Nachteile von GFK-Rohrleitungen „aktiv“ kompensieren. Neues Dichtsystem senkt die Betriebskosten und steigert die Sicherheit

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Holger Best

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Bärbel Schäfer

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Weitere Fachartikel aus DICHT! Ausgabe 1.2019:

Aktuelles:

Drohende Krise? – nicht im Bereich Dichten. Kleben. Polymer. Minimierung erkannter Defizite? – nicht im Bereich Dichten. Kleben. Polymer. Die Ergebnisse der diesjährigen Umfrage zur Markteinschätzung, an der mehr als 220 Personen teilnahmen, zeigt eine tiefe Entspannung – auch dadurch, dass sich bei einigen Themen kaum etwas bewegt.

 

ISGATEC GmbH
Branchenfokus:

Viele Maschinenwerden größer und laufen unter extremen Bedingungen. Für Großdichtungen bedeutet diese Entwicklung größere Durchmesser und eine größere Werkstoffvielfalt. Mit dem entsprechenden Know-how lassen sich die anstehenden Aufgabenstellungen allerdings lösen.

Dichtungen mit einem Durchmesser von > 600 mm werden nomalerweise als Großdichtungen (Bild 1) bezeichnet. Für diese gelten andere Rahmenbedingungen als für Dichtungen mit kleineren Durchmessern. Bei Erstausrüstern (OEM-Bereich) kommen sie meist im Groß- und Schwermaschinenbau zum Einsatz. Da es sich dabei meist um Sondermaschinenbau handelt, werden die Dichtungen in der Losgröße 1 oder als Kleinserie benötigt. Darüber hinaus kommen kaum standardisierte Dichtungen zur Anwendung. Eine weitere Besonderheit ist, dass die großen Maschinen, in denen solche Dichtungen zum Einsatz kommen, im Schadensfall aus Kostengründen meist nicht ersetzt, sondern repariert und dabei i.d.R. nachbearbeitet werden. Dies erfordert eine hohe Anpassungsfähigkeit des Dichtungslieferanten. Durch die Nachbearbeitung entstehen veränderte, vom Standard abweichende Einbauräume, die mit Normmaßdichtungen nicht wirksam gefüllt werden können. So ist beinahe jeder Anwendungsfall ein anderer: Es müssen auf die neuen Gegebenheiten zugeschnittene Dichtungen her – im wahrsten Sinne des Wortes. [...]

Michael Muelner (xpress seals gmbh)

GFK-Flansche kommen in vielen Industriebereichen zum Einsatz. Ein Problem dieser Flansche, ihre begrenzte mechanische Festigkeit unter Temperatureinfluss, kann man jetzt mit einem neuen Dichtungssystem kompensieren.

In der chemischen Industrie und anderen Industriebereichen werden Rohrleitungen samt Flanschen aus Kunststoffen, wie z.B. aus glasfaserverstärkten Kunststoffen (GFK), erfolgreich eingesetzt. Probleme gibt es allerdings häufig bei der Langlebigkeit der Dichtverbindung. Im Vergleich zu Stahlflanschen liegt bei GFK-Flanschen nur eine limitierte mechanische Festigkeit unter Temperatureinwirkung vor, sodass sich je nach Anwendungstemperatur ein nennenswertes Warmsetzen ergibt. Dieses Kriechen unter Temperatur konnten herkömmliche Dichtungen nicht kompensieren. Das aktive Dichtsystem novaline® 910 stellt hier eine deutlich gesteigerte Leistungsfähigkeit zur Verfügung.

Rohrleitungs- bzw. Flanschsysteme aus GFK werden aus Gründen der chemischen Beständigkeit für zahlreiche aggressive Chemikalien eingesetzt, die selbst Edelstahl angreifen würden. Zusätzlich wiegen Kunststoffverrohrungen wenig und bieten somit enorme Vorteile für die Rohrstatik. In derartigen Anlagen findet man z.B. Medien wie hochkonzentrierte Salzsäure und Anwendungstemperaturen bis zu 80 °C. [...]

