Sensorische Dichtungen, die fühlen und handeln

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Novotechnik Messwertaufnehmer OHG

CADFEM Germany GmbH

Ruderer Klebetechnik GmbH

Freudenberg Sealing Technologies GmbH & Co. KG

Sandwich-Bauweise

Mit intelligenten Dichtungen sind aber auch Funktionen realisierbar, die über die reine Selbstüberwachung hinausgehen. So forscht Freudenberg Sealing Technologies auch an verschiedenen dynamischen Dichtelementen wie Membranen, die als Bewegungs- oder Kraftsensor dienen, oder intelligente Nutringdichtungen, die beispielsweise Absolutposition von Kolben und Zylindern in Baumaschinen anzeigen können. Möglich ist das mit sogenannten di-elektrischen Elastomeren. Die Membran ist dabei wie ein Sandwich aufgebaut:

Die beiden Außenschichten bestehen aus einem elektrisch leitfähigen Elastomer, die Innenschicht hingegen aus einem elektrisch isolierenden Elastomer, physikalisch stellt dies den Aufbau eines Kondensators dar. Wenn die Membran bewegt wird, dann verändert sich sowohl der Abstand der Kondensatorplatten als auch die Fläche, was in einer Änderung der Kapazität resultiert. Dadurch ist es möglich, die auf die Membran einwirkende Kraft zu messen.

Dichtung

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Dieser Effekt lässt sich auch umkehren: Wenn man bei di-elektrischen Elastomeren aktiv eine Spannung anlegt, dann presst diese das Elastomer zusammen. Verwendet man nun nicht nur ein „Sandwich“, sondern einen ganzen Stapel aus vielen Schichten, dann können solche Elastomeraufbauten auch eine Ventilfunktion übernehmen: Wird der Strom betätigt, dann presst sich der ganze Stapel zusammen und das Ventil öffnet sich; liegt kein Strom an, dann „entspannen“ sich die Elastomerschichten wieder und das Ventil schließt. Ein solches Ventil könnte sich stufenlos verstellen lassen; zudem ist der Energiebedarf gering, weil der Strom nur beim Ausüben der Funktion benötigt wird. Auch wenn solche Dichtelemente noch weit entfernt von einer Serienanwendung sind, so zeigen sie doch das Potenzial dieser Technik.

Messen am Ort des Geschehens

Die Anwendungsbereiche für intelligente Dichtungen sind vielfältig. Ein Vorteil ist, dass sie in allen denkbaren Medien eingesetzt werden können, weil ihr Grundwerkstoff auf die entsprechenden Anwendungen abgestimmt wird. Aber nicht nur modifizierte Grundmaterialien, sondern auch intelligente Beschichtungssysteme stehen im Fokus der Forscher:

So lassen sich thermochrome Beschichtungen für Temperaturmessungen exakt an den Stellen einsetzen, an denen eine Dichtung thermisch beansprucht wird, beispielsweise im Inneren eines Motors. Das ist insbesondere an Stellen von Vorteil, an denen sich keine klassischen Sensoren anbringen lassen. Dadurch können Materialauswahl und Auslegung der Dichtung noch besser an die jeweilige Anwendung angepasst werden. Die Materialforscher von Freudenberg Sealing Technologies wollen intelligente Dichtungen jetzt in anwendungsnahen Kundenprojekten weiterentwickeln. (br)

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