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Fachmagazin DICHT!

Fachartikel:

Dichtungstechnik Allgemein:

Da die Anforderungen an Produkte immer anspruchsvoller werden und die Produkte weltweit gefertigt werden sollen, ist es notwendig, diese präzise, vollständig und eindeutig zu definieren. Das ISO-System für „Product specification and -verification” (GPS) wurde im Laufe der letzten 23 Jahre entwickelt, um diesen Bedürfnissen der Industrie gerecht zu werden.

Mit der Einführung der ISO 8015 von 2011 ist eine wesentliche Änderung von GPS vollzogen worden:

• Alle GPS-Normen sind gültig, sobald der Konstrukteur ein GPS-Symbol anwendet. Dies kann u.a. eine Oberflächenangabe oder eine Ebenheitsangabe sein.

• Die Zeichnung (das Modell) ist Vertragsgrundlage, also muss alles auf der Zeichnung beschrieben werden. Was nicht darauf vorhanden ist, kann vom Lieferanten oder Hersteller nicht gefordert werden.

• Bei der Toleranzzone ist jetzt der Defaultwert das Geometrieelementekonzept, d.h., wenn keine besondere oder zusätzliche Angabe vorhanden ist, gilt die Toleranz nur für ein einziges Geometrieelement.

• Das Unabhängigkeitsprinzip besagt, dass alles unabhängig zu betrachten ist. Den wenigsten ist bewusst, dass, wenn sie eine Positionsangabe machen, dies u.a. auch nur die Geradheit der Achse sein kann, wenn sie kein Bezugssystem angeben. Hier muss genau analysiert werden, was wie beschrieben wird.

• Wichtig ist auch, dass der Konstrukteur verantwortlich für die Funktion ist. Diese muss in der Zeichnung (dem Modell) wiederzufinden sein. Deswegen ist es wichtig zu wissen, welche Zeichnung der Konstrukteur anzufertigen hat. Hier gibt es eine Vielzahl von Zeichnungsarten, z.B. Funktionszeichnung, Vertragszeichnung, Prüfzeichnung, Fertigungszeichnung. Jede dieser Zeichnungen kann einen anderen Inhalt haben. [...]

Dipl.-Ing. (univ.) Ernst Ammon (Technische Hochschule Nürnberg Georg Simon Ohm)

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. Einbauräume sind erforderlich, um Dichtungen kontrolliert zu verformen, unabhängig von den Montagekräften (= Kraftnebenschlussprinzip). Da Elastomere keine ideal elastischen Eigenschaften besitzen, sondern sich eher viskoelastisch verhalten, ist das Rückstellvermögen auch abhängig vom Verformungsgrad: Zu geringe Verformungen führen zu einem schnelleren Verlust des Rückstellverhaltens. Daher werden z.B. statische O-Ringe mindestens 10% verformt bzw. verpresst. Ist die Verformung zu hoch, z.B. 50%, können sich bei erhöhten Temperaturen zu große Spannungen innerhalb der Dichtung ergeben, was zu inneren Spannungsrissen führen kann, welche sich dann nach außen fortpflanzen. Scharfe Kanten, z.B. nicht ausgerundete Nuteinstiche, müssen vermieden werden, da sie Anrisse erzeugen können, die sich dann unter Betriebsbedingungen fortpflanzen können. Will man das Dichtpotenzial von O-Ringen sicher ausschöpfen, sollte man neben den üblichen Oberflächenkennwerten zusätzlich auch die Struktur der Oberfläche (und damit das Bearbeitungsverfahren) vorgeben. Querstrukturen zur Umfangsrichtung sind zu vermeiden. Bei dynamischen Dichtungen soll die Oberflächengüte ein Minimum an Reibung und Verschleiß sicherstellen. Dazu ist neben der Rautiefe auch der Traganteil von Bedeutung. [...]

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

Hydraulikstangendichtungen sind – obwohl schon Jahrzehnte und millionenfach im Einsatz – immer noch ein Thema für Weiterentwicklungen. Warum sich Kastas nach umfangreichen Marktuntersuchungen zur Entwicklung zwei neuer Hydraulikstangendichtungen entschieden hat, darüber unterhielt sich DICHT! mit Lars Dürkop, dem technischen Leiter und Claus Späth, dem kaufmännischen Leiter des Unternehmens.

Warum muss man diese Dichtungen anscheinend immer wieder neu denken? Haben sich die Anforderungen so gravierend geändert?

Dürkop: Gravierend ist relativ, aber das breite Anwendungsspektrum, geforderte lange Standzeiten, höhere Energieeffizienz (geringe Reibung), ein immer größeres Temperatureinsatzspektrum, die Vermeidung des Ruckgleitens (gerade bei langsamen Geschwindigkeiten), höhere Extrusionsbeständigkeit, Zuverlässigkeit, Montagefreundlichkeit und eine breite Medienbeständigkeit in Bezug auf vorhandene und neue Additive etc. definieren – in Abhängigkeit des jeweiligen Einsatzbereiches – zunehmend komplexe technische Anforderungen an eine Dichtungslösung.

Späth: Und das ist nur die technische Seite – um die Herstellkosten der (Zylinder-)Bauteile zu reduzieren oder günstig zu halten, werden verschiedene Bauteile derart vereinfacht, dass die Anforderungen an die Leistungsfähigkeit des Dichtungsystems stark zunehmen. Aspekte in diesem Kontext sind größere Toleranzen oder die Einflüsse, ausgelöst durch Materialeinsparungen, z.B. bei Stahl, Aluminium und Composites / Metall-Kunststoff-Verbindungen. [...]