Marco Schildknecht (Frenzelit GmbH)

Eigentlich sollte eine Konstruktion bei der Auslegung oder Überprüfung so berechnet werden, wie sie gebaut werden soll. Bei Flanschen wird jedoch meist eine vereinfachte analytische Berechnung durchgeführt und davon ausgegangen, dass dies für die Dichtheit und generelle Sicherheit der Anlage ausreichend ist. Damit entsteht ein unnötiges Risiko.

Flansche – als wiederlösbare Verbindungen von Medien führenden Komponenten – werden sowohl im Anlagenbau als auch in vielen anderen Branchen in vielfältiger Weise verwendet. Diese Standardbauelemente sind für die Funktionsfähigkeit von vielen Maschinen von zentraler Bedeutung, denn nicht selten führt eine versagende Flanschverbindung zum Ausfall einer kompletten Anlage.

Dichtheit ist eine zentrale Anforderung an einen Flansch, wobei das Dichtverhalten durch zahlreiche Faktoren beeinflusst wird, die bei der Auslegung zu berücksichtigen sind. Die Dichtheitscharakteristik wird u.a. durch die Verformungseigenschaften unter Be- und Entlastung sowie durch das Verhalten unter Temperatureinfluss bestimmt. Maßgeblich sind auch die Form der verwendeten Dichtungen und ihre Materialeigenschaften sowie die Schraubenvorspannung und die Elastizität der Schrauben bei Druck und Temperaturbeanspruchungen sowie bei inneren und äußeren Lasten. Somit sind das Dichtverhalten eines Flansches und seine prognostizierte Lebensdauer von etlichen Parametern abhängig. [...]

Dipl.-Ing. Gerd Lannewehr, Dr.-Ing. Ansgar Polley (Lannewehr + Thomsen GmbH & Co. KG)
Im Fokus:

Diese Dichtungen spielen für die Lösung aktueller und zukünftiger Aufgabenstellungen quer durch alle Branchen eine zentrale Rolle. „Intelligenz“ ist dabei auf mehreren Ebenen nötig. Teils wird sie heute schon genutzt und realisiert. Teils wird ihre Nutzung angemahnt.

„Den allgemeinen Trends, die auch für dynamische Dichtungen gelten, bei rotatorischen Anwendungen Rechnung zu tragen, ist komplex, aber machbar.“– Dr. Mandy Wilke, Technical Manager FluidPower Europe, Trelleborg Sealing Solutions

„Ist die Gleitringdichtung ein Zukunftsprodukt? Natürlich, wenn man sie in jeder Hinsicht fit für die Zukunft macht und den optimalen Kompromiss zwischen Zielkonflikten findet.“ – Professor Dr.-Ing. Peter Waidner, seal-ing – der dichtungsdoktor

„Dynamische Dichtsysteme spielen in vielen Bereichen eine zentrale Rolle und werden diese auch bei Trendtechnolgien wie der E-Mobility haben.“ – Dr. Bernhard Jenisch, Vice President Engineering & Innovation, EagleBurgmann Germany GmbH & Co. KG

„Neue Dichtungslösungen müssen heute schneller umgesetzt werden – umfassendes Know-how von der Konstruktion bis zur Fertigung müssen hier schon beim Protoyping zusammenspielen.“ – Thomas Deigner, Geschäftsführer der SKF Economos Deutschland GmbH

„Intelligente dynamische Dichtsysteme werden einen großen Beitrag zur optimalen Anlagenverfügbarkkeit leisten.“ – Dr. Marc Langela, Leiter Material- und Produktentwicklung, STASSKOL GmbH

„Der neuste Stand der Dichtungstechnik für optimale Performance erfordert heute ein leistungsfähiges Änderungsmanagement in allen relevanten Bereichen.“ – Dietmar Siebler, Geschäftsleitung, TEDIMA GmbH
[...]

Dr. Mandy Wilke (Trelleborg Sealing Solutions), Professor Dr.-Ing. Peter Waidner (seal-ing – der dichtungsdoktor), Dr. Bernhard Jenisch (EagleBurgmann Germany GmbH & Co. KG), Thomas Deigner (SKF Economos Deutschland GmbH), Dr. Marc Langela (STASSKOL GmbH), Dietmar Siebler (TEDIMA GmbH)
Dichten:

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.

