Dichtungstechnik Jahrbücher

JAHRBUCH Dichten. Kleben. Polymer. 2020

Karl-Friedrich Berger / Sandra Kiefer (Hrsg.)
542 Seiten, vierfarbig, Softcover, Mannheim, 2019

Preis:
€ 59,00
ISBN:
978-3-946260-03-5

Themenbereiche

Trends, Rohstoffe, Mischungen, Halbzeuge, Statische Dichtungen, Formteile, Profile, Dynamische Dichtsysteme, Tribologie, Flüssigdichtsysteme, Klebtechnik, Maschinen und Anlagen, Mess- und Prüftechnik, Dienstleistungen

Kurzbeschreibung

Die erste Ausgabe unter neuem Titel bietet wieder auf 542 Seiten 55 vertiefte Fachbeiträge aus Wissenschaft und Praxis und setzt damit die Tradition dieser jährlich seit 2004 erscheinenden Fachbuchreihe fort. Die Beiträge geben einen guten Überblick über den aktuellen Stand der Technik im Bereich Dichten. Kleben. Polymer. Gegliedert ist es in die Themenbereiche: Trends, Rohstoffe, Mischungen, Halbzeuge, Statische Dichtungen, Formteile, Profile, Dynamische Dichtsysteme, Tribologie, Flüssigdichtsysteme, Klebtechnik, Maschinen und Anlagen, Mess- und Prüftechnik und Dienstleistungen. Die einzelnen Fachbeiträge geben dabei branchenübergreifend oder -bezogen Impulse und Lösungen für die tägliche Arbeit und über Entwicklungen. Unter Trends wird in  diesem Jahrbuch erstmals ein Auszug der ISGATEC-Trendumfragen unter Experten der Dichtungs-, Kleb- und Polymertechnik veröffentlicht. Die einzelnen Umfragen zu Marktentwicklungen, Dichtungstechnik, Klebtechnik und Polymeren stehen seit Herbst 2018 in den jeweiligen DICHT!digital-Ausgaben zur Verfügung.

Fachartikel:

Trends:

Die Zeiten sind turbulent, die wirtschaftlichen Rahmenbedingungen ändern sich gravierend, Technologie-Trends wie (E-)Mobility, Digitalisierung etc. fordern neue Lösungen auch aus dem Bereich Dichten. Kleben. Polymer. Die regelmäßigen ISGATEC-Umfragen fangen in diesem Kontext, Stimmungen und Meinungen ein. Anders als in den Vorjahren finden Leser an dieser Stelle nicht mehr die kompletten Ergebnisse unserer Befragungen, sondern ein paar Aspekte, die uns wichtig erscheinen. Die Einschätzungen sind wieder nach Anwendern und Hersteller bzw. Lieferanten getrennt ausgewertet. Die gesamten Umfrageergebnisse sind unter www.isgatec.com zu finden.

Bei den Ergebnissen zu allgemeinen Marktentwicklungen konnte man überrascht sein: Drohende Krise? – nicht im Bereich Dichten. Kleben. Polymer. Minimierung erkannter Defizite? – nicht im Bereich Dichten. Kleben. Polymer. Die Ergebnisse der Umfrage zur Markteinschätzung, an der mehr als 220 Personen teilnahmen, zeigen eine tiefe Entspannung – auch dadurch, dass sich bei einigen Themen kaum etwas bewegt.

Trotz der zunehmenden Warnungen vor vielen Risiken und einem Abflauen der Konjunktur war man Anfang des Jahres im Bereich Dichten. Kleben. Polymer. überwiegend positiv oder gleichbleibend gestimmt – Hersteller sogar noch positiver als Anwender. Aktuell verdunkeln sich die Konjunkturdaten wieder und man darf bei der nächsten Umfrage Anfang 2020 auf die Einschätzungen gespannt sein. Die meisten Befragten gingen Anfang des Jahres von einem konstanten Wirtschaftswachstum bei veränderten weltwirtschaftlichen Rahmenbedingungen aus. Als weitere zentrale Einflussfaktoren wurden Rohstoffknappheit und damit verbundene Preisentwicklungen sowie der Einfluss neuer gesetzlicher Bestimmungen, Normen und Verordnungen genannt. Inzwischen haben allerdings Entwicklungen wie (E-)Mobility und Digitalisierung sowie Umweltschutz mächtig an Fahrt aufgenommen und werden die nächsten Jahre auch im Bereich Dichten. Kleben. Polymer. [...]

Holger Best (ISGATEC GmbH)
Rohstoffe/Mischungen:

Polytetrafluorethylen (PTFE) ist ein Hochleistungskunststoff, der sich aufgrund seiner einzigartigen Eigenschaften als unverzichtbarer Werkstoff in der modernen Industriegesellschaft etabliert hat. PTFE, modifiziertes PTFE und PTFE-Compounds kommen bevorzugt bei systemtechnischen Lösungen im Umfeld komplexer Regelwerke mit hohen Kompatibilitäts- bzw. regulativen Anforderungen, z.B. im Sauerstoff-, Lebensmittel- bzw. Trinkwasserkontakt, zur Anwendung. Beim Einsatz in Sauerstoffanlagen sollten Verarbeiter eine Reihe von Hinweisen beachten.

PTFE, chemisch modifiziertes PTFE und PTFE-Compounds werden aufgrund ihrer positiven Eigenschaftsmerkmale im Sauerstoffkontakt vielseitig als Dichtwerkstoffe in sauerstoffgeführten Anlagen, u.a. als Dichtungselemente für Armaturen (Ventile und Druckregler) und für Rohrleitungen in Flanschverbindungen und Verschraubungen eingesetzt. Werkstoffe, Materialien und Bauteile, die für den Einsatz in sauerstoffgeführten Anlagen bestimmt sind, müssen sicherheitstechnisch geeignet sein und werden daher speziellen Prüfungen unterzogen. Sauerstoff in Druckgassystemen Sauerstoff ist nicht brennbar, jedoch brandfördernd, und kann mit brennbaren Stoffen in Form eines heftigen Feuers reagieren. Normale Luftatmosphäre enthält 21% Sauerstoff, eine Erhöhung der Sauerstoffkonzentration über 21% hinaus erhöht die Brandgefahr brennbarer Stoffe erheblich. Viele Werkstoffe, die in der Atmosphäre nicht brennbar sind, brennen in einer mit Sauerstoff angereicherten Atmosphäre: Nicht nur leicht brennbares Öl und Fett, Gummi und Kunststoff, sondern auch Aluminium, Stahl und Messing können in Sauerstoff brennen. [...]

Stefan Ebmeyer (Dyneon GmbH), Dr. Thomas Kasch (Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung), Dr. Sebastian Volke (PTFE Nünchritz GmbH & Co. KG)

Seit Jahren ist es das Bestreben von TPE-Herstellern, die Leistungsgrenzen von Thermoplastischen Elastomeren (TPE) in Richtung derer von Gummimaterialien zu verschieben. Der Wunsch nach verbesserter Medien- und Temperaturbeständigkeit spielt dabei eine wesentliche Rolle. Mit den neuen Thermoplastischen Elastomer Hybriden (TEH) ist es gelungen, die bisherigen Leistungsunterschiede zwischen den beiden Materialwelten weiter zu verringern.

Schon kurze Zeit nach der Markteinführung der TPE-Materialien, Mitte der 80er Jahre, war es der erklärte Wunsch, die hervorragenden Eigenschaften von Gummi mit den Vorzügen der TPE zu verbinden. Die Verarbeiter von TPE schätzten zwar die neu gewonnenen Vorteile hinsichtlich der thermoplastischen Verarbeitbarkeit, die deutlich größere Freiheit in Bezug auf das Bauteildesign und die Möglichkeiten des 2K-Spritzgießens – materialtechnisch anspruchsvolle Anwendungen blieben ihnen jedoch weiterhin verschlossen. Der Bedarf an einer universellen Materiallösung auf TPE-Basis wurde im Laufe der Zeit größer.

Bedingt durch ihre chemische Zusammensetzung waren thermoplastische Copolyester Elastomere (TPC) oder thermoplastische Polyamid Elastomere (TPA) relativ früh im Fokus der Entwicklungen. Diese sollten den hohen Ansprüchen hinsichtlich Öl-, Fett und Kraftstoffbeständigkeit bei gleichzeitig hoher Temperaturstabilität genügen. In den vergangenen Jahrzehnten wurden zahlreiche Ansätze im Bereich von Shore D Reaktor- TPE wie TPC und TPA verfolgt. Rückblickend waren diese Produkte ein großer Fortschritt, jedoch konnten sie nicht mit der Elastizität und Weichheit von Gummi konkurrieren. Weiche, im Shore A-Bereich angesiedelte TPE, wie TPS, TPO oder EPDM/PP (TPV), wiesen hingegen eine maximale Dauereinsatztemperatur von 125 °C bei mäßiger oder keiner Beständigkeit gegenüber Ölen, Fetten und Kraftstoffen auf. [...]

Dr. Frieder Vielsack, Dirk Butschkau (KRAIBURG TPE GmbH & 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 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. Es können dabei 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. [...]

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

Für den Einsatz in Kolbenkompressoren werden häufig Dichtelemente aus PTFE und PEEK mit Füllstoffen zur Verstärkung und Trockenschmierung verwendet. Die Lebensdauer dieser Dichtelemente ist oft die kritische Größe hinsichtlich der Laufzeit der Kompressoren. Speziell bei industriellen Anwendungen sind reduzierende Gase mit sehr geringem Taupunkt eine besondere Herausforderung an die Dichtelemente. Zur Entwicklung geeigneter Materialien setzt man Verschleißmessungen ein, wobei die Parameter der realen Anwendung meist nicht abgebildet werden können. Um diese Lücke zu füllen, wurde mit dem oszillierenden Tribometer eine einzigartige Prüfeinrichtung entwickelt.

Kolbenkompressoren werden häufig zum Verdichten von Prozessgasen in industriellen Anwendungen eingesetzt. Dies können z.B. chemische Hydrierungsanlagen, Polymerisationsanlagen oder Produktionsanlagen für polykristallines Silizium sein. Es handelt sich um komplexe und automatisierte Prozesse, die in kontinuierlicher Fahrweise betrieben werden und bei denen ein ungeplanter Ausfall des Kompressors zu kostspieligen Abschaltungen führen würde.

Daher ist die Zuverlässigkeit eine der wichtigsten Eigenschaften eines Kolbenkompressors. Diese Zuverlässigkeit wiederum wird maßgeblich von der Performance der Dichtelemente aus Polytetrafluorethylen (PTFE) und Polyetheretherketon (PEEK) bestimmt, welche in Form hochverschleißfester Compounds zum Einsatz kommen. Die Materialien sind für Kolbenkompressoren optimiert und die Entwicklung erfolgt mittels tribologischer Untersuchungen unter Variation der Gehalte an Füllstoffen sowie Hilfsmitteln zur Trockenschmierung. [...]

Dr. Marc Langela (STASSKOL GmbH)

Mit der Low Free (LF)-Technologie lassen sich auf Basis von MDI neue Polyurethan (PU)-Präpolymere zur Anwendung im Bauwesen herstellen, deren Gehalte an freiem Isocyanat unter 0,1% liegen. Die Präpolymere erfüllen strenge Standards in puncto Arbeitssicherheit und industrieller Hygiene. Sie können daher in niedrige Gefahrenklassen eingestuft werden. Ihr Einsatzfokus liegt zunächst auf Kleb- und Dichtstoffen sowie 1K-Schäumen.

Das Bauwesen erlebt derzeit einen Umbruch. Gebäude sollen energieeffizient sein und aus langlebigen, möglichst erneuerbaren und unbedenklichen Materialien bestehen. Zukunftstrends sind u.a. das Smart Home, die modulare Bauweise und der 3D-Druck von Gebäudeteilen. PU spielt hier schon länger eine Rolle – so etwa in Form von Produkten für Kunststoffdachbahnen, für die Rissversiegelung von Mauerwerk, für die Beschichtung unterschiedlichster Böden oder für die Wärmeisolierung von Fenster-und Türprofilen.

Ein weiteres Beispiel ist die neue Generation an Präpolymeren mit sehr geringem Gehalt an freiem Isocyanat-Monomer, die für die Bauindustrie entwickelt wurden. Sie zielen vor allem auf den Einsatz in reaktiven Heißschmelzklebstoffen, lufttrocknenden Klebstoffen, Dichtstoffen sowie 1K-Schäumen ab. Kleb- und Dichtstoffe auf Basis von LF-Präpolymeren bieten ein Optimum an Arbeitshygiene. Die LF-Technologie senkt die Konzentration an freiem Isocyanat im Präpolymer auf unter 0,1%. Dies gilt für Präpolymere auf Basis unterschiedlichster Isocyanate, einschließlich MDI (Methylendiphenyldiisocyanat). Das Ergebnis sind Präpolymer-Bausteine und Endprodukte, die den Anforderungen niedriger Gefahrenklassen und jüngsten regulatorischen Trends entsprechen. Der Verarbeiter kann den technischen und administrativen Aufwand für den Gesundheits-, Arbeits- und auch Umweltschutz deutlich reduzieren, weil er Rohstoffe mit höheren Gehalten an gefährlichen Isocyanaten aus seinem Produktionsprozess verbannt. [...]

Ronald M. Emanuel jr., Gerry King, Dr. Polina R. Ware (LANXESS AG)

Laut einer Studie des Bundesministeriums für Verkehr und digitale Infrastruktur (BMVI) ist das Auto nach wie vor das Fortbewegungsmittel Nummer 1. Der Studie ist auch zu entnehmen, dass die Anzahl der Autos pro Haushalt stetig zunimmt: Ende 2017 auf 43 Mio. zugelassene Fahrzeuge in Deutschland. Laut dem Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und nukleare Sicherheit (BMU) befinden sich weltweit derzeit über 900 Mio. Pkw auf den Straßen, bis 2035 wird die Zahl auf voraussichtlich 2 Mrd. anwachsen. Um der Verkehrsnachfrage gerecht zu werden, werden umweltfreundliche Fortbewegungsmittel und alternative Antriebsarten gefördert. Der Elektrifizierung wird dabei eine zentrale Rolle für die Zukunft der Mobilität zugeschrieben. Um deren Potenzial zu nutzen, müssen jedoch einige Herausforderungen überwunden werden – insbesondere bei der Temperierung der Batterien und der Antriebe. Entsprechende Kühlflüssigkeiten und mögliche Dichtungsmaterialien sind daher miteinander zu vergleichen.

Dielektrische Kühlflüssigkeiten spielen eine entscheidende Rolle bei der Temperierung von sensitiven Bauteilen in der E-Mobilität. Hierbei stehen nicht nur die Batterien allein im Vordergrund, die ihr größtes Leistungsspektrum in einem relativ engen Temperaturbereich haben. Auch die Kühlung von (elektrischen) Motorenkomponenten muss hier sichergestellt werden, um durchweg für Effizienz und zeitgleiche Sicherheit zu sorgen.

Aktuell eingesetzte Medien wie Wasser-Glykol-Systeme sind dafür z.T. nicht optimal geeignet. Zwar sind sie vergleichsweise nachhaltig und Herstellern hinsichtlich der Anwendung bekannt, allerdings können sie nicht im direkten Kontakt mit den elektrischen Komponenten verwendet werden. Hier werden getrennte Kreisläufe mit Wärmeauschern benötigt, die jedoch ein höheres Gewicht ins System bringen, was eine weniger effiziente Leistung zur Folge hat. [...]

Dr. Matthias Soddemann (Dätwyler)

Thermoplastische Elastomere (TPE) sind auf dem Vormarsch, insbesondere in Märkten und für Applikationen, die die Einhaltung einer Vielzahl von Regularien und Vorschriften erfordern, aber auch, wenn es darum geht, effiziente und wirtschaftliche Lösungen zu realisieren. Beispiele aus Medizin und Lebensmittelverpackungen machen dies deutlich.

Kunststoff gilt als Werkstoff der Zukunft, der neue Märkte eröffnet und technischem Fortschritt eine Plattform gibt. Das modere Leben ist ohne Kunststoff kaum zu bewältigen. Ob bei der Lebensmittelversorgung, im Haushalt, am Arbeitsplatz, bei der Fahrt mit dem Auto, im Flugzeug, in der Freizeit, bei Sport und Spiel – überall finden Produkte oder Produktbestandteile aus Kunststoff Anwendung. Die Forderungen nach nachhaltigeren Formen des Wirtschaftens, wie den schonenden und effizienten Umgang mit Ressourcen, der Wiederverwertung von Rohstoffen, Gewichts-, Energie- und CO2-Einsparung, Umweltverträglichkeit und Sicherheit, sind auch und gerade für die Kunststoffindustrie treibende Aspekte. Auf ihrem Weg zu innovativen High-tech-Werkstoffen mit maßgeschneiderten Eigenschaften und immer neuen Anwendungsfeldern nehmen sie die noch effizientere Nutzung von Rohstoffen und Energie in allen Stufen der Prozess- und Wertschöpfungskette in den Fokus.

