Dichtungen auf PTFE-Basis

Leitfähige Werkstoffe für die zuverlässige elektrische Verbindung

Zwei neue elektrisch leitfähigen Werkstoffe auf PTFE-Basis (Polytetrafluoroethylen) werden für den Einsatz in feder- und elastomervorgespannten Dichtungen angeboten. Da sie für die Verwendung in dynamischen Anwendungen vorgesehen sind, bieten Dichtungen und Lager aus diesen Werkstoffen eine zuverlässige elektrische Verbindung zwischen beweglichen Teilen.

Neue elektrisch leitfähige Dichtungsmaterialien auf PTFE-Basis eignen sich für dynamische Anwendungen. © Trelleborg

Leitfähige Elastomere sind zwar verfügbar, jedoch hauptsächlich für statische Anwendungen. Die derzeit erhältlichen leitfähigen Kunststoffe, die im Spritzgießverfahren eingesetzt werden können, bieten typischerweise geringe Flexibilität und eignen sich weniger für die Abdichtung und für den Einbau in geschlossenen Nuten. Mit den beiden Werkstofftypen Turcon MC1 und MC2 will Trelleborg die Anforderungen von Anwendern erfüllen, die leitfähig und zuverlässig als Dichtungen und Lager in dynamischen Anwendungen zum Einsatz kommen können. Dank dieser Werkstoffe sollen Entwickler verbesserte Dichtungsgeometrien auf PTFE-Basis einsetzen und deren Vorteile in Anwendungen nutzen, die elektrische Leitfähigkeit erfordern, beispielsweise in Hydrauliksystemen oder Elektromotoren.

Reines PTFE ist ein guter Isolator mit etwa 2 x 10+17 Ohm-cm. PTFE-Werkstoffmischungen können dann Strom leiten, wenn leitfähige Füllstoffe hinzugefügt werden. Diese müssen sich zudem innerhalb der PTFE-Matrix verbinden. Bisher waren nur PTFE-basierte Werkstoffmischungen mit einer Kohlenstofffüllung über einem bestimmten „Schwellwert“ leitfähig. Die elektrische Leitfähigkeit wurde bei diesen kohlenstoffgefüllten Werkstoffen auf PTFE-Basis nur zufällig erreicht. Der elektrische Widerstand galt nicht als primäre technische Anforderung. Hier unterscheiden sich MC1 und MC2: Sie wurden speziell für die elektrische Leitfähigkeit in dynamischen Dichtungsanwendungen entwickelt und ihre Dichtleistung für diese Einsatzbereiche verbessert.

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Elektrisch leitfähige Dichtungsmaterialien kommen in vielfältigen wichtigen Anwendungen zum Einsatz:

  • Ein Worst-Case-Szenario bei Flugzeugen ist der Blitzschlag. Die statische Aufladung, die beim Flug erzeugt wird, ist jedoch weniger kritisch. Elektrisch leitfähige Dichtungen in Fahrwerken sorgen beispielsweise dafür, dass Elektrizität oder statische Aufladung sicher abgeleitet wird.
  • Bei Übertragung einer elektrischen Ladung über den Spalt zwischen zwei Komponenten kann es zu Funkenbildung oder Streustrom in Maschinen und Systemen kommen. Dies kann zu Lochfraß an Geräteteilen und zur Verkohlung von Schmiermitteln führen. Kommen elektrisch leitfähige Dichtungen oder Lager zum Einsatz, wird das System geerdet, indem ein direkter Pfad zwischen zwei Komponenten geschaffen und dadurch Korrosion vermieden wird.
  • Signale werden gelegentlich direkt an einen oder von einem Sensor im System gesendet. Diese Signalübertragung wird durch Einsatz elektrisch leitfähiger Dichtungen oder Lager ermöglicht, da durch sie ein direkter Pfad für das Signal geschaffen wird. Systemhersteller können so komplexere Systeme entwickeln, bei denen künstliche Intelligenz genutzt wird – ohne zusätzliche elektrische Schaltungen.
Vergleich einer Ableitung elektrischen Potenzials per leitfähigen Dichtung (rechts) zur Vermeidung von Spannungsüberschlägen. © Trelleborg

Um die elektrische Leitfähigkeit der Werkstoffe nachzuweisen, hat Trelleborg sie umfangreich getestet, unter anderem in einem Prüfstand, der reale Bedingungen simuliert. Die Ergebnisse zeigten einen potenzialfreien Kontaktwiderstand, der auch bei geringem Anpressdruck zu vernachlässigen war (hohe Leitfähigkeit). Auch beim Einsatz mit Öl war laut Unternehmen der Widerstand gering und die Leitfähigkeit hoch. Turcon MC1 ist ein mittel gefüllter Werkstoff für dynamische Anwendungen, die eine mittlere bis hohe Leitfähigkeit erfordern. Turcon MC2 ist hoch gefüllt für dynamische Anwendungen mit hoher Leitfähigkeit.

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