1k-Polyurethan- oder Silikonmaterialien meschanisch ... - Ceracon

1K-Polyurethan- oder
Silikonmaterialien
mechanisch geschäumt
Neu auf dem Markt ist eine
FIPG-Systemtechnik, die auf 1K-
Polyurethan- oder Silikonschaum
basiert. Das einkomponentige
Material sowie die entsprechende
Auftragstechnik
sind patentiert und bieten dem
Anwender wichtige Vorteile.
Andreas S. Kreissl, Stephan Hoof
Das neue so genannte Penguin
Foam System mit der Foamply-
Auftragstechnik fertigt geschäumte
Dichtungen (Bild 1) aus einkomponentigen
Elastomeren direkt am abzudichtenden
Bauteil (FIPG-Dichtungstechnik = form-inplace
gaskets). Auch komplexe Dichtungsgeometrien
sind einfach zu realisieren, wobei
das Aufschäumen durch das Belüften
des flüssigen Kunststoffes nach einem patentierten
Verfahren erfolgt. Die Aushärtezeit
beträgt nur wenige Minuten, und die
applizierten Dichtungen weisen geschlossene
Zellen mit gleichmäßiger Porenverteilung
auf.
Elastomer-Dichtungen werden derzeit in
zahlreichen Anwendungen eingesetzt, die
Staub- oder Wasserdichtigkeit und Luftab-
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schluss erfordern. Zwar sind für die meisten
Applikationen vorgeformte Dichtungen
erhältlich, der Bedarf an vor Ort geschäumten
Dichtungen steigt jedoch ständig.
Die wichtigsten Vorteile sind bekannt:
Zum einen lassen sich auf diese Weise die
Kosten senken, zum anderen ergibt sich vor
allem gegenüber gestanzten Dichtungen eine
erhebliche Reduktion der Abfallmengen.
Material und Auftragstechnik
aus einem Guss
Das hier vorgestellte System mit der zugehörigen
Auftragstechnik wurde von Sunstar
in Japan entwickelt und wird dort bereits
erfolgreich eingesetzt - unter anderem in
der Automobil- und Elektronikindustrie.
Für den europäischen Markt wird das
Unternehmen CeraCon aus Weikersheim
die Anlagentechnik und die dazugehörige
Bild 1: Bauteil mit mechanisch geschäumter Dichtraupe
Automatisierung nach europäischen Normen
bauen und vertreiben. Der Dichtstoff
wird direkt von Sunstar vermarktet und in
Kürze auch in Europa produziert. Das einkomponentige
Material ist auf Polyurethanbzw.
Silikonbasis aufgebaut. Es sind kalt
und warm aushärtende Varianten des
Werkstoffs verfügbar.
Mechanisch statt chemisch
Für das Schäumen von Dichtungen sind zwei
verschiedene Verfahren möglich. Das erste
erzeugt die gewünschte feine Blasenstruktur
durch eine chemische Reaktion, wobei zwei
hochreaktive Komponenten sehr präzise
dosiert und homogen vermischt werden
müssen. Aufgrund der hohen Reaktivität in
der Material-Mischkammer (chemische Aushärtereaktion)
ist es nötig, die Prozessparameter
in sehr engen Toleranzen zu führen.

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ADHÄSION 12.01
Bisher wurde bei vor Ort geschäumten
Dichtungen hauptsächlich das chemische
Verfahren angewandt, obwohl die anlagentechnischen
Voraussetzungen verhältnismäßig
komplex sind und die Prozessführung
nicht unproblematisch ist. Dadurch
können hinsichtlich der Qualität der Dichtungen
Probleme auftreten. Je nach Umgebungsbedingungen
(Luftfeuchte, Umgebungstemperatur)
sind deutliche Schwankungen
möglich.
Beim zweiten, dem einkomponentigen
Dichtungsschäumen, wird das Dichtungsmaterial
mit extern zudosiertem Gas gemischt,
das dann mechanisch in feine Bläschen
aufgeteilt wird.
Bisher war dieses Verfahren nur mit Hotmelts
und einer Hochdruck-Gasversorgung
möglich. Bei dieser Methode erfolgt die
Aushärtung über die Luftfeuchtigkeit und
braucht entsprechend Zeit. Das neu entwickelte
mechanische Schäumverfahren,
das dem Penguin Foam System mit der Foamply-Auftragstechnik
zu Grunde liegt, erfordert
lediglich eine konventionelle Druckluftversorgung,
mit der das einkomponentige,
bei Raumtemperatur zu verarbeitende
Elastomer belüftet wird.
Die Wirkungsweise lässt sich sehr anschaulich
wie folgt beschreiben (Bild 2):
Nach dem Zuführen von flüssigem Elastomer
zu einem definierten Luftvolumen
wird in einer Förderstrecke eine zweiphasige
Strömung erzeugt. Dabei verteilt sich
das Gas durch Scherspannungen gleichmäßig
in der Flüssigkeit. Einmal belüftet,
nutzt das Verfahren die spezifischen Strömungseigenschaftenhochviskoser
Polymere zur feinen
Verteilung und Homogenisierung
des Materials. Wird
das zweiphasige Fluid wieder
auf Atmosphärendruck entspannt,
dehnt sich die Luft
aus, und es bildet sich der gewünschte
Schaum.
Die anlagentechnische
Seite
Dichtungsmaterial und Anlage
wurden bei der Entwicklung
aufeinander abgestimmt.
Eine betriebsbereite
Anlage besteht aus der entsprechenden
Auftrags- und
integrierten Steuerungstechnik
sowie einem Handling-
Roboter, der die Dichtraupe
auf die Bauteile appliziert.
Bild 3: Anlagenschema
Bilder
02 – 05
Bild 2: Schema Blasenverteilung durch Scherkräfte
Bild 4: Aufschäumgrad als Funktion des Belüftungsgasdruckes
Bild 5: Shore-Härte A als Funktion des Aufschäumgrades

