kompressionsdichtungen wenn die folie viel potenzial … · 2016-10-03 · stoffen und -compounds...
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ISSN
: 1863-4
699
Kompressionsdichtungen vom „Fließband“ 14
Wenn die Folie nicht haftet 34
KlebenBranchenfokus Automotive
T R I A L O G D E R D I C H T U N G S - , K L E B E - U N D P O LY M E R T E C H N I K 3.2016 | € 8,50
Viel Potenzial 40
Im Fokus: Polymere
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Viel Potenzial Trends bei Dichtungswerk-stoffen und -compounds – ein Überblick
wird. Durch diese Vernetzungschemie ist
es gelungen, die für PTFE bei 250 °C schon
sehr hohe Dauergebrauchstemperatur um
weitere 60 °C anzuheben – ein Meilenstein
in der FFKM-Entwicklung.
„Neue FFKM-Hochleis-tungswerkstoffe bieten ein großes Potenzial, Dichtungen an die steigenden Anforderun-gen anzupassen.“ – Brecht Koebrugge, Marketing Manager Transportation, Dr. Michael Schlipf, Consultant der Dyneon GmbH
Mit 3M Dyneon Perfluoroelastomer PFE
7301BZ HeatShield steht auch ein FFKM-
Hochtemperaturwerkstoff zur Verfügung,
der die Anforderungen der zukünftigen
Triebwerksgeneration in der Luftfahrtindus-
trie erfüllt. Auch neue Anwendungen im
Kontakt mit aggressiven Chemikalien kön-
nen diesem HT-Elastomer mit PTFE-Eigen-
schaften nichts anhaben. Liegt hingegen
der Anforderungsschwerpunkt auf der Seite
der Chemikalienbeständigkeit, so ist 3M
Dyneon Perfluoroelastomer PFE 7502BZ
Chem Shield vorzuziehen. Dieses Compound
bietet bei nur wenig reduzierter Dauerge-
brauchstemperatur auf 275 °C eine noch-
mals erhöhte Chemikalienresistenz und
aufgrund minimalster Extraktions- und Mig-
rationswerte erfüllt es die Anforderungen
der USP Class VI für Anwendungen in Phar-
ma und Biotechnologie sowie die Vorgaben
der FDA für den wiederholten Kontakt mit
Lebensmitteln. Dieses Eigenschaftsspekt-
rum macht es zum „Universalprodukt“ in
der FFKM-Klasse. Und die Entwicklung
geht weiter. Mit neuen verfügbaren Mono-
merbausteinen für das Perfluorpolymerge-
rüst und neuen Ideen zur Vernetzungsche-
mie werden auch in Zukunft die Einsatz-
grenzen für Perfluorelastomere noch erwei-
tert werden.
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» 1
Ein zentraler Trend ist, die Einsatzgrenzen
einzelner Werkstoffe immer weiter zu erhö-
hen. Polytetrafluorethylen (PTFE) ist hier
ein gutes Beispiel. Durch seine universelle
Chemikalienbeständigkeit, seinen breiten
Temperatureinsatzbereich von -200 °C bis
+250 °C und durch seine exzellenten elek-
trischen und dielektrischen Eigenschaften
ist PTFE aus vielen Anwendungen des täg-
lichen Lebens nicht mehr wegzudenken. Im
Dichtungseinsatz ist allerdings der Kaltfluss
von PTFE, der sich bei Druckbelastung als
hoher Druckverformungsrest manifestiert,
nachteilig. Hier konnte – durch den Einbau
von ebenfalls perfluorierten, kristallinitäts-
mindernden Monomeren in das Polytetra-
fluorethylenmolekül zur Erhöhung der Ket-
tenflexibilität und durch die Möglichkeit der
Vernetzung über weitere spezielle Monome-
re – Abhilfe geschaffen werden. Mit diesen
Cure Site Monomers (CSM) ist es gelungen,
das PTFE-Eigenschaftsprofil in den Pro-
duktbereich der Elastomere zu transferie-
ren. Diese weisen – durch die Kombination
hoher Flexibilität und hoher Rückstelleigen-
schaften – spezielle PTFE-Eigenschaften
auf. Das breite Anwendungsspektrum die-
ser Perfluorelastomere (FFKM) macht es
nun erforderlich, die Grenzen der Anwen-
dung ständig den steigenden Anforderun-
gen der Kunden anzupassen. Eine höhere
Dauergebrauchstemperatur bis weit über
300 °C ermöglicht das eigens dafür entwi-
ckelte Triazin-Netzwerk, das im Rahmen
der Vulkanisation aus den Perfluoralkyl-
Nitrilgruppen der CSM-Monomere gebildet
» 2
Mit der Entwicklung neuer TPE-Reihen tra-
gen wir den Trends der unterschiedlichsten
Märkte sowie den entsprechenden Anforde-
rungen an die Werkstoffe Rechnung. Ther-
moplastische Elastomere bieten sich heute
für immer mehr Aufgabenstellungen an.
