Das summiert sich - Einsparpotenziale der Federzahn- im Vergleich zur Spießblech-Grafit-Dichtung

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Holger Best

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Bärbel Schäfer

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Weitere Fachartikel aus DICHT! Ausgabe 2.2017:

Dynamische Dichtsysteme:

Mit der Auswahl des richtigen Dichtungstypes kann in der Prozessindustrie unter Lifetime-Kostenbetrachtungsaspekten richtig Geld gespart werden. Das belegt auch eine Untersuchung, in der die Federzahn- mit der Spießblech-Grafit-Dichtung verglichen wurde.

Die ganzheitliche Betrachtung einer Flanschverbindung ist mit der VDI Richtlinie 2290 zum Stand der Technik geworden. Dennoch sind vergleichende Tests auf Basis der Richtlinie bislang eine Seltenheit. Eine nun vorliegende Studie zeigt, dass allein die nachhaltige Wirtschaftlichkeit einer Anlage die Auswahl der eingesetzten Dichtungstechnologie bestimmen sollte. Die richtige Dichtungstechnologie, die passende Geometrie und der möglichst einfache Einbau sind die Parameter, die über die Fehleranfälligkeit der Verbindung entscheiden. Und über ihre nachhaltige Zukunftsfähigkeit. Denn die Einhaltung der TA Luft-Kriterien ist für eine Vielzahl der verbauten althergebrachten Dichtungssysteme eine Herausforderung. [...]

Friedrich Gueldenberg (revoseal Europe GmH)

Nicht nur neue Dichtungswerkstoffe, auch neue Dichtungsdesigns können erheblich zur Anlagenverfügbarkeit und zu Kostensenkungen beitragen – ein aktuelles Beispiel.

Gasgeschmierte Gleitringdichtungen werden seit den 1960er Jahren – vorrangig bei hohen Drehzahlen und Drücken – in Kompressoren, Turbinen und Expandern (Strömungsmaschinen) eingesetzt. Gewöhnliche flüssigkeitsgeschmierte Gleitringdichtungen, wurden hier aufgrund der sich „berührenden“ Flächen und der daraus resultierend entstehenden Reibleistung nicht zuverlässig funktionieren. Grundsätzlich gibt es zwei unterschiedliche Dichtungsdesigns von gasgeschmierten Gleitringdichtungen: hydrostatische und hydrodynamische. Beide Ausführungen enthalten Stirnflächenmerkmale, um die Dichtspalthöhe und die Dichtspaltsteifigkeit (Gasfilm) innerhalb des Grenzflächenfluidfilms zwischen den Dichtflächen zu erhöhen und zu stabilisieren. [...]

Marcel Blagajski (Chesterton International GmbH)
Statische Dichtungen:

Es gibt im Bereich DICHTEN KLEBEN POLYMER technische Mittel und Wege, die auf den ersten Blick die Lösung für ein Problem zu bieten scheinen. Auf den zweiten Blick und genauer betrachtet, werden dann systembedingte Grenzen deutlich – und Probleme in der Praxis sind dann eigentlich vorprogrammiert. Diesmal steht kein technischer, sondern ein Umweltschutzaspekt beim PTFE im Vordergrund.