Lars Dürkop, Claus Späth (KASTAS Sealing Technologies Europe GmbH)
Flüssigdichtsysteme:

Mit der E-Mobility entsteht eine Vielzahl von neuen Aufgabenstellungen – vor allem für Dosieranwendungen. Dichten, Kleben oder der Verguss von Wärmeleitpasten – das sind nur einige wenige Beispiele für die Dosierung anspruchsvoller Materialien, die heute und in Zukunft bewerkstelligt werden müssen. Die permanenten Neu- und Weiterentwicklungen der viskosen Materialfluide in unterschiedlichster Ausprägung müssen ständig in Laborversuchen und Feldtests erprobt und zur Serienreife geführt werden. Die Ansprüche der Industrie sind hoch, jedoch für ein professionelles Fertigungsergebnis absolut notwendig und berechtigt.

Ein zentrales Thema innerhalb des Themenkomplexes „E-Mobility“ ist die Batteriefertigung. Hier werden höhere Speicherkapazitäten in kleineren und leichteren Bauformen mit zugleich schnelleren Ladezeiten benötigt. Die technische Weiterentwicklung wird weltweit durch Forschungsprogramme unterstützt. Gleichzeitig ist ein schonender Umgang mit den vorhandenen und zu verarbeitenden Ressourcen notwendig, da die Nachfrage beständig steigt.

Dosiertechnik als Qualitätsfaktor Im Produktionsprozess ist die optimale Dosiertechnik ein entscheidender Faktor für den Qualitätsprozess. Die Vereinfachung der Dosieranwendung, die Vermeidung von zusätzlichen Arbeitsschritten und die Reduzierung der Materialkosten bei gleichzeitigerErhöhung des Produktionsvolumens sind weitere Ziele und entscheidende Punkte für einen möglichen Wettbewerbsvorteil. [...]

Josef Donislreiter (ViscoTec Pumpen- u. Dosiertechnik GmbH)

Die Automobilbranche fertigt global und mit einem hohen Automatisierungsgrad. Effizienz beim Dosieren entsteht aber erst mit einer auf den jeweiligen Produktionsstandort abgestimmten Technik.

Prozessübergreifende Technologiekombinationen, projektangepasste Automatisierungslösungen sowie eine qualifizierte Abbildung aller Prozesse nach Kundenstandards gehören in dieser Branche zum Alltagsgeschäft. Die geforderten Lösungen bewegen sich dabei in einem Spannungsfeld zwischen immer kürzer werdenden Produktentwicklungszyklen, z.B. bei der E-Mobilität, sich ändernden Produkt-, System- und Qualitätsanforderungen sowie dem Trend zu mehr Varianten, die eine Flexibilisierung der Montagelinien bedingen. Die Globalisierung bringt es zudem mit sich, dass die Systeme den klimatischen Anforderungen einer Region oder den unterschiedlichen Automatisierungsgraden in Schwellen- und Industrieländern gerecht werden müssen.

Ein weiterer Aspekt ist die Qualitätsüberwachung des Dichtmittelauftrags, denn Dichtungen tragen erheblich zur Qualität eines Fahrzeuges und zu seiner Funktionalität bei. Vor dem Hintergrund der unterschiedlichen klimatischen Verhältnisse, aber auch hinsichtlich der zunehmenden Anzahl einzusetzender Dichtmittel mit z.B. extrem hohen Extrusionsraten-Toleranzen gilt es, schwankende Dichtmittel-Prozessparameter zu kompensieren, um die geforderte Qualität der Dichtungen sicherzustellen. [...]

Olaf Letzner (DoBoTech AG)

Materialauswahl, Dosiertechnik, Automatisierung etc. führen bei vielen Abdichtungs- und Verklebungsprojekten schnell zu hoher Komplexität. Hier geht es für Christian Eicke, Vertriebsleiter der Drei Bond GmbH, mit dem sich DICHT! vor dem Hintergrund des Wandels zur E-Mobility unterhielt, um einfache und wirtschaftliche Lösungen, indem man z.B. Schnittstellenprobleme gar nicht erst aufkommen lässt.

E-Mobility ist derzeit ein Mega-Trend. Inwieweit sind Sie in diesem Kontext mit neuen Anforderungen konfrontiert?

Eicke: Ein Wechsel der Antriebsart von Fahrzeugen tangiert unsere Kernkompetenz immer, doch wir haben uns – von Beginn an – intensiv mit Dicht- und Klebelösungen für den „Powertrain“ beschäftigt und kennen dieses Segment nach fast 40 Jahren daher sehr gut. Neben neuen technischen Lösungen, die benötigt werden, um diese Antriebstechnologie mit der gleichen Zuverlässigkeit zu betreiben wie mit der von Verbrennungsmotoren, darf allerdings ein weiterer Aspekt nicht unterschätzt werden: Unsere Automotive-Kunden verlassen mit diesem Technologiewechsel eine ihrer Kernkompetenzen und Komfortzonen – den Verbrennungsmotor. Sie werden sich zukünftig bei E-Fahrzeugen noch mehr auf die Entwicklung von neuen Antriebskonzepten und Fahrzeugen fokussieren. Und natürlich werden mit dieser Entwicklung auch neue Dichtstoffe gefordert, die, z.B. im Hinblick auf multiple Medienbeständigkeiten und Silikonfreiheit, steigenden Anforderungen gerecht werden müssen. Dies führt, angesichts der Tatsache, dass wir bei unseren anspruchsvollen Kunden in den letzten Jahren einen deutlich höheren Beratungsaufwand im Hinblick auf geeignete Kleb- und Dichtstoffe sowie hinsichtlich der passenden Dosiertechnik feststellen konnten, zu einer noch intensiveren und weiter reichenden Zusammenarbeit. [...]

Christian Eike (Drei Bond GmbH)
Klebetechnik:

Die Herstellung optimaler Displays für vielfältige Anwendungen ist immer noch ein Thema, das Spezialisten fordert. Mit einem neuen – in Teilen patentierten – Optical Bonding-Prozess auf Silikonbasis werden jetzt die Nachteile von Acrylaten vermieden.