So in der Medizintechnik, wo Kunststoffe bereits eine lange Erfolgsgeschichte geschrieben haben und auch weiterschreiben werden. Insbesondere elastomere Werkstoffe – und hier wiederum die thermoplastischen Elastomere – drängen in den Vordergrund. Sie erleichtern die Arbeit, senken das Allergierisiko, bieten hohe Sicherheit für Patienten und Fachpersonal und sind dank ihrer Eigenschaften vielseitig einsetzbar. [...]

Floran Schindler (Actega DS)

Die Eigenschaften von Metallen in Dichtungen und Dichtstellen haben u.U. großen Einfluss auf die Dichtheit von Anlagen, werden aber selten thematisiert. Ihren Einfluss zu kennen, erspart Überraschungen.

Rostfreie Duplexstähle sind eine Stahlgruppe mit hoher Korrosionsbeständigkeit und guter Verarbeitbarkeit. Die physikalischen Eigenschaften liegen zwischen denjenigen der ferritischen und austenitischen Stähle, tendieren aber bezüglich ihrer Festigkeit eher zu den ferritischen, verbunden mit der guten Duktilität und Zähigkeit der Austenite. Die Korrosionsbeständigkeit gegen chlorinduzierten Angriff infolge von Loch- und Spaltkorrosion hängt vom Chrom-, Molybdän-, Wolfram,- Stickstoff- und Kupfergehalt ab. Sie ist in erster Linie mit der Beständigkeit von 1.4401 / 316 / X5 CrNiMo 17-12-2 vergleichbar, kann aber auch höher, z.B. für spezielle Meerwasserbeständigkeit, liegen. Alle Duplexstähle verbindet die hohe Beständigkeit gegen chlorinduzierte Spannungsrisskorrosion.

Die mechanische Bearbeitung zeigt viele Ähnlichkeiten mit den Austeniten. In der Wärmeeinflusszone der Schweißnähte ist die Zähigkeit wegen des hohen Ferritanteils des heterogenen Gefüges begrenzt. Zu unterscheiden sind Duplexstähle von Dualphasenstählen einerseits nach Volumenanteilen der Gefügephasen, andererseits über die Gefügezusammensetzung. Duplexstähle haben ein ferritisch-austenitisches Mischgefüge mit nahezu gleicher Aufteilung, tendenziell mit einem leichten Übergewicht an Austenit zur Optimierung der Zähigkeitseigenschaften, Dualphasenstähle haben ein ferritisch-martensitisches Gefüge. Duplexstähle besitzen nach der Herstellung nahezu gleiche Volumenanteile an ferritischem und austenitischem Gefüge, Dualphasenstähle haben dagegen etwa 80 bis 90% Ferrit und nur 10 bis 20% Martensit oder andere härtere Phasen, was insbesondere zu deren hoher Festigkeit führt. Insbesondere bei schwellenden oder wechselnden Belastungen ist aber mit sprödem Dauerbruch zu rechnen. Auch die Beständigkeit ist durch die Bildung von Seigerungen gefährdet. [...]

Professor Dr.-Ing. Peter Waidner (Fakultät für angewandte Naturwissenschaften und Mechatronik, Hochschule für angewandte Wissenschaften München)

Fluorpolymere eignen sich aufgrund ihres einzigartigen Eigenschaftsspektrums für Anwendungen mit besonderen Anforderungen. Hierzu zählen hochbelastete Dichtungen in der Ölförderung oder im Bereich der Verbrennungsoptimierung von Otto- und Dieselmotoren. Jedoch auch für Elektro- und Elektronikanwendungen, bei denen es auf hohe Durchschlagfestigkeit, geringe Dämpfung hochfrequenter Signale im Gigahertzbereich sowie die Vermeidung von Alterungseffekten und Versprödungen ankommt, erweisen sich Fluorpolymere als die Werkstoffe der Wahl – mit Funktionsintegration werden die Einsatzmöglichkeiten weiter gesteigert.

Sind die Bauteile Witterungseinflüssen ausgesetzt, dann sollten die Werkstoffe praktisch keine Wasseraufnahme zeigen, damit sich die Eigenschaften auch im rauen Außeneinsatz nicht verschlechtern. Noch höhere Anforderungen ergeben sich bei Elektrokomponenten des E-Mobility-Bereiches, wenn es darum geht, Wärmeentwicklung als Folge von Leistungsverlusten gezielt abzuleiten, um so Systemüberhitzungen sicher zu vermeiden. Derartig hohe Anforderungen werden selbst von Fluorpolymeren nur dann erfüllt, wenn in sie weitere Funktionen integriert werden. Besonders interessant wird es dann, wenn sich durch diese Funktionsintegration zunächst widersprüchlich erscheinende Anforderungen in einem Bauteil meistern lassen. In der Folge ist detailliert beschrieben, wie sich hochelastisches Dichtungsverhalten in Gegenwart hoher Drücke und Temperaturen sowie gute thermische Leitfähigkeit mit elektrischen Isolationseigenschaften bei Kunststoffen, speziell bei Fluorpolymeren, durch Funktionsintegration realisieren lassen.

Viele verschiedene Dichtungsanwendungen werden unter Verwendung von Fluorpolymeren realisiert, da deren Eigenschaftsprofil maßgeschneidert für Dichtungsanforderungen ist. Hierzu gehören z.B. die Anpassungsfähigkeit an die Rautiefen der dichtend zu verbindenden Konstruktionselemente, die Fähigkeit zum Ausgleich von Fertigungstoleranzen und die nahezu universelle Beständigkeit gegenüber aggressiven Medien. Als viskoelastische Werkstoffe, wie sie z.B. Standard-PTFE und modifiziertes PTFE darstellen, zeigen diese Fluorpolymere je nach Belastungsart sowohl elastische als auch viskose Eigenschaften. Die viskosen Eigenschaften – speziell gefordert unter hohen Belastungen, wie sie z.B. beim Einbau von Flachdichtungen angewandt werden – sind Garant für das „Füllen“ von Oberflächenrauigkeiten und die Kompensation von Fertigungstoleranzen. Die Folgefähigkeit des Dichtungswerkstoffes auf Kompressions- und Dekompressionsvorgänge, wie sie z.B. beim Durchlaufen von Temperaturzyklen im Dichtspalt gefordert sind, resultiert aus dem elastischen Werkstoffverhalten der teilkristallinen Fluorpolymere. Da der Wärmeausdehnungskoeffizient von PTFE ca. zehnmal höher ist als der von Metallen, führt eine Temperaturerhöhung im Dichtungsbereich zu einer Zunahme der Flächenpressung, während Abkühlung zu einer Dekompression führt. Ohne „Nachstellen“ würde eine Dichtung während des Abkühlens also undicht. [...]

Dr. Michael Schlipf (FPS GmbH)

Die Anforderungen hinsichtlich der Eigenschaften von Elastomeren für den Einsatz im Automobilbereich steigen kontinuierlich. Verschärfte umweltrechtliche Bestimmungen mit dem Ziel der Emissionsreduktion führen zu notwendigen Designänderungen von Motor und Antriebsstrang. Hierfür wurden neue HT-ACM-Typen entwickelt, die bei hohen Temperaturen und in aggressiven Medien ohne Beeinträchtigung der Leistungsfähigkeit einsetzbar sind. Nachfolgend werden HT-ACM-Typen vorgestellt, die für den Einsatz in Dichtungen geeignet sind. Diese werden im Hinblick auf ihre Beständigkeit gegenüber Schmierstoffen, Getriebeölen sowie sauren und basischen Kondensaten bei hohen Temperaturen analysiert.

Polyacryl-Kautschuke (Polyacrylate) sind Polymere auf Basis von Acrylsäureestern, die außerdem Monomere mit reaktiven Gruppen enthalten, um eine Vernetzung zu ermöglichen. Aufgrund der gesättigten Hauptkette weisen sie eine ausgezeichnete Beständigkeit in anspruchsvollen Umgebungsbedingungen auf. In der ASTM- und der SAE-Klassifizierung sind Polyacrylat-Elastomere unter dem Akronym „ACM“ bekannt. Sie werden mit D2000 bzw. J200 bezeichnet und gehören zur Gruppe der öl- und hochtemperaturresistenten Spezialkautschuke mit einer Dauertemperaturbeständigkeit von 150 °C (ACM-Typen) bzw. 175 °C (HT-ACM-Typen). ACM wird zu 80% im Automobilbereich eingesetzt, wo die meisten OEM-Spezifikationen verfasst werden. Diese zeigen deutlich, dass ACM viel leistungsfähiger ist, als die ASTM- bzw. SAE-Klassifizierungen zeigen. Mit der HyTemp® ACM-Produktlinie stehen Werkstoffe zur Verfügung, die im Dauertemperaturbereich von -40 °C bis 175 °C und bei kurzzeitigen Temperaturbelastungen von bis zu 200 °C einsetzbar sind. Diese ACM-Typen werden derzeit von allen großen OEMs weltweit spezifiziert und eingesetzt.

Die in dieser Studie charakterisierten Compounds wurden in einem zweistufigen Mischverfahren hergestellt. Die Masterbatches wurden in einem Innenmischer (Größe von 1,5 l) mit ineinandergreifenden Rotoren gemischt. Für eine bestmögliche Füllstoffdispersion wurde der intern empfohlene Upside-down-Mischprozess verwendet. Nach dem Mischen der Masterbatches wurden Walzfelle gefertigt und für 24 h gelagert. Anschließend wurden die Vernetzungschemikalien den Masterbatches auf einer Laborwalze mit einem Friktionsverhältnis von 1,28:1 zugegeben. Um die Vernetzungskinetik zu analysieren, wurden MDR-Messungen (Moving Die Rheometer) durchgeführt. Prüfplatten (15 cm x 15 cm x 2 cm) sowie Prüfkörper für Druckverformungsrest (DVR-Messungen – ISO 815-1: 13 mm Durchmesser, 6,3 mm Höhe; ASTM D395: 29 mm Durchmesser, 12,5 mm Höhe) wurden mithilfe einer Laborpresse hergestellt. Die vulkanisierten Platten wurden anschließend für 4 h bei 175 °C nachvernetzt. Nach einer Lagerzeit von 24 h bei Raumtemperatur wurden Prüfkörper für physikalische Untersuchungen gestanzt. Sofern nicht anders angegeben, basieren alle Testmethoden auf ASTM-Standards. [...]

Samuel C. Harber (Zeon Europe GmbH)

In vielen industriellen Einsatzbereichen sind Elastomerfolien, gummierte Gewebe und Multilayer unverzichtbare Halbzeuge zur Lösung technischer Probleme, wie z.B. von Dichtungsproblemen. Die Herausforderung liegt darin, individuelle anwendungstechnische Rahmenbedingungen mit der richtigen Kombination der Werkstoffe und Träger zu erfüllen und diese Lösungen dann wirtschaftlich zu fertigen.

Bei der Wahl der Werkstoffe kann ein Anwender heute auf ein breites Spektrum synthetischer Elastomere zurückgreifen. Entsprechend den Einsatzbedingungen können dies z.B. KTW/FDA-freigegebene EPDM-Mischungen, Brandschutzqualitäten für den Eisenbahnbereich, für mehrere Branchen normgerechte FKM-Folien, Silikone oder auch EPDM-Folien für Faserverbundwerkstoffe, die als Splitter- und Dämmschutz dienen, sein. Mit den entsprechenden Kombinationen lassen sich heute viele Lösungen für steigende Anforderungen, ausgelöst durch verschiedene Trends realisieren.

In vielen Fällen fordert die Industrie heute Dickentoleranzen, die mit Standard-Elastomerplatten nur eingeschränkt zu erfüllen sind. Benötigt der Anwender aber enge Dickentoleranzen, werden die Halbzeuge entweder durch Spalten oder Schleifen hergestellt. Eine andere Alternative ist die Produktion eines Profils als Basis für die Weiterverarbeitung. Diese Ansätze führen aber zu Fertigungsmehrkosten, die oft nicht in Relation zum Gesamtprodukt stehen. In diesen Fällen bietet sich die Produktion als Elastomerfolie an. Von 0,3 bis 2 mm Dicke können Toleranzen von ± 0,1 mm eingehalten werden. Die 1.200 mm breiten Bahnen lassen sich dann für die Weiterverarbeitung optimiert auf die entsprechend sinnvolle Breite zuschneiden. Die mögliche Produktionslänge von bis zu 500 m unterstützt eine rationelle Produktion, z.B. von Dichtungen. [...]

Richard Gisler (Tec Joint AG)
Dynamische Dichtsysteme:

Aktuelle Entwicklungen der Elektromobilität führen zu Antriebskonzepten, die eine reibungsminimierte Auslegung von Wellendichtringen für hohe Drehzahlen erfordern. Dies betrifft insbesondere die Abdichtung von Getrieben, in denen Drehzahlbereiche jenseits von 20.000 min-1 denkbar sind. Ein Verfahren zur transienten Mehrfeldsimulation im Zeitbereich soll helfen, die Dynamik von PTFE-Wellendichtungen auch im Bereich hoher Drehzahlen effizient zu simulieren. Es berücksichtigt nicht nur große Verformungen und temperaturabhängige materielle Nichtlinearitäten, sondern auch die Wärmeentstehung an der Dichtstelle, die Wärmeleitung in Dichtung und Welle sowie den durch Kontakt von Dichtung und Welle bedingten Verschleiß. Darüber hinaus dient es als Grundlage, um Dichtsysteme mit adaptiven Eigenschaften hinsichtlich der Kontaktpressung numerisch analysieren zu können.

Neuerungen in der Automobilindustrie führen, insbesondere im Bereich der Elektromobilität, zu Antriebskonzepten, die eine reibungsminimierte Auslegung von Wellendichtringen für hohe Drehzahlen erfordern. Dies betrifft z.B. die Abdichtung von Getrieben. Hierbei sind Drehzahlen jenseits von 15.000 min-1 denkbar, welche derzeit mit Antriebstopologien handelsüblicher Elektrofahrzeuge erreicht werden können. Die Ergebnisse des BMBF-geförderten Verbundvorhabens „Speed2E – Innovatives Super-Hochdrehzahl-Mehrgang-Konzept für den elektrifizierten automobilen Antriebsstrang für höchste Effizienz und höchsten Komfort“ belegen, dass es möglich ist, Motordrehzahlen von bis zu 30.000 min-1 zu erreichen und so, bei gleichzeitiger Senkung der Motormasse um 30%, Leistungsdichte, Effizienz und Wirtschaftlichkeit elektrifizierter automobiler Antriebsstränge deutlich zu steigern.

Untersuchungen zu reibungsarmen Wellendichtringen aus PTFE, die für einen Wellendurchmesser von 7 mm zur drucklosen Abdichtung von Öl mit einer Temperatur von 100 °C auf einer elektrischen Antriebseinheit durchgeführt wurden, verdeutlichen, dass Dichtsysteme für schnell laufende Anwendungen, wie z.B. Abgasturbolader, unter Laborbedingungen sogar für Drehzahlen von bis zu 150.000 min-1 getestet werden können. [...]

Professor Dr.-Ing. habil. Thomas Kletschkowski, Dr.-Ing. Florian Albrecht (HAW Hamburg, Department Fahrzeugtechnik und Flugzeugbau)

Ansteigende Energiekosten sowie die fortwährende Verschärfung gesetzlicher Rahmenbedingungen in Bezug auf CO2- und Schadstoffemissionen erfordern eine beständige Effizienzsteigerung technischer Systeme. Dies gilt auch für dynamische Elastomerdichtungen, die milliardenfach in technischen Systemen zum Einsatz kommen und schnell zu Reibungsverlusten in der Größenordnung von 100 W pro Dichtlippe (Kurbelwelle/Pkw) führen können. Deshalb wird hier eine Strategie zur Reduzierung der Verlustleistung dynamischer Elastomerdichtungen vorgestellt, die auf einer Mikrostrukturierung und Oberflächenbehandlung der Dichtungsgleitfläche beruht.

