Geschäumte Dichtungen

Ist und bleibt dicht

Dichtungen bleiben auch bei Beschädigung funktionsfähig. Dichtungen verlängern die Lebensdauer des eigentlichen Produkts erheblich oder machen deren Einsatz erst möglich. So kommt im Automobil kaum eine Baugruppe ohne Dichtung aus. Es gilt, auch bei komplexen Konturen unter problematischen Umgebungsbedingungen sichere Abdichtungen zu erreichen – bei wirtschaftlicher Produktionstechnologie.

Türschlösser müssen gegen Feuchtigkeit, Staub und Schmutz abgedichtet werden. Das übernimmt in der Großserie ein 1K-PUR-Schaum. (Bild: Ceracon)

So unterschiedlich die jeweiligen Teile und Einsatzgebiete der eigentlichen Produkte sind, so unterschiedlich sind auch die Anforderungen an die Dichtungen. In der industriellen Serienfertigung sind komplexe dreidimensionale Geometrien der Bauteile bei mittleren bis sehr hohen Stückzahlen und kurzen Zykluszeiten an der Tagesordnung. Das Dichtungskonzept von Ceracon, bestehend aus dem Material Cerapur F15 in Verbindung mit dem Aufschäumequipment Ceraflow, bietet laut Unternehmen im FIPFG-Verfahren (Formed-In Place Foam Gasket) eine automatisierte, verlässliche, benutzerfreundliche und flexible Form der industriellen Serienfertigung. Der Werkstoff ist eine einkomponentige Polyurethan-Formulierung, die mit Luft unter Druck eine homogene Schaummasse bildet und bei Wärmeeinwirkung zu einem feinporigen, überwiegend geschlossenzelligen Elastomerschaum aushärtet.

Im FIPFG-Verfahren wird dieses (zäh)flüssige Material als Schaumraupe direkt auf das Bauteil appliziert. Die Vorteile in der Verarbeitung des einkomponentigen, wärmeaushärtenden und physikalisch geschäumten Dichtungskonzepts bestehe im Vergleich zu konventionellen Dichtungen wie 2K-PUR unter anderem in der hohen Präzision beim Auftrag der Raupe, selbst bei kleinen Dimensionen ohne Nut (<1,5 Millimeter) und der hohen Prozesssicherheit und Verfügbarkeit des Equipments bei hoher Flexibilität durch Variation der Parameter. Zudem wird eine überwiegend geschlossenzellige Schaumstruktur bei sehr geringem Materialverlust durch sonst übliche Spülvorgänge des Dosiersystems erreicht.

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Die geschäumte und noch flüssige Dichtungsmasse ist auf dem Bauteil formstabil und härtet in wenigen Minuten bei etwa 60 °C aus. Die Aushärtung in der Serienfertigung geschieht in Abhängigkeit der Wärmekapazität des Bauteils in der Regel bei einer Ofentemperatur von 80 °C in rund 5 Minuten. Die PUR-Dichtung ist nach der Wärmebehandlung in einem Thermosystem ausgehärtet und kann nach dem Abkühlen verbaut werden. Auf Grund der hohen Verlässlichkeit des Gesamtsystems biete diese wärmeaushärtende 1K-Technik Qualitätsvorteile bei der Fertigung von Bauteilen mit hohen Stückzahlen. Die Flexibilität wiederum biete Vorteile in der Applikation auf unterschiedlichen Bauteilen mit komplett unterschiedlichen Geometrien durch wenige Anpassungen der Equipmentparameter. So kann vom Vollmaterial bis zum Aufschäumfaktor von etwa 4,0 gearbeitet werden. So lässt sich zum Beispiel die gewünschte Härte in einem Bereich von Shore 00 zwischen 88 und 40 ±5 über den Luftanteil einstellen (gemessen an einer ebenen Fläche). In der Regel sind allerdings die Verbau-/Verpressungskräfte in der späteren Anwendung deutlich wichtiger, und diese sind vor allem von den Dimensionen der halbrunden Dichtungsraupe, der prozentualen Verpressung und der Geometrie des Bauteils abhängig.

Die Unterschiede einer überwiegend geschlossenzelligen Struktur im Vergleich zu einer überwiegend offenen ist auf den ersten Blick zu erkennen. (Bild: Ceracon)

Die hohe Dichtwirkung von Cerapur F15 gegenüber Wasser ist auf die überwiegend geschlossenzellige, hydrophobe Schaumstruktur zurückzuführen. So liege die Wasseraufnahme einer Schaumraupe bei Wasserlagerung für 24 Stunden bei Raumtemperatur unter 4 Prozent, und die für die Dichtung deutlich anspruchsvollere – und für den Außenbereich relevante – Lagerung in Eiswasser sei mit der Aufnahme von <7 Prozent immer noch sehr gut für eine geschäumte Dichtung. Die Dichtwirkung werde in der Regel nicht beeinträchtigt, wenn die Oberfläche der Dichtraupe verletzt wird. So zeige sich beispielsweise an losen, zur Hälfte durchgeschnittenen Schaumraupen nach 24 Stunden Wasserlagerung eine Gewichtszunahme < 10 Prozent. Nach weiteren 24 Stunden an Luft und Raumtemperatur liege die Gewichtszunahme <0,3 Prozent.

Als weitere Qualitätsmerkmale der Dichtung können Robustheit und Strapazierfähigkeit in der Anwendung sein. Je nach Luftanteil kann die Zugfestigkeit zwischen etwa 2167 und 368 kPa bei einer Bruchdehnung im Bereich von rund 300 Prozent eingestellt werden.

Neben den finalen Materialeigenschaften in der Anwendung und für die Prozesssicherheit in der Serienfertigung ist bei reaktiven Substanzen der Arbeitsschutz ein Thema, unter anderem hinsichtlich des Anteils an freien Diisocyanaten. Derzeit diskutiert die Europäische Chemikalienagentur Echa über eine Obergrenze von 0,1 Gewichtsprozent an freien Monomeren in reaktiven Formulierungen. Bei Cerapur F15 liegt der freie Monomeranteil laut Unternehmen unter dieser Grenze.

Fakuma 2017, Halle A1, Stand 1422

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