Seit Jahren wächst die Zahl der Displayanwendungen mit Touchfunktion für die Automobilbranche stetig: Wurden laut Statista 2014 weltweit noch 37 Mio. Stück ausgeliefert, waren es 2016 bereits 44,5 Mio. Bis 2021 wird sogar ein Anstieg auf 65,5 Mio. erwartet. Doch Displays im Automobilinnenraum müssen für extreme Bedingungen ausgelegt sein: Starke Sonneneinstrahlung verursacht ungewollte Reflexionen – oft ein Sicherheitsrisiko während der Fahrt – und lässt außerdem die Temperaturen im Fahrerraum drastisch an steigen. Vorwiegend in kälteren Regionen muss die Ausstattung zudem auch dauerhaft mehr als -20 °C standhalten.

Displays mit Touch-Funktion für Automobil-Anwendungen müssen aber noch weiteren Trends Rechnung tragen. Sie werden größer, haben gekrümmte Oberflächen und sollen z.B. in verschiedene Flächen wie Windschutzscheiben und Spiegel integriert werden. So verschieden jedoch die Tendenzen wirken mögen, so klar ist die zentrale Botschaft: Displays spielen eine immer größere Rolle für die Gestaltung des Innenraums. Dabei werden nicht nur Trends aus dem Consumer-Bereich adaptiert, sondern auch Vorbereitungen hinsichtlich des autonomem Fahrens getroffen, welche das Display zu einem zentralen Element im Fahrzeuginnenraum machen. Und gerade in der Automobilbranche müssen Displays wesentlich höhere Anforderungen erfüllen als im Consumer-Bereich: Vor allem die Lesbarkeit bei unterschiedlichen Lichtbedingungen ist ein nicht zu vernachlässigender Aspekt. Um diese zu erreichen, greifen Display-Hersteller oft auf Optical Bonding zurück. [...]

Alexandra Müller-Plötz (VIA optronics GmbH)

Kaum ein Marktsegment entwickelt sich so dynamisch wie der Leichtbau. Eine Innovation zieht die nächste nach sich. Dabei geben die neuen Werkstoffe ihre eigenen Regeln vor. Fügen oder Dichten funktionieren hier am besten mit moderner Klebstofftechnologie.

Ob Autos, Flugzeuge, Züge oder Fahrstühle: Leichtbau gilt als Schlüsseltechnologie für nachhaltigere Mobilität. Allen voran für die Automobil- und Luftfahrtindustrie. Weltweit stehen Hersteller unter Druck, umweltfreundlichere Fahrzeuge zu produzieren. Jedes Gramm zählt. Denn je geringer das Gewicht, desto stärker sinkt der CO2- Ausstoß.

Chancen, Herausforderungen, Lösungen

Großes Potenzial, um Gewicht zu reduzieren, bieten moderne Leichtbau-Werkstoffe wie Faserverbundstoffe oder Aluminium- und Magnesiumlegierungen. Den Chancen stehen allerdings auch Herausforderungen gegenüber: Viele Werkstoffe sind für herkömmliche Füge- und Dichtverfahren nicht geeignet. Nieten, Schrauben oder andere Befestigungselemente bedeuten zudem zusätzliches Gewicht und bringen ungünstige Punktbelastungen mit sich. Außerdem verursachen die Löcher Schwachstellen im Material. Die bevorzugte Fügelösung im Leichtbau sind moderne Klebstofftechnologien. Sie machen die Chancen moderner Leichtbau-Werkstoffe erst nutzbar. Seit Jahrzehnten entwickelt 3M gemeinsam mit Kunden Lösungen für effizientes Kleben und Dichten. Ausgangspunkt ist meist eine konkrete Kundenanfrage,das Ziel ist immer, eine dauerhaft zuverlässige und möglichst nachhaltige Klebelösung zu finden, die sich effizient in bestehende Prozesse integrieren lässt. Der Entwicklungsprozess beginnt mit einem persönlichen Kundengespräch und einer systematischen Analyse. Ermittelt werden die Eigenschaften der Untergründe, äußere Einflüsse,bestehende Arbeitsabläufe, maßgebende Normen und Spezifikationen. Auf dieser Basis entwickelt man dann in enger Zusammenarbeit mit Kunden und Partnern die bestmögliche Lösung. So werden die Grenzen des Leichtbaus immer weiter ausge dehnt. Für die Zukunft ist zu erwarten, dass die Vorgaben für die CO2 Reduzierung noch strenger werden. Es wird auch die Aufgabe innovativer Kleb- und Dichtstoffsysteme sein, das Einhalten strengerer Werte möglich zu machen. [...]

Julius Weirauch, Rüdiger Frisch (3M Deutschland GmbH)

Mit dem zunehmenden Einsatz von 2K-Materialien geht auch die Suche nach effektiveren und zuverlässigeren Applikationssystemen weiter. Bei der erfolgreichen Anwendung von Mehrkomponenten-Materialien ist und bleibt das Mischsystem ein entscheidendes Element. Mit einem neuen Tool lässt sich die Mischqualität sicher vorhersagen.

Heute stehen statische Mischer in verschiedenen Ausführungen für laminare Mischvorgänge zur Verfügung. Diese kompakten Geräte sind kostengünstig und benutzerfreundlich, können aber bei Komponenten mit stark unterschiedlichen Materialeigenschaften, z.B. unterschiedlicher Viskosität, zu einem suboptimalen Ergebnis führen. Gleiches gilt, wenn von einer Komponente wesentlich mehr verwendet wird als von der anderen. Für solche anspruchsvollen Anwendungen werden häufig dynamische Mischer bevorzugt. In diesen erzeugen schnell rotierende Flügel hohe Scherkräfte und ermöglichen so ein präzises Mischen und Austragen. Die beweglichen Teile dieser Mischer rotieren mit bis zu 1.500 min-1, wobei die Axialgeschwindigkeit des Materials im Mischer nur wenige cm/s betragen kann.