Dynamische Elastomerdichtungen können zu hohen Reibungsverlusten führen. Bedingt durch die geringe Kontaktfläche zwischen Dichtlippe und Welle (Berührbreite <200 μm) resultiert ein hoher flächenbezogener Wärmeeintrag von typischerweise 350 W/cm2. Hierdurch wird der Werkstoff bei höheren Gleitgeschwindigkeiten thermisch stark belastet. Dies kann zu Materialveränderungen, erhöhtem Verschleiß und letztendlich zum Funktionsverlust der Dichtung führen. Im Betrieb bildet sich durch die Rauheit der Oberflächen von Dichtlippe und Welle und ihrer Relativbewegung zueinander ein hydrodynamischer Spaltdruck aus, der eine (teilweise) Trennung der Oberflächen bewirkt. Bei den gegenwärtig eingesetzten Dichtungen liegt eine Schmierspalthöhe von im Mittel 1 μm vor. Die Reibung wird hierbei durch die hohe Scherwirkung des Öls dominiert.

Eine Strategie zur Reduzierung der Verlustleistung basiert auf der Vergrößerung der Schmierspalthöhe durch eine Funktionalisierung der Dichtungsgleitfläche mittels Mikrostrukturierung und Oberflächenbehandlung des elastomeren Werkstoffes. Durch die Mikrostrukturen ist es möglich, den hydrodynamischen Spaltdruck und damit die Schmierspalthöhe deutlich zu vergrößern. Eine größere Schmierspalthöhe führt jedoch prinzipbedingt auch zu einer Erhöhung der Leckage. Um die Dichtfunktion weiterhin aufrechtzuerhalten, können rückfördernde Mikrostrukturen eingesetzt werden. Aufgrund der Größe der Mikrostrukturen führt allerdings bereits geringer Verschleiß zu einem funktionsschädlichen Einfluss. Zur Verringerung des Strukturabtrages bieten sich verschleißarme Beschichtungen an. Plasmapolymere Beschichtungen scheinen hierfür besonders geeignet, da sie gleichzeitig zu einer Reibungsreduzierung im Bereich der Festkörperreibung führen. Durch die Beschichtung wird es sinnvoll möglich, auch auf verschleißanfälligen Werkstoffen wie Elastomeren, Mikrostrukturen zur Reibungsreduzierung einzusetzen. [...]

M.Sc. Dennis Keller, Univ.-Professor Dr.-Ing. Georg Jacobs, M.Sc. Achim Kramer, M.Eng. Stephan Neumann (Institut für Maschinenelemente und Systementwicklung, RWTH Aachen)

Die Entwicklung neuer Elastomerwerkstoffe für Dichtungsanwendungen ist sehr zeit- und kostenintensiv. Um eine Aussage treffen zu können, ob z.B. ein neu entwickeltes Elastomer für die Verwendung als Radialwellendichtring (RWDR) geeignet ist, müssen i.d.R. teure RWDR-Prototypen hergestellt und in aufwändigen Dauerlaufversuchen im Hinblick auf ihr Reibungs- und Verschleißverhalten und die Schmierstoffverträglichkeit analysiert werden. Um in Zukunft auf ein tribologisches Ersatzsystem zugreifen zu können, mit dem es möglich ist, die RWDR-spezifischen Kontaktbedingungen möglichst genau abbilden zu können, wurde ein Ringflächentribometer (RFT) entwickelt. Es erlaubt Aussagen über das Verhalten von Elastomeren zu treffen und die gezielten Änderungen im Ersatzsystem auf den Radialwellendichtring zu übertragen.

Mit dem RFT ist es möglich, unterschiedliche Materialien im Hinblick auf ihr Verschleißverhalten miteinander zu vergleichen. Weiterhin lassen sich Verträglichkeitsuntersuchungen von Schmierstoff und Elastomer durchführen. Zum aktuellen Zeitpunkt zeigen auf dem RFT generierte Ergebnisse im Vergleich zu Ergebnissen des RWDR-Systems eine vergleichbare Tendenz, es ist jedoch keine Absolutwertaussage möglich. Aus diesem Grund sollen an dem RFT im Verlauf der Entwicklung noch Veränderungen/ Optimierungen vorgenommen werden. Um diesen Optimierungsprozess zu beschleunigen und Kenngrößen analysieren zu können, welche rein über Experimente nicht zugänglich sind, wurde in der FE-Software ABAQUS ein integriertes Simulationsmodell des Ersatzsystems aufgebaut und validiert.

Zur Abbildung der RWDR-spezifischen Kontaktbedingungen kommt auf dem RFT eine Elastomer-Ringprobe aus Plattenmaterial zum Einsatz, welche auf einem nach DIN 3670 drallfrei geschliffenen Wellenkegel aus Stahl läuft. Bild 1 zeigt schematisch den Vergleich zwischen dem RWDR- und RFT-System mit den beiden Kontaktwinkeln αRWDR auf der Öl- und βRWDR auf der Luftseite. Diese Winkel liegen typischerweise zwischen βRWDR = 25° bis 30° und αRWDR = 40° bis 45°. Der Wellenkegel des RFT hat in der Standardkonfiguration einen Kegelwinkel von 30°, woraus in Kombination mit dem 90°- Winkel an der waagerecht stehenden Ringprobe für αRFT ein Winkel von 60° und für βRFT ein Winkel von 30° resultiert. [...]

Dipl.-Ing. Christoph Burkhart, M.Sc. Dominik Weyrich, Professor Dr.-Ing. Bernd Sauer (Universität Kaiserslautern, Lehrstuhl für Maschinenelemente und Getriebetechnik)

Infolge von Grenzwerten für CO2-Emissionen und infolge zunehmender Elektromobilität ist die Energieeffizienz von Maschinen gegenwärtig von verstärktem allgemeinem Interesse. Bei sich bewegenden Teilen werden gerne Schmierstoffe eingesetzt. Die dazu wiederum benötigten Dichtungen verursachen Reibung und ungewollte Energieverluste. Mithilfe von Beschichtungen, die mittels Plasmatechnik auf dynamische Dichtungen aufgebracht werden, lassen sich im Antriebsstrang von Personenkraftwagen die CO2-Emissionen um 1,3 g CO2/km senken. Eine Mikrostrukturierung der Dichtlippe bietet noch einmal ein CO2-Einsparpotenzial von bis zu 1 g CO2/km.

Auch im Bereich der Windenergie können solche Beschichtungen helfen, einen Anlauf bei geringeren Windgeschwindigkeiten und einen leichteren Lauf bei allen Geschwindigkeiten zu ermöglichen. Der erweiterte Verschleißschutz äußert sich in längeren Wartungsintervallen. Allein schon die Notlaufeigenschaften bei trockenem oder nur geringfügig geschmiertem Lauf bieten einen großen Vorteil. Auch Pumpen sowie hydraulische und pneumatische Anwendungen können von einem verbesserten Verschleißschutz und einer reduzierten Reibung bei elastomeren Dichtungen profitieren. Grundvoraussetzung ist dazu eine beschichtungsgerechte Dichtkante. Um den Verschleißschutz durch plasmabasierte Beschichtungen noch weiter voranzutreiben, befasst sich diese Arbeit insbesondere mit einer Beschichtungsart mit höherer Härte bzw. höherem Elastizitätsmodul. Die bisher eingesetzten plasmapolymeren Beschichtungen basieren auf siloxan-artiger Zusammensetzung. Es wurde dazu Hexamethyldisiloxan (HMDSO) in einem Sauerstoff-Plasma (O2) per plasmaunterstützter Gasphasenabscheidung als Monomer zur Schichtbildung verwendet. Der Elastizitätsmodul der plasmapolymeren Beschichtung liegt im Mittel bei ca. 40 GPa und kann maximal bis ca. 70 GPa gesteigert werden. Die weiterentwickelte Beschichtungsart setzt auf diamantartige Kohlenstoffbindungen (engl.: diamond-like carbon, DLC) und kann diesen Bereich des Elastizitätsmoduls nach oben hin, und damit den zu erwartenden Verschleißschutz, erweitern. Dazu wurden als schichtbildende Gase Toluol und Tetramethylsilan (TMS) eingesetzt. Der Elastizitätsmodul lässt sich elastomergerecht ohne Weiteres auf 97 GPa bringen. Darüber hinausgehende Werte gehen mit einer zu hohen Beschichtungstemperatur einher. Grund dafür ist der für die angesprochenen festen Bindungen notwendige Ionenbeschuss durch die schichtbildenden Ionen. Dies zieht darüber hinaus prozesstechnische Besonderheiten nach sich, die gelöst wurden. Diese werden neben Reibungs- und Verschleißergebnissen im Artikel beleuchtet.

DLC-Beschichtungen sind bekannt als Schutzbeschichtungen von metallenen Bauteilen. Gerade metallene Gleitringdichtungen an Hubkolben von Motoren, Kugellager, Werkzeuge sowie Messer sind dabei die gängigsten Anwendungsgebiete. Im Fall keramischer SiC-Gleitringdichtungen konnte eine besondere Diamantschicht entwickelt werden, um selbst solche verschleißbeständigen Gleitringe vor Verschleiß in nicht optimalen Betriebszuständen zu schützen. Die Diamantschicht wird mithilfe eines Heißdrahtfilamentes in der chemischen Gasphasenabscheidung (HF-CVD) bei 800 °C für 24 bis 36 h abgeschieden. Diese Beschichtungstechnik ist nur für Keramiken möglich, elastomere Dichtungen würden schwer geschädigt. [...]

Dr. Dominik Paulkowski, Suleyman Bayrak, M. Majd Bagdadi (Fraunhofer IFAM, Bremen)

Gegenlaufflächen in dynamischen Anwendungen werden mit Rauheitskennwerten beschrieben. Ra als arithmetischer Mittenrauheitswert spielt heute noch eine große Rolle in der Definition von Anforderungen für die Gegenlauffläche für Dichtungen. Heutige Spezifikationen beziehen die Werte Rz und Rmax (Rz1max) mit dem Traganteil in die gewünschte Definition ein, um den steigenden Anforderungen in den Anwendungen gerecht werden zu können. Durch Variationen von Beschichtungstechnologien oder auch Varianten der Grundwerkstoffe wird „eine generelle Definition“ der Rauheit den Anforderungen heute nicht mehr gerecht.

Die Funktionalität tribologischer Systeme hängt bekanntermaßen von der geeigneten Abstimmung der Tribopartner ab. Bezogen auf hydraulische Dichtsysteme sind dies die Dichtung, das Hydraulikfluid und die Gegenlauffläche. Die Qualität der Oberfläche der Gegenlauffläche bestimmt dabei wesentlich den Zustand der Schmierung und den Verschleiß im Kontaktbereich. In der Literatur findet sich eine Vielzahl an Publikationen, die sich mit der Thematik der Gegenlaufflächen und einer geeigneten Beschreibung dieser befassen.

Grundsätzlich lässt sich unter dem Aspekt der notwendigen Substitution von Chrom (VI) in Europa ein Trend zu alternativen Beschichtungsverfahren feststellen, die hinsichtlich der Tribologie im Dichtsystem durch die üblicherweise verwendeten Werte Ra, Rz und Rmr(c) in ihrer Vielfalt mit den heutigen Katalogwerten der Dichtungshersteller nicht ausreichend gut beschrieben werden können. [...]

Dr.-Ing. Mandy Wilke, Holger Jordan (Trelleborg Sealing Solutions Germany GmbH)

Starke radiale Auslenkungen von Rührwerkswellen können auch ohne die in der Dichtungstechnik üblichen Ausgleichselemente zuverlässig abgedichtet werden. Eine neue trocken laufende Lippendichtung zeichnet sich durch ein patentiertes Design aus, das die Komponenten PTFE-Dichtlippe und Gleitlager in einem Bauteil kombiniert. Die Abdichtung erfolgt durch das Lippendichtelement, welches gegen die rotierende Welle gedrückt wird. Die Produktentwicklung markiert einen neuen starken Trend im Bereich PTFE-basierter Werkstoffe für die Abdichtung von Wellendurchtritten.

Trockenlaufende Rührwerksdichtungen haben den Vorteil, dass sie ohne Schmierung und ohne die hierfür erforderlichen Versorgungssysteme auskommen. Ihr Einsatz in Rührwerken, Mischern und Reaktoren, insbesondere wenn deren Wellen  starke radiale Bewegungen entwickeln, beansprucht die Dichtungssysteme allerdings enorm. Dies kann zu erhöhter Leckage führen. Herkömmliche Wellendichtringe können die Bewegungen ohne zusätzliche Kompensationselemente wie O-Ringe, Dehnscheiben oder Metallfaltenbälge i.d.R. nicht ausgleichen.

Für die Betreiber von Anlagen in der Chemie-, Pharma- und Lebensmittelindustrie bedeuten die Kompensationselemente einen zusätzlichen Kostenfaktor. Zudem gibt es viele Anwendungen, für die ein kompaktes Dichtungsdesign von Vorteil ist und in denen Kompensationselemente schlicht mehr Bauhöhe beanspruchen – u.U. zu viel. Mit zunehmender Anzahl der Bauelemente erhöht sich außerdem das Risiko der Ausfallwahrscheinlichkeit. [...]

Markus Stefan Schmidt (EagleBurgmann Germany GmbH & Co. KG)
Statische Dichtungen/Formteile/Profile:

Die Funktion eines Dämmstoffs kann durch Feuchtigkeit stark herabgesetzt werden. Feuchte Isolierungen sind so nutzlos wie ein nasser Wollmantel im Winter. Die Folgen der Feuchteaufnahme sind nicht nur höhere Energieverluste, sondern auch ein erhöhtes Korrosionsrisiko unter der Dämmung (CUI) und die Gefahr hoher Wartungs- und Reparaturkosten. Wie gut unterschiedliche Dämmstoffe vor unzulässiger Durchfeuchtung geschützt sind, zeigen nachfolgende Untersuchungen.

Wie halten Pinguine die eisigen Temperaturen in der Antarktis aus? Wie überleben Eisbären Temperaturen von bis zu -50 °C im Nordpolarmeer? Beide Tierarten profitieren von einem physikalischen Prinzip, das in der Tierwelt vielfach zum Einsatz kommt: Ihr Gefieder bzw. ihr Fell sind so gestaltet, dass die Haare bzw. Federn Luft einschließen. Und eine Vielzahl kleinster, abgeschlossener Lufträume schützt ideal gegen Wärmeverluste. Die ruhende, z.T. eingeschlossene Luft bewirkt die wärmedämmende Eigenschaft des Eisbärenfells. Menschen haben sich dieses Prinzip nicht nur bei ihrer Winterkleidung (z.B. in Form der modernen Daunenjacke) zunutze gemacht, auch der bauliche Wärmeschutz beruht auf der Anwendung dieses Prinzips.

Bei Dämmstoffen wirkt i.d.R. nicht das eigentliche Material wärmeisolierend, sondern die darin eingeschlossene Luft. Anders ist es allerdings bei Vakuumdämmplatten, in denen, vereinfacht ausgedrückt, ein luftleerer Hohlraum für die Isolierung sorgt. Es gibt unterschiedliche Möglichkeiten, die Vielzahl der am Markt verfügbaren Dämmstoffe zu systematisieren. Aufgrund ihrer Rohstoffe lassen sie sich in zwei Hauptgruppen einteilen: organische und anorganische Produkte. Darüber hinaus unterscheidet man zwischen natürlichen und synthetischen Materialien. In Abhängigkeit von ihrer Struktur kann man weiter zwischen Faserdämmstoffen, Schäumen und Granulaten differenzieren. [...]

Georgios Eleftheriadis (Armacell)

Auch im EMV-Bereich geht die technische Entwicklung unaufhörlich weiter. Geringere Kosten, erweiterte Einsatzbedingungen, höhere Zuverlässigkeit und dies bei gleichbleibender oder besserer Performance – das sind die üblichen Anforderungen, die heute an fortschrittliche EMV-Lösungen gestellt werden. Besonders hohe Anforderungen, insbesondere an die Wirtschaftlichkeit, werden im Zuge des Trends zur Elektromobilität im Automobilbereich gestellt.