Wie in DICHT! 1.2017 erläutert, sind die Werkstoffe PTFE und ePTFE für die Umwelt, besonders bei der Entsorgung durch thermische Verwertung, problematisch und nicht unumstritten. Gemäß der Richtlinie 2008/98/EG (Abfallrahmenrichtlinie) und gemäß des Kreislaufwirtschaftsgesetzes (KrWG) sind Hersteller und Vertreiber, letztendlich auch die Anwender gezwungen, unnötigen Müll zu vermeiden. Nach Artikel 4 (Abfallhierarchie) der Richtlinie und laut Abschnitt 1, §6 (Abfallhierarchie) des KrWG muss als Erstes unnötiger Abfall möglichst vermieden werden. Ist das nicht möglich, so soll er zur Wiederverwertung vorbereitet und recycelt werden. Das gelingt bei PTFE/ePTFE noch nicht im industriellen Maßstab. Es bleibt aktuell nichts anderes übrig, als das Material zu deponieren oder – bei Verfügbarkeit geeigneter Verbrennungsanlagen – energetisch zu verwerten (Müllverbrennung). In der Praxis bedeutet dies, dass jeder Anwender uberprüfen muss, ob nicht doch ein anderer Werkstoff, z.B. Grafit, eingesetzt werden kann (Substitution). Das gelingt nicht immer, insbesondere nicht bei Dichtungen. Allerdings kann, wenn die Verwendung von PTFE/ePTFE nicht vermieden werden kann, die Substitution von Flachdichtungen aus diesen Werkstoffen durch Metall-Weichstoffdichtungen die Abfallmenge deutlich reduzieren ≫1. [...]

 

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Peter Thomsen (Lannewehr + Thomsen GmbH & Co. KG)

Dichtungen und Formteile müssen in den unterschiedlichsten Bauformen speziellen Branchen und Einsatzanforderungen gerecht werden. Sie sind dabei immer weniger standardisiert – und die beste Lösung wird durch Bauform und Werkstoff im Rahmen von Life-Cycle-Betrachtungen definiert. Die beste Lösung erfordert also viel Erfahrung und ein breites Lösungsangebot, denn ob sie ein O-Ring, ein X-Ring oder Gummiformteil aus VQM, FKM oder FFKM ist, entscheidet sich erst im Dialog mit den Anwendern.

In unserer hochtechnisierten Welt gibt es fast keine Maschine, Anlage, Leitung bei der keine Dichtungen, O-Ringe, Elastomerteile die Medienübergange zuverlassig abdichten. Wie wertvoll diese Teile sind, wird einem Anwender zumeist dann bewusst, wenn sie versagen oder nicht so lange halten wie geplant. Umso wichtiger ist es, bereits bei der Planung, Konstruktion und Entwicklung das Wissen von Anwendungsspezialisten zu nutzen. Aus der Summe der zu erwartenden Einflüsse, Einsatzparameter und der weiteren Forderungen gilt es dabei, aus der großen Auswahl an Werkstoffen, aber auch Geometrien und Bauarten, die beste Lösung zu finden. [...]

Ewald Klausberger (CIMAKA International GmbH)

Biogas-Anlagen spielen in der aktuellen regenerativen und dezentralen Energieausrichtung eine wichtige Rolle. Die Gasaufbereitungsmodule sicher abzudichten setzt allerdings besondere Dichtungen voraus – mit PTFE-Dichtungen wurden hier gute Ergebnisse erzielt.

Nachwachsende Rohstoffe aus der Landwirtschaft, tierische Exkremente, Reststoffe aus der Lebensmittel-und Agrar-Industrie dienen Biogas-Anlagen 1 als Ausgangsstoffe. Da sich die Ausgangsstoffe sehr gut an die jeweiligen Prozessbedingungen anpassen können, lassen sich nahezu alle organischen Substanzen wie Maissilage, Hühnerkot, Bioabfall, Gülle durch Vergaren abbauen. Biogas ist ein brennbares Gasgemisch. Es besteht zu mehr als 50% aus dem farb- und geruchlosen Methan (CH4), aus Kohlenstoffdioxid (CO2), Stickstoff (N2), Sauerstoff (O2) und Wasser (H2O) sowie Begleitgasen wie z.B. Schwefelwasserstoff (H2S). Teilweise wird das Biogas direkt thermisch in Blockheizkraftwerken zum Generieren von Strom und Wärme verwertet, ein Modell, das häufiger in landwirtschaftlichen Betrieben mit Eigenbedarf zu finden ist. Bei Großanlagen liegt jedoch eine andere Zielsetzung vor: Man möchte speziell das Methan auch ins Erdgasnetz als Ergänzung oder Ersatz des fossilen Brennstoffes einspeisen. Ebenso ist ein Einsatz als komprimiertes „Erd-“Gas (CNG) bzw. Flüssig-„Erd-“ Gas (LNG) machbar. Für diese Verwendungen ist es erforderlich, das ursprüngliche Biogas aufzubereiten, um gezielt den Methananteil in möglichst reiner Form zu erhalten. Verfahrenstechnisch nutzt man dazu Hohlfasermembranen. [...]