In der Literatur wird das Schadensbild „Übermäßiger Abrieb“ auch als „Übermäßiger Abtragverschleiß“ oder „Abriebverschleiß“ bezeichnet. Dieses Schadensbild tritt vorwiegend bei bewegten Abdichtungen auf und kann sehr viele verschiedene Ursachen haben:

• Normalerweise sind Gummidichtungen um ein Vielfaches weicher als die Bauteile, in denen sie montiert sind, und daher anfällig für Verletzungen und Abrieb. Besonders ist bei bewegten Dichtungen darauf zu achten, dass die Gegenlauffläche möglichst glatt ist (bis ca.1 μm Rz) und keine scharfen Kanten oder Übergänge aufweist.

• Durch abrasive Feststoffpartikel (Hydroabrasion), die in Medien gelöst sind, kommt es meist zu Riefen in den Dichtflächen, welche durch Erosion ausgewaschen und vergrößert werden.

• Beim erstmaligen Anlaufen von Maschinen erfahren dynamisch eingesetzte Dichtungen meist einen kurzen Trockenlauf, bis sie mit Schmiermittel versorgt werden. Für kurze Zeiten ist dies noch nicht problematisch. Bleibt die Schmierung im laufenden Betrieb jedoch aus, kann schon nach kurzer Zeit die Dichtung so stark abgerieben werden, dass sie komplett ausfällt.

• Ein häufiger konstruktiver Fehler ist eine zu ungenau definierte Oberflächenbeschaffenheit der Gegenlaufflächen. Es sollte nicht nur die Rauheit vorgegeben werden, sondern auch das Bearbeitungsverfahren bzw. die Topologie der Oberflächen. Durch zu geringe Vorpressung der Dichtung (z.B. fehlende Berücksichtigung des Durchmesserspiels) kann es zu einer Strömungserosion kommen. [...]

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

Der O-Ring ist das in der Dichtungstechnik mit Abstand am häufigsten verwendete Dichtelement. Kostengünstig einerseits und zuverlässig andererseits – sofern einige wichtige Kriterien bzgl. Auslegung und Montage beachtet werden, wie das Beispiel einer Filterdeckelverschraubung zeigt.

In Ölfiltermodulen wird die Abdichtung von Deckel zu Sockel i.d.R. mittels eines radial verpressten O-Rings realisiert. Der O-Ring wird dabei in die im Kunststoffdeckel eingebrachte Nut montiert. Anschließend erfährt der O-Ring während der Montage des Deckels in den Sockel mehrere sich überlagernde Belastungszustände. Eine rotatorische Bewegung wird durch eine translatorische überlagert. Der O-Ring überfährt zunächst die Einführschräge im Sockel und wird anschließend im verpressten Zustand in der Bohrung des Sockels weiterbewegt. Während der Drehbewegung kommt es zu einem unregelmäßigen Haften und Gleiten des Ringes in Umfangsrichtung. Dieser Effekt hängt im Wesentlichen von folgenden Faktoren ab:

• Exzentrizität von Deckel und Sockel zueinander. Diese kann vor allem durch die Gewinde der beiden Bauteile entstehen.

• Unrundheit von Deckel und Sockel.

• Ein sich über den Umfang ändernder Reibungskoeffizient. Dies tritt besonders bei Kunststoffbauteilen auf.

Diese Faktoren führen dazu, dass im Ring sowohl unterschiedliche Verpressungen des Querschnittes als auch unterschiedliche Dehnungen in Umfangsrichtung auftreten. Der O-Ring wird also während der Verschraubung einer ungewöhnlich hohen Belastung ausgesetzt und kann in Einzelfällen sogar reißen. [...]

Anton Parzefall (Dichtungstechnik Wallstabe & Schneider GmbH & Co. KG)

Geräusche, verursacht durch Dichtungen, kommen nicht allzu häufig vor. Wenn Dichtungen in der Praxis „quietschen“, ist die Lösung dieses Problems oft mit erheblichem Aufwand verbunden. Besser man berücksichtigt dies vorher.