Viele EMV-Dichtungen beginnen ihr konstruktives Dasein zunächst als reine Umweltdichtungen. Erst im Laufe der weiteren Entwicklung – oder des Produktlebenszyklus – kommen EMV-Anforderungen hinzu. Dann steht die Frage an, inwieweit eine bestehende Konstruktion EMV-mäßig ertüchtigt werden kann oder ob eine Neukonstruktion evtl. mehr Sinn macht. Dabei sind neben technischen Aspekten auch die Kosten und der Zeitbedarf für evtl. notwendige Neu Qualifikationen zu berücksichtigen. Ein Beispiel etwa ist eine bestehende Umweltdichtung, die durch halbseitiges Aufbringen eines leitfähigen Textils zusätzlich zur EMV-Dichtung wird. Die Kombi-Dichtung hat keinen zusätzlichen Platzbedarf und solche Dichtungen können auch zu einem geschlossenen Ring oder einem rechteckigen Rahmen vulkanisiert werden.

Wenn es filigraner und geometrisch anspruchsvoller wird, kann die elektrische Dichtungsfunktion in den Werkstoff integriert werden. Beispiel hierfür wäre eine dünne Rundschnur aus leitfähigem EPDM mit dem Füllstoff Nickel-Graphit. EPDM ist ein bekanntes Dichtungsmaterial mit sehr guten Dichtungs-Eigenschaften und einer hervorragenden Widerstandsfähigkeit gegen Witterungseinflüsse, UV-Licht und Ozon. Darüber hinaus ist es unempfindlich gegen viele Chemikalien und gilt als „chemisch hart“ im Bereich des ABC-Schutzes, da es praktisch keine Agenzien anlagert oder aufnimmt. Es ist damit auch für Anwendungen in den Bereichen Chemie, Pharmazie, Medizin und Nahrungsmittel bestens geeignet. [...]

Dipl.-Ing. (FH) Jürgen Leistner (Infratron GmbH)

Im Brandschutz wird an verschiedenen Stellen vom Abschottungsprinzip gesprochen. Häufig ergänzt um den Hinweis, dass es sich dabei um die älteste und gleichzeitig wirkungsvollste Maßnahme des baulichen Brandschutzes handelt. Aber was ist genau unter dem Abschottungsprinzip im Brandschutz zu verstehen?

Das Abschottungsprinzip sorgt dafür, dass ein Brand nicht von einem Bereich auf andere Bereiche übergreift. Brände können nicht immer wirksam verhindert werden, wie es das primäre Schutzziel gem. § 14 MBO bzw. der jeweiligen Landesbauordnungen eigentlich fordert. Wenn also schon ein Brand ausbricht, so soll zumindest sichergestellt werden, dass sich dieser nicht auf seine Umgebung ausbreitet.

Das Abschottungsprinzip kann auf zwei Wegen im baulichen Brandschutz umgesetzt werden:

1. Schaffung ausreichender Abstände zwischen Einheiten (makroskopische Abschottung) oder

2. Trennung von Einheiten durch bauliche Maßnahmen (mikroskopische Abschottung). [...]

M.Sc. Carsten Janiec (DOYMA GmbH & Co)

Höher, größer, stärker oder doch kleiner, gewandter, flexibler, auf alle Fälle günstig und schnell – und möglichst mit BAM-Zulassung oder FDA-Konformität, am besten noch mit Erklärung zu EU 10/2011 und EG 1935/2010. Was wünschen sich Anwender nicht so alles vom Dichtungshersteller? Formgebunden hergestellte technische Formartikel aus unterschiedlichen, natürlich nur den besten Werkstoffen und möglichst als Standard, denn man muss ja sparen. Bei der Fülle an unterschiedlichen Anforderungen erreicht man mit gedrehten Dichtungen und Formteilen eine große Schnittmenge.

Die Konstrukteure und Entwickler der Erstausrüster lieben beim Prototyping zunehmend gedruckte Dichtungen. Doch dann scheitert dieser Wunsch oft bei der Werkstoffauswahl. Die Technologie ist interessant, erste Schritte sind gemacht, doch eingeschränkte Werkstoffauswahl und der Übergang vom Prototyping in die Serienfertigung sind immer wieder ein Thema.

Die Herstellung von Dichtelementen aus computergesteuerten Drehmaschinen hat sich durchgesetzt bzw. ist auf dem besten Wege dorthin. Inzwischen ist auch das Prototyping eine beliebte „Spielwiese“ für diese Fertigungsmethode. Mit ihr kann man schnell unterschiedliche Bauformen ausprobieren und/oder verschiedene Werkstoffe testen. Ist die für den Kunden ideale Lösung gefunden, bieten viele CNC-Hersteller den Transfer zu formgebunden hergestellten Serienteilen an.  Je kleiner die Produktionsmenge, desto vorteilhafter ist die Drehtechnik: Schnell und günstig sind Muster, Vorserien und Kleinserien gefertigt. Auch wenn die Bauform ausläuft, d.h. wenn das Werkzeug vom Originalhersteller nicht mehr verfügbar ist, kann die CNC-Fertigung schnell aushelfen. Auch bei Kapazitätsengpassen in der Serienfertigung ist die spanabhebende Produktion eine effiziente Option. [...]

Michael Muelner (xpress seals GmbH)

Der O-Ring ist die meistverbaute Dichtung der Welt. Was aber soll der Anwender tun, wenn es sich um die Abdichtung großer Einbauräume handelt? In unterschiedlichen Branchen gibt es eine Nachfrage nach „XXL-O-Ringen“ und der Markt bietet hier meist nur technisch eingeschränkte Lösungen an.

Für den Konstrukteur oder Anwender kann es eine unbefriedigende Situation sein, wenn ab einer bestimmten Größe herkömmliche Präzisions-O-Ringe nicht eingesetzt werden können, weil es keine technisch hochwertigen Produkte am Markt gibt. Ein technisches „Downgrading“ ist in diesen Fällen eine schlechte Wahl, da die technisch schlechtere Dichtung den Anforderungen der Anwendung nicht genügt oder aber die Einsatzzeiten bis zum nächsten Dichtungswechsel drastisch sinken.

In der Dichtungstechnik unterscheidet man zwischen O-Ringen aus extrudierten Schnüren und Präzisions-O-Ringen. Beide kommen in unterschiedlichsten Bereichen in der Industrie zum Einsatz. Nur die Präzision-O-Ringe genügen hierbei höchsten Anforderungen. Bisher war die wirtschaftliche Produktion allerdings auf ca. 1.400 mm Durchmesser begrenzt. Mit einem Verfahren ist es möglich, größere Durchmesser auch zu marktgerechten Preisen zu fertigen. [...]

Dipl.-Ing. (FH) Michael Krüger (C. Otto Gehrckens GmbH & Co. KG)

This research project determines what the chemical impact is of HBr-Br2 electrolyte on elastomer seals in redox flow batteries (RFBs). Proper energy storage is the solution to promote electricity from green energy. Hydrogen bromine redox flow batteries are a new generation of RFBs, which are presently in fast development. Successful application of sealing technology in such designs even benefit other accompanying RFBs. The primary task is to select proper rubber materials, which are chemical and mechanical stable. Fluorinated propylene monomer (FPM) and ethylene propylene diene monomer (EPDM) rubbers deem to be good suitors.

A redox flow battery (RFB) is like any other kind of battery, a way to store energy. In this case electrochemical energy which can be transformed into electrical energy. A noticeable difference with conventional batteries: the electrodes in RFBs do not take part in the redox reaction. The electrodes have the function of conducting and distributing electrons. The potential energy is stored in the electrolyte, which is separated into external negative and positive containers. A benefit of RFBs is the possibility of decoupling energy and power (by changing sizes). Currently RFBs are more expensive compared to other energy storage batteries due to the need of pumps and expensive materials, but RFBs have the longest life cycle expectancy so over time they can be more economic.

In a hydrogen bromine RFB, one container holds aqueous HBr-Br2 while the other container holds H2-gas. In the cell, the gas side is the gas diffusion layer (GDL) where H2 gas flows through. At the other side of the membrane is the liquid diffusion layer (LDL) where aqueous HBr and Br flows. The ratio HBr-Br depends on the state of charge of the battery. [...]

Ing. Detlef Jannes, M.Sc., Dr.-Ing. Frank Bauer, Dipl.-Ing. Lothar Hörl (Institut für Maschinenelemente, Universität Stuttgart)
Flüssigdichtsysteme:

Im Elektro- und Elektronikbereich (E&E) werden Vergussmassen überall dort eingesetzt, wo elektronische Bauteile vor chemischen, mechanischen und Umwelteinflüssen, thermischen Belastungen, Manipulation oder Produktpiraterie geschützt bzw. elektrisch isoliert werden müssen. Dabei gibt es materialseitig erhebliche Unterschiede – ein Überblick.

Elektronische Schaltungen sind heute unverzichtbar und dominieren mehr und mehr unseren Alltag. Gleichzeitig steigen die Anforderungen an Zuverlässigkeit und Funktionalität der Geräte, einhergehend mit deren Miniaturisierung. Letzte Punkte werden i.d.R. durch hohe Integrationsdichten und sensible Schaltungen realisiert. War z.B. in den 80er Jahren ein Mobiltelefon eine Rarität mit den Ausmaßen eines kleinen Kastens, so besitzt heutzutage nahezu jeder ein handliches Mobiltelefon, welches zusätzlich deutlich mehr Funktionen erfüllt als sein Pendant aus der Vergangenheit. Ebenfalls sind heute elektronische Bauteile an Orten anzutreffen, wo extreme Bedingungen bezüglich Temperatur bzw. Temperaturwechsel, Vibrationen oder bezüglich aggressiver Medien wie Ölen und Kraftstoffen vorherrschen. Ein Beispiel hierfür sind Sensoren im Bereich des Motors aus dem Automotivebereich. Aber selbst aus unseren Badezimmern sind Geräte wie die elektrische Zahnbürste oder der elektrische Rasierapparat nicht mehr wegzudenken, die sogar unter der Dusche zuverlässig ihren Dienst erfüllen. All diese Entwicklungen wären ohne den Einsatz von hoch zuverlässigen Vergussmassen undenkbar. Typische Anwendungsfelder sind das Einbetten von Transformatoren, Sensoren, Schaltern, LEDs bis hin zu ganzen bestückten Platinen. Sogar bei Starkstromanwendungen werden Vergussmassen erfolgreich seit Jahrzehnten eingesetzt.

Vergussmassen sind keine chemische Verbindungsklasse, sondern bezeichnen allgemein Materialien, die während der Verarbeitung flüssig sind, sodass ein Bauteil vergossen werden kann. Anschließend während der Härtung erstarren die Materialien durch chemische oder physikalische Prozesse zu einem Festkörper. Alle hier vorgestellten Materialien erstarren durch chemische Härtung, d.h. eine chemische Reaktion findet statt, in deren Verlauf sich die Bestandteile des flüssigen Materials zu einem Netzwerk verbinden und ein Feststoff gebildet wird. Im Unterschied zu Lacken besitzen Vergussmassen eine hohe Schichtdicke und schützen deswegen Bauteile effektiver vor Störeinflüssen. [...]

Dr. Michael Piepho, Christoph Klinkowski (ISO-Elektra Elektrochemische Fabrik GmbH)

Dosiertechnik wird für industrielle Anwendungen in einem breiten Spektrum angewandt. Die Verarbeitung unterschiedlichster Materialien erfordert heute viel Know-how und stetige Optimierungen. Vorrangiges Ziel ist die Möglichkeit, Kundenapplikationen zu automatisieren – zum Nutzen der Anwender, um Material sowie wertvolle Arbeitszeit einzusparen und um gleichzeitig die Prozesssicherheit zu erhöhen.

Speziell im Bereich der E-Mobility stehen die Kunden häufig vor der Herausforderung, hochviskose abrasive Materialien zuverlässig, präzise und langlebig zu dosieren. Die Beanspruchung der Dosiersysteme ist im Vergleich zu unkomplizierten Dosiermedien deutlich höher. Trotzdem sind steigender Verschleiß oder gar Produktionsausfälle unbedingt zu vermeiden. Bei Materialien mit hohem Füllstoffanteil ist es außerdem wichtig, die Materialeigenschaften durch den Dosiervorgang nicht zu beeinträchtigen. Eine besonders herausfordernde Anwendung ist hier die Dosierung thermisch leitfähiger Fluide zum Temperaturmanagement von Batteriemodulen. Dosieranlagen, die auf dem Endloskolben-Prinzip beruhen, eignen sich hervorragend für Applikationen in der E-Mobilität: Niedrig- bis hochviskose 1K- und 2K-Materialien, wie z.B. Gapfiller, Wärmeleitpasten oder Flüssigdichtungen können präzise, und ohne die Materialeigenschaften zu verändern, dosiert werden. Auch für Potting-, Sealing-, und Bonding-Anwendungen, sowie das Imprägnieren von Elektromotoren durch Träufeln, wird die Exzenterschneckentechnologie eingesetzt – mit besten Ergebnissen.

Die Funktionsweise des Dispensers beruht auf dem Endloskolben-Prinzip. Ein Rotor aus Edelstahl führt eine exzentrische Rotationsbewegung im Stator aus Elastomer aus. Durch das Öffnen und Schließen der Kammern, die in ihrem Volumen völlig identisch sind, bewirkt diese Bewegung eine ebenso reproduzierbare wie exakte volumetrische Austragsleistung. Der Dispenser arbeitet scherarm, ventil- und pulsationsfrei. Die Dichtlinie zwischen Rotor und Stator erzeugt minimalste Scherung auf das Dosiermaterial und sorgt zugleich für eine Dichtheitsreserve ohne Ventil. Unterschiedliche Viskositäten, thixotrope Eigenschaften, hohe Feststoffanteile und reaktionsfreudige Eigenschaften der Dosiermaterialien erfordern einen sehr schonenden Umgang. Die Endloskolben-Technologie ist druckstabil, viskositätsunabhängig und rückstromfrei. Auch besondere Flüssigkeiten, die zur Reduzierung von Gewicht und Dichte mit hohlen Polymer- oder Glasmikrokugeln gefüllt sind, können mit diesem Dispenser mit einer Wiederholrate von 99% präzise dosiert werden. Dosiermenge und Geschwindigkeit sind direkt proportional zueinander. Die Dispenser können somit einfach in Systeme mit Roboter oder Achssysteme integriert werden. Die verwendeten Elastomere in den eingesetzten Statoren der Dispenser unterliegen einem ständigen Optimierungsprozess und besitzen im Vergleich zu anderen Polymeren hervorragende Eigenschaften, darunter z.B. sehr gute Verschleiß- und Chemikalienresistenzen. Speziell für chemisch hochaggressive Dosiermedien wurde eine eigene Elastomermischung entwickelt. [...]

Josef Donislreiter (ViscoTec Pumpen- u. Dosiertechnik GmbH)

Thermische Einflüsse können die Lebensdauer, Kapazität und vor allem die Betriebssicherheit von HV-Batterien signifikant beeinträchtigen. Um Schäden durch zu hohe Temperaturen zu verhindern, kommen große Mengen an wärmeleitfähigen Pasten, Kleb- und Dichtstoffen zum Einsatz. Da die hohe Viskosität und der hohe Anteil an abrasiven Füllstoffen in diesen Materialien meist nur vergleichsweise geringe Dosiergeschwindigkeiten erlauben, kommt es hier umso mehr auf eine leistungsfähige, präzise auf die Anwendung 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. China – derzeit der weltgrößte Markt für Elektrofahrzeuge – vermeldete im vergangenen Jahr über 1 Mio. verkaufte E-Autos. Nach Angaben der Unternehmensberatung McKinsey wuchs der dortige Markt 2018 um 85%.

Ein zentrales Kernelement dieser Fahrzeuge bildet – neben Elektromotor und Leistungselektronik – die Hochvolt (HV)-Batterie. Hier hat sich nach aktuellem Stand die Lithium-Ionen-Technologie als Leittechnologie herausgebildet, da sie derzeit im Vergleich die beste Performance aufweist. Die HV-Batterie besteht aus hunderten bis zu tausenden Einzelzellen verschiedenster Form und Leistungsklassen, die zu Modulen und schließlich zur vollständigen Batterie zusammengesetzt werden. Das Design der Einzelzellen variiert dabei je nach Hersteller bzw. Fahrzeugbauer. Zylindrische und prismatische Formen kommen 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 beispielsweise 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)

Der Wunsch nach einer Universaldichtung ist ebenso alt, wie der Wunsch, das Altern zu stoppen, aber genauso unrealistisch. Denn dafür sind die Einsatzbedingungen der Bauteile und die Anforderungen für das Abdichten von Bauteilen zu unterschiedlich. Trotzdem ist das Ziel, für jede Anwendung die passende Dichtung zu haben, möglich. Polyurethan ist ein Werkstoff, der sehr flexibel zur Formulierung von Dichtungen mit Eigenschaften für sehr spezielle Einsatzbedingungen eingesetzt wird. Hierzu zählen sehr schnell aushärtende, emissionsarme, flammhemmende oder antimikrobielle Dichtungseigenschaften, aber auch FDA-konforme Formulierungen für Lebensmittelverpackungen oder Eiswasserbeständigkeit. Damit können sowohl die firmenspezifischen Anforderungen an Bauteilabdichtungen als auch die Branchennormen (z.B. NEMA, ATEX, IP-Klassen oder UL-Vorgaben) und OEM-Prüfvorschriften erfüllt werden. Aber nicht nur die richtige Materialauswahl ist wichtig für eine hohe Qualität der Abdichtung, sondern auch der Prozess, mit dem das Material zum Abdichten auf das Bauteil aufgetragen wird. Aufgrund der hohen Automatisierung der Produktion in den Industrieländern und der Anforderungen an eine effiziente Fertigung muss der Materialauftrag automatisiert erfolgen.