Simulation bewährt sich

Benötigen Anwender neue Mischlösungen für ihre speziellen Anforderungen, sind möglichst kurze Entwicklungszyklen gefragt. Eines der am häufigsten genutzten internen Verfahren zur Simulation von Strömungen und deren zeitlicher Änderung ist Computational Fluid Dynamics (CFD). Damit können komplexe Phänomene wie Mehrphasenstrom-Wechselwirkungen, Phasenumwandlung, Fluid-Struktur-Wechselwirkungen usw. berücksichtigt werden. Dank der steigenden Rechenleistung und Fortschritten auf dem Gebiet der numerischen Verfahren werden Simulationen immer häufiger für die Auslegung und Optimierung in verschiedenen Bereichen eingesetzt. [...]

Dr. Samira Jafari, Joachim Schoeck (Sulzer Mixpac Ltd.)

Kein vernünftiger Mensch plant „auf den letzten Tropfen“ – fährt z.B. den Tank seines Autos komplett leer. Nein, die meisten denken und agieren in und mit Reserven. Dieses Denkmodell, das eigentlich unser ganzes Arbeiten durchdringt, trägt allerdings auch „Verschwendung“, die zu unlösbaren Problemen führen kann, in sich … wieso? Ich kenne Anforderungen an Klebstoffverbindungen, die nicht erfüllt werden können, die „unlösbar“ sind. Da ist dann z.B. die Rede von Temperaturbeständigkeiten von mehreren hundert Grad Celsius. Hinterfragt man die Anforderungen, stellt sich heraus, dass jeder Beteiligte in der Kette eine Reserve aufgeschlagen hat. Alleine der dem Maschinenbauer geläufige Begriff der „doppelten Sicherheit“ sorgt – falsch angewandt – schnell für eine Überforderung von Klebstoffen … wieso? Was als Einbau redundanter Systeme (doppelte Sicherheit, dreifache Sicherheit etc.) gedacht ist, macht hier aus 80 °C konsequenterweise 160 °C – und schon wird es kritisch. [...]

Thomas Stein (IMTS Interims Management)
Maschinen und Anlagen:

Die optimale Mischung der Rohstoffe hat einen hohen Einfluss auf die Funktion einer Dichtung oder Klebestelle. Und gerade bei zähfließenden bis hochviskosen Polymeren ist dieser Qualitätsaspekt nicht zu unterschätzen. Ein neues Polymer-Dosiersystem bietet hier eine Alternative zu den häufig verwendeten Fassschmelzer- und Granulatbeschickungssystemen – insbesondere für einen kontinuierlichen Mischprozess.

Die Prozessanforderungen bei der Herstellung moderner Kleb- und Dichtstoffe steigen kontinuierlich und damit auch die Herausforderungen an die verwendete Verfahrenstechnik. Die traditionelle Herstellung der Kleb- und Dichtstoffe mit konventionellen, diskontinuierlichen Mischaggregaten im Batch-Betrieb und deren Nachfolgeeinrichtungen wird heute immer häufiger durch kontinuierliche Mischverfahren abgelöst. Hierdurch lassen sich schnellere Prozessdurchlaufzeiten erreichen, Prozessfehler vermeiden und hohe Durchsätze produzieren, um somit eine maximale Wirtschaftlichkeit zu erzielen. Im Bereich des kontinuierlichen Mischens kommen diverse Maschinentypen mit unterschiedlichen Mischverfahren zum Einsatz, z.B. der Doppelschnecken-Extruder/Mischer, Planetwalzenextruder oder Ko-Kneter. Bei der Zugabe der verschiedenen Rohstoffe können sich unterschiedliche Herausforderungen ergeben. So müssen z.B. die einzelnen Rohstoffe, die in exakten Prozentteilen zu einem fertigen Kleb- und Dichtstoff vermischt werden sollen, prozesssicher den entsprechenden Mischbereichen der kontinuierlichen Mischer zugeführt werden. [...]

Manuel Beßler, Daniel Flügel (UTH GmbH)

An heutige Klebeverbindungen werden immer höhere Anforderungen gestellt, sodass die Aktivierungsverfahren zur Vorbereitung der Oberflächen ebenfalls mehr leisten müssen. So sollen sie für optimale Haftfestigkeitswerte des applizierten Klebstoffs mit diesen sorgen. Bei der Entwicklung der Plasmadüse T-SPOT stand die Einstellung der abgegebenen Leistung auf die jeweilige Anwendung im Vordergrund.

Am Markt werden so viele unterschiedliche Materialien verarbeitet und – mit stetig wachsender Tendenz – per Verklebung verbunden wie nie zuvor. Doch eine Verklebung stellt an die Fügepartner viel höhere Ansprüche als eine Verschraubung oder -nietung. Erst recht, wenn es sich bei den zu verbindenden Materialien um Kunststoffe handelt. Denn hier ist häufig eine Oberflächenaktivierung notwendig, um eine gute Festigkeit der Verklebung zu erzielen. Werden z.B. unpolare Werkstoffe wie Polypropylen verarbeitet, so besitzen diese keine funktionellen Gruppen, mit denen der Klebstoff wechselwirken kann. Durch eine Plasmavorbehandlung bei Atmosphärendruck werden sauerstoffhaltige Gruppen in die Polymerkette eingelagert, mit denen die applizierte Substanz reagiert und dauerhafte Bindungen eingeht. Die Abstimmung der gewählten Vorbehandlungsparameter auf das Substrat und den Klebstoff ist entscheidend für die Haftfestigkeit der Verbindung. [...]

Peter van Steenacker (Tigres GmbH)

Neuerungen setzen sich im Bereich Dichten. Kleben. Polymer. eher langsam durch. Dies zeigen die Antworten der rd. 120 Teilnehmer der aktuellen ISGATEC-Umfrage (Bild 1 bis 10) zu Herstellung und Montage von Dichtungen sowie ihrer Qualität im Produktlebenszyklus. Die Einschätzungen sind wieder nach Anwendern und Herstellern bzw. Lieferanten getrennt ausgewertet. [...]

