Kleine Teile, große Wirkung

Maschinenelemente

Dichtungen – Häufig unterschätzt werden kleine, meist preiswerte Maschinenelemente, zu denen auch Dichtungen und Formteile gehören. Obwohl sie eigentlich eher unscheinbar sind, spielen sie eine, wenn nicht sogar die, entscheidende Rolle bei der Funktionssicherheit.

30. März 2012

Wie entscheidend Dichtungen sind, merkt man meist erst, wenn sie ihre Aufgabe nicht mehr erfüllen. Beschädigte oder mangelhafte Dichtelemente können im Produktionsalltag drastische Auswirkungen nach sich ziehen. »Dichtungen sind kleine Produkte mit einer großen Verantwortung, dessen sind wir uns bewusst«, macht Thomas Braun, Marketing & Engineering Manager der Parker Prädifa in Bietigheim-Bissingen, deutlich.

»Setzt man die Ausfallkosten von Maschinen, Anlagen oder ganzer Werke ins Verhältnis zum Einkaufspreis eines Dichtringes, kommt schnell die Einsicht, die alte Kaufmannsregel ›Qualität sticht Preis‹ in jedem Fall zu befolgen.« In einer vermeintlich einfachen Dichtung stecke komplexe Technologie, darum ist eine qualifizierte Beratung unerlässlich. Fachwissen über Dichtungstechnik ist nur einem kleinen Kreis von Experten geläufig, weiß Thomas Braun. Die Aufgabe der F&E-Abteilung eines Dichtungsherstellers sei deshalb, zusammen mit der Anwendungstechnik für jeden Einsatzfall die optimale Lösung zu finden. »Je enger verzahnt die Fachdisziplinen zusammenarbeiten, desto zielgerichteter, schneller und zuverlässiger kann die optimale Dichtung gefunden werden.«

Bei der Entwicklung von Dichtungen stellen sich die Ingenieure viele Fragen: Welche Belastungen treten auf? Welches Design kommt in Betracht? Welcher Werkstoff? Und gibt es diesen Werkstoff schon? Kann man alle Anforderungen zu einem vertretbaren Verkaufspreis erfüllen? Um hier erfolgreich agieren zu können, ist die frühzeitige Einbindung in die Entwicklungsprozesse beim Kunden der Schlüssel zum Erfolg. Basis jeder Beratung ist das technische Fachwissen über chemische und physikalische Zusammenhänge. Thomas Braun: »Bei Parker-Prädifa sind die Fachdisziplinen Anwendungstechnik, Computersimulation, Werkstoffentwicklung, Prüffeld und Werkzeugkonstruktion involviert. Wir teilen die Anforderungen in thermische und chemische Forderungen sowie kinematische Verhältnisse ein.«

Zum Tragen kommen all diese Aspekte etwa bei der Entwicklung von Membranen. Der erste Schritt bei einer erfolgreichen Membranentwicklung ist die Wahl des richtigen Werkstoffs. »Damit legen wir den Grundstein für eine optimale Kundenlösung, denn die Werkstoffrezeptur beeinflusst maßgeblich die Eigenschaften des Endprodukts wie Funktionssicherheit und Langlebigkeit.« Wichtige Faktoren sind die Verträglichkeit des Membranwerkstoffes mit dem flüssigen oder gasförmigen Druckmedium und die thermische Belastung in der Anwendung. »Wir haben im Haus eine eigene Materialentwicklung, dies ist für mich eine elementare Kernkompetenz«, betont Braun. »Bei hochwertigen Dichtungen wie unseren wird die Rezeptur eigens entwickelt, sofern das umfangreiche Werkstoffsortiment keine passende Lösung ermöglicht.«

Entscheidend ist auch die Belastung, die in der Praxis auftritt. Lange Druckphasen und eine schnelle Entlastung können im Extremfall zu beträchtlichen Schäden führen – beispielsweise zu einer »explosiven Dekompression«, wobei der Membranwerkstoff durch eingelagerte komprimierte Gase von innen zerstört wird. Ungünstige Umgebungseinflüsse wie Schmutz und Staub, Luftfeuchtigkeit, UV-Strahlung oder Mikrobenbefall stellen zusätzliche Belastungen für den Dichtkörper dar.

Genau vermessen

Im nächsten Schritt werden die geometrischen Einbauverhältnisse definiert. Dies umfasst neben der Verpressung des Elastomerkörpers im Einbauraum die Oberflächengestaltung in Bezug auf Rauheit und Struktur. Die spezifischen Materialeigenschaften elastischer Dichtungen wie Härte und Steifigkeit, in Kombination mit der geometrischen Gestaltung, sind ausschlaggebend für Deformationen und das Abrollverhalten von Membranen. »Hierbei entscheiden die Festigkeitskennwerte der Werkstoffe in Wechselwirkung mit chemischer, thermischer und kinematischer Belastung über die Lebensdauer des Produkts«, sagt Thomas Braun. »Durch ein innovatives Membrankonzept können wir multifunktionale Lösungen schaffen, die sowohl dichten als auch dämpfen und auf diese Weise die Montage vereinfachen.«

Bereits in der Konzeptphase erkennen die Experten von Parker-Prädifa mit Hilfe der Computersimulation Schwachstellen und optimieren Werkstoffe sowie Geometrien. Das spart Entwicklungszeit und -kosten. »Wir haben eigene mathematische Modelle zur Beschreibung der komplexen Materialeigenschaften entwickelt. Spezielle Messmethoden erfassen die relevanten Werkstoffparameter.« Nutz- und gewinnbringend für den Kunden wird ein optimales Design aber erst durch angepasste Verfahrenstechnik.

Dazu der Entwicklungsleiter: »Da jede Elastomergruppe individuelle Produktionsverfahren und spezielles Fertigungswissen erfordert, ist vor allem die Abstimmung zwischen Produktdesign, Werkstoffformulierung und der Prozesstechnik entscheidend für die Wirtschaftlichkeit eines Konzepts. Nur dann, wenn alle Verfahren zur Verfügung stehen, können wir aus technischer und ökonomischer Sicht die bestmögliche Lösung anbieten und realisieren.« Parker-Prädifa prüft auch, wie montagefreundlich die Membranen sind. Sie müssen im laufenden Betrieb eine ausreichende Robustheit aufweisen. »Nur die perfekte Abstimmung aller Variablen ergibt die passende Gesamtlösung für eine Anwendung«, versichert Braun.

Erschienen in Ausgabe: 02/2012