Sie werden hohen Ansprüchen gerecht und
entsprechen strengen Normen wie denen,
die beim Umgang mit Trinkwasser oder in
der Medizintechnik angewendet werden.
Ein Beispiel ist unser neues Flammschutz-
Compound, das im Herbst auf der K Messe
für Anwendungen in der Elektro-Industrie
oder im Bereich Building & Constructions
vorgestellt wird. Das Material ist nach UL94
als schwer entflammbar eingestuft und mit
der Brennbarkeitsklasse V0 klassifiziert. Die
Flammschutz-Compounds besitzen eine
hohe Elastizität und sind frei von Latex, PVC
und Halogen. Zudem überzeugen sie auf-
grund ausgezeichneter Haftungswerte zu
ABS und PC.
„TPE-Compounds erschließen zunehmend neue Anwendungsberei-che und werden dabei sehr unterschiedlichen Anforderungen gerecht.“ – Josef Neuer, Produktma-nager EMEA, KRAIBURG TPE GmbH & Co. KG
Dabei bieten auch aktuelle Megatrends wie
z.B. die Elektromobilität vielfältige Ansatz-
punkte für TPE-Compounds, z.B. als Dich-
tungselemente im motornahen Bereich.
So wurden für den Einsatz im Automobilbe-
reich unter der Motorhaube die THERMO-
LAST® V Produkte entwickelt: Mit einer
Temperaturbeständigkeit von 130 °C und
einer Haftung zu Polyamid eröffnen sich
den TPE hier neue Anwendungsgebiete.
In anderen Branchen definieren Normen
und andere gesetzliche Vorgaben die Anfor-
derungen und führen z.B. zu neuen Werk-
stoffen wie TPS-Compounds für den Trink-
wasserbereich. Sie verfügen über die wich-
tigsten, europäischen Zulassungen und bie-
»2 TPE-Compound nach UL94 als schwer entflammbar eingestuft (Bild: © Kraiburg TPE)
BRANCHENÜBERGREIFEND_ROHSTOFFE/MISCHUNGEN/HALBZEUGE – Viele der stei-genden Anforderungen an Dichtungen – seien sie markt- oder normengetrieben – werden heute über weiterentwickelte Werk- stoffe und Compounds erfüllt. Hier gibt es noch viel Potenzial, wie die nachfolgen-den Beispiele zeigen. Das darf allerdings nicht den Blick auf die Grenzen der Physik und Chemie verstellen, die auch für Werk-stoffe und Compounds gelten.
»1 Dichtungen aus neuen FFKM-Werkstoffen – eine Lösung für wachsende Dichtungsanforderungen
3.2016
ten somit einen hohen Sicherheits- und Hy-
gienestandard. Die neue Reihe lässt sich
deshalb auch ideal zu Schläuchen für sani-
täre Anlagen oder für die Getränkeindustrie
extrudieren.
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» 3
Die aktuelle TA Luft ist 2016 in ihrem 14.
Gültigkeitsjahr angekommen und hat der
Dichtungsbranche eine zeitweilig turbulen-
te Entwicklung beschert. Heute weiß jeder
Anwender: Nicht nur der TA Luft Bauteil-
versuch muss bestanden werden, sondern
jede Dichtverbindung muss ordnungsge-
mäß ausgelegt sein. Dazu existieren heute
die nötigen Normen für die Kennwerteer-
mittlung (EN 13555) und die Flanschbe-
rechnung (EN 1591-1). Die VDI-Richtlinie
2290 sagt dem Anwender sogar, mit welcher
Dichtheitsklasse die Auslegungen durchzu-
führen sind. Werkstoffseitig führt dies zu-
nächst zu Lösungen aus Grafit, PTFE und
Semi-Metall, die sicherlich gut funktionie-
ren, aber nicht überall und teilweise auch
nicht zu den betreiberseitig gewünschten
Kosten. Damit verbunden war dann eine
Rückbesinnung auf Faserstoffdichtungen
natürlich gepaart mit der Anforderung an
die TA Luft-Konformität.