Als Standard für Bauteilabdichtungen haben sich in den letzten Jahrzehnten vor allem geschäumte Dichtungen aus Polyurethan durchgesetzt. Diese je nach Rezeptur flüssig bis pastös aufgetragenen Dichtungen werden im FIPFG- (Formed-In-Place-Foam-Gasket-) Verfahren mithilfe von Misch- und Dosieranlagen vollautomatisiert direkt an Ort und Stelle auf das abzudichtende Bauteil konturgenau dosiert. Durch chemische Reaktion erfolgen ein Aufschäumen sowie eine gleichzeitige Verfestigung unter Raumtemperatur. Daraus entsteht eine elastische Weichschaumdichtung, die für zwei- und dreidimensionale Bauteile mit und ohne Nut geeignet ist. Mit unterschiedlich langen Dosierdüsen ist es möglich, Bauteile auch mit schwer zugänglichen Geometrien zu dosieren. Der Auftrag des Materials für eine Weichschaumdichtung kann auf flachen Untergründen sowie auf Steigungen bis 90°, in Nuten oder durch strukturviskoses Material auf Flächen ohne Nut sowie auf unterschiedlichen Metallen und Kunststoffen aufgebracht werden. Je nach Beschaffenheit der Oberfläche kann dabei eine Vorbehandlung durch Beflammung, Plasma oder einen Haftvermittler nötig sein. [...]

Florian Kampf (Sonderhoff Holding GmbH)

Ein effizientes und wirtschaftliches Thermomanagement ist für den Fortschritt in vielen Bereichen von immenser Bedeutung. Um den stetig wachsenden Ansprüchen in den Zukunftsmärkten wie E-Mobilität, Leistungselektronik und auch im Bereich der Power Tools gerecht zu werden, kommen immer effizientere Kühlsysteme zum Einsatz. Gerade im Bereich der Batterie und Akkutechnologie ist eine Abfuhr der bei Be- und Entladung entstehenden Wärme unabdingbar. Hierbei eröffnen sich laufend weitere Anwendungsfelder für innovative und neuartige wärmeleitfähige Dicht- und Vergussmassen.

Der stetig wachsende Markt der E-Mobilität generiert immer neue Herausforderungen – gerade in Bezug auf die Kühlung wichtiger Komponenten. Elektromotoren sowie Batteriemodule sind strukturelle Bestandteile eines elektrifizierten Fahrzeuges. Durch die Leistung des Elektromotors sowie durch die Kapazität der Batteriemodule wird die Reichweite des Fahrzeuges definiert. Bei beiden Komponenten entsteht während des Betriebes Wärme, welche die Leistungsfähigkeit senkt.

Das kontinuierliche Wachstum des E-Mobility-Marktes bietet für die Zukunft viel Potenzial. So nahm z.B. die Neuzulassung von elektrifizierten Fahrzeugen in Deutschland und weltweit in den letzten Jahren konstant zu. Auch im Bereich der Leistungselektronik sowie der Power Tools gewinnt ein effizientes Thermomanagement durch innovative Materialien immer weiter an Bedeutung. Gerade im Bereich der Power Tools werden immer höhere Leistungen und längere Betriebszeiten gefordert, die Handlichkeit der Geräte soll hierdurch jedoch nicht beeinflusst werden. Auch in diesen Geräten werden zur Stromversorgung häufig Li-Ionen-Batterien eingesetzt. Im Rahmen des üblichen Gebrauchs erfahren Batteriemodule Temperaturen von -40 °C bis +80 °C. Insbesondere bei Be- und Entladevorgängen wird Wärme generiert, welche durch effizientes Thermomanagement von den Batteriezellen abgeführt werden muss, da diese > 80 °C einem erhöhten Schadensrisiko unterliegen. Besonders bei schnellen Ladevorgängen ist die signifikante Wärmeentwicklung ein limitierender Faktor, was die Einsatzdauer bzw. die Ladegeschwindigkeit betrifft. [...]

Dr. Peter Kögler (copaltec GmbH)
Klebtechnik:

2K-Epoxidharze eignen sich für strukturelle Klebungen und als schützender Verguss. Für viele industrielle Anwendungen galt die lange Dauer bis zum Erreichen der Anfangsfestigkeit bislang als großer Nachteil. Nun gibt es eine praxistaugliche und sekundenschnelle Lichtfixierung für 2K-Epoxidharze. Die Vorteile: eine beschleunigte und einfachere Fertigung sowie eine günstigere Logistik.

Dualhärtende Klebstoffe haben Fügeprozesse in hochvolumigen industriellen Anwendungen in den letzten Jahren stark beschleunigt. Unter hochintensivem (UV-) Licht können sie zwei Bauteile in Sekunden zueinander fixieren, bevor sie ihre volle Festigkeit in einem zweiten Prozessschritt erhalten. Dadurch ist die benötigte Zeit bis zum Weiterverarbeiten einer Baugruppe extrem gesunken. Außerdem ist mit diesem „Curing-on-demand“, also dem kontrollierten Aushärten oder Fixieren auf Knopfdruck, die Klebgenauigkeit gestiegen. Diese wird angesichts der zunehmenden Miniaturisierung in vielen Bereichen gefordert.

2K-Epoxidharze, bekannt für gute Festigkeit, ausgeprägte chemische Beständigkeit und zuverlässiges Aushärten bei Raumtemperatur, konnten hier wegen der fehlenden Lichtfixierung bislang nicht mithalten. Nun gibt es jedoch erstmals eine seriengeeignete Dualhärtung für zweikomponentige Produkte. Sie kombiniert die Stärken von 2K-Produkten mit den Vorteilen der Lichtfixierung und ermöglicht Anwendern somit eine neue Option beim Einsatz klebtechnischer Prozesse in ihrer Fertigung. [...]

Dr. Karl Bitzer (DELO Industrie Klebstoffe)

Smarte Produkte erfordern auch leistungsfähige Kleb- und Dichtungslösungen, um im Alltag zu bestehen. Ein anderer wichtiger Faktor ist das prozesssichere Applizieren in den unterschiedlichsten Produktionsumgebungen. Neue selbstklebende Dichtungslösungen zeigen am Beispiel smarter Hausgeräte, wie man unterschiedlichen Anforderungen mit einer Lösung gerecht wird.

Mit den Möglichkeiten neuer digitaler Techniken wandelt sich auch unser beruflicher und privater Alltag. Spricht man vom „Internet of Things“, meint man die Möglichkeit, physikalische Geräte und virtuelle Systeme miteinander zu vernetzen. Möglich ist das z.B. mit Smartphones, Fernsehern, Computern, Kühlschränken, Geschirrspülern, elektrischen Zahnbürsten, Haustüren, Fenstern und vielem mehr. Dies alles kann mit dem Internet verbunden werden, um neben dem Design auch in Sachen gesteigerter Funktionalität neue Maßstäbe zu setzen. So müssen sich Geräte der „Weißen Ware“ heute nicht mehr verstecken, sondern sind vielmehr Zeichen von Lebensqualität und Anspruch. Das „Internet of Things“ verändert nachhaltig auch die Anforderungen an die Kommunikation der Haustechnikbranche. Dies führt dazu, dass z.B. mehr Elektronik, Touch- Sensoren und Displays in der „Weißen Ware“ verarbeitet werden. Eine der wesentlichen Anforderungen ist es, diese Elektronik gegen äußere Einflüsse abzudichten.

Dazu ist nicht zuletzt die Verfügbarkeit von modernen Materialien aus der Zulieferkette entscheidend für den Erfolg. In diesem Zusammenhang wurden selbstklebende Dichtungsmaterialien auf vielfacher Basis weiterentwickelt. Diese erlauben dem Anwender, Dichtungsprozesse hinsichtlich ihrer Funktion und Beständigkeit sowie deren Integration in den Fertigungsprozess und die Prozesssicherheit zu optimieren. [...]

Stephan Klein (Lohmann GmbH & Co. KG)

Haftschmelzklebstoffe sind an sich schon eine umweltfreundliche Lösung, dabei der Verarbeitung auf Lösemittel verzichtet werden kann. Selbst wässrige Dispersionen, die ebenfalls umweltfreundlich eingestuft werden, benötigen für den Trocknungsprozess Energie. Beim Formulieren und Verarbeiten von Haftschmelzklebstoffen fällt diese noch geringer aus. Durch die Verwendung von Polymilchsäuren wurden durch ein Projektkonsortium erstmals Haftschmelzklebstoffe zugänglich, die zum überwiegenden Teil aus nachwachsenden Rohstoffen bestehen. Hierfür werden spezielle Polymere maßgeschneidert, formuliert und deren Anwendungseigenschaften optimiert. Der Prozess ist bis zum Scale-up im Technikum fortgeschritten.

Kleben ist eine uralte Technologie der Menschheit und kann 80.000 Jahre zurückverfolgt werden. Seit dieser Zeit werden natürliche Rohstoffe zum Kleben verwendet. Mit dem Einzug industrieller Verfahren wurden diese Materialien allerdings zunehmend durch chemisch veränderte Naturstoffe und im Kunststoffzeitalter seit etwa 100 Jahren durch synthetische Polymere ersetzt. Dies ist der Tatsache geschuldet, dass die Eigenschaften von Naturstoffen saisonalen Schwankungen unterliegen, die Anforderungen an industrielle Produkte aber immer engere Qualitätskorridore verlangen, die von den Naturprodukten nicht immer erreicht werden können. Von zur Zeit etwas über 900.000 t an jährlich in Deutschland produzierten Klebstoffen werden daher heutzutage nur noch ca. 4% auf der Basis natürlicher Rohstoffe formuliert.

Für Klebstoffhersteller wächst aber – nicht zuletzt vor dem Hintergrund wachsender Umweltprobleme – das Interesse, synthetische durch natürliche Rohstoffe zu ersetzen, wenn diese in der entsprechenden Qualität verfügbar sind. Außerdem wird mit Klebstoffen auf der Basis nachwachsender Rohstoffe der Weg in die Kreislaufwirtschaft geebnet. Wie dies möglich wird, soll am Beispiel Polymilchsäure erläutert werden. [...]

Professor Klaus-Uwe Koch, Ingo Schollmeyer (Westfälische Hochschule in Recklinghausen), Inna Bretz (Fraunhofer-Institut UMSICHT)

In den kommenden Jahren werden alle Automobilhersteller eine Vielzahl von neuen Modellen mit Elektroantrieb auf den Markt bringen. Heute steht ein breites Technologieportfolio und langjähriges Know-how zur Verfügung, um den Übergang von traditionellen Verbrennungsmotoren zu elektrifizierten Antriebssträngen zu unterstützen. Dies umfasst bewährte und neue Technologien, die neben einer effizienten Montage in der Großserienproduktion auch einen lebenslangen Schutz von Batterien ermöglichen.

Immer strengere Regularien für den Flottenverbrauch und die CO2-Emissionen zählen zu den Kernherausforderungen der Automobilindustrie. Deshalb entwickeln die Hersteller mit Hochdruck Hunderte von neuen Elektromodellen, die in den nächsten Jahren auf den Markt gebracht werden. Bei neuen Elektrofahrzeugen spielen die Integration und der Schutz von Batterien und elektronischen Komponenten eine entscheidende Rolle. Speziell für Batteriehersteller stehen hier maßgeschneiderte Lösungen für drei zentrale Anwendungsfelder, für die Lösungen gesucht werden, zur Verfügung:

1. Der Wert pro Batterie-kWh ist nach wie vor eine bedeutende wirtschaftliche Herausforderung. Deshalb müssen Materialien und Klebstoffe, die im Montageprozess in bis zu Tausenden von Zellen im Akkupack verwendet werden, ein schnelles Aushärten und kurze Zykluszeiten ermöglichen.

2. Die Lösungen müssen betriebssicher sein und den Anforderungen des Wärmemanagements sowie der Norm UL94 für Flammschutz entsprechen.

3. Die Lebensdauer von Elektrofahrzeugen muss gewährleistet sein. Deshalb müssen für das Gehäuse der Akkupacks Technologien eingesetzt werden, die im Reparaturfall zu öffnen sind. [...]

Frank Kerstan (Henkel AG & Co. KGaA)

Der Prozess des Bördelfalzens gehört zu den anspruchsvollsten Fügeprozessen im Karosseriebau, da der Falzbereich besonders anfällig für Korrosion ist. Für eine perfekte Falzklebverbindung sollte man wissen, welche Faktoren den Prozess maßgeblich beeinflussen, welche Applikationstechnik sich eignet und wie die Qualität des Endprodukts überprüft und sichergestellt werden kann.

Eine besonders anspruchsvolle Art geklebter Fügeverbindungen im Rohbau sind die Falzklebverbindungen. Sie werden in der Automobilindustrie etwa bei von außen sichtbaren Anbauteilen wie Türen, Front- oder Kofferraumklappen sowie Kotflügeln eingesetzt. Diese Technik stellt die hybride (mechanische + chemische) Verbindung komplexer Konstruktionen sicher und erfüllt darüber hinaus eine optische Funktion, indem sie die Schnittkanten der Metallbleche verbirgt. Dies beugt zudem Verletzungen vor. Der Klebstoff im Falzinneren erfüllt strukturelle Funktionen, hält also Innen- und Außenteil in Position, erhöht die Crash-Sicherheit und schützt vor Korrosion.

Das Falzen beschreibt ein mechanisches Fügeverfahren, das zur Verbindung von zwei Blechen angewandt wird. Beim Falzkleben werden ein Außen- und ein Innenblech parallel zueinander positioniert und so zusammengefügt, dass das äußere Bauteil das innere umfasst. Vor dem Umschlagen des Außenblechs wird auf dessen Rand ein hochfester Strukturklebstoff aufgetragen, der im Anschluss an das mechanische Umformen den Falz füllt. Wie stabil eine verklebte Falzverbindung langfristig ist, hängt maßgeblich von der Verteilung des Klebstoffs im Falz ab. [...]

Udo Mößner (Atlas Copco IAS GmbH)

In den letzten Jahren war die Reservenminimierung von Klebverbindungen aufgrund von Kostengründen immer wieder ein Thema – sei es beim Handapplizieren oder beim automatischen Klebstoffauftrag. Die Fragestellung muss daher lauten: Welche Mindestklebstoffmenge ist notwendig, um Sicherheiten gegen unkontrolliertes Versagen aufzubauen und ab welchem Klebstoffvolumen beginnt bereits Verschwendung? Um dies zu beantworten, wurde eine empirische Studie an schlagzähen und hochfesten Strukturklebstoffen durchgeführt. Dabei kamen interessante und durchaus überraschende Ergebnisse zum Vorschein.

Sieht man sich die Darstellung bestimmter Klebstoffe aus dem Konsumgüterbereich an, so gewinnt man den Eindruck, dass eine gewisse Sehnsucht zu anderen Fügetechnologien besteht. Da werden Begriffe wie „flüssiges Metall“, „Schweißnaht aus der Flasche“ oder „stärkster Klebstoff der Welt“ verwendet. Doch damit ist es bei Weitem noch nicht getan. Die Simplifizierung von Klebstoffaufgaben und direkte Verknüpfung mit anderen Fertigungstechnologien ist alleine schon aufgrund der unterschiedlichen Festigkeiten und Fertigungskosten ohne weitgehende Differenzierung nicht zulässig.

Um die Leistungsgrenzen eines Klebsystems zu ermitteln, ist eine ganzheitliche Herangehensweise notwendig. Mittels einer empirischen Studie wurde das Erreichen des Kleboptimums mittels Interfacekalibrierung an drei hochfesten und schlagzähen Strukturklebstoffen eines Herstellers untersucht, um daraus die Handhabung für den Einkauf, das Engineering und das Produktdesign abzuleiten. [...]