 

 

 

Mess- und Prüftechnik:

Die Batterien sind eine zentrale Stellschraube für erfolgreiche Elektromobilität. Neue Dichtungskonzepte und eine konsequente Dichtheitsprüfung können dazu beitragen.

Der Elektromobilität gehört die Zukunft. Die Zahl von EV/HEV-Fahrzeugen (Electric Vehicles und Hybrid Electric Vehicles) wächst kontinuierlich. Das Herzstück eines Elektrofahrzeugs ist seine Batterie. Bei der Fertigung der Traktionsbatterien gilt der Qualitätssicherung besonderes Augenmerk, denn die Batterien enthalten z.B. brennbares Elektrolyt. Auch sollen sie ihre Kapazität über die gesamte Lebensdauer hinweg behalten. Der Dichtheits prüfung kommt deshalb bereits bei der Fertigung der einzelnen Batteriezellen eine entscheidende Rolle zu. Prinzipiell eignen sich hier Prüfgasverfahren, um die Einhaltung der sehr kleinen Grenzleckraten sicherzustellen. Aber auch mit neuen Konstruktionskonzepten können Hersteller einiges tun, um für die Dichtheit ihrer Zellen zu sorgen. So gibt es heute neue Deckeldesigns zur Verbesserung der Dichtigkeit von Batteriezellen: Mithilfe der Glass-to-Aluminium-Seal-Technologie (GTAS) werden Batterieelektroden eingeglast, was herkömmliche Kunststoffabdichtungen überflüssig macht und ein Eindringen von Feuchtigkeit dauerhaft vermeidet.

Eine dauerhaft hohe Kapazität
Traktionsbatterien machen bis zu einem Drittel des Werts eines EV-Fahrzeugs aus. Zudem sind sie erfolgskritische Verschleißteile und gleichermaßen potenzielle Gefahrenherde beim Betrieb der Fahrzeuge, denn der Elektrolyt in den Batteriezellen ist brennbar. Als angestrebter Standard für die Lebensdauer einer Traktionsbatterie gilt, dass sie nach 10.000 Ladezyklen über 80% ihrer Kapazität verfügen soill – ein ehrgeiziges Ziel im rauen Straßenalltag der EV/HEV-Fahrzeuge. Um eine solche Lebensdauer zu erreichen, ist es unerlässlich, dass der Elektrolyt aus den Batteriezellen keinesfalls austritt und weder Wasser noch Luftfeuchtigkeit in die Zelle eindringen können. Die Konsequenz: Die einzelnen Batteriezellen müssen unbedingt gasdicht sein. Denn eine undichte Zelle rutscht schon nach viel weniger Ladezyklen als nach den angestrebten 10.000 aus ihrem Normbereich für die Kapazität. Und eindringende Luftfeuchtigkeit kann die Batteriezelle auf Dauer sogar vollständig zerstören. Nur moderne Prüfgasverfahren sind geeignet, diese unverzichtbare Gasdichtheit zu gewährleisten. [...]

Dr. Daniel Wetzig (Inficon), Helmut Hartl (Schott AG)

Warum ist es für Hersteller von Dichtstoffen wichtig, das Aushärteverhalten ihrer Produkte genau zu kennen? Zum einen ist dieses Aushärteverhalten für die Verarbeitung des Materials notwendig, zum anderen stellt sich die Frage, wann das Produkt weiterverarbeitet werden kann. In Zusammenarbeit mit einem Anwender wurde ein neues Verfahren entwickelt, das signifikant Kosten spart.

Das Bestimmen dieser materialspezifischen Eigenschaften war in der Vergangenheit recht aufwändig. Um das Aushärteverhalten genau charakterisieren zu können, war die Aufnahme von vielen Härte-Messwerten notwendig. Dies überstieg i.d.R. den Zeitraum eines normalen Arbeitstages. In der Vergangenheit konnte der Mitarbeiter am nächsten Morgen zwar direkt weitermessen, um die Aushärtekurve zu vervollständigen. Allerdings konnte der Messverlauf nicht konsequent nachvollzogen werden, da keine lückenlosen Messdaten vorhanden waren. In diesem Fall gab es die Möglichkeit, die Aushärtekurve mathematisch zu vervollständigen und so die kritische Härte zu bestimmen.Dies war allerdings nur mit aufwändigen Algorithmen möglich und stellte eben keine echt gemessenen Werte dar.

Ein neuer Ansatz

Die Geschäftseinheit Oberflächentechnik des Unternehmensbereichs Coatings der BASF, die unter der Marke Chemetall agiert, hat deshalb einen neuen Prozess entwickelt. Gemeinsam mit der Bareiss Prüfgerätebau GmbH wurden in enger Zusammenarbeit ein detailliertes Pflichtenheft erstellt und Tests mit den Materialien durchgeführt. Aus Machbarkeitsstudien hat sich so das von Bareiss entwickelte „Shore-A-Verfahren“ zur Messung an Formteilen herauskristallisiert. Die Idee bestand darin, eine Messmaschine (Bild 1) zu entwickeln, die viele verschiedene Proben in unterschiedlichen Zeitintervallen wiederkehrend mannlos misst und das echte Aushärteverhalten aufnimmt und darstellt. [...]

M. Sc. Oliver Wirth (Bareiss Prüfgerätebau GmbH)

Druckmessfolien machen den Druck dort sichtbar, wo es für eine exakte Druckverteilung nötig ist. Eine schnelle und zuverlässige Druckmessung ist ein wichtiger Bestandteil in der Produktion, Entwicklung und Qualitätssicherung vieler Branchen.