Gerald Klein (KLINGER GmbH)

Wälzlager in Landmaschinen müssen hohe Anforderungen im Hinblick auf die Dichtungs-Performance erfüllen. Dabei sind auch Zielkonflikte zu lösen, wie den zwischen hervorragender Dichtungswirkung und geringer Reibung. Tests an neuen Rillenkugellagern mit optimierter Dichtung mit abwechselnden Belastungs- und Hochdruckwasser-Beaufschlagungsprüfungen beweisen, dass es geht.

Warum die Landmaschinenhersteller besondere, an die Aufgabenstellung angepasste Wälzlager verwenden (müssen), liegt auf der Hand, wenn man sich die Anforderungen in der Praxis vergegenwärtigt. Am Beispiel der Kurzscheibeneggen, bei denen z.B. „Agri Disc Hubs“ »1, einbaufertige Lagereinheiten von NSK, zum Einsatz kommen, lässt sich das anschaulich zeigen. Die scheibenförmigen, separat aufgehängten und gefederten Werkzeuge der Eggen greifen in den Boden ein und lockern ihn auf. Da sie sich unabhängig von der Bodenbeschaffenheit und der Arbeitstiefe drehen müssen, sind Leichtlaufeigenschaften gefragt. Die Geräte fahren mit Arbeitsgeschwindigkeiten bis 18 km/h über unebenen Grund und müssen Schläge durch Steine hinnehmen, die im Boden liegen. [...]

Jörg Wagner, Dirk Rohmann (NSK Deutschland GmbH)
Dichtungstechnik allgemein:

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.

Bei der thermischen Überbeanspruchung von Dichtungen ist selten die Temperatur allein das Problem, sondern meistens die falsche Kombination aus Temperatur und Zeit. Im Gegensatz zu Metallen haben Polymere deutlich niedrigere Einsatztemperaturen. Bei Kunststoffen lassen sich maximal zulässige Dauertemperaturen einfach über den Schmelzpunkt definieren, während dies bei Elastomeren etwas schwieriger ist, weil diese keinen Schmelzpunkt besitzen. Wäre die Zersetzungstemperatur von Elastomeren das Grenzkriterium, käme man auf sehr kurze zulässige Einsatzzeiten. Deswegen hat sich im Allgemeinen die Vorgehensweise durchgesetzt, dass man als zulässige Dauertemperatur die Temperatur bezeichnet, bei der ein Elastomer mindestens 1.000 h eingesetzt werden kann. Das Grenzkriterium ist meist der Verlust an Elastizität, so darf die Reißdehnung nach 1.000 h in Heißluft (bei der max. Dauereinsatztemperatur) um nicht mehr als 50% im Vergleich zu den Ausgangswerten abnehmen. [...]

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

Was bewegt den Markt bei klassischen Dichtsystemen und welche Rolle spielen dabei Flüssigdichtungen? Und wie steht es mit der Umsetzung der vielfältigen Normen? Dies waren nur zwei zentrale Fragestellungen unserer diesjährigen Umfrage zu aktuellen Dichtungsthemen, zu denen rd. 250 Teilnehmer Stellung bezogen »1 bis 7. Die Einschätzungen sind wieder nach Anwendern und Herstellern bzw. Lieferanten getrennt ausgewertet. Allerdings gab es kaum gravierende Unterschiede bei der Sicht auf die Dinge. So liegen viele Ergebisse im Trend der letzten Jahre. Es bewegt sich also nicht viel. Auch da nicht, wo sich etwas bewegen sollte – und so ist insbesondere die Einschätzung der Normensituation genau genommen erschütternd. [...]