Eigenschaften Vorteile weiterer Nutzen
Nur eine Weniger Störquellen Höhere Prozesssicherheit
Komponente Kein Mischen reaktiver Höhere Anlagenverfügbarkeit
dosieren Komponenten Keine Mischkammerreinigung
Keine Lösungsmittel
Keine Sondermüllentsorgung
Kein Materialverlust
Kleinstmengendosierung Neue Designmöglichkeiten
möglich
Einfachere Logistik Materialgemeinkosten sinken
Sehr wenig Wartung Hohe Anlagenverfügbarkeit
Warmaushärtung Einfacher Prozess Qualität steigt
bei nur 80 °C Inlinefähig Keine Prozessunterbrechung
Minimaler Platzbedarf Einsparung von Produktionsfläche
Bauteile sind ein- Keine Zwischenlager Einsparung von Lagerfläche
baufähig nach
nur fünf Minuten Inlinefähig Keine Prozessunterbrechung
Sehr einfache Angelernte Bediener Weniger Personalkosten
Bedienung Bediener sind austauschbar Mehr Flexibilität
Mechanisches Kein chemisches Verfahren Weniger Ausschuss
Aufschäum- mit verzögertem Aufschäumen
verfahren Endgültige Raupengeometrie Minimierung der Rüstzeiten
direkt nach dem Auftrag
vorhanden
QS-Kontrolle sofort nach
dem Auftrag möglich
Große Toleranz Unempfindlich Prozesssichere
gegenüber gegen Luft- Funktion auch in
Bauteil- temperaturschwankungen rauer Arbeitsumgebung
temperaturen Kein Vortemperieren Mehr Flexibilität
und Umgebungs- der Bauteile nötig Bessere Qualität
einflüssen Unempfindlich gegenüber Höhere Prozesssicherheit
Schwankungen der
Luftfeuchtigkeit
Tabelle 1: Eigenschaften und Vorteile des Foamply-Verfahrens
Wenn eine warm aushärtende Werkstoffvariante
gewählt wird, schließt sich ein kurzer
Durchlaufofen an. Bild 3 zeigt das Anlagenschema
ohne Ofen. Eine Versorgungspumpe
und ein Druckluftsystem
(max. 6 bar) versorgen die Maschine mit
Material und Luft. Das Volumen des Schaumes
lässt sich sehr einfach bis zu einem
Faktor 1:3,5 variieren (Bild 4). Die Vorteile
des Verfahrens sind in Tabelle 1 zusammengefasst.
Interessant für manche
Anwendungen ist außerdem, dass diese
Technik unabhängig von der Bauteiltemperatur
prozesssicher funktioniert. So las-
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sen sich kalte Metallteile ohne Vorwärmen
oder warme Spritzgussteile ohne Abkühlen
abdichten. Diese Anlagentechnik ist speziell
für den so genannten Penguin-Schaumstoff
entwickelt worden, funktioniert aber prinzipiell
auch mit anderen einkomponentigen,
thixotropierten Elastomeren.
Eigenschaften und
Anwendungsmöglichkeiten
Die Schaumqualität ist vollautomatisch
reproduzierbar, was im Hinblick auf die
üblichen zertifizierten Qualitätssicherungssysteme
einen erheblichen Vorteil darstellt.
Ein weiterer wichtiger Aspekt sind die wesentlich
kürzeren Aushärtezeiten der Produkte.
Die warm vernetzende Werkstoffvariante
härtet bei 80 °C in nur fünf Minuten
aus. Die beschäumten Bauteile können
also innerhalb von fünf bis zehn Minuten
eingebaut werden – gegenüber mehreren
Stunden bei herkömmlichen zweikomponentigen
Schäumen. Da nur eine Komponente
dosiert wird, lassen sich außerdem
kleinere Dichtungen wesentlich leichter
herstellen. Die Härtewerte der Dichtungen
in Abhängigkeit vom Aufschäumgrad sind
in Bild 5 dargestellt. Interessante Anwendungen
finden sich unter anderem im Bereich
Automobilindustrie für die Kraftfahrzeug-Elektronik,
für Zulieferer der Hausgeräte-Industrie
sowie für alle Arten von
Gehäusen (Schaltschränke, Langfeldleuchten),
Walzen (beispielsweise für Kopierer)
oder Filter.
Fazit
Die vorgestellte neue einkomponentige
Schäumtechnologie ermöglicht das Auftragen
von Elastomerdichtungen mit höchster
Prozesssicherheit und Anlagenverfügbarkeit
bei einfacher Bedienung und geringem
Wartungsaufwand. Weitere zusätzliche
Nutzen sind die sehr schnelle Aushärtung
der Dichtungen, das umweltschonende
Prinzip durch den Wegfall von Spülzyklen
sowie die Unempfindlichkeit gegenüber
Schwankungen der Raumtemperatur und
Luftfeuchtigkeit.
Durch die optimale Abstimmung von Anlagentechnik
und Werkstoff lassen sich
Elastomerdichtungen mit höchster Qualität
- schnell und optimal an die Anwendung
angepasst – kostengünstig herstellen. π
Quellenverweis
Autoren & Vita
Andreas S. Kreissl ist geschäftsführender
Gesellschafter der CeraCon GmbH,
97990 Weikersheim (Tel. +49 (0)
7934/992810), Stephan Hoof arbeitet
als Anwendungsingenieur bei UniSunstar
BV, 97990 Weikersheim (Tel. +49
(0) 7934/993911).