Elektrisch leitfähige Elastomere für Membranventildichtungen

Perkolationsschwelle (Bild: Festo AG & Co. KG)

30.10.2019 Elektrisch leitfähige Elastomere für Membranventildichtungen

Die Prozessüberwachung optimieren und Kosten senken

von M. Sc. Dominik Lorenz (Festo AG & Co. KG), Dipl.-Ing. Lothar Hörl (Institut für Maschinenelemente (IMA) - Universität Stuttgart), Dr.-Ing. Frank Bauer (Institut für Maschinenelemente (IMA) - Universität Stuttgart), Dr.-Ing. Wolfgang Gauchel (Festo AG & Co. KG)

In der Prozessautomation besteht der Wunsch nach einer ganzheitlichen Überwachung von Prozesssystemen. Neben der Verwendung von eigenständigen Sensoren können sensorische Bauteile in Aktoren integriert werden, um Systemparameter oder den Verschleiß der Aktoren oder anderer Komponenten zu messen. Eine Möglichkeit besteht im Einsatz von intelligenten Werkstoffen (Smart Materials), z.B. in Form von sensorischen Elastomermembranen.

Die Prozessautomation befasst sich im Gegensatz zu den diskreten Prozessen der Fabrikautomation mit kontinuierlichen Prozessen wie dem Messen, Steuern und Regeln fluider Medien. Dichtungen und andere Elastomerbauteile in Prozessarmaturen sind bisher in den seltensten Fällen ohne einen Ausbau und somit dem Stopp des Prozesssystems überprüfbar. Dies macht die Überwachung und Wartung kostspielig und zeitintensiv. Um eine schnellere Aussage über den Zustand der Komponenten zu erhalten, können sensorische Baugruppen oder Bauteile in die Armaturen integriert werden, um Systemparameter oder den Verschleiß der Aktoren oder anderer Komponenten zu ermitteln. Auf diese  Weise können Wartungsintervalle vergrößert und die Einsatzdauer der Armaturen verlängert und somit Kosten gespart werden.

Eine Möglichkeit, dies zu realisieren, besteht in der Integration von Sensorik in das Elastomerbauteil. Dabei kann entweder ein spezieller Sensor in das Bauteil eingebracht oder dem Elastomerwerkstoff selbst können sensorische Eigenschaften gegeben werden. Letzteres hat den Vorteil, dass kein Fremdkörper integriert wird, welcher die Funktion oder die Lebensdauer des Elastomerbauteils negativ beeinträchtigt. Hierfür können dem Elastomerwerkstoff zusätzliche Eigenschaften gegeben werden. Dies können nach [1] z.B. magnetische sowie elektrische und kapazitive Eigenschaften sein. Elektrisch leitfähige Elastomere mit einem spezifischen elektrischen Widerstand ρ von 102 bis 107 Ωm werden bereits für elektrostatisch ableitende oder elektro-magnetisch abschirmende Funktionen bei statischen Dichtungen verwendet. Laut [2] können aber auch weitaus kleinere spezifische Widerstände erreicht werden. Dabei weisen statische Bauteile eine Abhängigkeit der Leitfähigkeit von der Form und der Temperatur auf. Über die Auswirkung von Dehnung, Schädigung und Alterung auf die Leitfähigkeit bei dynamisch beanspruchten Bauteilen ist bisher wenig bekannt.

Lösungspartner

Festo AG & Co. KG
Festo AG & Co. KG

 

Institut für Maschinenelemente (IMA) - Universität Stuttgart
Institut für Maschinenelemente (IMA) - Universität Stuttgart