Klebetechnik:

Silikonfreie Klebstoffe sind in der Automobil- und Mikroelektronik gefragt. Denn elektronische und elektrische Bauteile können durch Ausbluten oder Desorptionen von nicht vernetzten Bestandteilen aus Silikonprodukten in ihrer Funktion beeinträchtigt werden. Daher fordern heute immer mehr Hersteller eine strikte Vermeidung von Silikonen im Inneren und in der Umgebung dieser Bauteile. Darüber hinaus sind Silikone in Lackierprozessen schwierig anzuwenden, bereits geringste Mengen können den Prozess empfindlich stören. Doch es gibt geprüfte Alternativen.

Bei der Entwicklung des HCR-Klebesystems (Heat and Chemical Resistance) lag der Fokus darauf, ein funktionales Verbindungssystem zu entwickeln, das silikonfrei ist und den weiteren nötigen Anforderungen der Elektronikindustrie und ihrer immer innovativeren Baugruppen Rechnung trägt. Dazu zählen gute elektrische Isolationsfähigkeiten, thermische Eigenschaften (wie hohe Temperaturbeständigkeit) sowie die Resistenz gegen Umwelteinflüsse jeglicher Art. Weitere Anforderungen sind u.a. dichtende Funktion oder Handhabung auf immer kleineren Flächen. Der Schutz von Leiterplatten bzw. ganzen elektronischen Baugruppen wird in seiner Bedeutung zunehmen. Immer komplexere und miniaturisierte Elektronik und Elektrik werden mit immer höheren Anforderungen an Zuverlässigkeit in extremer Umgebung betrieben. Dies ist gerade für Anwendungen im Fahrzeug und bei der Telekommunikationselektronik eine große Herausforderung. [...]

Christina Barg-Becker M.A. (Lohmann GmbH & Co. KG)

Megatrend, Alleskönner, Zukunftstechnologie – bei der Klebetechnik wird nicht mit Superlativen gespart. Das mag auch alles richtig sein, die Praxis zeigt aber immer wieder wie komplex diese Technologie und ihre Entwicklung ist. Die unterschiedlichen Aspekte der Experten belegen dies zeigen aber auch auf: Anwender brauchen für erfolgreiche Projekte vertieftes Know-how oder gute Partner.

„Für die Lösung aktueller Fragestellungen müssen Klebstoff und Aushärtetechnologie optimal aufeinander abgestimmt sein.“ – Gudrun Weigel, Leiterin Engineering, DELO Industrie Klebstoffe GmbH & Co. KGaA

„Kleben muss heute mehr können als zuverlässig verbinden. Die Lösungen, die benötigt werden, enstehen auf der Basis von umfangreichem Know-how, durch Spezialisierung, Fokussierung und Umsetzung von A-Z.“ – Dr. Evert Smit, Leiter Forschung & Entwicklung, Lohmann GmbH & Co. KG

„Industrie 4.0 führt zu neuen Konzepten, in die auch die effiziente Dosierung von Klebstoffen mit der gewohnten Prozesssicherheit zu integrieren ist.“ – Christian Heidinger, Leiter Geschäftsfeld Klebstoff & Chemie, ViscoTec Pumpen- u. Dosiertechnik GmbH

„Bei der perfekten Klebelösung für spezifische Anwendungen wirken in vielen Fällen Hightech-Klebstoffe und moderne Aushärtesysteme zusammen. Know-how aus einer Hand bietet hier Vorteile.“ – Dr. Detlef Heindl, Leiter Anwendungstechnik, Panacol-Elosol GmbH

„Die Automobilindustrie stellt permanent neue Anforderungen an die Klebetechnik – an Werkstoffe und ihre Dosierung. Auch die Anforderungen an Qualität und Prozessoptimierung steigen.“ – Olaf Leonhardt, Geschäftsführer, SCA Schucker GmbH & Co. KG

