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Fachartikel

Schnelle Entwicklung und Fertigung anwendungsspezifischer Dichtungen

Innovative Kombinationen
Moderne Fertigungstechnik erlaubt es, Dichtungen, Abstreifer und andere Elemente mit identischen Geometrien oder Profilen aus unterschiedlichsten Werkstoffen herzustellen, die unterschiedlichsten Anforderungen wie etwa Betriebstemperaturen oder chemischen Einflüssen, Rechnung tragen. Darüber hinaus gibt es die Möglichkeit, unterschiedliche Profile aus demselben Werkstoffen zu fertigen, z.B. passt ein Werkstoff in Bezug auf die Verträglichkeit mit Kühl-Schmiermitteln, kann dieser Werkstoff für alle relevanten Profile eingesetzt werden. Durch die innovative Kombination von Standardisierung und Customizing, können unterschiedliche Zielmärkte bedient werden.

Lebenszyklus angepasst
Zum Start eines dichtungstechnischen Produktes empfiehlt sich das CNC-basierte Drehverfahren, mit dem schnell und flexibel Prototypen hergestellt werden können, wodurch sich das Innovationspotenzial insgesamt vergrößert. Die anschließende Serienfertigung kann je nach Umfang ebenfalls drehtechnisch aber auch spritztechnisch oder in Kombination beider Verfahren erfolgen. In der Praxis wird der angestrebte Preis pro Bauteil für die Verfahrensauswahl ausschlaggebend sein. Der Einsatz der formwerkzeuglosen Drehtechnologie bietet ein Höchstmaß an Flexibilität bei Ergänzungsprodukten.

Der Produktauslauf kann auf diese Weise ebenfalls kostenoptimiert gestaltet werden. Ergänzend wirkt hierbei, dass unnötige Lagerbestände vermieden werden können: Es wird immer nur so viel nachgefertigt, wie tatsächlich benötigt wird.

Nutzen bringendes Konzept
Die intelligente Kombination von computerunterstützen Fertigungskonzepten wie der SKF SEAL JET -Technologie zur Herstellung von spanend gefertigten Elastomerlösungen hilft in der Prototypenphase, schnell und kostenbewusste Lösungen flexibel zu gestalten, zu dokumentieren und wiederholgenau zu produzieren. Basis für die Produktlösungen sind anwendungsoptimierte Dichtungscompounds, aus denen Halbzeuge gefertigt werden, aus denen schließlich das Endprodukt Dichtung entsteht. Für die Werkstoffe der ECOPUR-Familie sind dies identische Granulate.

Diese Kombination von Maschine, Software und Werkstoff stellt ein abgestimmtes, standardisiertes System dar. Grundlage für alles ist jedoch das Wissen der Ingenieure und Techniker, die ihre innovativen und zukunftsorientierten Ideen mittels dieser Technologie umsetzen können. Dafür ist es notwendig, dass sich Kunde und Lieferant kooperativ austauschen und ihre Erfahrungen einerseits aus der Kundenanwendung und andererseits aus der Dichtungsherstellung mit dem spezifischen Wissen über Dichtungsgeometrien und Werkstoffe aktiv einbringen.

Das Konzept „Innovation in einem Tag“, bei dem Kunden und Lieferanten direkt an der Dichtungsdrehmaschine arbeiten, zeigt dabei immer wieder, dass zunächst nicht realisierbar erscheinende Lösungsideen dennoch umgesetzt werden können. Gleichzeitig gewinnen die zu entwickelnden Produkte häufig an Anwendernutzen. Anwendungsoptimierte Produktlösungen sind darüber hinaus schwieriger zu kopieren – ein weiterer Wettbewerbsvorteil.

Die Zeichnung zeigt die Lage der Dichtelemente im Stellfuß GN 20.
Die Zeichnung zeigt die Lage der Dichtelemente im Stellfuß GN 20.
Optimierte Geometrien
Dichtungen, die an den Anschraubbereichen der Normelemente eingesetzt werden, haben die Aufgabe, Toträume, Spalten und Ritzen vor dem Eindringen von Reinigungsflüssigkeiten, Produktresten oder Kleinstorganismen zuverlässig zu schützen. Hierfür müssen die Einbauräume und Dichtungsquerschnitte per FEM so berechnet und ausgelegt werden, dass bei der Montage die nötige Flächenpressung erreicht wird und gleichzeitig die Dichtungswerkstoffe nicht überbeansprucht werden.

Die Dichtringe zur Montagefläche und die Bodendichtung werden bei der Montage durch Festziehen entsprechend dicht gespannt. Dabei wird sichergestellt, dass alle mit den Dichtungen in Kontakt stehenden Flächen eine Oberflächengüte von weniger als Ra 0,8 um aufweisen. Die Abstreifer an der Verstellhülse sowie die Abdichtung der Gelenkkugel sind so gestaltet, dass sie eine Anpassung in Höhe und Winkel zulassen. Auch bei ihnen gewährleistet der Einbauraum zusammen mit dem Dichtungsquerschnitt eine spaltfreie, vorgespannte Abdichtung. Die gefundene dreiteilige Lösung verfügt über einen Dichtring aus NBR (Härte 70 +5 Shore A), einen Abstreifer aus TPU (95+5 Shore A), einen Gelenkdichtring aus H-NBR (85 +5 Shore A).

Zusätzlich besitzt der Stellfuß eine Bodendichtung aus Silikon (mit 85 +5 Shore A). Bis auf diese wurden alle Dichtelemente während der gedrehten Bemusterungsphase Zehntel für Zehntel millimeterweise an den Stellfuß angepasst. Bei diesen iterativen Entwicklungsschritten konnten auch zuerst übersehene Axialspiele berücksichtigt und alle Varianten immer wieder von Ganter modifiziert werden.

Schritt für Schritt zur Lösung
Dabei wurde auch der Vorschlag des Dichtungsspezialisten umgesetzt, die Abdichtungswirkung durch scharfkantig geformte Dichtlippen nochmals zu erhöhen. Bei der abschließenden Grenzwertbemusterung wurden die für die gespritzte Serie erforderlichen Toleranzen simuliert, indem die Grenzen jeweils nach oben und unten zunächst überschritten wurden, um einen technisch realisierbaren Mittelwert zu erzielen.

Nach der Bemusterung aus dem Werkzeug konnte Ganter die gefundene Komplettlösung freigeben und einen Prototypen seines Stellfußes GN 20 der EHEDG und 3-A Sanitary zur Prüfung und Zertifizierung vorlegen.

Die anschließende Serienproduktion im Spritzgießverfahren verlief dank der sorgfältigen Grenzwertbemusterungen problemlos und ohne Qualitätsverlust. Zwei Jahre nach Projektbeginn sind alle Normelemente der Produktfamilie Hygienic Design von Ganter zertifiziert und mit dem HD-Symbol gekennzeichnet. Stellfüße, Griffe, Klemmhebel, Muttern und Schrauben des neu entwickelten Sortiments verfügen sämtlich über eine hohe Oberflächengüte, Totraumfreiheit, nichtschöpfende Außenflächen und perfekt gedichtete Anschraubbereiche.

Übrigens: Für beschädigte oder im Zuge präventiver Wartung auszutauschender Dichtungen bietet Ganter das Ersatzteil GN 7600 an.

Den Artikel gibt es als Download über diesen Link

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