Seit Jahren wird Prescale zur Messung der Druckverteilung verwendet – ob in der Automobilbranche, der Verpackungs- oder Pharmaindustrie. Jetzt entdecken neue Branchen die Folie für sich: Sie wird längst auch bei der Fertigung von Lithium-Ionen-Batterien und beim Testen des Verbindungsdrucks von Kompositionswerkstoffen verwendet. Eine besondere Rolle spielt die Druckmessfolie bei kollaborierenden Roboter-Arbeitsplätzen (COBOTS). Elektromobilität ist eine der Zukunftsbranchen: Bis 2020 sollen 1 Mio. Elektroautos in Deutschland angemeldet sein. Für die Automobilindustrie werden Lithium-Ionen-Batterien also zunehmend wichtiger. In der Fertigung sind optimale Verbindungen zwischen Kathode, Anode und Separator im Innern der Batterie entscheidend. Sie sorgen dafür, dass die Batterie leitfähig bleibt und Prozesse störungsfrei ablaufen können. Mit der Druckmessfolie von Fujifilm wird noch während der Fertigung getestet, ob die Einzelteile richtig montiert wurden. Auch der Walzendruck bei der Beschichtung von Elektroden oder der Kontaktzustand an Schweißgeräten kann schnell überprüft werden. [...]

Ralph Andußies (Fujifilm Prescale)
Rohstoffe / Mischungen / Halbzeuge:

Viele Anforderungen an Dichtungen lassen sich oft nur noch werkstoffseitig lösen – und dies auch nur mit neuen Mischungen und Hochleistungswerkstoffen. Das Positive ist, dass für viele Fragestellungen Lösungen zur Verfügung stehen oder in Arbeit sind – ein Überblick.

„Die globale Verfügbarkeit und die Einhaltung der Normen in den einzelnen Einsatzländern sind für viele Rohstoffe und Mischungen neben ihrer technischen Performance ein zentrales Thema.“ – Dr. Heinz-Christian Rost, Technology & Innovation Manager, Parker Engineered Materials Group, Prädifa Technology Division

„Neue Dichtungswerkstoffe ermöglichen kürzere Wartungs- und Instandhaltungsarbeiten.“ – Martin Reinthaler, Technical Sales Manager Expanded Graphite, Graphite Materials & Systems, SGL Carbon GmbH

„TPE lässt sich heute für viele Dichtungslösungen verwenden – meist liegt neuen Lösungen aber eine intensive Zusammenarbeit mit den jeweiligen Anwendern zugrunde.“ – Dirk Butschkau, Product Marketing Manager EMEA, KRAIBURG TPE GmbH & Co. KG

Mit der sinnvollen Kombination von Werkstoffen lässt sich die Performance von Dichtungen deutlich erhöhen.“ – Harald Schober, Teamleiter Thermoplast, ElringKlinger Kunststofftechnik GmbH

„Es ist die Anwendung, die über den richtigen Werkstoff entscheidet und nicht umgekehrt.“ – Prof. Dr. Konrad Saur, Director Global R&D (Research and Development), Trelleborg Sealing Solutions

„In verschiedenen Anwendungsbereichen stellen wir eine Verdrängung von klassischen Elastomeren durch TPE und Silikon sowie einen Trend zu Hochleistungswerkstoffen fest.“ – Richard Gisler, Geschäftsführer, Tec-Joint AG

„Viele Anforderungen an Dichtungen lassen sich nur mit Hochleistungswerkstoffen lösen und Silicon empfiehlt sich hier für immer mehr Fragestellungen.“ – Dr. Wolfgang Schattenmann, Director Rubber Solutions, WACKER SILICONES

„Gravierende technologische Veränderungen in Zielmärkten bieten immer die Möglichkeit, unsere Produkte mit einem Mehrwert für Kunden und Endverbraucher langfristig weiterzuentwickeln.“ – Dr. Ernst Osen, Vice President Technology & Innovation, Material Technology und Dr. Boris Traber, Global Director Advanced Material Development, Material Technology, Freudenberg Sealing Technologies GmbH & Co. KG

„Moderne Werkstoffe sind geeignet, neue Leistungsstandards zu schaffen – z.B.die neueste Generation von Viton™ für die modernen Kraftstoff- und Motorsysteme von heute .“ – Jean-Marc Imbert, Chemours, Global Product Manager, Viton™ Fluoroelastomers

„Elastomere kommen zunehmend nur noch dort zum Einsatz, wo TPE keine Lösung sind.“ – René de Beer, Inhaber, F.W. Breidenbach GmbH & Co. KG [...]

Dr. Heinz-Christian Rost (Parker Engineered Materials Group), Martin Reinthaler (SGL Carbon GmbH), Dirk Butschkau (KRAIBURG TPE GmbH & Co. KG), Harald Schober (ElringKlinger Kunststofftechnik GmbH), Professor Dr. Konrad Saur (Trelleborg Sealing Solutions), Richard Gisler (Tec-Joint AG), Dr. Wolfgang Schattenmann (Wacker Chemie AG), Dr. Ernst Osen und Dr. Boris Traber (Freudenberg Sealing Technologies GmbH & Co. KG), Jean-Marc Imbert (Chemours), René de Beer (F.W. Breidenbach GmbH & Co. KG)

Werden Siliconartikel aus konventionellen Siliconkautschuken hergestellt, sorgt häufig erst das Tempern für das Erreichen der regulatorischen Anforderungen. Mit neuartigen Flüssigsiliconen wird dieser aufwändige Prozessschritt für viele Anwendungen obsolet.

Flüssigsiliconkautschuke – eine noch recht junge Werkstoffklasse – haben sich fest auf dem Markt etabliert. Sie werden im vollautomatisierten Spritzgießverfahren zu Formteilen verarbeitet. Auf diese Weise können Siliconartikel in großen Stückzahlen schnell, effizient, kostengünstig und in hoher Präzision gefertigt werden. In vielen Fällen werden die spritzgegossenen Formteile anschließend getempert. Diese Hitzebehandlung muss bei Siliconartikeln durchgeführt werden, wenn sie aus konventionellen Flüssigsiliconen hergestellt und im Baby Care-, Lebensmittel- oder Medizinbereich verwendet werden, um flüchtige oder extrahierbare Restsubstanzen aus dem Elastomer zu entfernen. Nur so lassen sich die strengen regulatorischen Vorgaben einhalten, die für Siliconartikel bei sensitiven Anwendungen gelten.