„Neue Trendprodukte wie Wearables bieten zunehmend Potenzial für die moderne Klebeband-Technologie.“– Frank Kolmorgen, Corporate Vice President Business Unit Electronics, tesa SE

„Wir möchten insbesondere auch kleinere und mittlere Unternehmen ermutigen, die „Investition“ Zertifizierung zu wagen. Der ROI ist i.d.R. kein Problem.“ – Frank Stein, Leiter der Zertifizierungsstelle, TBBCert

„Die Kombination aus Klebe- und Robotortechnik ist der nächste Schritt dieser Technologie und wird weitere Potenziale nutzbar machen – vorausgesetzt, man kann auf ein ganzheitliches Know-how zurückgreifen.“ – Marco Rodriguez, Marco Rodriguez, Inhaber und Geschäftsführer adhesive solutions

„Auch in Zukunft werden viele Klebeprozesse nicht automatisiert sein und die effiziente Handapplikation erfordert die gleiche ganzheitliche Herangehensweise sowie viel Erfahrung und Know-how.“– Joachim Rapp, Geschäftsführer, Innotech Marketing und Konfektion Rot GmbH

„Der Fokus zukunftsorientierter Dosier- und Mischtechnik liegt auf der Automatisierung.“ – Daniel Geier, Geschäftsführer Technik, DOPAG

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Gudrun Weigel (DELO Industrie Klebstoffe GmbH & Co. KG aA), Dr. Evert Smit (Lohmann GmbH & Co. KG), Dr. Hartwig Lohse (KLEBTECHNIK Dr. Hartwig Lohse e.K.), Christian Heidinger (ViscoTec Pumpen- u. Dosiertechnik GmbH), Dr. Detlef Heindl (Panacol-Elosol GmbH), Olaf Leonhardt (SCA Schucker GmbH & Co. KG), Frank Kolmorgen (tesa SE), Frank Stein (TBBCert), Marco Rodriguez, (as adhesive solutions e.K.), Joachim Rapp (innotech Marketing und Konfektion Rot GmbH), Daniel Geier (DOPAG/Hilger u. Kern GmbH)

Von der Automobilindustrie über den Maschinenbau bis zur Leistungselektronik: Klebstoffe müssen immer öfter auch bei gestiegenen Temperaturanforderungen sicher funktionieren. Inzwischen steht eine Vielzahl an Produkten zur Verfügung, die sich für strukturelle Dicht- oder Vergussaufgaben unter hohen Temperaturen eignen.

Die größte Herausforderung der Klebtechnik ist ihr eigener Erfolg. Die Anwender wollen sie für immer höhere Anforderungen nutzen. Ein zentraler Aspekt sind dabei steigende Einsatztemperaturen. Deshalb wurden in den vergangenen Jahren vermehrt Klebstoffe entwickelt, die sich auch im Hochtemperaturbereich einsetzen lassen, der – je nach Verständnis – bei 180 °C bis 200 °C beginnt. Grundsätzlich ist zu beachten, dass auch solche Klebstoffe bei Hitze geringere Festigkeiten als bei Raumtemperatur aufweisen. Sie bleiben jedoch durch die starke Vernetzung der Polymere dauerhaft stabil und erfüllen ihre Funktion im Materialverbund. [...]

Dipl.-Ing. Wolfgang Werner (DELO Industrie Klebstoffe GmbH & Co. KGaA)
Rohstoffe / Mischungen / Halbzeuge:

Überall dort, wo Kunststoffe zum Einsatz kommen, gilt es, zahlreiche gesetzliche Vorschriften, Verordnungen und Regularien zu beachten und Grenzwerte einzuhalten. Diese gelten natürlich auch für die eingesetzten Dichtungen. Hier entstehen auf Basis von TPE ständig neue Lösungsansätze.