„Auch die gute alte Faserstoffdichtung kommt als Weiterent-wicklung in der Welt der aktuellen TA Luft an – nicht zuletzt auf Wunsch vieler Betreiber.“ – Marco Schildknecht, Leiter Anwendungs-technik Geschäftsbereich Dichtungen, Frenzelit Werke GmbH
Diese Marktanforderungen führten u.a. zur
Entwicklung der novapress® 880 im Be-
reich der klassischen Faserstoffdichtungen.
Diese verfügt über Dichtungskennwerte, die
sehr viel mehr Sicherheit bei Auslegungen
nach EN 1591-1 und VDI 2290 ermögli-
chen. Durch eine dreifach gesteigerte An-
passungsfähigkeit gegenüber klassischen
FA-Dichtungen benötigt sie wesentlich ge-
ringere Flächenpressungen, um die gefor-
derte Dichtheitsklasse in der Anwendung
einzuhalten. Diese Faserstoffdichtung bie-
tet so die Vorteile einer klassischen Faser-
stoffdichtung mit deutlich gesteigerter Per-
formance hinsichtlich aller relevanten Krite-
rien wie Dichtheit, Berechenbarkeit und
Fehlerverzeihlichkeit. Sie ist damit prädesti-
niert für den Einsatz in der gesamten Pro-
zessindustrie, aber auch in allen übrigen
Bereichen.
»3 Vergleich der Anpassungsfähigkeit bei 20 MPa Flächen- pressung – oben eine klassische Dichtung, unten eine aus dem neuen Material (Bild: © Frenzelit Werke GmbH)
» 4
Steigende Anforderungen wie höhere Drü-
cke, längere Laufzeit, geringere Emissionen
oder höhere Temperaturen sind noch im-
mer die Triebfedern der Weiterentwicklung
quer durch alle Branchen. Neue Antriebs-
konzepte wie Brennstoffzellen, Wasserstoff-
antrieb oder Elektroantriebe sorgen im Au-
tomobilbereich dafür, dass heute und in
Zukunft die Einsatzfelder für Hochleistungs-
werkstoffe erweitert werden. Nicht erst seit
der Diskussion um Fahrzeugemissionen wird
versucht, Leckagen oder die Reibung der
Dichtsysteme zu verringern. Die SpeedflonTM
Radialwellendichtung ist ein Beispiel dafür.
Gerade bei hohen Drehzahlbereichen und
Betriebstemperaturen bis 220 °C sorgt
das patentierte Dichtungsdesign für eine
gleichmäßige Radialkraft über den gesam-
ten Druck- und Drehzahlbereich und redu-
ziert dadurch Reibung und Verschleiß. An-
wendungsfelder sind Abgasturbolader und
andere schnell drehende Motoraufladesys-
teme. Das geschlossene Dichtkonzept zeigt
keine Stillstandsleckage und hat im Start/
Stop-Modus daher Vorteile. Auch sorgen
durch die Finite-Elemente-Methode opti-
mierte Auslegungen der Dichtungsgeomet-
rie für Effizienzsteigerungen im Bereich der
Hochdruckeinspritzpumpe. Niedrige Rei-
bung, hohe Verschleißfestigkeit und niedri-
ge Leckage stehen auch hier im Vorder-
grund. Dies wird durch den gezielten Ein-
satz speziell entwickelter Compounds un-
terstützt.
»4 SpeedflonTM - Radialwellendichtung bei hohen Drehzahlen und Betriebstemperaturen bis 220° C(Bild: © ElringKlinger Kunststofftechnik GmbH)
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„Konsequent optimierte Dichtstellen führen i.d.R. zu höheren Anforderun-gen an die Werkstoffe – und hier sind dann intelligente Lösungen und Erfahrung gefragt.“ – Dr. Uwe Wallner, Leiter Entwicklung, ElringKlinger Kunststofftechnik GmbH
Dabei gibt es bei den einzelnen Werkstof-
fen wenig Unterschiede. Was für die PTFE-
Werkstoffe gilt, gilt in gleicher Weise auch
für thermoplastische Werkstoffe. Basierend
auf Moldflon®, dem thermoplastisch verar-
beitbaren PTFE, sind neue Werkstoffe ent-
standen, die gezielt für Anforderungen im
automobilen Umfeld, z.B. bei Kraftstoff-
pumpen, im Thermomanagement, aber auch
im industriellen Umfeld, z.B. bei Kolben-
kompressoren oder in der Medizintechnik,
optimiert wurden. So lassen sich sehr gute
Material- und Dichtungseigenschaften mit
ressourcenschonender Fertigung kombi-
nieren. PTFE bewährt sich aber auch über-
all dort wo elektronische Bauteile oder
Energiespeicherzellen Temperatur- oder Druck-
schwankungen ausgesetzt sind. Hier be-
steht die Gefahr der Kondenswasserbildung
und der Verschmutzung oder Beschädigung
der empfindlichen Bauteile. Druckausgleichs-
elemente aus porösem PTFE sorgen zuver-
lässig dafür, dass die schädlichen Medien
von den empfindlichen Bauteilen ferngehal-
ten werden.