Das Tempern ist ein kosten-, zeit- und arbeitsaufwändiger Prozessschritt, der die Siliconverarbeiter in ihrer Produktivität erheblich einschränkt. Mit der neuen Produktreihe ELASTOSIL® LR 5040 kommt eine neue Generation von Flüssigsiliconkautschuken auf den Markt, die dieses Problem löst: Tempern ist dadurch in vielen Fällen künftig nicht mehr erforderlich. [...]

Dr. Thomas Frese und Dr. Ulrich Frenzel (WACKER SILICONES)
Statische Dichtungen:

„Der O-Ring ist eine Standard-Dichtung, über die man nicht viele Worte verlieren muss“. Dass diese – in Praxis häufig anzutreffende – Einschätzung falsch ist, bestätigten die rd. 60 Teilnehmer und Referenten des Forums: „O-Ring – die meistgenutzte Dichtung im Spiegel aktueller Trends“, das am 20. und 21.06.2018 in Mannheim stattfand.

Um es vorwegzunehmen, der Einsatz von O-Ringen ist trotz ihrer Mio.fachen jährlichen Verwendung in vielen Anlagen und Produkten quer durch alle Branchen einerseits bewährter Stand, anderseits aber auch kein triviales Thema. Und noch etwas ist für O-Ringe typisch: Bernhard Richter, Geschäftsführer der O-Ring Prüflabor Richter GmbH und Mitveranstalter des Forums, wies deutlich darauf hin, dass Entwicklungen bei diesem Dichtungstyp i.d.R problemgetrieben seien. Erst wenn etwas nicht funktioniere, würde nach neuen Lösungen gesucht und diese i.d.R. auch gefunden. Das breite Themenspektrum der Vorträge machte aber deutlich, dass diese Lösungen u.U. nicht einfach zu finden sind, da die Vielfalt an Werkstoffen, ihre Vorbehandlung und Montage, die einzuhaltenden Normen in Abhängigkeit von der Branche, die Konstruktion der Dichtstelle, die Herkunft der Dichtung im Rahmen des Global Sourcings etc. eine Vielzahl von Variablen für die Auswahl des jeweils richtigen O-Ringes darstellen.

Bei manchen Anwendungen kommt man zudem mit Berechnungen nicht zum Ziel, sondern nur über Versuche und Erfahrungswerte. Dipl. Ing. (TU) Anton Parzefall von der Dichtungstechnik Wallstabe & Schneider GmbH & Co. KG schilderte dies am Regenwurmeffekt. So wird die ungleichmäßige Längendehnung eines O-Ringes genannt, wenn er, z.B. bei einem Filterdeckel, durch Verschraubung in seine endgültige Position gelangt. In dieser Einbausituation kennt man die endgültige Form (unterschiedliche Dicke durch die Verschraubungskräfte) des Dichtringes nicht mehr und kann nur durch Tests und verschiedene Maßnahmen die Chance signifikant erhöhen, dass der O-Ring seine Funktion wie gewünscht erfüllt. In der Praxis hat man dieses Thema zwar im Griff, es zeigt aber, wie viel Ausdauer und vereintes Knowhow über die gesamte Wertschöpfungkette eines O-Ringes nötig sind, um mit O-Ringen in diesen Fällen erfolgreich abzudichten.

„Die Liste der Anforderungen im Pharma- und Food-Bereich machen die Entwicklung und Herstellungen von O-Ringen zu einem hoch komplexen Thema. Hier werden u.a. auch Regelungen der ISO 3601 nicht akzeptiert, da sie u.a. den Anforderungen an das Hygienic Design nicht Rechnung trägt.“ – Dipl.-Ing. (FH) Michael Krüger, Entwicklungsleiter, C. Otto Gehrckens GmbH & Co. KG

„Eine Beschichtung macht O-Ringe deutlich leistungsfähiger und zahlt sich am Ende immer aus. Das freut auch Controller.“– Dipl.-Verw. (FH) Matthias Georg, Leitung Vertrieb, OVE Plasmatec GmbH

„Erst wer die verfügbaren Potenziale in der Werkstofftechnik, der Prozesstechnik, der Normung und der Automatisierungstechnik ausschöpft, wird auf Dauer mit seinen Produkten wettbewerbsfähig bleiben.“– Dipl.-Ing. Bernhard Richter, Geschäftsführer, O-Ring Prüflabor Richter GmbH

„Sichere, automatische Dichtringmontage ist das Ergebnis aus Erfahrung, Berücksichtigung unterschiedlichster Einflussfaktoren und stetiger Weiterentwicklung. Das gelingt am besten in Teamwork.“ – Dipl.-Ing. Arno Haude, Vertriebsleiter, Ohrmann Montagetechnik GmbH

„Das steigende Qualitätsbewusstsein in der Dichtungstechnik erfordert neue Wege bei fertigungsbegleitenden Messprozessen.“ – Oliver Wirth, Geschäftsführer, Bareiss Prüfgerätebau GmbH

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Holger Best (ISGATEC GmbH)

Mit einem neuen Konstruktionstool können Anwender einfach, schnell und präzise den richtigen O-Ring in Bezug auf Abmessung und Dichtungsmaterial, abgestimmt auf die jeweiligen Einsatzbedingungen, auswählen. Die enge Verknüpfungbeider Funktionalitäten – Materialauswahl und Größenberechnung – liefert zuverlässige Ergebnisse und stellt damit die Funktion des O-Rings in der späteren Anwendung sicher.