Grundlage des Prandtl-Tomlinson-Modells für Reibungsmechanismen auf atomarer Skala ist eine resultierende periodische Anregung. Das Modell beschreibt eindimensional viele wesentliche Eigenschaften der trockenen Reibung:

• Zur Bewegung muss eine bestimmte Mindestkraft aufgebracht werden (Haften).

• Die Gleitreibung ist aufgrund der Kontinuität kleiner als die Haftreibung.

• Wird die Kraft während der Bewegung reduziert, so bewegt sich der Körper trotzdem aufgrund seiner Massenträgheit weiter.

• Der Körper kommt infolge der „Reibung“ (Eigendämpfung b des Systems) zum Stillstand.

Prandtl betrachtete eine eindimensionale Bewegung eines Massenpunktes m (für Gleitringdichtungen die Masse des Gleit- und/oder Gegenrings) in einem periodischen Potenzial mit einer Wellenzahl k (Periode)und einer geschwindigkeitsproportionalen Dämpfung b unter Einwirkung von N im Sinne einer Kraft. [...]

 

Teil 1: Grundlagen

Professor Dr.-Ing. Peter Waidner (Hochschule für angewandte Wissenschaften München)

Wenn Dichtungen versagen, ist der Ärger vorprogrammiert. Gründe dafür gibt es viele. Da sie aber meist zugekauft werden, kann man sich mit der richtigen Eingangskontrolle viel Ärger sparen.

Alle Prüfgerätschaften müssen die Anforderungen der jeweiligen Normen erfüllen, müssen kalibrierbar sein und die Anforderung der ISO 9001, Kap.7.1.5 erfüllen. Die Prüfgeräte sollten in einem klimatisierten Raum aufgestellt sein, der keine großen Erschütterungen durch die Produktion erfährt. Steht eine Klimatisierung nicht zur Verfügung, ist wenigstens auf eine konstante Raumtemperatur zu achten, welche dokumentiert werden sollte. Prüfgeräte sollten soweit wie möglich digitale Anzeigen haben, mit Schnittstellen für das QS-System. Ebenso empfiehlt sich ein Servicevertrag mit regelmäßiger Kalibrierung. Außerdem sollten die Geräte nicht direkter Sonneneinstrahlung und Zugluft ausgesetzt sein. Eine Nivelliereinrichtung an den Geräten stellt sicher, dass sie „im Wasser“ stehen.

Die Analysewaage sollte Dichtemessungen nach den in Teil 1 (DICHT! 4.2018) beschriebenen Normen durchführen können, die Waage selbst sollte die DIN EN 45501 erfüllen und eine Genauigkeit von 0,1 mg haben. Waagen mit Software zur automatischen Berechnung der Dichte sind inzwischen Stand der Technik. Eine Schnittstelle zum Übertragen der Daten auf den PC ist sehr vorteilhaft. Um äußere Einflüsse zu minimieren, sollte die Waage auf einem erschütterungsfreien Tisch (z.B. Granitplatte) platziert werden, in einem Raum mit konstanter Labortemperatur (23 °C) stehen und eine Einhausung als Schutz gegen Zugluft besitzen. [...]

 

Teil 1: Notwendige Prüfungen

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

Die leider immer noch anzutreffende Sicht des Einkaufs, dass Dichtungen C-Teile sind, sieht aus Instandhaltungssicht schnell anders aus, wenn das Risiko- und Kostenpotenzial eines Dichtungsschadens als Bewertungsbasis herangezogen wird. Dichtungsschäden sind oft hausgemacht und verursachen hohe Folgekosten. Und neue Dichtungsentwicklungen bringen nur dann die erhofften Verbesserungen, wenn ein Umdenken stattfindet.

C-Artikel sind ein Synonym für Komponenten, die meist standardisiert – also genormt – sind und einen niedrigen Einzelpreis haben. Sie haben ein beachtliches wirtschaftliches und logistisches Rationalisierungspotenzial. Das gilt für die Beschaffung, für die Bewirtschaftung, Bevorratung und Bereitstellung. Eine Annahme, die für Dichtungen durchaus zutreffen kann, sich aber in der Praxis oftmals als grober Denkfehler herausstellt.