miss zwischen Druckstandfestigkeit und
Anpassungsfähigkeit in die Richtung wei-
cherer Dichtungsmaterialien zu verschieben.
Damit kommt man dem Bedürfnis nach
geringeren Schraubenkräften am Flansch
nach. Die Wahrscheinlichkeit, ob aber auch
genügend Kraft vorhanden ist, Rohrkräfte,
die aus den verschiedensten Gründen, wie
thermischen Spannungen, Gewichtskräften,
Fließkräften und sonstigen dynamischen
Einflüssen, entstehen, von der Dichtung fern-
zuhalten, wird immer geringer, je mehr die
Auslegung in diese Richtung geht. Wenn
also weichere Dichtungsmaterialien einge-
setzt werden – wir bieten hier Werkstoffe
mit Korkanteil, aber auch mit höheren Elas-
tomeranteilen an ( KLINGERSIL C 4265 und
– ganz neu – KLINGER CompenSil, mit der
Möglichkeit Dichtflächenfehler auszuglei-
chen) – so muss dies immer mit Augenmaß,
an den konstruktiven Rahmenbedingungen
orientiert, umgesetzt werden. Eine große
Hilfe ist in einem solchen Fall unser Dich-
tungsberechnungsprogramm, welches in
der Version 6.x weitere Informationen liefert.
Denn das Verhalten der Dichtung selbst
kann die Berechnungsnorm DIN EN 1591-1
nicht so gut darstellen. Hier bietet die Gegen-
prüfung der mit der Normberechnung ermit-
telten Situation durch das KLINGERexpert-
Programm eine weitaus bessere Einschätz -
ung der Dichtungssituation.
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» 5
Der Markt für Dichtungswerkstoffe ist ex-
trem umfangreich. Mit Blick auf statische
Dichtungen lässt sich feststellen, dass die
Materialien, die als Flachdichtungen im Ein-
satz sind, bei Standardanwendungen nicht
schnell durch Trends abgelöst werden. Da-
für ist das Risiko für den Betreiber, eine
funktionierende Dichtungslösung aufzuge-
ben, viel zu groß. Gerade wenn man be-
denkt, was eine Flachdichtung kostet und
welche Kosten bei einer Fehlfunktion zu
erwarten sind. Hier ist also der Name „sta-
tische Dichtung“ nicht nur die Beschrei-
bung der Funktion, sondern auch eine Be-
schreibung des Marktverhaltens – und dies
mit Sinn und Verstand.
Ungeachtet dessen gibt es Trends, die
durch äußere Einflüsse angeregt werden.
Da wäre der Trend zu hoher Dichtheit schon
bei geringen Pressungen. Bei FA-Dichtungs-
werkstoffen führt dieser dazu, den Kompro-
Die wachsenden Anforderungen in allen
Branchen führen aber noch zu einer weite-
ren Entwicklung, denn nicht immer lassen
sich Bauteile mit Standard-Dichtsystemen
versehen. Immer häufiger sind individuelle
Dichtungslösungen notwendig, um die An-
forderungen zu erfüllen. Hier ist Dichtungs-
und Werkstoffwissen sowie eine individuelle
Musterfertigung gefragt.
»5 KLINGER KGS Gummi-Stahl-Dichtung aus NBR fürden Einsatz in der Gasversorgung (links) und KLINGERCompenSil eine „fehlerverzeihende“ Dichtung mithohem Elastomeranteil (rechts) (Bild: © Klinger GmbH)
Im Gespräch mit Experten –
Chancen und Grenzen ausloten,
Erfahrungen austauschen
23.11.2016
Flachdichtungen
Berechnen
Selektieren
Montieren
30.11.2016
Mikrotechnik
Formen
Schneiden
Dosieren
3.2016
So kommen z.B. Kfz-Dichtungen und -Mem -
branen aus FVMQ (Fluorsilikonen) nicht
mehr mit den aggressiven Medien zurecht
und haben zu kurze Standzeiten. Parallel
dazu werden auch immer mehr Dichtungen
und Formteile kleiner – und das bis in den
Mikrobereich.