Dank der Verknüpfung einer Vielzahl von Dichtungsmaterialien mit einer Kalkulationsplattform für O-Ring-Dichtungen bietet der Parker O-Ring Selector als Engineering-Tool dem Anwender die Möglichkeit, Dichtungssysteme einfach zu berechnen. Bei der Materialauswahl werden dabei Einsatztemperaturen, abzudichtende Medien, Polymerfamilie, Dichtungshärte und erforderliche Freigaben und Konformitäten des Dichtungsmaterials berücksichtigt. Der Datensatz des somit charakterisierten Materials fließt dann in die eigentliche Auslegung des Dichtungssystems ein. Die Möglichkeiten der Parametrisierung des Dichtungssystems sind dabei umfangreich und umfassen thermische Expansionskoeffizienten der Dichtung und der Hardware-Komponenten, Volumenquellung der Dichtung und Herstellungstoleranzen für die Hardware-Komponenten.

Anwenderfreundliche dreiteilige Struktur

Das Tool ist in drei Hauptbereiche eingeteilt:

  1. Im Service Conditions & Material Selector können Anwendungsbedingungen wie Temperatur, Medium und erforderliche Zertifikate definiert werden. Mit diesen Eingaben werden geeignete Dichtungswerkstoffe aus der umfangreichen Materialpalette
  2. Nach Eingabe der Abmessungen der Systemhardware berechnet der „Size Selector“ die Maße und Toleranzen eines geeigneten O-Rings.
  3. Abschließend kann der Anwender im Bereich „Notes“ persönliche Notizen, schriftliche Ergänzungen und Kommentare einer durchgeführten Berechnung festhalten. Die gesamte Berechnung, inkl. Notizen, kann als PDF-Dokument exportiert und gespeichert werden. [...]
Dr. Heinz Christian Rost (Parker Hannifin GmbH)

Es gibt im Bereich Dichten. Kleben. Polymer. technische Mittel und Wege, die auf den ersten Blick scheinbar 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 das Setzverhalten verschiedener Dichtungen. [...]

 

Mehr zum Setzverhalten verschiedener Dichtungen

 

Peter Thomsen (Lanewehr + Thomsen GmbH)
Unternehmen / Markt:

Dichtungen beschafft man. Diese Aussage würden viele Maschinenbauer bestätigen. Nicht so Ulrich Geltz, Geschäftsführer der Geltz Umwelttechnologie GmbH, der sich aus verschiedenen Gründen entschieden hat, u.a. seine Dichtungen per Wasserstrahlschneidetechnologie selber herzustellen.

Warum fertigen Sie Ihre Dichtungen überwiegend selbst, anstatt sie zu kaufen?

Geltz: Wir sind Sonderanlagenbauer, d.h. die von uns hergestellten Anlagen sind normalerweise Einzelstücke. Und das bringt auch für Dichtungen ganz unterschiedliche Anforderungen und geringe Stückzahlen mit sich. Unsere Umwelttechnikanlagen sind für unterschiedliche Flüssigkeiten und/oder Gase ausgelegt und arbeiten mit unterschiedlichsten Temperaturen und Drücken. Zudem müssen wir – je nach Anlage – werkstoffseitig umfangreiche Vorgaben erfüllen. Wir haben z.B. gerade eine Anlage ausgeliefert, in der ein (weltweit) standardisiertes Fischwasser hergestellt wird. Diesem Wasser werden in verschiedenen Konzentrationen Testchemikalien präzise automatisiert beigemischt, um in Langzeitversuchen die Auswirkungen auf Fische zu erforschen. Wir durften keine Materialien verwenden, die selbst endokrin wirksame Stoffe abgeben, also, wie z.B. Weichmacher, den Stoffwechsel der Fische verändern oder mit den eingesetzten Chemikalien reagieren. Das würde die Versuche verfälschen. Darüber hinaus müssen wir bei der Anlagenkonstruktion – neben den Verfahrensparametern – den für die Anlage zur Verfügung stehenden Aufstellungsraum, eine möglichst kostengünstige Fertigung sowie eine gute Zugänglichkeit für die Wartung berücksichtigt werden. [...]

Ulrich Geltz (Geltz Umwelttechnologie GmbH)
Verguss:

Thermische Einflüsse können die Lebensdauer, Kapazität und vor allem die Betriebssicherheit von HV-Batterien signifikant beeinträchtigen. Um Schäden durch zu hohe Temperaturen zu verhindern, werden große Mengen an Wärmeleitpaste zwischen die Batteriemodule und das umschließende Gehäuse dosiert. Da die hohe Viskosität und der hohe Anteil an abrasiven Füllstoffen in den Materialien meist nur geringe Dosiergeschwindigkeiten erlauben, kommt es hier umso mehr auf eine abgestimmte Anlagentechnik an.

Die Elektromobilität nimmt Fahrt auf: Fahrzeuge mit alternativem Antrieb gelten als zentraler Baustein im Kampf gegen Lärmbelastung und stetig steigende Emissionen in den Ballungszentren. Mit Blick auf aktuelle Umwelt- und Klimaschutzziele planen verschiedene europäische Staaten bereits jetzt den Abschied vom Verbrennungsmotor. In China – derzeit der weltgrößte Markt für E-Fahrzeuge – wird schon ab 2019 eine verbindliche Quotenregelung für Elektro- und Hybridautos in Kraft treten.

Das Herzstück dieser Fahrzeuge bildet die eingebaute Hochvolt (HV)-Batterie. Sie besteht aus hunderten bis tausenden Einzelzellen verschiedenster Form und Leistungsklassen. Das Design der Zellen variiert dabei je nach Hersteller bzw. Fahrzeugbauer. Aktuell kommen zylindrische und prismatische Formen ebenso zum Einsatz wie Pouch-Zellen, die aufgrund ihrer äußerlichen Ähnlichkeit mit eingeschweißtem Kaffeepulver auch als „Coffeebag“-Zellen bezeichnet werden. Mit der Entscheidung für ein bestimmtes Zellformat sind für den Fahrzeugbauer mehrere zentrale Faktoren verbunden, wie z.B. Fertigungskosten, Energiedichte, Gewicht und Skalierbarkeit. Essenziell sind auch die Eigenschaften der Zellen in Bezug auf ihre Wärmeentwicklung und den damit verbundenen Kühlaufwand. [...]

Julian Hopf (Scheugenpflug AG)
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