Dipl.-Ing., Dr. techn. Martin Brandtner-Hafner (FRACTURE ANALYTICS)

„Schon wieder eine Norm“ – mag die Reaktion des Einen oder Anderen sein, gefolgt von einem „das bedeutet wieder mehr Aufwand.“ NUR Aufwand? Das ist zu kurz gedacht. Ganzheitlich betrachtet kann eine Norm wie diese hilfreich sein, den eigenen Klebprozess zu sichern, zu optimieren und neue zu gestalten.

Die Sicht auf Normen ist unterschiedlich. Die Einen sprechen von „lästigem Übel“ und versuchen, der Norm so lange wie möglich aus dem Weg zu gehen. Andere sehen darin eine Chance, ihr Unternehmen vom Wettbewerb abzuheben. Aus Marketing-Sicht ist die frühzeitige Anwendung bzw. Erfüllung einer Norm sicher ein Alleinstellungsmerkmal. Außerdem kann der Anwender durch Nutzung der Norm als „Leitfaden“ die eigenen Prozesse auf Verbesserungsmöglichkeiten untersuchen und oftmals optimieren. Da Normen an sich keinen verpflichtenden Charakter haben, erklärt sich diese unterschiedliche Handhabung. In diesem Zusammenhang ist es jedoch wichtig zu wissen, dass der Endkunde die Einhaltung einer bestimmten Norm zwingend vorgeben kann, z.B. im Vertrag. Dann heißt es, in der Umsetzung sehr schnell zu sein. Besser ist es sicher, sich damit frühzeitig vertraut zu machen und die daraus für das eigene Unternehmen resultierenden Chancen und Risiken zu bewerten.

Ausgangsbasis für die aktuelle DIN ISO 2304 ist die wohlbekannte DIN EN ISO 9001, denn nach deren Definition ist Kleben ein „spezieller Prozess“. Spezielle Prozesse nach DIN EN ISO 9001:1994 sind alle Prozesse, bei denen durch nachträgliche Überwachung und Messung oder zerstörungsfreie Prüfverfahren am Produkt das Ergebnis in vollem Umfang nicht überprüft werden kann – und das trifft auf Klebungen zu. Spezielle Prozesse sind alle Prozesse, bei denen keine zerstörungsfreie Prüfung mit 100%igem Ergebnis möglich ist, sodass eventuelle Prozessfehler erst bei Gebrauch erkannt werden können. Der Kerngedanke der ISO 9001 ist bekanntlich, beherrschte Prozesse zu haben und daraus leitet sich ab: Wenn Fehler zerstörungsfrei nicht 100%ig nachgewiesen werden können, müssen sie eben vermieden werden. [...]

Thomas Stein (Klebnorm Consulting GmbH)

Je mehr die Elektromobilität weltweit an Fahrt aufnimmt, desto wichtiger wird es, Batterien effizient herzustellen. Für das Kleben in der Batteriemontage wurde deshalb eine modulare Applikationstechnik für Kleb-, Dicht- und Füllstoffe entwickelt. Die Komplettlösung passt sich hochflexibel unterschiedlicher Viskosität und verschiedenen Mischverhältnissen an, stellt das Thermomanagement von Batterien sicher und ist Industrie-4.0-fähig. Diese Applikationstechnik ist gleichermaßen für die Großserienfertigung in der Batterieverklebung mit 2K-Materialien und den Verguss von Wärmeleitpasten geeignet.

Das Herzstück eines Elektroautos ist die Batterie, die die Energie zum Fahren liefert. Sie ist die teuerste und zugleich größte Komponente eines E-Fahrzeugs und als tragendes Bauteil normalerweise unterhalb des Fahrgastraums platziert. Die Batterien setzen sich aus vielen Einzelzellen zusammen, die miteinander zu Modulen verklebt in Batteriekästen eingesetzt werden. Vergleichbar ist die Hochvolt-Batterie mit einem Akku im Handy – nur eben in einem viel größeren Maßstab. Das Applizieren von Medien mit zwei Komponenten ist nicht grundsätzlich neu und in anderen Branchen weit verbreitet. Doch im Automotive-Bereich wurden die Materialien bisher nur in geringen Mengen in Versuchsreihen und Kleinserien eingesetzt. Eine neue Entwicklung erfüllt die Anforderungen der Großserienfertigung und die industriellen Standards der Automobilhersteller.

Um in der Großvolumenverarbeitung leistungsfähig produzieren zu können, spielt die Applikationstechnik eine besondere Rolle: Sie muss sich flexibel an unterschiedliche Viskositäten und verschiedene Mischverhältnisse anpassen und durch das Vergießen wärmeleitfähiger Materialien den thermischen Ausgleich in der Batterie unterstützen. Dafür reichen einzelne Komponenten nicht aus. Vielmehr ist ein hohes Prozess-Know-how für die Serienfertigung von Batteriemodulen erforderlich. Die Battery Packs von E-Autos müssen geschützt, gekühlt und korrosionsfest abgedichtet werden. Sie brauchen eine erhöhte Steifigkeit, damit sie als tragendes Bauteil den Belastungen standhalten und crashsicher sind. Letztlich ist auch ein Reparaturkonzept erforderlich, um die festverklebten Deckel rückstandsfrei ablösen zu können, falls Batteriemodule ausgetauscht werden müssen. [...]

Frank Schnur, Sebastian Gries (Dürr Systems AG)

Die Methoden der zerstörungsfreien Bauteilprüfung werden stetig weiterentwickelt und so steht den Anwendern bereits heute ein breites Spektrum an Verfahren zur Verfügung. In der Kunststofffertigung liegt ein besonderes Augenmerk auf der Prüfung der Fügequalität. In Abhängigkeit von Fügeverfahren, Material und Fehlertyp ergibt sich das für die jeweilige Anwendung passende und weniger passende Prüfverfahren – ein Überblick.

Die Substitution von Metall- zu Kunststoffmaterialien kann in sehr vielen Bereichen beobachtet werden, z.B. der Automobil-, Medizin- oder Luft- und Raumfahrtindustrie, in denen insbesondere die Funktionsfähigkeit und Zuverlässigkeit von Bauteilen eine große Rolle spielen. In diesen Bereichen ist eine hohe Produktqualität entscheidend, um Personen- und Sachschäden zu vermeiden. Da es sich hierbei zudem häufig um komplexe Baugruppen handelt, kann auf Fügeverfahren i.d.R. nicht verzichtet werden. Im Produktentstehungsprozess sind Fügeverfahren, bei Kunststoffen meistens Schweißen und Kleben, i.d.R. am Ende der Prozesskette angesiedelt, weshalb sich Abweichungen aus vorhergehenden Prozessschritten häufig direkt auf die Nahtqualität auswirken. Fehler in der Fügezone führen oftmals zu stark verringerter Produktlebensdauer oder beeinträchtigen die Funktionalität.

Um diese Fehler aufzuspüren, werden üblicherweise zerstörende Prüfungen eingesetzt, da es sich z. B. beim Kleben laut DIN EN ISO 9001 und DIN 2304 um einen speziellen Prozess handelt, dessen Qualität gegenwärtig durch zerstörungsfreie Prüfung nicht vollständig bestimmbar ist. Bei zerstörenden Prüfungen lassen sich jedoch nur stichprobenartig Untersuchungen vornehmen und es finden dabei irreversible Veränderungen der Bauteile statt, die u. U. mit hohen Kosten verbunden sind. Um detektierbare Fehler frühestmöglich und mit möglichst geringen Fehlerkosten aufzudecken sowie die Erkenntnislücke zwischen den ausgewählten Stichproben der zerstörenden Prüfungen zu schließen, ist der Einsatz zerstörungsfreier Prüfverfahren zur durchgehenden Online- oder Inline-Defekterkennung in Kunststoff-Fügeverbindungen erstrebenswert. Insbesondere, um in Zukunft eine immer höhere Defekterkennungsrate mit zerstörungsfreien Mitteln zu ermöglichen, werden stetig zerstörungsfreie Prüfverfahren für die Kunststofffügetechnik erprobt, weiterentwickelt und in das industrielle Umfeld übertragen. Nachfolgend wird insbesondere auf Röntgen-, Ultraschall-, Kernspinresonanz- und Terahertz-Verfahren sowie Thermografie als zerstörungsfreie Prüfverfahren für die Kunststofffügetechnik eingegangen. [...]

Heinrich Leicht, Norbert Halmen, Daniel Hoffmann, Giovanni Schober, Dr. Eduard Kraus, Dr. Benjamin Baudrit, Dr. Thomas Hochrein, Professor Dr.-Ing. Martin Bastian (SKZ)

Kunststoffnieten ist ein altbekanntes Verfahren, das in den letzten Jahren – trotz des Trends zum Kleben – eine Renaissance erlebt. Es fügt Bauteile formschlüssig, punktuell, nicht lösbar und ein neues Verfahren eröffnet neue Perspektiven.

Der Einsatz von Kunststoffbauteilen nimmt vor allem in der Automobilindustrie zu – insbesondere, um die Anforderungen an Gewichts- und Kostenreduzierung und erweiterte Funktionalitäten zu erfüllen. Dabei entstehen immer häufiger Hybridverbindungen, die es zu fügen gilt. Autonomes Fahren und Elektromobilität haben die Anzahl von Elektronik- und Sensorikprodukten im Automobil erhöht. Jede Elektronik enthält eine Leiterplatte und das Fixieren einer Leiterplatte in ein Kunststoffgehäuse mittels Heißnietverfahren ist sauber, günstig, präzise und heute Stand der Technik. Die Anwendungen dieser kosteneffizienten Fügetechnologie sind vielfältig. Bisweilen dient das Verfahren der Vorfixierung eines Bauteils, etwa einer Stromschiene oder eines Stanzgitters im Produktionsprozess vor dem Vergießen, Löten, Schweißen oder Wire-Bonden. Oder es dient der „Nach“-Fixierung etwa eines Deckels mit dem Gehäuse nach dem Auftrag eines Dichtklebstoffes, um den Transport der Baugruppen während der Aushärtezeit des Klebstoffes zu ermöglichen. Häufig wird es aber für Verbindungen eingesetzt, die über die Lebensdauer im Fahrzeug – bei den dort herrschenden klimatischen Belastungen und Vibrationsbelastungen – definierte Kräfte aushalten müssen.

Hierbei sind die Anforderungen an das Prozessergebnis und die Randbedingungen sehr unterschiedlich. Allerdings sind hohe Genauigkeit, Reproduzierbarkeit und technische Sauberkeit in kürzestmöglicher Taktzeit in der Automobilindustrie immer gefordert. So wird auch hier über diverse Mess-, Überwachungs- und Regelungsfunktionen eine höchstmögliche Wiederholgenauigkeit des Heißnietsystems sichergestellt. Da im Bereich Automobilelektronik meist teilkristalline Materialien eingesetzt werden und diese kleine Prozessfenster für die Verarbeitungstemperatur erlauben, ist die Genauigkeit und Einhaltung der geeigneten Prozesstemperatur am kritischsten und entscheidend für das Gelingen. Entsprechend verfügen moderne Heißniettechnologien über schnelle und präzise Temperaturregelfunktionen. [...]

Yvonne Fischer (bdtronic GmbH)
Maschinen und Anlagen:

Alle Kleb- und Dichtungsprozesse sollen gute Haftungsergebnisse bringen. Doch die Ansprüche der Hersteller an die Adhäsionseigenschaften einer Materialoberfläche sind je nach Verwendungszweck des fertigen Produkts unterschiedlich. Ist Haftung nicht mehr allein funktionsrelevant, sondern auch eine Frage der Sicherheit des Produkts, bietet eine Vorbehandlung des Materials mit Atmosphärendruckplasma häufig die einzige Möglichkeit für die Erfüllung dieses hohen Anspruchs.

Löst sich irgendwann die teure Lederverkleidung im Pkw, die Kante der Arbeitsplatte oder die Sohle eines teuren Schuhs, so ist ein solcher Haftungsverlust der Klebverbindung ärgerlich für den Verbraucher und vielleicht noch imageschädigend für den Hersteller – aber er bedroht nicht die Sicherheit des Konsumenten. Fällt in einem Fahrzeug wegen eines undichten Schutzgehäuses das Aggregat für die Lenkradsteuerung aus oder in einem Flugzeug wegen eindringender Feuchte in die elektronische Baugruppe der Sprechfunk, halten strukturelle Verklebungen von Lkw-Aufbauten oder gar die Isolierung eines Gastankers nicht, wäre ein Haftungsversagen der Klebverbindungen dagegen fatal. Da aufgrund gestiegener Anforderungen sowohl die Materialien wie auch die Ansprüche an deren Haftungseigenschaften immer größer werden, wächst zwangsläufig die Bedeutung der richtigen Vorbehandlung von Kleb- und Dichtungsstellen.

Wenn Klebverbindungen zwischen zwei Fügeteilen aus zusatzfreien Materialien trotz des ausgewählten hochqualitativen Klebstoffs auf Dauer nicht haften oder gar nicht erst zustande kommen wollen, fehlt die ausreichende Adhäsion in der Grenzflächenschicht zwischen Klebstoff und Substrat. Begründet ist dies meist darin, dass die Materialoberfläche nicht die erforderliche Sauberkeit aufweist und/oder ihre Oberflächenenergie zu gering ist. [...]

Inès A. Melamies (Internationales Pressebüro Facts4You), Joachim Schüßler (Plasmatreat)

Wie sich heute Additive Manufacturing automatisiert in Prozesslinien integrieren lässt, zeigt eine IT-vernetzte Turnkey-Anlage rund um einen Freeformer 300-3X. Dieses System erschließt neue Anwendungen und kann erstmals aus zwei qualifizierten Kunststoffgranulaten und Stützmaterial additiv komplexe und belastbare Funktionsbauteile in Hart-Weich-Verbindung fertigen.

Der Ansatz, Serienteile mittels industrieller additiver Fertigung vollautomatisiert und rückverfolgbar funktional zu individualisieren und so einen Mehrwert zu schaffen, wird über die Integration weiterer Prozessschritte konsequent weiterentwickelt. Das Beispiel einer Turnkey-Anlage, die individualisierte Vakuumgreifer-Grundplatten für Schachfiguren produziert, zeigt, wie dies in der Praxis aussieht. Der neue Freeformer 300-3X hat eine Bauplatte von 300 cm2  und damit Platz für größere Kleinserien und Teile mit Abmessungen von bis zu 234 x 134 x 230 mm. Weiteres Kennzeichen sind drei in x-, y- und z-Richtung bewegliche Achsen des Bauteilträgers. Optional ist ein geschlossenes Kühlsystem mit industrietauglichem Kühlwasseranschluss verfügbar. Damit lassen sich Materialien bei hoher Bauraumtemperatur von bis zu 200 °C verarbeiten. Durch die neue zweigeteilte Bauraumtür lassen sich durch Aufklappen der oberen Hälfte z. B. die Materialbehälter im laufenden Betrieb nachfüllen. Der beheizte Bauraum muss nur noch für die Bestückung mit der Bauteilplatte und die Entnahme der Fertigteile geöffnet werden. Dank automatischen Öffnens und Schließens der Bauraumtür lässt sich das System in vernetzte Fertigungslinien integrieren.

Bei dem Projektbeispiel einer Turnkey-Anlage legt der Anwender am Terminal fest, welche Schachfigur des in der Fertigungszelle aufgebauten Schachspiels bewegt werden soll. Der Freeformer trägt die funktionale TPU-Kontur passend zur jeweiligen Figur auf die Greiferplatte auf: Für Dame, König, Läufer, Springer, Turm oder Bauer gilt es, die passende Geometrie zu ergänzen, um die Figur damit per Vakuum „greifen“ und bewegen zu können. [...]

Dr. Bettina Keck (ARBURG GmbH + Co KG)

Neue Geschäftspotenziale durch moderne Verarbeitungstechnologie zu erschließen, ist für Unternehmen oft nicht einfach. Da lohnt schon mal der Blick über den Tellerrand in andere Branchen, um sich neue Impulse zu holen – wie in diesem Beispiel von einem Kunststoffverarbeiter.

