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Kraftvoll und geschmeidig
Was treibt die Materialexperten und Produktentwickler eines Unternehmens an? Bei Freudenberg Sealing Technologies ist es die Herausforderung, mit innovativen Dichtungen Fluide zu bändigen, die mit ihrer Kraft einen Zylinder in Bewegung versetzen. In den Labors in Schwalmstadt dreht sich deshalb alles um Hydraulik und Pneumatik.
Ringdichtungen, die jedem Zylinderdruck standhalten
In der Hydraulik und Pneumatik sind es vor allen Dingen Fluide, die mit ihrer Kraft etwa einen Zylinder in Bewegung setzen. Fluide nennt man jede denkbare Hydraulikflüssigkeit wie beispielsweise Wasser oder auch Luft und andere Gase, wie sie für pneumatische Anwendungen eingesetzt werden. Ringdichtungen übernehmen dabei eine wichtige Rolle für die Leistungsfähigkeit hydraulischer und pneumatischer Zylinder. Damit Dichtungen auf den Oberflächen der Kolbenstangen einwandfrei funktionieren, kommt es insbesondere auf die Positionierung, das Design und die Materialeigenschaften an. Die Ingenieure und Entwickler im Schwalmstädter Werk von Freudenberg Sealing Technologies müssen dafür immer wieder gegensätzliche Anforderungen wie Dichtigkeit, eine lange Lebensdauer und eine geringe Reibung miteinander in Einklang bringen.
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Dichtsysteme von Freudenberg schützen Kolben und Zylinder gegen Schmutz und Verschleiß
In Schwalmstadt bestehen Dichtsysteme deshalb aus vielen einzelnen Elementen, die Ingenieure bei der Entwicklung exakt aufeinander abstimmen. Je nach Anforderung leisten sie einen anderen Beitrag: Die Kolbendichtung etwa kann hydraulische Kräfte bis zu 700 bar übertragen, statische Dichtungen im Zylinderdeckel und Stangendichtungen sollen Leckagen verhindern. Für eine optimale Position der Kolbenstange im Zylinder sorgen Führungselemente aus Hartgewebe, gegen Schmutz von außerhalb wirken die sogenannten Abstreifer. Letztere sind insbesondere für Hydraulikaggregate wichtig, die vor allem in Müllfahrzeugen, Baggern und Radladern eingesetzt werden und stärker verschmutzen. Pneumatische Anwendungen finden sich häufig in Automatisierungs-Einheiten oder in Türschließmechanismen von Bussen und Bahnen. „Grundsätzlich kann man sagen, dass Hydraulikaggregate immer dort verwendet werden, wo viel Kraft benötigt wird. Pneumatik hingegen spielt immer dann eine Rolle, wenn es darum geht, viele einzelne Bewegungen in sehr hoher Geschwindigkeit bei vergleichsweise mäßigen Kräften auszuführen“, erklärt Gonzalo Barillas, Leiter der Vorausentwicklung im Werk Schwalmstadt.
Mit den Prüfständen erfassen und bewerten wir die Funktionssicherheit und das Funktionsverhalten einzelner Fluiddichtungen und ganzer Dichtsysteme.
Gonzalo Barillas, Leiter der Vorausentwicklung im Lead Center Fluid Power
Projektteams entwickeln laufend neue und geeignete Werkstoffe
Fluid Power-Produkte von Freudenberg Sealing Technologies lassen sich vielseitig einsetzen. Die Ingenieure in Forschung und Entwicklung arbeiten daher permanent daran, die hydraulischen und pneumatischen Dichtungssysteme zu verbessern und neue Dichtungslösungen zu erforschen. „Am Anfang einer Neuentwicklung stehen entweder konkrete Kundenwünsche, etwa wegen höherer Temperaturanforderungen an das Material, oder neue Rahmenbedingungen bei den Rohstoffen, zum Beispiel wegen anderer Verfügbarkeiten oder gesetzlicher Vorgaben“, berichtet Dr. Jürgen Hieber, Leiter der Werkstoffentwicklung in Schwalmstadt.
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In einem Lastenheft werden für die Materialien wichtige Eigenschaften definiert, darunter die Beständigkeit gegenüber Drücken, Temperaturen und Medien sowie Zugfestigkeit, Weiterreißfestigkeit und Reibungswerte. „Auf dieser Basis überlegen wir dann, welche Rohstoffkombinationen für diese Anforderungen prinzipiell denkbar sind“, sagt Hieber. Häufig fällt die Wahl auf den Kunststoff Polyurethan, den Freudenberg Sealing Technologies in Schwalmstadt weltweit für seine Produkte herstellt. Er eignet sich unter anderem wegen seiner hohen Weiterreißfestigkeit besonders gut für Druckanwendungen. Es kommen aber auch Elastomere und andere Werkstoffe für die Dichtungen zum Einsatz.
Schwalmstadt setzt bei Polyurethanen auf die eigene Herstellung
Den Rohstoff für die Herstellung von Polyurethan bilden verschiedene Monomere, die miteinander vermischt und durch Temperatur und andere Katalysatoren zu Polymeren synthetisiert werden. Die ausgehärteten Platten werden im Material-Labor zu einem Granulat verarbeitet und dann mittels Spritzgussmaschinen in Stab- oder Scheibenform gebracht, um neue Mischungen zu testen. Die Materialexperten von Freudenberg Sealing Technologies prüfen dann beispielsweise, ob der neue Werkstoff gegenüber Ölen und Medien beständig ist, wie es sich bei tiefen Temperaturen verhält und wann es weich wird oder schmilzt. Erst wenn es alle Bestimmungen des Lastenhefts erfüllt, erhalten die Produktentwickler eine oder mehrere Varianten von ihren Kollegen aus dem Material-Labor, um damit Prototypen herzustellen.
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