Kaum ein Regelwerk ist so umfassend wie die EG-Kunststoffrichtlinie. In zahlreichen Änderungsrichtlinien, Positivlisten für Additive und Monomere, festgeschriebenen Grenzwerten für einzelne Substanzen und Angaben zum Umfang der Konformitätserklärungen wurde umfangreich dokumentiert, welche Anforderungen zu erfüllen sind. Für Dichtungswerkstoffe sind dies u.a., „... dass unter normalen, vorhersehbaren erwendungsbedingungen keine Bestandteile aus dem Dichtungswerkstoff an das Lebensmittel in Mengen abgegeben werden, die geeignet sind, die menschliche Gesundheit zu gefährden...“. Es darf darüber hinaus nicht dazu kommen, „...dass eine unvertretbare Veränderung der Zusammensetzung der Lebensmittel herbeigeführt wird...“ und auch die organoleptischen Eigenschaften – Geruch, Geschmack, Aussehen – dürfen nicht beeinträchtigt werden. [...]

Florian Schindler (Actega DS GmbH)
Flüssigdichtsysteme:

Vom „Smart Home“ über die Entwicklung neuer Energiekonzepte bis zum autonomen Fahren – aktuelle Trends verdeutlichen, welch zentrale Rolle leistungsfähige Elektronik heutzutage spielt. Der wachsende Bedarf an elektronischen Bauteilen sowie steigende bzw. veränderte Anforderungen quer durch alle Branchen stellen allerdings auch das Dosieren und Vergießen vor neue Herausforderungen und werfen immer wieder eine zentrale Frage auf: Atmosphärenverguss oder Verguss unter Vakuum?

Die Frage nach dem richtigen Verfahren beschäftigt zahlreiche Anwender, darunter z.B. Elektronikfertiger, die immer komplexere Bauteile und Komponenten für die unterschiedlichsten Produkte vergießen. Entgegen den eigentlichen Produkt- oder Prozessanforderungen fällt die Entscheidung für oder gegen ein Verfahren vielfach noch unter der Annahme:

• „Atmosphärenverguss = günstig und beherrschbar“ und

• „Verguss unter Vakuum = teuer und schwer beherrschbar“.

Doch das war einmal. Der Weg zum richtigen Verfahren führt allerdings über die Klärung einer Reihe von Faktoren. [...]

Marco Murgia (Scheugenpflug AG)
Mess - und Prüftechnik:

Um die Funktion einer Dichtung sicherzustellen, werden diese und die jeweiligen Dichtungswerkstoffe verschiedenen Mess- und Prüfverfahren unterzogen. Doch was leisten die einzelnen Verfahren, wo sind die Grenzen? Diese Serie gibt Konstrukteuren, Einkäufern und Qualitätsmanagern einen Überblick über die üblichen Verfahren und Praxistipps zur Einordnung der Ergebnisse. In der letzten Folge dieser Serie in DICHT! 1.2017 wurden Grundlagen und eine Definition der Heißluftalterung vorgestellt. In diesem Teil stehen wichtige Prüfnormen und die Bewertung von Prüfergebnissen im Fokus. Prüfnormen zur Heißluftalterung Im Prüfalltag in deutschen Laboren ist die ISO 188 die am häufigsten angewendete Norm. Ebenfalls zur Verwendung kommen die DIN 53508, die ASTM 573 und D865.

ISO 188 [1]

Diese Norm unterscheidet zwischen zwei Methoden:

• „Method A“ – Alterung in einem Zellenofen oder in einem Wärmeschrank mit langsamer Strömungsgeschwindigkeit mit mind. 3 bis 10 Luftwechseln/h.

• „Method B“ – Wärmeschrank mit zwangsläufiger Durchlüftung, bei 3 bis 10 Luftwechseln/h. [...]

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>> Teil 2

>> Teil 3

>> Teil 4

>> Teil 5a

>> Teil 5b

>> Teil 6

>> Teil 8

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