Hand mit blaubem Granulat, Bild: © digitalstock - Fotolia.com

Um pneumatische Verbindungen optimal abzudichten, kommt es bei Dichtungen auf den richtigen Materialmix an. Bild: © digitalstock - Fotolia.com

"Eine hohe Standzeit, gute Abriebfestigkeit und ein breiter Temperaturbereich sind für Dichtungen bei pneumatischen Anwendungen in der Regel wichtig“, erklärt Thomas Lucht, Anwendungstechniker bei C. Otto Gehrckens (COG). Das Unternehmen ist einer der Hauptanbieter in der Pneumatik-Branche, wenn es um O-Ringe, Stützringe und kundenspezifische Formteile aus unterschiedlichen Elastomer-, TPU- und PTFE-Werkstoffen geht.

Der O-Ring ist die verbreiteteste Dichtung, weil sie einfach zu montieren ist und ohne Vorkenntnisse eingebaut werden kann. Dabei handelt es sich um einen geschlossenen Ring mit kreisrundem Querschnitt, der vorwiegend aus gummielastischen Werkstoffen hergestellt wird. O-Ringe werden aus unterschiedlichen Kautschuken in beheizten Spritz- oder Pressformen stoß- und nahtlos durch Vulkanisieren hergestellt.

In der Pneumatikindustrie haben sich hier vor allem der NBR-Kautschuk (Nitrile Butadiene Rubber) und der HNBR (Hydrierter Nitrilbutadien Rubber) etabliert. NBR ist beständig gegenüber Mineralölen, Fetten und Kraftstoffen, hat aber Schwächen bei Wasserdampf. HNBR ist hoch beständig gegenüber additivhaltigen Mineralölen, Ölen und Fetten. Die Dichtung aus HNBR lässt auch nur wenig Gas oder Dampf durch.

Auf der Suche nach neuen Werkstoffen

Thomas Lucht, Bild: COG
Thomas Lucht, Anwendungstechniker bei C. Otto Gehrckens (COG). Bild: COG

Trotz der bereits guten Eigenschaften dieser Werkstoffe setzen viele Unternehmen auf spezielle Formdichtungen und individuelle Mischungen. Das hat auch Uwe Grossberger, Sales Engineer bei Trelleborg, erkannt: „Standards werden nun für Spezialanwendungen adaptiert.“ Vor allem die Forderungen nach einer langen Lebensdauer der Dichtungen lassen die Unternehmen im Bereich Werkstoffe weiter forschen. So kommen als relativ neue Werkstoffgruppe Thermoplastische Polyurethane (TPU) zum Einsatz. Ein Werkstoff mit gefragten Vorteilen. „Hinsichtlich ihrer Verschleiß- und Druckfestigkeit sind diese Polymerwerkstoffe den herkömmlichen Elastomer-Compounds weit überlegen“, sagt COG-Experte Lucht.

O-Ringe aus thermoplastischen Polyurethanen weisen hohe mechanische Werte auf wie Verschleiß- und Abriebfestigkeit, eine gute Rückprall-Elastizität sowie hohe Gasdichtigkeit auf. Die Beständigkeit gegenüber vielen gebräuchlichen Ölen, besonders gegenüber Ölen mit höherem Aromatengehalt, ist gut. Bedingt durch eine Temperaturbeständigkeit von -50 °C bis zu +110 °C sowie einer ausgezeichneten Beständigkeit gegenüber Sauerstoff und Ozon haben TPU-Dichtungen eine hohe Lebenserwartung.

Spezielle Gummimischungen

Die speziellen Gummimischungen sollen die Anforderungen der Kunden exakt abdecken. Dabei müssen sich die Experten zusammen mit dem Kunden über Einsatztemperaturen, die immer höher werden, chemische Beständigkeit und mechanische Eigenschaften Gedanken machen. In welchem Temperaturbereich soll die Dichtung eingesetzt werden? Gegen welche Medien muss die Dichtung abdichten und beständig sein? Und wie wird die Dichtung eingesetzt? „Wir arbeiten mit dem Anwender beziehungsweise Hersteller zusammen, um eine optimale Dichtungsgeometrie, bessere Schmierfilm-erhaltende Eigenschaften, höhere Verschleißfestigkeit und größere Einsatztemperaturbereiche zu erreichen“, erklärt Lucht.