Eine weitere Schwachstelle ist die Werkstoffbezeichnung für die Dichtung. Hierfür werden die Kurzzeichen der ASTM oder DIN, wie z.B. NBR, genutzt. Elastomere sind, wie andere Kunststoffe auch, Mischprodukte. Sie bestehen aus einer Polymerbasis mit einer ganzen Reihe von Zusätzen, auch Additive genannt. Jeder Dichtungshersteller hat dabei seine spezielle Rezeptur, sodass es eigentlich logisch ist, dass z.B. eine NBR-Dichtung des Herstellers A nicht ohne Überprüfung durcheine NBR-Dichtung des Herstellers B ersetzt werden kann. [...]

Helmut Winkler (TMM)

Trotz des Trends zu immer komplexeren Dichtungslösungen sind Webshops für Standarddichtungen ein sinnvoller Weg. Was dabei im Speziellen zu beachten ist, darüber unterhielt sich DICHT! mit Achim Pellen, Geschäftsführer und Lara Pellen, Marketing, der Achim Pellen Dichtungstechnik GmbH.

Man hat oft den Eindruck, dass Profile und Formteile nicht als Dichtungen wahrgenommen werden. Wie sehen Sie das?

Achim Pellen: Meines Erachtens sind alle Bauteile mit Dichtungsfunktion der Dichtungstechnik zuzuordnen. Meine Sichtweise wird vielleicht im technischen Handel nicht überall geteilt und auch andere sehen dies – je nach Branche und Unternehmen – unterschiedlich. Wir halten uns mit solchen Unterscheidungen aber weniger auf. In unserem Portfolio gibt es hauptsächlich per Extrusion hergestellte Dichtungen, wie z.B. Rundschnüre oder Profile, die zum O-Ring, Abschnitt oder Endlosware verkauft werden. So ist man flexibel und hat wenig Werkzeugkosten. Falls eine extrudierte Dichtung nicht eingesetzt werden kann, lösen wir Aufgabenstellungen eben mit einer Formdichtung oder mit einem Stanzteil.

Wie beratungsintensiv sind Formteile und Profile?

Achim Pellen: Aufgrund der sehr unterschiedlichen Anforderungen, der vielen möglichen Werkstoffe, Verfahren usw. ist die Auswahl i.d.R. sehr beratungsintensiv. Ohne vernünftige technische Zeichnungen/CAD ist eine solche Beratung schwierig. In der Praxis bedeutet dies, solche Informationen erst einmal qualitativ zu erhalten. Wenn es sich nicht um Normdichtungen handelt, ist es entscheidend, die richtige Verfahrenstechnik auszuwählen, damit letztendlich Qualität und Preis stimmen. Nur mit hohem Verfahrenstechnik-Know-how kann man ein solches Projekt effektiv lenken und zur Zufriedenheit aller Beteiligten lösen. Hier greifen wir auf fast 25 Jahre Erfahrung zurück. [...]

Achim Pellen, Lara Pellen (Achim Pellen Dichtungstechnik GmbH)
Kleben:

Jede Klebetechnik hat für sich ihre Vor- und Nachteile, die Kombination von Technologien kann dahingegen völlig neue Möglichkeiten eröffnen. Ein Beispiel sind Epoxy-Tapes.

Epoxidharz-Klebstoffe sind Allround-Talente und werden fast in jedem Industriesektor eingesetzt, wie z.B. in der Automobil-, Elektronik- oder Bauindustrie. Sie haften hervorragend auf den verschiedensten Untergründen, sind zudem beständig gegen Umwelt- und physikalische Einflüsse. Als Flüssigklebstoff eingesetzt bringen sie jedoch auch Nachteile, so z.B. Dosierungsungenauigkeiten in Bezug auf Menge und Geometrie, mit sich. Mit dem neuen „Epoxy-Tape“ hat Lohmann nun eine Lösung entwickelt, die Vorteile dieser Chemie mit den Vorteilen eines Klebebandes vereinen und die Prozesssicherheit eines Klebeschritts zu erhöhen. Aktuell steht das Epoxy Portfolio DuploTEC SBF (Structural Bonding Films) in acht Stärken für die Automobilindustrie zur Verfügung.

