Dichtungen, Bild: Trelleborg

Bei Elastomeren wird über die Beschichtung vor allem der Reibungskoeffizient verringert, was auch zu einer stärkeren Vereinzelung der Dichtungen führt. Bild: Trelleborg

„Mit unserem Beschichtungsverfahren gelingt es, bei Elastomeren die sonst hohen Reibungskoeffizienten signifikant zu senken und die Gleitfähigkeit von Dichtungen erheblich zu steigern“, sagt Andreas Schmiedel, Technical Manager Healthcare and Medical Europe bei Trelleborg Sealing Solutions. „Dadurch können wir klassische O-Ringe und komplexe Formteile hauchdünn im nanoskaligen Bereich überziehen. Die ursprünglichen Eigenschaften der Elastomere werden dadurch nur unwesentlich verändert und die Dichtungssysteme haben eine höhere Lebensdauer, da sich der Abrieb bei
Dynamik reduziert.“

Das Verfahren eignet sich insbesondere für Dichtungslösungen, die in den Bereichen Healthcare, Medizintechnik, Pharmaindustrie oder Life Sciences zum Einsatz kommen. Denn die Beschichtung ist stabil gegenüber der Sterilisation mit Gammastrahlen, Ethylenoxid oder Heißdampf, die unter anderem bei Mehrfachverwendungen von medizinischen Gerätschaften, Fermenter oder Spritzen unabdingbar ist. Zudem erfüllt Trelleborg mit dem Beschichtungsverfahren die strengen Vorgaben für medizinische, biotechnologische und pharmazeutische Anwendungen, wie sie von Behörden wie der US-amerikanischen FDA (Food and Drug Administration) oder europäischen Standards wie der DIN EN ISO 10993 für die mikrobiologische Beurteilung von Medizinprodukten vorgeschrieben sind.

Die Reibung reduzieren

Bei Elastomeren wird über die Beschichtung vor allem der Reibungskoeffizient verringert, was auch zu einer stärkeren Vereinzelung der Dichtungen führt. In Reinform neigen Elastomere zum Anhaften, entweder aneinander während der automatischen Montage oder an Gegenlaufflächen im dynamischen Einsatz. Letzteres verursacht den bekannten
Stick-Slip-Effekt, der in vielen Anwendungen zu Problemen führt.

Beschichtet lassen sich O-Ringe oder komplexe Formteile aufgrund der besseren Vereinzelung einfacher und sicherer in vorgesehene Nuten verbauen. Dies minimiert Zuführungsprobleme während der automatischen Montage und senkt die Wahrscheinlichkeit von Produktionsausfällen. Nach dem Einbau des O-Rings in die Nut werden die abzudichtenden Teile zusammengebaut. Dabei wird der O-Ring in seinem Querschnitt verpresst und dadurch die Dichtfunktion herbeigeführt. Mittels der reibungsmindernden Beschichtung können die Bauteile leichtgängig und beschädigungsfrei zusammengebaut werden, sodass der gesamte Montageprozess einfach und sicher gestaltet ist.

Die Beschichtung wird über ein neu entwickeltes Dünnschichtverfahren von Trelleborg Sealing Solutions appliziert. Damit erzielt das Unternehmen eine nanoskalige Beschichtung, die nur wenige hundert Nanometer stark und gegenüber bisherigen Verfahren rund zehn bis 50 Mal dünner ist. Die stark ausgeprägte Anhaftung an das Grundsubstrat führt dazu, dass die elastischen Eigenschaften der Polymere besser erhalten bleiben.

Mikrofeine Risse in der Beschichtung, die durch Spannen und Dehnen der Dichtung bei der Montage entstehen können, schließen sich wieder vollständig und beeinflussen die Funktionalität der Beschichtung in keinster Weise. Dadurch lässt sich eine deutlich längere Haltbarkeit für Dichtungssysteme erzielen und somit auch für das medizintechnische Gerät.

  • Kautschuk, Bild: COG

    Grundzutat: Ein Hauptbestandteil der meisten Dichtungen ist Kautschuk. Dazu kommen, je nach Rezept, Weichmacher, Verarbeitungshilfsmittel, Wachse oder andere Alterungsmittel, Vernetzungsmittel wie Schwefel, Dispergatoren (zum Beispiel Stearinsäure) und Ruß. Bild: COG

  • Rußkiste, Bild: ke NEXT

    Ruß sorgt im Gummi für Abriebfestigkeit, deshalb ist er heute in allen Autoreifen enthalten. Früher war das nicht so, weshalb Reifen damals weiß waren. Bild: ke NEXT

