Die Dichtung gleicht durch ihre besondere Geometrie nicht nur die unterschiedlichen Ventilmaße an den verschiedenen Gaskartuschen aus, sondern sorgt auch für eine hohe Dichtheit unter dauerhaftem Druck (Bild: Freudenberg Sealing Technologies)
09.08.2023 Patentierte Dichtungslösung für Trinkwasseranwendung
In Geräten zum Wasseraufbereiten und -sprudeln muss der Übergang zwischen dem Ventil einer Kohlensäurekartusche und dem Druckminderventil am Gerät sicher abgedichtet werden. Freudenberg Sealing Technologies entwickelte dafür für einen Kunden eine inzwischen patentierte Dichtung aus hochleistungsfähigem Polyurethan.
Bei der Entwicklung des Geräts stand der Kunde zunächst vor einer technischen Herausforderung: Die Ventile der gängigen Kohlensäure-Gaskartuschen sind nicht vollständig genormt und haben unterschiedliche Anschlusshöhen. Damit alle Ventilvarianten problemlos mit dem Gerät zusammenpassen, bedarf es einer Dichtung mit ausgeklügelter Gestaltung, die ungeachtet dieser hohen Toleranzbreite zuverlässig abdichtet.
Kohlensäure-Gaskartuschen besitzen Ventile, die mit einem genormten Trapezgewinde in den Wasseraufbereiter geschraubt werden. Kartusche und Gerät sind danach fest miteinander verbunden. Geräteseitig reduziert anschließend ein Druckminderer den Kartuschen-Druck von 60 bar auf einen dauerhaften Arbeitsdruck von rd. 3 bar. Die Dichtung im Spalt zwischen dem Druckminderer auf der Geräteseite und dem Ventil der Gaskartusche muss hierbei Erstaunliches leisten: Da sie dem Druck von 60 bar auf Dauer ausgesetzt ist, dringt Kohlensäure in den Werkstoff, bis eine Sättigung eintritt. Wird der Wasseraufbereiter benutzt, reduziert sich der Druck schnell und das Gas entspannt sich schlagartig. Bei dieser explosiven Dekompression entweicht das Gas wieder aus dem Dichtungswerkstoff. Bei geeigneten und fehlerfreien Werkstoffen ist dieser Vorgang kein Problem. Verfügt das Material jedoch über Fehlstellen, in denen sich das CO2 einlagern kann, oder ist es prinzipiell ungeeignet, bilden sich bei der Expansion Blasen, die die Dichtung beschädigen.
Doch nicht nur der Werkstoff, auch die Geometrie der Dichtung muss hohe Anforderungen erfüllen. So soll sie nicht nur die verschiedenen Anschlusshöhen der Ventile auf den Gaskartuschen ausgleichen, sondern den Benutzern gleichzeitig einen einfachen Wechsel der Kartuschen ermöglichen. Hierbei sorgt eine Kombination aus Material und Geometrie für ein möglichst geringes Reibmoment während des Schraubvorgangs.
Bedingt durch den engen Zeitrahmen blieb nicht viel Spielraum für umfangreiche Versuchsreihen. Durch Nutzung der vorhandenen Entwicklungs- und Materialkompetenz im eigenen Hause und in enger Zusammenarbeit mit dem Gerätehersteller fand man in kürzester Zeit nicht nur die optimale Dichtungskonstruktion, sondern auch einen passenden Werkstoff: Das hochleistungsfähige Polyurethan 93 AU V167 ist strapazierfähig und verfügt neben einer hohen Bruchdehnung auch über eine ausgezeichnete Zugfestigkeit. Es ist hochelastisch, verschleißfest und gemäß Verordnung 10/2011 der Europäischen Union für den Lebensmittelkontakt zugelassen. Zudem entspricht es den Anforderungen der FDA und der 3-A Sanitary Standards.
Der unternehmenseigene Servicedienstleister Freudenberg Xpress® lieferte erste im CNC-Verfahren gedrehte Prototypen und übernahm im Anschluss die Produktion von zwei Vorabserien in Höhe von jeweils rd. 1.000 Stück CNC-gedrehten Dichtungen. Im nächsten Schritt war das Know-how der Spezialisten von Freudenberg Sealing Technologies für die Herstellung und Abmusterung eines Spritzgießwerkzeugs gefragt, aus dem die Serienteile mittlerweile wirtschaftlich, „fertig fallend“ direkt geliefert werden.
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