Unter dem Begriff „Epoxidharzklebstoffe“ versteht man Strukturklebstoffe, denen chemisch reagierende Polymersysteme zugrunde liegen. Diese bestehen aus mehrfunktionellen Hydroxylverbindungen (Alkohole und Hydroxide). Vernetzt werden sie über Epoxidgruppen mit Polycarbonsäureanhydriden oder Polyaminen. Sie werden für Beschichtungen, Kleb- und Dichtstoffe oder als Grundsubstanz für Verbundwerkstoffe bzw. für faserverstärkte Kunststoffe verwendet. Epoxidharze können als Flüssigkeiten (niedrige Viskosität), in zähflüssiger (honigartiger), hochviskoser Form oder als Feststoffe mit hohem Schmelzpunkt auftreten. Aufgrund ihrer vielfältigen chemischen Eigenschaften können Materialien mit unterschiedlichsten Eigenschaftenaus ihnen hergestellt werden. [...]

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

Nicht nur Klebstoffe bieten der Industrie immer neue Perspektiven. Manchmal ist es auch ihre Verpackung, wie neue Folien-Kartuschen zeigen.

Umweltverträglichkeit wird bei der Produktentwicklung immer wichtiger. Eine wesentliche Strategie ist hier die Vermeidung von Abfall – z.B. durch weniger Verpackung. Auf dem Kleb- und Dichtstoffmarkt wird man nie ganz auf Behälter verzichten können, aber durchdacht gestaltete Verpackungs- und Austragssysteme wie die von Sulzer Mixpac entwickelte komprimierbare ecopaCC Kartusche für 2K-Klebstoffe können zum Umweltschutz beitragen – ohne Abstriche bei Qualität oder Leistung.

Flexible oder faltbare Verpackungen sind allein schon deshalb umweltverträglicher, weil sie durch ihre Komprimierbarkeit das Abfallvolumen massiv reduzieren. Zudem verbraucht diese Art der Verpackung weniger Material und ist leichter als starre Verpackungen gleichen Fassungsvermögens. Der effizientere Transportverbessert auch die CO2-Bilanz der Produkte. [...]

Christian Majoleth, Tobias Bodenmüller (Sulzer Mixpac AG)

Die zerstörungsfreie Materialprüfung (ZfP) ermöglicht den Blick in das Innere von Komponenten, Fügestellen und Klebeverbindungen und liefert damit die optimale Datenbasis für Prozessüberwachung, -verbesserung, für Lebensdauerermittlung und Qualitätssicherung. Inzwischen gibt es verschiedene Methoden der ZfP, die diverse Möglichkeiten für die Prüfung von Klebeverbindungen bieten.

ZfP – zerstörungsfreie Materialprüfung – ist ein Sammelbegriff für verschiedene Methoden, um Objekte zu prüfen, ohne die Funktionalität zu beeinträchtigen, also ohne diese bei der Prüfung zu beschädigen oder zu zerstören. Dadurch ist die Prüfung eines jeden Objektes vor der Inbetriebnahme oder ebenso während der Wartung und des Service möglich. Die Methoden der zerstörungsfreien Prüfung erlauben es, kritische Fehler in jeder einzelnen Komponente auszuschließen und Daten über die interne Struktur zu ermitteln, zu sammeln und statistisch auszuwerten.

Die Prüfmethoden nutzen akustische bzw. elektromagnetische Wellen, um das Nichtsichtbare in Objekten, Strukturen und Fügeverbindungen sichtbar zu machen. Im akustischen Bereich wird Ultraschall zur Detektion benutzt und im Bereich der elektromagnetischen Wellen werden Verfahren verwendet, die Gamma-, Röntgen-, UV-, visuelle, Infrarot-, Terahertz-, Mikrowellen- und Radiowellenstrahlung zur Detektion nutzen. Die höchste Eindringtiefe bieten im Allgemeinen die aus der medizinischen Diagnostik bekannten Verfahren Ultraschall- und Röntgenprüfung. Für die Prüfung von Klebeverbindungen sind aber unter Umständen, je nach Anwendungsfall, andere ZfP-Methoden besser geeignet. [...]

