Hydraulikdichtung für Hochtemperatur-Anwendungen aus vulkanisierten Fluorwerkstoffen und Peek-Stützring. (Bild: SKF Economos)
Wir haben einen Experten gebeten, für uns mal die Vor- und Nachteile zu beleuchten.
Dachmanschettensatz als Kombination aus anwendungsoptimierten Dichtungswerkstoffen.
Bild: SKF Economos
Wie faszinierend 3D-Druckverfahren sind, zeigte sich unlängst wieder bei einer Fachtagung des VDMA, an der auch SKF Economos als Dichtungshersteller teilnehmen konnte. Besonders reizvoll erscheinen additive Verfahren für die Herstellung von Protoypen, die schnell zur Verfügung stehen und Werkzeugkosten einsparen sollen.
Auch der hohe Materialausnutzungsgrad spricht für den Druck. Ob sich das Drucken oder Drehen im Einzelfall empfiehlt, hängt von den am Ende benötigten Produkteigenschaften ab. Moderne CNC-gesteuerte Drehverfahren, soviel vorab, haben trotz des immensen Potenzials des 3D-Drucks parallel ihre Berechtigung.
All-in-One Auffangtrichter aus H-Ecopur für Lebensmittelanwendungen, reinigungsmittelbeständig. Bild: SKF Economos
Zunächst ist festzustellen, dass sich nicht alle in der industriellen Dichtungstechnik verwendeten Werkstoffe für additive Fertigungen eignen. Gummiwerkstoffe beispielsweise vulkanisieren bei Hitzeeinwirkung aus und stehen, weil sie sich nicht aufschmelzen lassen, für den Druck nicht zur Verfügung.
Gerade die Vulkanisation, die unter Druck und Hitze erfolgt, sorgt jedoch für die ausreichende Homogenität des Werkstoffs, die wiederum eine Voraussetzung für die erforderliche Dichtheit der zu fertigenden Dichtelemente darstellt.
Von der Dichtheit hängt schließlich die Eigenschaft eines Dichtelements ab, die unerwünschte Diffusion der Einsatzmedien zu verhindern. Aber auch additiv gefertigte Dichtungen aus anderen Werkstoffen wie beispielsweise aus TPU schneiden, bedingt durch den Auftragungsprozess, im Vergleich zu gespritzten und gedrehten Ausführungen deutlich schlechter ab.
Fertigungstoleranzen zu groß
Schlechter stellen sich additiv gefertigte Dichtelemente auch dar, wenn es um die Präzision des Fertigungsvorgangs als solchen geht, sprich um erreichbare Toleranzen. Zwar verfügt hochentwickelte 3D-Technik über ein breites Arsenal von Techniken, und mittels unterschiedlicher Düsendurchmesser sind extrem feine Auftragsraupen oder Tropfen möglich. Bei der Herstellung gestochen scharfer Dichtkanten jedoch zeigt sich, dass die Fertigungstoleranzen im Vergleich zu dreh- und spritztechnischen Fertigungsverfahren oft zu groß ausfallen.
Das Auftragssystem (Düse), die Mechanik des Werkzeugtisches und teilweise erforderliche Temperprozesse addieren sich zu weitaus größeren Toleranzen als die von der Spritztechnik bekannten. Noch größer ist der Abstand, und damit der Qualitätsunterschied, wenn man 3D-Verfahren mit moderner Drehtechnik vergleicht, da letztere noch präzisere Ausführungen ermöglicht.
Wieviel Toleranz man sich bei Dichtelementen erlauben sollte, hängt vom gewünschten Einsatzzweck ab. Besonders anspruchsvolle Lösungen, wie beispielsweise Rotationsverteiler in Werkzeugmaschinen, müssen spanend oder in Spritzgusstechnik hergestellt werden.
„Wie viel Toleranz man sich bei Dichtelementen erlauben sollte, hängt vom gewünschten Einsatzzweck ab.“
Thomas Deigner,
SKF Economos Deutschland. Bild: Astrid Keller
Hier sind mehrere Dichtungen in Reihe verbaut, die unterschiedlichste Anforderungen sowohl an die Druck- und Medienbeständigkeit als auch an das Reibungsverhalten, die Dichtheit und somit die Dichtkantenausführung erfüllen müssen. Oft bedingen kleine Einbauräume und geringe Vorspannungen höchste Anforderungen an Werkstoff und Fertigungsverfahren. Bedingt durch den kleinsten Düsendurchmesser und Raupenauftrag im 3D-Druck können nicht alle Produktmaße hergestellt werden.
Ähnliches gilt für Dichtungen in Hochdruckpumpen, die bei einer Druckfestigkeit bis zu 6000 bar eine hohe Verschleißfestigkeit bieten sollten, um Wartungsintervalle möglichst gering zu halten.
Spanende Fertigung mit Seal-Jet-Technik
Wo die besonderen Dichtungseigenschaften von Gummiwerkstoffen, präzise Geometrien, besonders glatte und homogene Dichtflächen und scharfe Dichtkanten erforderlich sind, empfiehlt sich die spanende Fertigung als „konventionelle“ Alternative zum 3D-Druck. Die CNC-gestützte SKF Seal-Jet-Technik erlaubt eine flexible Herstellung von Prototypen, Vor- oder Kleinserien und Produktausläufen aus nahezu allen bekannten Dichtungswerkstoffen.
Dabei sind frei programmierbare Geometrien wie Faltenbälge oder Nutringe, beziehungsweise beliebige Dichtungen und Formteile schnell und – wie bei additiven Verfahren – ohne Formkosten realisierbar. Zusätzlich stehen nahezu alle am Markt üblichen Dichtungsprofile in parametrisierter Form auf dem maschineneigenen CAD-Programm zur Verfügung. Für Mengenanwendungen können Serienteile mit nahezu identischen Eigenschaften gespritzt werden.
Fazit: Spanende Fertigungstechnologien wie das SKF Seal-Jet-Verfahren sind damit mehr als nur eine Alternative zum 3D-Druck, wenn es darum geht, kostengünstig, schnell und innovativ Dichtungen und Elastomerteile zu fertigen. Anders als bei den bislang entwickelten additiven Verfahren ist hier eine Verarbeitung nahezu aller in der Dichtungstechnik eingesetzten Werkstoffe möglich. Für viele Anwendungen und Produktanforderungen erweist sich deshalb die Drehtechnik als immer noch am besten geeignete Fertigungstechnologie. fa
Autor: Thomas Deigner, SKF Economos
Spanende Fertigungsverfahren, wie die SKF Seal-Jet-Technologie, liefern gestochen scharfe Dichtkanten und eignen sich für nahezu alle dichtungstechnischen Werkstoffe. Bild: SKF Economos
Technik im Detail
Konventionell versus 3D-Druck
Drucken oder Drehen: Jedes der beiden Verfahren hat seine Berechtigung und definiert seine Eignung durch die zu verwendenden Rohstoffe, sowie durch die für den Erfolg der Anwendung nötigen Oberflächen und Toleranzen.
Es ist davon auszugehen, dass sich additive Verfahren auch auf dem Gebiet der Dichtungstechnik etablieren werden, sobald für die beschriebenen Beschränkungen Lösungen gefunden sind.