Uwe Grossberger, Bild: Trelleborg
Uwe Grossberger, Sales Engineer bei Trelleborg. Bild: Trelleborg

Bei Trelleborg setzt man hier auf die hauseigenen Werkstoffe Zurcon Polyurethan, Turcon PTFE Compounds und eine große Bandbreite an Elastomer Compounds. Der Zurcon Dualseal wird von Trelleborg als Alternative zu O-Ring/Stützring-Lösungen angeboten. Die Vorteile der Dichtung liegen in der Verdrillsicherheit und Unempfindlichkeit gegen Druckpulsationen und Schmutzeinwirkungen. Der Werkstoff ermöglicht eine etwa doppelte Extrusionsfestigkeit als das Turcon-Material. Dieses hat gute Reibungseigenschaften und ist selbstschmierend. Vor allem für rotierende Anwendungen ist das Material Turcon gut geeignet. Es hat keinen Stick-Slip Effekt, gute Reibungseigenschaften und eine hohe Verschleißbeständigkeit.

Daneben arbeitet Trelleborg an immer neuen Materialien für seine Dichtungen: „Das Werkstoffportfolio wird kontinuierlich weiterentwickelt und verbessert“, betont Grossberger. Denn die Anforderungen an die Komponenten steigen: Sie müssen immer extremeren Temperaturen standhalten, immer einfacher zu montieren sein und die speziellen Ansprüche in den verschiedensten Branchen wie Life Sciences oder Food & Beverage erfüllen. Vor allem dort müssen Dichtungen unter anderem vor allem den permanenten Reinigungsaktionen der Maschinen standhalten.

Intelligente Dichtungen

O-Ringe, Bild: © patesix - Fotolia.de
Der Einsatz von Sensorik in Pneumatik-Dichtungen ist schwierig. Bild: © patesix - Fotolia.de

Erste Anzeichen von Industrie 4.0 findet man im Bereich der Pneumatik-Dichtungen nur spärlich. Trelleborg bietet hier einen ersten Magnet-Komplettkolben an. Dieser Pneumatik-Komplettkolben hat eine doppeltwirkende Dichtungsanordnung, ein dynamisches Dichtverhalten, Führungseigenschaften, einen integrierten Magnetring und eine mechanische Endlagendämpfung. Ein O-Ring aus NBR-Kautschuk dient als statische Dichtung und dichtet die Stange, während der integrierte Magnet zur Positionsabfrage dient. Weitere Kollaborationen von Sensorik und Dichtungen werden im Moment im Haus erforscht.

Die „Entwicklung von Industrie 4.0 konformen Sensoren im Alleingang voranzutreiben“ findet Thomas Lucht von COG noch zu früh. Vor allem, da es noch keine konkreten allgemein gültigen Regeln gäbe. Insellösungen etwa für den Anlagenbau oder auch die Pneumatikindustrie seien an dieser Stelle für Industrie 4.0 eher kontraproduktiv. „Eine wichtige Voraussetzung für das Projekt Industrie 4.0 ist eine international einheitliche Basis der IT-Technologien und Normen. Diese Richtlinien müssen festgelegt werden, um dann eine bereichsübergreifende Integration zwischen den jeweiligen Produktionstechnologien und der IT voranzutreiben. Diese Voraussetzungen sind momentan leider noch nicht gegeben oder befinden sich noch in einer sehr frühen Entwicklungsphase beziehungsweise Diskussion“, erklärt Lucht.

Sensorik und Dichtung

Seiner Meinung nach seien Sensorik und Dichtung nur schwer miteinander zu vereinbaren. „Gerade der Verschleiß oder auch die gummielastischen Eigenschaften der Dichtungen, die sich im Laufe des Einsatzes stetig verändern, lassen sich sensorisch, wenn überhaupt, nur schwer erfassen.“

Sinnvoller wäre es, bei Verschleißteilen wie O-Ringen und anderen Pneumatikdichtungen im Zuge einer Revision diese genau zu begutachten und entsprechend zu ersetzen.

Normen für O-Ringe

Internationale Norm ISO 3601

Die ISO 3601 definiert die geometrischen Anforderungen, Abmessungen und Toleranzen an Präzisions-O-Ringen. Teil 1 legt die Innendurchmesser, die Schnurstärken, die jeweiligen Toleranzen und einen Bezeichnungs-Code für O-Ringe, die in fluidtechnischen Anlagen der allgemeinen Industrie und der Luftfahrt Verwendung finden, fest. Teil 2 legt die Einbauräume (Nuten) für O-Ringe der Klassen A und B fest. Darüber hinaus gibt dieser Teil auch Empfehlungen für die Oberflächenbeschaffenheit der metallischen Flächen des Einbauraums beziehungsweise der Dichtflächen.
Teil 3 befasst sich mit den zulässigen Form- und Oberflächenabweichungen und definiert sie entsprechend. Teil 4 befasst sich mit Stützringen, wobei insgesamt fünf Arten festgelegt wurden: spiralförmige Stützringe, schräg geschlitzte Stützringe, ungeschlitzte Stützringe, schräg geschlitzte Stützringe, ungeschlitzte und konkave Stützringe. Teil 5 befasst sich mit elastomeren Werkstoffen, die für O-Ringe verwendet werden können.