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Neue Dichtungsfunktionen Sensorische Dichtungen, die fühlen und handeln

Redakteur: M.A. Bernhard Richter

Mit magnetischen Eigenschaften oder elektrischer Leitfähigkeit sollen Dichtungen ihren Verschleiß überwachen, Kräfte messen und zusätzliche Funktionen ausfüllen.

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Novotechnik Messwertaufnehmer OHG
CADFEM Germany GmbH
Ruderer Klebetechnik GmbH
Freudenberg Sealing Technologies GmbH & Co. KG
Intelligente, di-elektrische Membran: Liegt an den äußeren Schichten eine Wechselspannung an, dann lässt sich die Längenänderung einer Membran über die Kapazität messen.
Intelligente, di-elektrische Membran: Liegt an den äußeren Schichten eine Wechselspannung an, dann lässt sich die Längenänderung einer Membran über die Kapazität messen.
(Bild: Freudenberg)

Dichtungen bestehen meist aus Elastomeren, gemeinhin Gummi genannt. In Reinform kann Gummi aber keine Signale weiterverarbeiten. In vielen Fällen könnte das aber durchaus Sinn machen, da Dichtungen sich in Maschinen häufig an zentralen Stellen befinden und für deren Funktionsfähigkeit existentiell sind. Die Materialentwickler von Freudenberg Sealing Technologies forschen aus diesem Grund an Werkstoffen, mit denen sie Dichtungen als Sensor oder sogar als Aktuator einsetzen können – beispielsweise mit Hilfe einer Membran, die bestimmte Aktionen ausführt. Dazu muss man etwas nachhelfen und die ursprüngliche Aufgabe einer Dichtung nicht aus dem Auge verlieren.

Eine Lösung besteht darin, einen Sensor oder einen Mikrochip in die Dichtung einzubringen. Das ermöglicht, eine Dichtung mit Intelligenz auszustatten, stößt aber auch an Grenzen. Denn das eingebrachte Bauteil ist ein Fremdkörper und darf die Funktion der Dichtung nicht beeinträchtigen. Die Entwickler von Freudenberg Sealing Technologies richten daher ihr Augenmerk auf Ansätze, bei denen die Intelligenz bereits aus dem Material an sich kommt.

Zu diesem Zweck bringen sie beispielsweise spezielle Füllstoffe in das Elastomer ein, mit deren Hilfe die Dichtung zusätzliche Eigenschaften (wie Magnetismus) bekommt und so sogar als Permanentmagnet wirken kann. Ein weiterer Ansatz besteht darin, elektrisch leitfähige Füllstoffe in die Elastomer-Mischung einzubringen. Wichtig ist in beiden Fällen, dass die Füllstoffe ihre magnetischen oder elektrischen Eigenschaften mit einer hohen Elastizität, einem guten Setzverhalten, einer hohen Toleranz gegenüber Temperaturschwankungen sowie einer guten Medienbeständigkeit verbinden, um die eigentliche Dichtungsfunktion nicht zu beeinträchtigen.

Die Vorteile der zusätzlichen Funktionen können bei einer vollständigen Betrachtung der Wertschöpfungskette die Mehrkosten bei der Herstellung schnell aufwiegen, etwa wenn eine Dichtung ihren eigenen Verschleiß erkennt. Ein Beispiel für diese als „Condition Monitoring“ bezeichnete Selbstüberwachung ist eine Stangendichtung, bei deren Herstellung leitfähiges, elastomeres Grundmaterial mit einer isolierenden Außenschicht kombiniert wird. Die Außenschicht stellt in der Dichtung die Dichtlippe dar.

Verbindet man die Stange und die Gehäusewand durch einen Stromkreis, kann der Strom zur Messgröße werden: Während sich die Stangendichtung hin und her bewegt, wird die Dichtlippe verschlissen. Kommt das leitfähige Grundmaterial zum Vorschein, schließt sich der Stromkreis zwischen Stange und Gehäuse, was zum Beispiel von einer LED angezeigt wird. Mit solchen relativ einfachen Lösungen können Betriebskosten optimiert werden, denn man kann eine Dichtung so über ihre komplette Lebensdauer nutzen und tauscht sie nicht zu früh aus. Andererseits vermeidet man Folgekosten durch Leckageschäden, die bei einem zu späten Ausbau entstehen. Die automatisierte Unterstützung bei der Wartung ist zudem eine wichtige Anforderung in vernetzten Industrie-4.0-Anlagen.

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