Dr. Johannes Vrana (VRANA GmbH)

Kleben funktioniert, wenn man es richtig macht. Und „richtig machen“ bedeutet, alle relevanten Aspekte ganzheitlich zu berücksichtigen. Der Gliederung des Leitfadens „Kleben – aber richtig“ des IVK e.V. folgend, wird jeweils ein Aspekt der Klebtechnik in den Mittelpunkt gestellt und unter drei Schwerpunkten beleuchtet.

Welche Probleme entstehen in der Praxis, wenn der Klebprozess nicht ganzheitlich betrachtet wird? Kleben ist –genauso wie das Schweißen, Nieten, Löten usw. – nach ISO 9001 ein „spezieller Prozess“. Das bedeutet, die Herstellung der Verbindung sowie das fertige Produkt können nicht einhundertprozentig zerstörungsfrei verifiziert werden. Es gibt – genau wie bei allen anderen Verbindungstechniken auch – also keine Prüfmethodik(en), die eine einhundertprozentige Lebensdauervorhersage einer Verbindung ermöglicht. Die ganzheitliche Prozessbetrachtung, ggf. mit Unterstützung von Fachleuten, minimiert das Produktrisiko, das von „fehlerhaften“ Klebstellen ausgeht und damit Probleme wie mangelnde Qualität, Reklamationen und/oder Produkthaftungsansprüche nach sich ziehen kann.

Wie vermeidet der Anwender diese Probleme am besten? In Analogie zu den anderen Verbindungstechniken heißt das Zauberwort auch hier schlicht und ergreifend: Fehlervermeidung!– was im Übrigen der eigentliche Kerngedanke der ISO 9001 ist. Die Anwender müssen gemäß Produktsicherheitsgesetz nach dem „Stand der Technik“ fertigen ,d.h., ihre Klebprozesse so fachgerecht gestalten, dass Fehler erst gar nicht auftreten. Und da die Klebtechnik ein komplexer, interdisziplinärer Prozess ist, ergibt sich für jeden Anwender die Notwendigkeit, alle qualitätsbeeinflussenden Faktoren – eben „von der Idee bis zum Produkt“ – zu berücksichtigen. [...]

 

Teil 2: Planen einer Dichtung

Professor Dr. Andreas Groß (Fraunhofer IFAM)

„Schweißen geht nicht, also kleben wir“…ein Satz aus der alltäglichen betrieblichen Praxis. Wobei Schweißen auch gerne durch Schrauben, Nieten bzw. alle anderen Verbindungstechniken ersetzt werden kann. Das Problem ist das Gleiche: Die Alternativtechnologie –hier das Kleben – wird zur „Notlösung“.

Jede Verbindungstechnik hat allerdings ihre Anforderungen an die zu verbindenden Substrate und an die Konstruktion. Papierdünne Metalle lassen sich kaum durch Nieten sicher verbinden, verschmutzte Untergründe nicht sicher verkleben. Beim Kleben brauchen wir zudem ausreichend Fläche, denn die Kraftübertragung erfolgt über die Fläche– das muss bei der Konstruktion berücksichtigt werden. Ein stumpfer Stoß mag nicht die benötigte Fläche ergeben, eine Schäftung dagegen schon. Und wenn das nicht ausreichen sollte, brauchen wir eben eine ausreichende Überlappung oder verstärkende Lasche. Klebverbindungen sind sehr gut auf Zug belastbar, Scheren ist machbar, Schälen kritisch – das muss ebenfalls bei der Konstruktion berücksichtigt werden. Mit kleinen Maßnahmen kann aus einer auf Schälung belasteten Verbindung eine aus Zug und Druck belastete Verbindung werden. [...]

Thomas Stein (IMTS Interims Management)
Polymer:

Fluorpolymere sind Werkstoffe mit vielen Perspektiven in den unterschiedlichsten Anwendungbereichen. Funktionsintegrationen erweitern diese nochmals, wie das Beispiel der thermischen Leitfähigkeit in Kombination mit elektrischen Isolationseigenschaften bei diesen Werkstoffen zeigt.