„Aggressive Medien und die Beherrschung größerer Temperaturbe-reiche sind zentrale Treiber für die Werkstoff- und Compound-Entwick-lung – mit einem immer spezielleren Zuschnitt auf Branchenan-forderungen.“ – Dr. J. Peter Wakker, Technical Director, Polycomp BV
Für diese Anwendungen haben wir FKM-
Ty pen mit Tg-Werten von -30 °C bis -40 °C
entwickelt, die eine verbesserte chemische
Beständigkeit gegenüber FVMQ aufweisen
und die geforderte Lebensdauer wieder er-
füllen. Eine weitere Entwicklung trägt den
Anforderungen von industriellen Druckan-
wendungen Rechnung. Die Tinten, die in
diesen Druckern verwendet werden, lassen
Standard-Kautschuke und sogar FKM quel-
„Natürlich müssen Trends und Einflüsse im Markt beachtet werden. Es sollte aber jedem klar sein, dass sich in unserer technischen Welt die Physik selbst nicht ändert – und somit lassen sich Anforderungen auch nicht beliebig steigern.“ – Norbert Weimer, Unternehmensleitung, KLINGER GmbH
Auch Normen stellen immer wieder neue
Anforderungen an Dichtungswerkstoffe. So
ist, z.B. für die Gasversorgung, die DIN
30690-1 neu erschienen. Hier sind die An-
forderungen an Dichtungsmaterialien ge-
stiegen, sodass sich für den Druckbereich
von 10 bar bis 40 bar Betriebsdruck ver-
schiedene Lösungsansätze verfolgen lassen.
Die Verwendung von Kraftnebenschluss-
dichtungen wäre ein Weg, ein anderer die
Verwendung von qualitativ hochwertigen
Gummi-Stahl-Dichtungen. Nur durch konse -
quente Verwendung moderner Compounds
in Verbindung mit einer sicheren nachvoll-
ziehbaren Fertigungsqualität ist es möglich,
den Anforderungen der neuen Norm zu
entsprechen, denn es werden in dem höhe-
ren Druckbereich nur Gummi-Stahl-Dich-
tungen zugelassen, für die Nachweise zum
Kriechverhalten, zur Maximal- und Min-
destflächenpressung, zum Alterungsverhal-
ten und zur Ausblassicherheit gegeben
sind. Hier bieten wir kundenorientiert beide
Wege an, sodass sich unterschiedliche kons-
truktive Philosophien umsetzen lassen.
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Wir stoßen im Markt auf immer mehr An-
wendungen, bei denen bestehende Materi-
alien den steigenden Anforderungen nicht
mehr gerecht werden. Chemikalien und
Gase, die mit Gummiteilen in Kontakt kom-
men, werden immer aggressiver. Und im-
mer mehr Anwendungen haben höhere
Betriebstemperaturen, wobei gleichzeitig
die Tieftemperaturflexibilität der Teile – wie
z.B. Dichtungen – an Bedeutung zunimmt.
»6 Membran aus einer neuen FFKM-Mischungmit hoher chemischer Beständigkeit(Bild: © Polycomp BV)
len. Dies ist mit Hinblick auf die Druckge-
nauigkeit dieser Geräte nicht akzeptabel.
Eine Lösung sind Mischungen aus FFKM
(Perfluorelastomer), die in Kontakt mit die-
sen Tinten nicht quellen. Für Mikropumpen
für die Medizin, Chemie und Luftfahrtindus-
trie haben wir FFKM-Mischungen mit aus-
gezeichneter chemischer Beständigkeit und
großen Betriebstemperaturbereichen sowohl
für Niedrig- als auch Hochtemperaturanwen-
dungen entwickelt. Gerade in diesem Seg-
ment sind die Anforderungen nicht nur
hohe chemische Beständigkeit, sondern
auch Flexibilität bei niedrigen Temperatu-
ren und die Langlebigkeit der Membranen
sind von größter Bedeutung.
Weitere Informationen
Dyneon GmbH I www.dyneon.eu
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Frenzelit Werke GmbH I www.frenzelit.com
ElringKlinger Kunststofftechnik GmbH I
www.elringklinger-kunststoff.de
Klinger GmbH I www.klinger.de
Polycomp BV I www.polycomp.nl