PR Freudenberg Intelligente Dichtungen

Presse-Information
Intelligente Dichtungen
Dichten, Fühlen, Handeln
Ausgestattet mit magnetischen Eigenschaften oder elektrischer
Leitfähigkeit, sollen Dichtungen in Zukunft ihren eigenen Verschleiß
überwachen, Kräfte messen und zusätzliche Funktionen ausfüllen.
Freudenberg Sealing Technologies forscht an intelligenten Werkstoffen,
mit denen Dichtungen neben ihrer eigentlichen Aufgabe – der Vermeidung
von Stoffübergängen – auch als Sensoren oder als Aktuatoren eingesetzt
werden können.
Dichtungen bestehen meist aus Elastomeren, gemeinhin Gummi genannt. In
Reinform kann Gummi aber keine Signale weiterverarbeiten. In vielen Fällen
könnte das aber durchaus Sinn machen, da Dichtungen sich in Maschinen
häufig an zentralen Stellen befinden und für deren Funktionsfähigkeit
existentiell sind. Die Materialentwickler von Freudenberg Sealing Technologies
forschen aus diesem Grund an Werkstoffen, mit denen sie Dichtungen als
Sensor oder sogar als Aktuator einsetzen können – beispielsweise mit Hilfe
einer Membran, die bestimmte Aktionen ausführt. Dazu muss man etwas
nachhelfen und die ursprüngliche Aufgabe einer Dichtung nicht aus dem Auge
verlieren.
Eine Lösung besteht darin, einen Sensor oder einen Mikrochip in die Dichtung
einzubringen. Das ermöglicht, eine Dichtung mit Intelligenz auszustatten, stößt
aber auch an Grenzen. Denn das eingebrachte Bauteil ist ein Fremdkörper und
darf die Funktion der Dichtung nicht beeinträchtigen. Die Entwickler von
Freudenberg Sealing Technologies richten daher ihr Augenmerk auf Ansätze,
bei denen die Intelligenz bereits aus dem Material an sich kommt. Zu diesem
Zweck bringen sie beispielsweise spezielle Füllstoffe in das Elastomer ein, mit
deren Hilfe die Dichtung zusätzliche Eigenschaften (wie Magnetismus)
bekommt und so sogar als Permanentmagnet wirken kann. Ein weiterer Ansatz
besteht darin, elektrisch leitfähige Füllstoffe in die Elastomer-Mischung
einzubringen. Wichtig ist in beiden Fällen, dass die Füllstoffe ihre magnetischen
oder elektrischen Eigenschaften mit einer hohen Elastizität, einem guten
Setzverhalten, einer hohen Toleranz gegenüber Temperaturschwankungen
Weinheim, 22.04.2016
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sowie einer guten Medienbeständigkeit verbinden, um die eigentliche
Dichtungsfunktion nicht zu beeinträchtigen.
Die Vorteile der zusätzlichen Funktionen können bei einer vollständigen
Betrachtung der Wertschöpfungskette die Mehrkosten bei der Herstellung
schnell aufwiegen, etwa wenn eine Dichtung ihren eigenen Verschleiß erkennt.
Ein Beispiel für diese als „Condition Monitoring“ bezeichnete
Selbstüberwachung ist eine Stangendichtung, bei deren Herstellung leitfähiges,
elastomeres Grundmaterial mit einer isolierenden Außenschicht kombiniert
wird. Die Außenschicht stellt in der Dichtung die Dichtlippe dar. Verbindet man
die Stange und die Gehäusewand durch einen Stromkreis, kann der Strom zur
Messgröße werden: Während sich die Stangendichtung hin und her bewegt,
wird die Dichtlippe verschlissen. Kommt das leitfähige Grundmaterial zum
Vorschein, schließt sich der Stromkreis zwischen Stange und Gehäuse, was
zum Beispiel von einer LED angezeigt wird. Mit solchen relativ einfachen
Lösungen können Betriebskosten optimiert werden, denn man kann eine
Dichtung so über ihre komplette Lebensdauer nutzen und tauscht sie nicht zu
früh aus. Andererseits vermeidet man Folgekosten durch Leckageschäden, die
bei einem zu späten Ausbau entstehen. Die automatisierte Unterstützung bei
der Wartung ist zudem eine wichtige Anforderung in vernetzten Industrie 4.0Anlagen.