Immer mehr Industriezweige nutzen das Kaltschneidverfahren erfolgreich zur Erschließung neuer Wertschöpfungspotenziale. Auf ähnliche Weise könnten auch Dichtungshersteller über sich selbst hinauswachsen. Denn das Universalwerkzeug Wasserstrahl schneidet nahezu alle Materialien sowie auch filigranste Geometrien schnell, kostengünstig und in überzeugender Qualität. Ein Wettbewerbsvorteil, der sich vor allem in der Testphase bezahlt macht. Die ständige Suche nach temperaturbeständigeren, stabileren und reibungsärmeren Dichtungslösungen setzt Dichtungshersteller erheblich unter Innovationsdruck. Ein Blick über den Tellerrand hinaus ist in solchen Märkten Gold wert – das Beispiel eines Herstellers für farbige Kunststoffgranulate zeigt warum.

Ein deutscher Spezialist für kundenindividuelle Verbundstoff-Lösungen ist seit Gründung im Jahre 1930 zu einem globalen Player geworden. Heute beschäftigt das Unternehmen 200 Mitarbeiter und ist in den Geschäftsfeldern Granulate, Kabelverbundstoffe und „Custom fit“-Verbundstoffe erfolgreich. Vor allem im Bereich farbiger Granulate ist es an internationalen Prestigeobjekten, wie der größten Pferderennbahn der Welt in Dubai oder der neuen blauen Laufbahn des Berliner Olympiastadions, beteiligt. Die große Nachfrage auf dem Baustoffmarkt motivierte das Unternehmen dazu, auch den Endkunden-Markt mit Custom fit-Lösungen zu erschließen. Dafür kamen die Farbgranulate in Betracht: Kommunen und Sportvereine sollten die Möglichkeit bekommen, farbige Logos und komplexe Bilder detailgetreu in ihren Bodenbelag zu integrieren. Das Problem: Das Unternehmen hatte keine Kapazitäten, um diese Idee technisch umzusetzen. Diese Tatsache hielt den dynamischen Mittelständler jedoch keineswegs auf. Um künftig weiter wachsen zu können, fasste das Unternehmen den Entschluss, sich innerbetrieblich weiter auf die Herstellung von Schüttgut zu konzentrieren und die Umsetzung der neuen Geschäftsidee auszulagern. Ein externer Partner wurde beauftragt, die effizienteste und flexibelste Lösung für die kreative Verarbeitung von farbigen Granulaten (in Serien- oder Einzelfertigung) zu finden. Das Ziel: Individualisierte Sportbodenbeläge mit Logos, Bildern oder Markierungen wirtschaftlich und in möglichst unvergleichlicher Qualität herzustellen. [...]

Jürgen Moser (STM Stein-Moser GmbH)

LED-Linsen sind ein Beispiel für geometrisch anspruchsvolle Bauteile, eine Entwicklung, die auch bei Dichtungen oder Bauteilen mit integrierter Dichtungsfunktion festzustellen ist. Dieses Beispiel zeigt, was heute schon technisch machbar ist und welchen Einfluss eine angepasste Spritzgießtechnik hat.

Lichtsysteme für Fahrzeuge erfinden sich in kurzen Zyklen immer wieder neu und mit ihnen die Fertigungsprozesse. Die Großserie erfordert es, dass sich die innovativen Technologien kosteneffizient umsetzen lassen. Als Linsenwerkstoff gewinnt LSR deshalb weiter stark an Bedeutung. Neben der sehr effizienten Verarbeitung im vollautomatisierten und nacharbeitsfreien Spritzgießprozess, sind es die spezifischen Materialeigenschaften, die Flüssigsilikon in den Fokus der Produktentwickler rücken.

Die Automobilindustrie gehört zu den Vorreitern, wenn es um den Einsatz optischer Silikone für Lichtsysteme geht. Frontscheinwerferlinsen werden für einige Serienmodelle bereits aus LSR produziert. Und dies ist erst der Anfang, zumal sich weitere Branchen anschließen werden. Auch für die Straßen- und Gebäudebeleuchtung rückt LSR als Linsenwerkstoff zunehmend in den Fokus. Wie auch die etablierten thermoplastischen Linsenmaterialien PMMA und Polycarbonat ermöglicht Silikon – im Vergleich zu Glas – eine deutliche Gewichtsersparnis. Was die thermische und chemische Beständigkeit betrifft, ist LSR organischen Polymeren aber überlegen. Die hochtransparenten Typen für optische Anwendungen weisen einen niedrigeren Vergilbungsindex als thermoplastische Linsenmaterialien auf. Sie sind sehr resistent gegenüber Umwelteinflüssen wie UV-Strahlung und von -40 bis +200 °C über einen sehr breiten Temperaturbereich einsetzbar. Hinzu kommt, dass sie eine noch höhere Designfreiheit ermöglichen. In Bezug auf die Geometrie sind der Verarbeitung von LSR im Spritzguss im Gegensatz zur Verarbeitung von PMMA fast keine Grenzen gesetzt. [...]

Leopold Praher (ENGEL), Christian Hefner (ACH-Solution)
Mess- und Prüftechnik:

In der im Juni 2018 vorgestellten Leitstudie „Integrierte Energiewende“ weist die Deutsche Energieagentur (dena) darauf hin, welche Bedeutung Wärmepumpen für das Erreichen der Klimaschutzziele haben. Nur mit dem signifikanten Ausbau der Wärmepumpen-Technologie kann Deutschland seinen Ausstoß an Treibhausgasen bis 2050 um die geforderten 80% Minimum reduzieren. Von bis zu 17 Mio. Anlagen ist die Rede. Die Voraussetzung für diesen positiven Effekt: Aus den Wärmepumpen darf kein Kältemittel austreten.

Bereits jetzt erfreut sich die Branche kräftiger Zuwachsraten: Laut Bundesverband Wärmepumpe (BWP) wurden allein 2018 84.000 Heizungswärmepumpen verkauft – das sind knapp 8% mehr als im Vorjahr und über 26% Zuwachs im Vergleich zu 2016. Europaweit wurden mit mehr als 1,25 Mio. Stück 2018 sogar 12% mehr Wärmepumpen verkauft als im Jahr davor, so die Statistik der European Heat Pump Association. Die 2017 erteilten Baugenehmigungen bestätigen diesen Trend: Hier liegen Wärmepumpen mit 43% zum ersten Mal auf Platz eins im Ranking der beliebtesten Heizungssysteme, so der Bundesverband Wärmepumpe in einer Pressemitteilung vom April 2018, die sich auf Zahlen des Statistischen Bundesamts beruft. Es ist zu erwarten, dass in Anbetracht dieser vielversprechenden Geschäftsaussichten noch mehr Akteure auf den Markt drängen werden. Ein fundamentales Kriterium für den mittel- und langfristigen Erfolg eines Wärmepumpenherstellers wird daher die Qualität und Zuverlässigkeit seiner Erzeugnisse sein.

Hochwertige Geräte zeichnen sich u.a. durch die Dichtheit ihrer Komponenten, etwa der Wärmetauschereinheit und des Wärmespeichers, aus. Selbst kleinste Leckagen führen dazu, dass ständig eine kleine Menge Kältemittel entweichen kann. In der Folge lassen Leistung und Effizienz des Heizgeräts nach, was sich in erhöhten Energiekosten widerspiegelt. Wenn nicht mehr genügend Kältemittel vorhanden ist, fällt die Wärmepumpe ganz aus – was für den Hersteller rufschädigende und kostspielige Rückrufaktionen nach sich ziehen kann. Flüssigkeitslecks können überdies zu Wasserschäden oder im schlimmsten Fall sogar zu einer ungewollten Vermischung von Brauchwasser mit anderen Medien, wie etwa Heizwasser, führen. [...]

Volker Trieb (RAC Inficon GmbH)

Eine Dichtheitsprüfung sichert i.d.R. die Qualität eines Produktes ab. Allerdings kann sie auch schon in der Entwicklungsphase wertvolle Informationen zur optimalen Produktgestaltung geben. Insbesondere, wenn dabei – wie bei der Batterieproduktion – Neuland betreten wird.

Aufgrund des Wandels der Automobilindustrie hin zu einer „elektromobilen Zukunft“ stehen die Hersteller vor neuen Herausforderungen. So müssen Erfahrungswerte aufgebaut und Prüfabläufe definiert werden. Die Elektronik-Komponenten sowie die benötigten elektrischen Leistungen wachsen um ein Vielfaches. Konstruktiv müssen fest definierte Luft- und Kriechstrecken im Inneren der Baugruppen eingehalten werden. Durch Undichtigkeiten kann es dazu kommen, dass diese „Isolationsstrecke“ verringert wird und es dadurch zu Kurzschlüssen oder auch zum thermischen Durchgehen von Komponenten kommen kann.

Die nachfolgend beschriebenen Prüfverfahren beschränken sich zunächst auf solche, die mit Luft realisierbar sind. Bei den meist großvolumigen Baugruppen sind diese Verfahren oft wirtschaftlicher und einfacher zu realisieren. Lokale Prüfungen, wie das Prüfgasverfahren und das Prüfen mithilfe eines Wasserblasentests (Bubbletest), können zu Parametrierzwecken genutzt werden. In der Serienmessung sind sie allerdings oft beschränkt verwendbar, da die aufwändige Lokalisierung der Leckage nicht zwingend erforderlich ist. [...]

M.Sc. Sergej Reuer (ASQtec GmbH)

Heute machen Klebverbindungen Nieten und Co. das Leben zunehmend schwer. Moderne Konstruktionen setzen auf Leichtgewichte, Kosteneinsparung und Fertigungseffizienz – bei steigenden Leistungsanforderungen. Die anspruchsvolle Technik will beherrscht werden. Deshalb ist das richtige Handling von Hochleistungsklebstoffen wichtig. Durch Ausbildung, Zertifizierung und Projektarbeit wird hier sichergestellt, dass Betriebe, Prozesse und das Personal stets auf dem neuesten Stand der Klebtechnik sind. Eine Schlüsselrolle im Prüfkörperbau für Unterricht, Labor oder Entwicklungszentren nehmen dabei mit PTFE beschichtete Vorrichtungen ein, mit denen die Proben hergestellt werden.

Ob im Automobilbau, bei Schienenfahrzeugen, Rotorblättern von Windrädern, Tragflächen von Flugzeugen, in Waschmaschinen- und Kühlschrankgehäusen oder im Hochbau: Konstruktives Kleben avanciert in immer mehr Bereichen zum Verfahren der Wahl. So sorgt die richtige Technik dafür, dass im ICE die eingeklebten Scheiben auch bei 300 km/h Haltung bewahren und der Zugführer in seiner komplett angeklebten Bugkapsel sicher agieren kann. Auch im BMW i3 lautet die Devise „kleben statt schweißen“: Rund 10 l Klebstoff verbinden Boden, Dach und Traversen aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) zu einer kompakten Karosserie. Üblichen Mittelklassewagen helfen durchschnittlich 15 kg Klebstoff und Klebbänder innen wie außen in Form zu bleiben. Hauptvorteile der geklebten konstruktiven Verbindungen sind Krafteinleitung über die Fläche anstelle von Punktbelastung, positive Dichtungs- und Dämpfungseigenschaften, Gewichtsreduktion sowie Vermeidung von Bohrungen oder Wärmeeintrag, der zu Gefügeveränderungen bei den Klebkomponenten führen kann. Doppelte Arbeitsschritte für Schrauben und Nieten oder Nieten und Dichten entfallen durch einfaches Verkleben – bei entsprechender Zeit- und Kostenersparnis. Die unsichtbare Verbindungstechnologie von Stahlkomponenten macht Kleben überdies aus Designgründen für viele Hersteller interessant.

Damit die geklebten Verbindungen den vielfältigen Belastungen und Einflüssen bei unterschiedlichsten Materialkombinationen dauerhaft standhalten, müssen Klebtechnik und -prozess sicher beherrscht werden. Komplexes Wissen zu Vorbehandlung, Klebstoffauswahl, Prüfverfahren und Verarbeitung ist unverzichtbar und erfordert bei sicherheitsrelevanten Anwendungen eine normgerechte Betriebsorganisation. Zu dem Angebot verschiedener Unternehmen gehören in diesem Kontext auch projektorientierte Dienstleistungen wie anwendungstechnische Versuche, Bauteilprüfungen, Oberflächenvorbehandlung oder das Kleben von Prototypen. [...]

Alexander Kalawrytinos (Pallas GmbH & Co. KG)

Eine Vielzahl von Produkten wird unter den unterschiedlichsten Bedingungen eingesetzt. Häufig sind sie Feuchtigkeit oder wechselnden Umweltbedingungen ausgesetzt. Somit müssen sie dicht sein und werden im Rahmen der End-of-Line-Prüfung auf Dichtheit geprüft. Nur so ist sichergestellt, dass sie unter Betriebsbedingungen bzw. Umwelteinflüssen korrekt funktionieren und nicht aufgrund von Leckage ausfallen. Dieses ist umso wichtiger, je kritischer der Ausfall des Produktes ist. In einigen Industriezweigen, wie z.B. im Automotive-Bereich, ist es selbstverständlich, dass jedes Produkt zu 100% auf Dichtheit geprüft wird.

Somit kommt der Integration der Dichtheitsprüfung in den Produktionsprozess eine hohe Bedeutung zu. Hierbei handelt es sich um eine 100%-Stückprüfung. Bei der Umsetzung der Dichtheitsprüfung gilt es insbesondere, die Prüfparameter Prüfdruck und zulässige Leckrate festzulegen. Hierzu werden verschiedene Ansätze vorgestellt.

Im industriellen Bereich werden – je nach Leckrate – als Prüfmedien Wasser, Druckluft, Wasserstoff (Formiergas: 5% Wasserstoff, 95% Stickstoff) und Helium eingesetzt. In Abhängigkeit von der Größe der zulässigen Leckrate ist vorab zu entscheiden, welches Prüfmedium eingesetzt wird. Für die Dichtheitsprüfung im Produktionsprozess sind als Vorgaben der Prüfdruck und die zulässige Leckrate notwendig. [...]

Dr. Joachim Lapsien (CETA Testsysteme GmbH)

Automatisierte Kleb- und Dichtprozesse sind in der heutigen Automobilproduktion bereits Stand der Technik. In der Luftfahrtproduktion hingegen – bedingt durch anders gelagerte Sicherheitsanforderungen und weitaus geringere Stückzahlen – gibt es bisher wenig nennenswerte Bestrebungen in diesem Kontext. Einen solchen Beitrag für den Flugzeugbau leistet das vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie geförderte, im März 2019 abgeschlossene Forschungsprojekt "MultiBond", das ein integrales System zur prozessgesicherten 2K-Dosierung mit echtzeitgebundener multifunktionaler Sensorik verfügbar macht.

Die Verwendung von Faserverbundwerkstoffen ist mittlerweile für die Luftfahrtindustrie unverzichtbar. Neben der Steigerung der Lebensdauer der betreffenden Flugzeugbauteile ist vor allem die Reduktion von Gewicht und somit der verringerte Treibstoffbedarf im Betrieb ein zentrales Thema. Allerdings stellt die Verarbeitung von Bauteilen aus Faserverbundwerkstoffen eine besondere Herausforderung dar, da sie fertigungsbedingt große Toleranzen im Vergleich zu identischen Bauteilen in herkömmlicher Metallbauweise mitbringen. Hinsichtlich der automatisierten Verarbeitung von Kleb- und Dichtstoffen auf diesen Bauteilen gilt es demnach u.a., den Prozess so flexibel zu gestalten, dass die höchsten Qualitätsanforderungen an die Kleb- und Dichtstoffnah trotz abweichender Konturmaße stets erfüllt sind.

Würde die Applikation allein mit einem Industrieroboter und einem Dosiergerät erfolgen, müsste aufgrund der variierenden Dimensionen der Bauteile die Bahn der Klebstoffraupen für jedes Bauteil neu programmiert werden – eine rentable Automatisierung wäre unmöglich. Zudem ließen sich Einflüsse während der Applikation nicht berücksichtigen und Aussagen über die Qualität sowie Positionierung der Klebstoffnaht nur nachgelagert machen. Verbunden mit den bereits erwähnten Bauteiltoleranzen würde das zu hohen Ausschüssen und immensen Kosten führen. Aus diesen Gründen erfolgen in der Luftfahrtindustrie bis heute Klebstoffapplikationen manuell, verbunden mit einem hohen Zeit- und Kostenaufwand. [...]