Fluorpolymere eignen sich aufgrund ihres einzigartigen Eigenschaftsspektrums für Anwendungen mit besonderen Anforderungen. Hierzu zählen auch Bauteile für Elektro- und Elektronikanwendungen, bei denen es auf hohe Durchschlagfestigkeit, eine geringe Dämpfung hochfrequenter Signale im Gigahertzbereich sowie Vermeidung von Alterungseffekten und Versprödung ankommt. Sind die Bauteile Witterungseinflüssen ausgesetzt, dann sollte die Wasseraufnahme praktisch null sein, damit sich die Eigenschaften auch im rauen Außeneinsatz nicht verschlechtern. Noch höhere Anforderungen ergeben sich bei Elektrokomponenten für E-Mobility-Anwendungen, wenn es darum geht, Wärmeentwicklung als Folge von Leistungsverlusten gezielt abzuleiten, um so Systemüberhitzungen sicher zu vermeiden. Derartig hohe Anforderungen werden auch von Fluorpolymeren nur dann erfüllt, wenn sie zusätzliche Funktionen aufweisen.

Das Ausmaß der Wärmeentwicklung bei Elektroantrieben in Pkw lässt sich am besten über die Betrachtung der Leistungsstufen in den verschiedenen Antriebselementen darstellen: Wechselrichterverluste bei Stromentnahme aus der Batterie lassen die gespeicherten120 kW bis zum Eingang des Leistungsreglers auf 114 kW absinken. Weitere 5 kW treten im Leistungsregler als thermischer Verlust auf, sodass der auf der Achse positionierte Elektromotor nur noch 100 kW als Antriebsleistung abgeben kann. Zieht man die Batterieladeverluste noch zusätzlich in die Betrachtung mit ein, dann stehen einer Netzentnahme von 133 kW eine max. Leistungsabgabe auf die Straße von lediglich100 kW gegenüber. Deshalb sind gezielte Wärmeabführung und ausgeklügelte Kühlsysteme zur Vermeidung einer Überhitzung des Antriebssystems erforderlich. [...]

Dr. Michael Schlipf (FPS GmbH)
Standpunkte:

Es gibt in der Dichtungstechnik technische Mittel und Wege, die auf den ersten Blick anscheinend die Lösung für ein Problem bieten. Auf den zweiten Blick und genauer betrachtet werden systembedingte Grenzen deutlich – und Probleme in der Praxis sind dann eigentlich vorprogrammiert. Thema dieser Ausgabe ist ganz allgemein der Einsatz der besten verfügbaren Technik und der von Zukunftstechniken.

Die Anwendung des Standes der Technik bzw. der besten verfügbaren Technik (BVT), also der Entwicklungsstand fortschrittlicher Verfahren, Einrichtungen oder Betriebsweisen, der die praktische Eignung einer Maßnahme zur Erreichung des vorgegebenen Schutzzieles darstellt, ist die bekannte Voraussetzung für ein richtlinien-, gesetzes- und verordnungskonformes Verhalten. Das Abweichen vom Stand der Technik bzw. von der besten verfügbaren Technik ist eine Ordnungswidrigkeit bzw. – bei vorsätzlicher oder wiederholter Zuwiderhandlung – eine Straftat. Auch der mögliche Einsatz zur Erprobung zukünftiger Technologien wurde/wird in den Richtlinien und Gesetzen geregelt.

Die Beschreibung des Begriffs „Zukunftstechnik“ (engl. emerging technique) findet man z.B. in der Industrieemissionsrichtlinie (IE-RL) [2] im Artikel 1, Absatz 14) und nahezu gleichlautend im Bundesimmissionsschutzgesetz (BImSchG) [3] im §3, (6e), Zitat: „Zukunftstechnik– eine neue Technik für eine industrielle Tätigkeit, die bei gewerblicher Nutzung entweder ein höheres allgemeines Umweltschutzniveau oder zumindest das gleiche Umweltschutzniveau und größere Kostenersparnisse bieten könnte als bestehende beste verfügbare Techniken.“ Interessant ist natürlich bei Einhaltung der grundlegenden Anforderungen auch die Beachtung der Kosten. [...]

 

Mehr zum Einsatz der besten verfügbaren Technik und den von Zukunftstechniken

Peter Thomsen (Lannewehr + Thomsen GmbH & Co. KG)
© ISGATEC GmbH 2019