  • Innenmischer, Bild: COG

    Beim Kalandern entsteht die Rohmasse für die Dichtungen. Bild: COG

  • Extruder in der Dichtungsherstellung, Bild: ke NEXT

    Referent Thomas Lucht erklärt den Fortbildungsteilnehmern, wie die unvulkanisierte Masse den Extruder durchläuft. Bild: ke NEXT

  • Dichtungsherstellung bei COG, Bild: ke NEXT

    Schneller Schnitt: Die Teilnehmer der Fortbildung beobachten fasziniert, wie die Mitarbeiterin die extrudierten Schnüre routiniert auf die benötigte Länge kürzt. Bild: ke NEXT

  • Pressen und unvulkanisierte Dichtungswerkstoff-Schnüre, Bild: ke NEXT

    Neben den Pressen liegen bereits zugeschnittene, grün gefärbte Schnüre bereit. Viele Anwender verwenden verschiedenfarbige Dichtungen, um sich die Unterscheidung von Werkstoffen zu erleichtern. Bild: ke NEXT

  • Heiße Presse für die Dichtungsherstellung, Bild: ke NEXT

    Um das unvulkanisierte Dichtungsmaterial in die heiße Form einzulegen ohne sich zu verbrennen, ist etwas Geschicklichkeit gefragt. Bei größeren Stückzahlen löst das Spritzgussverfahren die Handarbeit ab. Bild: ke NEXT

  • Kleinere Presse nach dem Vulkanisieren, Bild: ke NEXT

    Eine kleinere Presse nach dem Vulkanisieren: Bevor die Masse in der heißen Form fest wird, wird sie für kurze Zeit etwas flüssiger. Dabei verbinden sich die Enden der Schnur, sodass ein durchgehender Ring entsteht. Die flachen Ringe entstehen aus überschüssigem Material und werden entsorgt. Bild: ke NEXT

  • Labor zur Werkstoffkontrolle, Bild: ke NEXT

    Zur Kontrolle von Mischungen hat das Unternehmen ein eigenes, kleines Labor. Darin steht unter anderem ein Rheometer mit beheizbarer Platte. Bild: ke NEXT

  • Gerät zur thermischen Analyse, Bild: ke NEXT

    Detektivarbeit im Labor: Über die thermische Analyse kann das Unternehmen zumindest ungefähr bestimmen, um was für ein Dichtungsmaterial es sich bei einer Probe handelt. Dies kann bei Haftungsfällen von Vorteil sein, ist aber auch nützlich, um andere Hersteller im Auge zu behalten. Bild: ke NEXT

  • Pressen für die Dichtungsherstellung, Bild: ke NEXT

    Je nach Dichtungsgröße gibt es kleinere und größere Maschinen und natürlich Dichtungsformen. Bild: ke NEXT

  • Dichtungsformen, Bild: ke NEXT

    Eine Vielzahl von Dichtungsformen lagert COG in einem großen Regallager. Bild: ke NEXT

  • Entgraten von Dichtungen, Bild: ke NEXT

    Ein Mitarbeiter entgratet die Dichtungen nach dem Vulkanisieren von Hand. Bild: ke NEXT

  • Lustige Formen, Bild: ke NEXT

    Zum Entgraten der Dichtungen stehen verschiedene Futter zur Verfügung. Bild: ke NEXT

  • Kleines Lager und Versand, Bild: COG

    Für die fertigen Dichtungen hat das Unternehmen zwei Lager. Das kleinere und ältere Lager befindet sich direkt neben dem Versand. Bild: COG

  • Großes Lager, Bild: ke NEXT

    Mit dem größeren Lager, welches das Unternehmen später hinzugefügt hat, kann der Anbieter heute mehr Dichtungsringe vorrätig halten und auf diese Weise schneller liefern. Bild: ke NEXT

Beschichtung eignet sich für viele Elastomere

Dank der guten Substratanhaftung eignet sich die Beschichtung für viele Arten von Elastomeren und thermoplastischen Systemen, darunter auch Silikone wie LSR (Liquid Silicone Rubber), Elastomerwerkstoffe wie EPDM (Ethylene Propylene Diene Monomer Rubber) oder thermoplastisches Polyurethan (TPU). Zudem ist die nanoskalige Beschichtung so dünn, dass sie eine hohe Transparenz besitzt und die ursprüngliche Farbe des Elastomers nicht abgedeckt wird.

Die Farbe von Dichtungen kann bei der Montage eine zentrale Rolle spielen: Elastomere von O-Ringen sind meist schwarz,
werden aber oft eingefärbt, um Unterschiede in Zusammensetzung, Durchmesser oder Stärke der O-Ringe optisch anzuzeigen. Mit der neuartigen Beschichtung bleibt diese Farbkennung auch nach der Beschichtung erhalten. hei