Dipl.-Ing. Urs Roemer, B.Eng. Peter Pohl (Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM, Stade)

Einheitliche Standards und hohe Qualität in der Dichtheitsprüfung von Materialien und Werkstoffen sind nur mithilfe von international gültigen Normen erreichbar. Um den sich stetig wandelnden und immer strenger werdenden Anforderungen an die Dichtheitsprüfung zu entsprechen, wurden in den vergangenen Jahren viele der bestehenden Normen aktualisiert. Dies betrifft u.a. die Regularien zur Kalibrierung von Prüflecks, die umfassend erweitert wurden. Auch die europäischen Normen wurden aktualisiert und mit den ISO-Normen in Einklang gebracht (ISO = Internationale Organisation für Normung). Die ISO arbeitet mit dem CEN (Comité Européen de Normalisation, Europäisches Komitee für Normung) zusammen. Die Überführung von ISO-Normen in das nationale Normengefüge ist freiwillig. Im Gegensatz dazu sind die Mitglieder des CEN dazu verpflichtet, europäische Normen auf nationaler Ebene zu übernehmen.

Die ISO 20848:2017 ist ein Beispiel für die direkte Überführung einer ISO-Norm in eine europäische Norm: Die CEN übernahm die ISO-Vorlage ohne jede Änderung und implementierte sie im deutschsprachigen Raum als DIN EN ISO 20484:2017-07. Sie ersetzt die Vorgängernorm DIN EN 1330- 8:1998-07, in der das Vokabular für die Dichtheitsprüfung zusammengefasst ist. Die Definitionen aus dem Themengebiet der Druck- und Vakuummessung wurden entfernt. Außerdem hat der Herausgeber einige Aktualisierungen vorgenommen und Definitionen wurden überarbeitet. Die Norm ist in verschiedenen Sprachversionen verfügbar und wird in der Praxis zur Erstellung von Arbeitsanweisungen und deren Übersetzung verwendet.

Die Norm DIN EN 1779:1999-10 mit Berichtigung 1:2005-02 unterteilt die Dichtheitsprüfverfahren nach Strömungsrichtung, Prüfumfang und Anwendung der Dichtheitsprüfung für reines Auffinden (qualitative Lokalisierung) oder Gut-/Schlecht-Entscheidung (quantitative Messung). Im Februar 2005 wurden Korrekturen in Anhang B, einer Tabelle mit Umrechnungsfaktoren für Leckagerateneinheiten, vorgenommen. [...]

Dr. Rudolf Konwitschny (Pfeiffer Vacuum GmbH)

Viele Anwender von O-Ringen sind der Meinung, dass die Werkstoffkenndaten, die bei der Erstbemusterung an Prüfplatten ermittelt wurden, auch für die einzelnen Dichtungen gelten. Dies ist jedoch leider in den meisten Fällen nicht so. Reale Dichtungen weisen aus den unterschiedlichsten Gründen schlechtere Kennwerte auf, als die unter Idealbedingungen im Labor an Prüfplatten ermittelten. Damit dieser Umstand in der Praxis zu keinen Dichtungsausfällen führt, ist die Prüfung der tatsächlichen mechanischen Kennwerte an ringförmigen Dichtungen eine gute Absicherung und gibt einen guten Einblick in die werkstoffliche Realität.

Die Zugprüfung an O-Ringen wird in erster Linie aus Gründen der Qualitätssicherung durchgeführt. Die Zugprüfung gibt Informationen über die Rezepturqualität (Auswertung der Absolutwerte, Festigkeit des Werkstoffes, Feststellung von Rezepturänderungen). So ist z.B. ein Austauschen des Polymers von Mischungen mit unterschiedlichem Molekulargewicht und/oder einer anderen Molekulargewichtsverteilung (z.B. hochviskose Pressmischung durch niedrigviskose Spritzmischung) nicht über Infrarotspektroskopie (IR) nachweisbar, sondern allenfalls über den Zugversuch und möglicherweise auch über Langzeit-Druckverformungsrestprüfungen. Ferner gibt der Zugversuch Auskunft über nachträgliche Änderungen gegenüber dem Bemusterungszustand. Dies ist oft der einfachste Weg, bei Reklamationen mögliche Veränderungen gegenüber dem Erstbemusterungszustand aufzudecken und nachzuweisen. Außerdem bekommt man mithilfe der Standardabweichung (z.B. verfrühtes Reißen durch Bindenähte, Einrisse, Kerben, Vernetzungsgrad usw.) Aussagen über die Verarbeitungsqualität.

Durch diese vielfältigen Ergebnisse sichert ein Zugversuch an O-Ringen bzw. Fertigteilen die Qualität wesentlich besser ab, als wenn nur die Rezepturqualität an Schulterstäben ermittelt wird. [...]

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

Elastomere werden für unterschiedliche Anwendungen mit entsprechenden Additiven und Füllstoffen modifiziert und maßgeschneidert, um bestmögliche anwendungstechnische Eigenschaften zu erzielen. Die Füllstoffe und der Füllstoffgehalt bestimmen die viskoelastischen Eigenschaften eines elastomeren Compounds. Nachfolgend soll der Einfluss von Ruß als Füllstoff und der Rußmenge auf das mechanische und thermomechanische Verformungsverhalten eines Nitril-Butadien-Elastomers (NBR) gezeigt werden.

NBR ist ein typisches Elastomer der Dichtungstechnik für statische und dynamische, ölbeständige Dichtungen. Für die durchgeführten Untersuchungen wurde zunächst eine definierte Gummimischung hergestellt, diese mit unterschiedlichen Rußgehalten gefüllt und die verschiedenen Proben wurden anschließend vulkanisiert. Die gefertigten Proben wurden mittels quasistatischer und zyklischer Zugversuche auf ihre Festigkeitseigenschaften untersucht und der Einfluss des Füllstoffgehalts auf die Entwicklung der Shore-Härte wurde bestimmt. Der Einfluss eines wachsenden Füllstoffgehalts eines Elastomer-Compounds auf seine elastische Verformbarkeit und Dämpfung wurde durch dehnungsabhängige Messungen des Schubmoduls nachgewiesen. Die mittels dynamisch-mechanischer Analyse (DMA) ermittelten Steifigkeits-Temperatur-Kurven liefern Informationen zum temperaturabhängigen Verformungsverhalten der untersuchten Proben und zu den Auswirkungen unterschiedlicher Füllstoffgehalte auf die Viskoelastizität einer Probe.

Das Zeit-Temperatur-Verschiebungsprinzip lässt sich bei polymeren Werkstoffen grundsätzlich anwenden, mit dem Ziel, Masterkurven für eine bestimmte Referenztemperatur zu erlangen. Es dient dazu, aus Kurzzeitmessungen Informationen zum Langzeitverhalten einer Probe zu erhalten (Zeitraffer-Prinzip). Masterkurven von Elastomerwerkstoffen können auf die Reibungseigenschaften eines Werkstoffs Hinweise geben. Es werden verschiedene Zeit-Temperatur-Verschiebungsansätze für die untersuchten NBR-Compounds erprobt und deren Resultate dargestellt und diskutiert. [...]

Professor Dr.-Ing. Achim Frick, M.Sc Robert Boßler (Institute of Polymer Science and Processing, Hochschule Aalen)
Dienstleistungen:

Dichtungen müssen neben ihrer Dichtfunktion weitere Anforderungen erfüllen. Stellt sich z.B. die Aufgabe, für ihre Montagefreundlichkeit oder für eine sinnvolle Kennzeichnung zu sorgen, steht man vor einer Vielzahl von Lösungsmöglichkeiten. Doch wo soll man anfangen, was gilt es zu beachten? Kann eine Beschichtung, Behandlung oder Markierung einfach als Katalogware bestellt werden? Wer sich nicht auskennt, greift hier besser auf Beratungsdienstleistungen zurück. Das spart Geld und schützt vor Überraschungen.

Als Anwender von Elastomerdichtungen steht man oft vor der Aufgabe, die Eigenschaften der Dichtungen verbessern zu müssen. Hier gibt es eine Vielzahl von Szenarien:

• Die Dichtungen kleben in der Verpackung aneinander und können nur schwer vereinzelt werden.

• Montagekräfte müssen reduziert werden, weil eine effiziente Montage nicht möglich ist oder die Dichtung im Fügeprozess beschädigt wird.

• Stick-Slip-Effekte (Ruckgleiten) sollen bei Bewegung verhindert werden.

• Ventile müssen sich einfach verstellen lassen.

• Verklebungen von Dichtungen mit der Gegenlauffläche nach Stillstandzeiten sind zu verhindern.

• Die Reibkräfte im dynamischen Einsatz der Dichtung sind zu reduzieren, um damit die Lebensdauer durch geringeren Abrieb zu erhöhen.

Das sind nur einige der Probleme, die es in der Praxis regelmäßig zu lösen gilt. Sie alle hängen mit den hohen Reibkoeffizienten von Elastomeren zusammen. Des Weiteren steht oft die Anforderung im Raum, die Verwechslungsgefahr ähnlicher Dichtungen in Montageprozessen zu eliminieren. Auch ist die Detektion von Dichtungen nach einer automatischen Montage oft unentbehrlich. Die eingebauten Dichtungen werden an einer automatischen Prüfstation per Kamera identifiziert. Doch können mit Ruß gefüllte, und damit schwarze Elastomerdichtungen, oft von den Kameras in dunklen Gehäusen nicht identifiziert werden. Und schlussendlich werden zwischenzeitlich auch an Dichtungen hohe Sauberkeitsanforderungen gestellt. Dabei stehen Verunreinigungen, wie z.B. lackbenetzungsstörende Substanzen oder Partikel im Zentrum der Aufmerksamkeit. [...]

Simone Frick (seals’n’finishing)

Ein neues Spritzgieß-Tribometer erlaubt eine gezielte Entwicklung von antiadhäsiven Oberflächenstrukturen und die Beschichtung ausgewählter Kunststoffgruppen. Die Ermittlung der Daten und der daraus resultierenden Empfehlungen steht auch als Dienstleistung für Werkzeughersteller und kunststoffverarbeitende Unternehmen zur Verfügung.

Ein gespritztes Kunststoffformteil muss am Zyklusende soweit abgekühlt sein, dass man es korrekt entformen kann. Das Teil muss also frei fallen oder mit Handlingunterstützung sauber entnommen werden können. Aber nicht nur die Abkühlung der Werkzeugoberflächen entscheidet über das zuverlässige Entformen aus der Auswerferseite. Ein entscheidender Parameter ist die Haftung zwischen Werkzeugwand und spritzgegossenem Formteil, die so gering wie möglich sein muss. Erreicht wird das über funktionale Werkzeugoberflächen.

Aber welche Oberfläche ist für meine konkreten Anforderungen die richtige Wahl? Wie muss die Oberfläche beschaffen sein? Zur Entwicklung geeigneter funktionaler Werkzeugoberflächen unterstützt den Anwender eine Entwicklungsplattform, die eine praxisnahe Analyse der Haftung zwischen Werkzeug und Kunststoffformteil ermöglicht. Hierfür wurde ein Spritzgießtribometer entwickelt, das reproduzierbar Haft- und Gleitmomente für die Entwicklung von Strukturen und Beschichtungen schafft. Damit wurde eine praxisnahe, schnelle und kostengünstige Analyse der Haftung von Thermoplasten und thermoplastische Elastomeren möglich, die im Spritzgießprozess reproduzierbar Kennwerte für adhäsive Haftung und Reibung ermittelt. [...]

Dipl.-Ing. Frank Mumme (Gemeinnützige KIMW Forschungs-GmbH)

Längst ist der Einsatz von Plasma zur Behandlung, Reinigung und Veredelung von Bauteiloberflächen technischer Standard in der Industrie. Vor allem wenn es um das Beschichten, Kleben oder Lackieren von Elastomer- oder sonstigen Kunststoffbauteilen geht, ist die Niederdruck Plasmatechnologie nicht mehr wegzudenken. Doch nicht alle Anlagen erzielen die gleichen Effekte in vergleichbarer Zeit. Eine neue, patentierte Anlagentechnologie bringt Einsparpotenzial bei Dienstleistungen wie der LABS-Reinigung und Beschichtungsvorbehandlung von Bauteilen.

Der Begriff Plasma kommt aus dem Griechischen und bedeutet „Gebilde“. In der Physik bezeichnet Plasma ein Teilchengemisch auf atomar-molekularer Ebene. Oft spricht man von Plasma auch als dem vierten Aggregatszustand der Materie: Durch kontinuierliche Zufuhr von Energie geht feste Materie zuerst in den flüssigen Zustand über, dann in den gasförmigen. Durch weitere Energiezufuhr wird das Gas ionisiert, es entsteht Plasma – der vierte Aggregatszustand. Dabei sind unterschiedliche Effekte zu verzeichnen. Zum einen werden chemische Bindungen in den Gasmolekülen aufgebrochen und hochreaktive Radikale entstehen. Gleichzeitig werden Elektronen aus den Atomhüllen entfernt, wodurch freie Elektronen und Ionen im Plasma entstehen. Parallel werden Elektronen angeregt, d.h. auf ein höheres Energieniveau in der Atomhülle gehoben. Beim Zurückfallen auf ihr eigentliches Grundniveau wird elektromagnetische Strahlung frei. Plasma ist also ein ionisiertes Gas mit freien Elektronen, Ionen, angeregten Atomen und Radikalen, Molekülfragmenten und Photonen. Plasmen sind normalerweise quasineutral, d.h. die Ladungen der Ionen und Elektronen sind ungefähr im Gleichgewicht. Im Alltag begegnet uns Plasma in Gewitterblitzen, Xenon-Autoscheinwerfern oder den Nordlichtern am Polarkreis. Plasma zeichnet sich im Vergleich zum ursprünglichen Gas durch eine wesentlich höhere Leitfähigkeit und chemische Reaktivität aus. Diese Eigenschaften sind es, die in technischen Anwendungen genutzt werden.

Zur Unterscheidung der unterschiedlichen Plasmaformen werden mehrere Kriterien herangezogen. Dies sind u.a. die Plasmadichte, die Plasmatemperatur oder der Plasmadruck. [...]

Antonio Pozo (APO GmbH Massenkleinteilbeschichtung)

Wartung, Instandhaltung und Betrieb bzw. Maintenance, Repair & Operations (MRO) – mit bis zu 40% an den Gesamtkosten im produzierenden Gewerbe haben Instandhaltung, Wartung und Reparatur bedeutenden Einfluss auf den wirtschaftlichen Erfolg eines Unternehmens. Eine intelligente, unternehmensangepasste MRO-Strategie ist daher ein wichtiger Schlüssel für Wettbewerbsvorteile und Profit. Der technische Handel kann dazu mit Produkt- und Prozesskompetenz sowie flankierenden Standortdienstleistungen nachhaltig beitragen.

Von der kleinen Werkzeugmaschine bis hin zur komplexen Fertigungsstraße – im harten Wettbewerb im Kampf um Kunden und Marktanteile stellen Unternehmen höchste Anforderungen an die Verfügbarkeit, Zuverlässigkeit und Produktivität ihrer Anlagen – kurz: Sie müssen laufen, laufen, laufen; am besten im 24-Stunden-Betrieb, 7 Tage die Woche. Wartung, Instandhaltung und Reparatur nehmen daher als Wertschöpfungsfaktor eine immer wichtigere Schlüsselrolle im betrieblichen Ablauf ein. Da Rationalisierungspotenziale in der Produktion in vielen Industriebranchen oftmals bereits ausgereizt und Prozessoptimierungen nur noch bedingt möglich sind, bieten sich über MRO dazu immer noch enorme Möglichkeiten.

Insbesondere kleine und mittlere Unternehmen stehen in diesem Bereich noch am Anfang. In vielen Fällen wird Instandhaltung dort noch als notwendiges Übel angesehen und der Nutzen sowie die Einsparungen durch MRO-Leistungen werden verkannt. Auch fehlt es an ausformulierten Instandhaltungsstrategien und Bewertungsmethoden sowie Kosten und Leistungen sind häufig nicht transparent genug. Nicht selten stehen kurzfristige Kapazitätsüberlegungen mit reaktiver, ausfallbedingter MRO-Sichtweise einem langfristig angelegten Instandhaltungsmanagement im Wege. Dabei hat sich der Wandel zu einer Strategie, in der MRO als Produktivitätsfaktor angesehen wird, bereits längst vollzogen. Weg von der klassisch korrigierenden, ausfallbedingten Reparatur und Instandhaltung hin zu präventiven, zustandsorientierten Lösungen – dieser Ansatz kennzeichnet den Trend. Rasante technologische Weiterentwicklungen – etwa vor dem Hintergrund von Industrie 4.0 – ebnen dazu den Weg. [...]

Maria-Carmen Brandhorst (ZITEC-Brammer)
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