht vollständig überzeugen. [...]

Dätwyler Rubber
Flüssigdichtungen:

Dieser Dichtungstyp ist einerseits mit steigender Tendenz im Kommen (DICHT! 03-07), anderseits stellen Fachleute des öfteren fest, dass das umfassende Wissen über den richtigen Einsatz dieser Dichtungen noch längst kein Standard ist. Auch hier gilt es – mit Blick auf einen erfolgreichen Einsatz – im Trialog zwischen Konstruktion, Einkauf und Qualitätsmanagement, die Anforderungen an diese  Dichtungen richtig zu spezifizieren. 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.

Insbesondere in der Automobilindustrie, aber auch zunehmend in anderen Branchen finden die Flüssigdichtungssysteme ein breiteres Anwendungsspektrum. Da bei diesen Lösungen keine Fertigprodukte zum Einsatz kommen, sondern die Dichtungen zumeist mit Hilfe von Dosierautomaten erzeugt werden, die bevorzugt in die eigenen Prozessabläufe zu integrieren sind, ist die frühzeitige Integration der Rohstofflieferanten und Maschinenhersteller unabdingbar. [...]

>> Teil 1

>> Teil 3

>> Teil 4

ISGATEC GmbH
Be- und Verarbeitung:

Die wesentlichen Kriterien in automatisierten Klebeprozessen sind Wirkungsgrad und Austragsmenge. Beide Vorgaben in einem System effektiv umzusetzen, war bislang aber nur bedingt möglich. Mit einer neuen steuerungstechnischen Lösung ist es jetzt gelungen, ein Dosiersystem für den Einsatz an Robotern zu entwickeln, das diese beiden Anforderungen gleichzeitig erfüllt.

Die in automatisierten Prozessen eingesetzten Dosiersysteme müssen in der Lage sein, innerhalb einer vorgegebenen Zeit eine definierte Menge Klebstoff zu applizieren. Ein typisches Beispiel hierfür ist das Austragen eines vorgegebenen Raupenprofils für die Verklebung einer Scheibe in der Automobilindustrie. Bei dieser 1-Komponenten- Verklebung mit einem luftfeuchtigkeitsreaktiven Werkstoff erfolgt die Dosierung nicht punktförmig, sondern in Form einer Raupe. Die Düse ist meist so geformt, dass der Klebstoffauftrag einem Dreiecksquerschnitt folgt, sodass beim Fügeprozess der Scheibe eine hohe Flächenpressung an der Raupe und damit eine höchstmögliche Prozesssicherheit hinsichtlich Festigkeit und Dichtigkeit erreicht werden kann. Es geht hierbei um eine zeitabhängige, volumetrische Dosierung. Hinzu kommt, dass dieses Austragen nicht nur auf einer Geraden erfolgt, sondern auch in Radien, in denen die Geschwindigkeit – aufgrund der hohen Trägheit der bewegten Masse – verringert werden muss. Für einen konstanten Raupenquerschnitt ist es also notwendig, die Ausflussrate der Verfahrgeschwindigkeit anzupassen. [...]

Dr. Peter Stipp (Hilger und Kern GmbH)
Mess- und Prüftechnik:

Die elektronische Videoprüfung von Dichtungen ist heute für jeden Hersteller ein Muss. Neben der notwendigen Qualitätssicherung steht beim Einsatz moderner Systeme auch immer die Rentabilität im Blickpunkt. Hier spielen Anschaffungskosten und die Amortisation zentrale Rollen. Gefordert sind kostengünstige Prüfsysteme, die eine hohe Prüfqualität bieten und die Produktionseffizienz steigern. Prüfsysteme, die auf Zeilenkameras basieren, bieten hier interessante Ansätze.

Gerade die kostengünstige Inspektion von Dichtungen ist eine besondere Herausforderung. Während sich für die 3D-Höhenprofilaufnahme durch Laser- und Konfokalsysteme immer preiswertere Industrielösungen etabliert haben, die auch für die Dichtungskontrolle geeignet sind, „verbietet“ sich deren Einsatz aber oft aufgrund des niedrigen Stückpreises der Dichtungen. Insbesondere bei der Inspektion mehrerer Dichtungsflächen an einem Produkt steigt der Preisaufwand für entsprechende Sensoren im Allgemeinen linear. In der Praxis ist die Kontrolle von bis zu fünf Dichtflächen bei einem Produkt heute keine Seltenheit (Bild 1). Gefragt sind einfache und praktische Lösungen, um aus Mess- bzw. Bilddaten maximale und hochwertige Qualitätsinformationen zu extrahieren. Interessante Optionen bieten hier preisgünstige kamerabasierte Inspektionssysteme, die zwar keine Höhenprofilaufnahmen bieten, aber – eingebunden in ein leistungsfähiges System – gute Aufnahmen zur Beurteilung der Qualität einer Dichtung liefern. [...]

Dr. Zoltán Nagy (GDO B.V.)

Die stetig zunehmende Verwendung von modernen Werkstoffen, oft mit zusätzlich funktionalisierten Oberflächen, führt zu einem vermehrten Einsatz der Klebetechnik als bevorzugte Fügetechnologie. Damit steigt aber auch die Anzahl an Schadensfällen, die eine Vielzahl von Gründen haben können. Mit modernen Analysemethoden kann man heute diese Schadensfälle untersuchen und wichtige Erkenntnisse für Konstruktion und Einsatz verklebter Bauteile gewinnen.

Ein Schadensfall ist ein Ereignis bzw. die Summe von Ereignissen, die dazu führen, dass ein geklebtes Bauteil nicht die ursprünglich zugewiesene Funktion erfüllt. Schadensfälle dieser Art passieren nicht einfach, sondern sind zumeist – hinsichtlich ihrer eigentlichen Ursachen – einer von drei Gruppen zuzuordnen:

• Mangelhafte Verklebung

• Falsche Komponentenauswahl (Bild 1)

• Konstruktive Fehler, die die Leistungsgrenzen

und Einsatzbedingungen des Klebesystems nicht ausreichend berücksichten. Die überwiegende Mehrzahl der am ofi-Institut für Klebetechnik untersuchten Fälle lässt sich der ersten Fallgruppe zuordnen. Keine nachträgliche Überwachung möglich Kleben ist ein spezieller Prozess, bei dem das Ergebnis nicht durch nachträgliche Überwachung und Messung verifiziert werden kann. Eine Klebung kann nicht zerstörungsfrei geprüft werden. Daher sind sämtliche Einflussfaktoren auf diesen Fertigungsschritt genauestens zu untersuchen und konstant zu halten. [...]

Dr. Werner Preusser (ofi-Institut für Klebetechnik)
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