Mit intelligenten Dichtungen sind aber auch Funktionen realisierbar, die über die
reine Selbstüberwachung hinausgehen. So forscht Freudenberg Sealing
Technologies auch an verschiedenen dynamischen Dichtelementen wie
Membranen, die als Bewegungs- oder Kraftsensor dienen, oder intelligente
Nutringdichtungen, die beispielsweise Absolutposition von Kolben und Zylindern
in Baumaschinen anzeigen können. Möglich ist das mit sogenannten dielektrischen Elastomeren. Die Membran ist dabei wie ein Sandwich aufgebaut:
Die beiden Außenschichten bestehen aus einem elektrisch leitfähigen
Elastomer, die Innenschicht hingegen aus einem elektrisch isolierenden
Elastomer, physikalisch stellt dies den Aufbau eines Kondensators da. Wenn
die Membran bewegt wird, dann verändert sich sowohl der Abstand der
Kondensatorplatten als auch die Fläche, was in einer Änderung der Kapazität
resultiert. Dadurch ist es möglich, die auf die Membran einwirkende Kraft zu
messen.
Dieser Effekt lässt sich auch umkehren: Wenn man bei di-elektrischen
Elastomeren aktiv eine Spannung anlegt, dann presst diese das Elastomer
zusammen. Verwendet man nun nicht nur ein „Sandwich“, sondern einen
ganzen Stapel aus vielen Schichten, dann können solche Elastomeraufbauten
auch eine Ventilfunktion übernehmen: Wird der Strom betätigt, dann presst sich
der ganze Stapel zusammen und das Ventil öffnet sich; liegt kein Strom an,
dann „entspannen“ sich die Elastomerschichten wieder, und das Ventil schließt.
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Ein solches Ventil könnte sich stufenlos verstellen lassen; zudem ist der
Energiebedarf gering, weil der Strom nur beim Ausüben der Funktion benötigt
wird. Auch wenn solche Dichtelemente noch weit entfernt von einer
Serienanwendung sind, so zeigen sie doch das Potenzial dieser Technik.
Die Anwendungsbereiche für intelligente Dichtungen sind vielfältig. Ein Vorteil
ist, dass sie in allen denkbaren Medien eingesetzt werden können, weil ihr
Grundwerkstoff auf die entsprechenden Anwendungen abgestimmt wird. Aber
nicht nur modifizierte Grundmaterialien, sondern auch intelligente
Beschichtungssysteme stehen im Fokus der Forscher. So lassen sich
thermochrome Beschichtungen für Temperaturmessungen exakt an den Stellen
einsetzen, an denen eine Dichtung thermisch beansprucht wird, beispielsweise
im Inneren eines Motors. Das ist insbesondere an Stellen, an denen sich keine
klassischen Sensoren anbringen lassen, von Vorteil. Dadurch können
Materialauswahl und Auslegung der Dichtung noch besser an die jeweilige
Anwendung angepasst werden. Die Materialforscher von Freudenberg Sealing
Technologies wollen intelligente Dichtungen jetzt in anwendungsnahen
Kundenprojekten weiterentwickeln.
Bild 1, Stangendichtung, Bildunterschrift:
Eine Dichtung überwacht ihren eigenen Verschleiß: Ist die isolierende Dichtlippe
abgenutzt, schließt sich der Stromkreis und der Wartungsbedarf wird gemeldet.
Bild 2, Di-elektrische Elastomere, Bildunterschrift:
Intelligente, di-elektrische Membran: Liegt an den äußeren Schichten eine
Wechselspannung an, dann lässt sich die Längenänderung einer Membran über die
Kapazität messen.
Über Freudenberg Sealing Technologies
Freudenberg Sealing Technologies ist ein führender Zulieferer, Entwicklungs- und
Servicepartner für Kunden verschiedenster Marktsegmente, beispielsweise der
Automobilindustrie, der zivilen Luftfahrt, dem Maschinen- und Schiffsbau, der
Lebensmittel- und Pharmaindustrie oder der Land- und Baumaschinenindustrie. Im
Geschäftsjahr 2015 erzielte Freudenberg Sealing Technologies einen Umsatz von über
2 Milliarden Euro und beschäftigte rund 15.000 Mitarbeiter.
Das Unternehmen gehört zur weltweit tätigen Freudenberg-Gruppe, die mit den
Geschäftsfeldern Dichtungs- und Schwingungstechnik, Vliesstoffe und Filtration,
Haushaltsprodukte sowie Spezialitäten und Sonstiges im Geschäftsjahr 2015 einen
Umsatz von mehr als 7 Milliarden Euro erwirtschaftete und in rund 60 Ländern etwa
40.000 Mitarbeiter beschäftigte.
Kontakt
Freudenberg Sealing Technologies GmbH & Co. KG
Ulrike Reich, Head of Media Relations
Höhnerweg 2 - 4
D-69465 Weinheim
Telefon: +49 6201 80 5713
E-Mail: [email protected]
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