Uute materjalide sarja teine osa käsitleb kummi. 1930ndatel aastatel koosnesid radiaalvõlli tihendid lehtmetallist korpusest ja nahast muhvist. Kuid siis muutus nahk napiks ja kalliks ning Freudenberg asendas selle kummiaga.
Kompaktne
Simmerringide ajalugu: 1930. aastatel asendati nahk simmerrõngaste puhul kummiga, sest nahk oli kallis. Kautšuk osutus mõõtmete poolest stabiilseks ja elastselt ümberkujundatavaks ning kõrge temperatuuri ja paisumiskindlusega 1.
Kummi tootmine: tee looduslikust või sünteetilisest kummist kõrgtehnoloogilise kummini (elastomeer) on keeruline ja nõuab kümne kuni kahekümne koostisosa segu, sealhulgas täiteained, nagu tahm ja räni, plastifikaatorid ja vananemisvastased ained.
Vulkaniseerimisprotsessid: Freudenberg Sealing Technologies (FST) kasutab erinevaid vulkaniseerimisprotsesse, sealhulgas survevalu (CM) ja survevalu (IM). Need protsessid erinevad automatiseerituse astme ja töötlemisviisi poolest.
Keemilised ja füüsikalised omadused: Kummimaterjalid peavad olema vastupidavad erinevatele keskkondadele ja temperatuuridele, sõltuvalt kasutusalast. Kummitihendi kasutusiga lüheneb oluliselt, kui temperatuur tõuseb.
Katsemenetlused ja uuendused: FST viib läbi koormuskatseid, et määrata kindlaks uute materjalide kasutuspiirid. Need katsed simuleerivad tegelikke tingimusi ja annavad olulisi tulemusi uute materjalilahenduste praktilise sobivuse kohta.
Peaaegu 100 aastat tagasi koosnes esimene Simmerring® plekkkorpusest, millel oli nahast ümbris. Kuid nahk oli kallis. Freudenberg otsis asendust ja leidis selle, mida otsis, asendades oma traditsioonilise tihendustehnoloogiatoote kummiga. Nagu peagi selgus, olid kummi head omadused veenvad. Mõõdult stabiilne, kuid elastselt ümberkujundatav kummi iseloomustas muu hulgas palju kõrgem temperatuuri- ja paisumiskindlus võrreldes 1930. aastatel levinud mootori määrdeõlidega. See tähistas kummi kui tihendusmaterjali võidukäigu algust, mis kestab tänapäevani – kõigepealt simmerrõngaste, seejärel O-rõngaste, seejärel lamedate tihendite puhul…
Insener või kondiiter?
Tee looduslikust või sünteetilisest kummist kõrgtehnoloogilise kummini, mida tehniliselt nimetatakse elastomeerideks, on pikk. Kummist üksi – olgu see siis looduslik või sünteetiliselt toodetud – ei piisa kaugeltki mitte. Kummimass koosneb tavaliselt kümnest kuni kahekümnest koostisosast. Nagu koogi küpsetamisel, on vaja õigeid koostisosi õiges koguses.
Lõppkokkuvõttes on jahu, suhkru, munade, või, piima või kakao keerukas kombinatsioon, mis annab soovitud tulemuse … ja (maitse)kogemuse. Lisaks kummile on täiusliku kummisegu jaoks eriti olulised sellised täiteained nagu tahm ja ränidioksiid, kuna need suurendavad tugevust ja vastupidavust. Lisaks parandavad plastifikaatorid algselt voolavust töötlemise ajal ja hiljem paisumis- ja paisumiskäitumist. Vananemisvastased ained aeglustavad materjali väsimist, samas kui teised koostisosad kaitsevad näiteks osooni eest.
Segamisjaam: kaalumisest saadetiseni
Sõltuvalt retseptist kaalutakse kõik koostisosad kõigepealt milligrammi täpsusega Freudenberg Sealing Technologies’i (FST) toorsegamisjaamades üle kogu maailma. Seejärel segatakse need suures sõtkumismasinas homogeenseks massiks. Seejärel homogeniseeritakse see valtsimisveskis pideva voldimise ja valtsimise teel.
Lõpuks kontrollitakse iga partii tihedust, kõvadust, tugevust ja elastsust seeriatootmisega kaasnevate katsete käigus. Kui kvaliteedikontroll on läbitud, jahutatakse segu nn batch-off süsteemis ja valmistatakse ribadeks, nöörideks või muudeks vormitud toorikuteks. Pärast pakendamist saadetakse valmis segu vormimisseadmetesse. FST-segamisseadmete suundumus on võrgustatud masinate, digitaliseerimise ja automatiseerimise suunas kõikides tööetappides. Weinheimi toorsegude tehas on siinkohal üks teerajajatest.
Plast muutub elastseks
Väga oluline koostisosa segus on ristsidumisaine, näiteks väävel. Sest mida küpsetamine ahjus on kookide jaoks, seda on vulkaniseerimine kummi jaoks seeriatootmise käigus vormimise ajal. Vulkaniseerimise käigus ristseotuvad kummi molekulid temperatuuril 120-160 kraadi Celsiuse järgi. See ristsidumine annab kummi elastsuse, muutes plastiku elastseks.
Veel kord tagasi küpsetamise analoogia juurde: nagu hea kondiiter, kirjutab FST retsepti, segab koostisosad kokku ja küpsetab need ise. FST ostab sisse ainult “küpsetusaineid” – täpselt nagu kondiiter, kes ei jahvata ise jahu.
Mitmed protsessid ühe eesmärgi saavutamiseks: Kumm
FST kasutab erinevaid vulkaniseerimisprotsesse, et valmistada kummist tihendeid. Kaks kõige olulisemat on lühendatult CM ja IM.
Survevalu (CM) puhul sisestatakse toorik käsitsi avatud tööriista komponentide vormi. Press on suletud. Kuumutusplaatide poolt ülevalt ja alt tekitatud soojus paneb vulkaniseerimisprotsessi käima. See on kõige lihtsam protsess.
Süstevalu (IM) puhul süstitakse eelnevalt nöörideks või lintideks eeltöödeldud segu otse suletud vormi kõrge rõhu all ja vulkaniseeritakse seal. See on kõige keerulisem protsess, mis on kõige rohkem automatiseeritud.
Muid protsesse nimetatakse ülekandevormimiseks (TM) ja süstevormimiseks (ITM).
Sõltuvalt kasutatavast kumimaterjalist tuleb tihendeid pärast vormimist järelkuumutada. Järelsoojendusahjus gaasistuvad lisaained ja abiained ning vulkaniseerimisvõrgustik suletakse kindlalt. Lühidalt: järelsoojendus annab tihenditele ja nende materjalidele nende lõplikud omadused.
Keemia ja füüsika
Olenevalt rakendusest peavad elastomeerist tihendusmaterjalid olema keemiliselt vastupidavad sellistele keskkondadele nagu mineraalsed ja sünteetilised määrdeõlid ja -rasvad. Nad peavad taluma külma, kuumust, vett, niisket õhku, kuuma auru, osooni või agressiivseid puhastusvahendeid.
Siinkohal kehtib rusikareegel: Keemiliste reaktsioonide kiirus kahekordistub, kui temperatuur tõuseb kümne kraadi võrra (RGT-reegel). Vastupidi tähendab see, et temperatuuri tõustes väheneb kummitihendi kasutusiga oluliselt. Kumimaterjalide meediumikindlus on seega väga temperatuurist sõltuv. See väheneb ka suurema rõhu, suurema kiiruse ja suurema hõõrdumise tõttu – sest kõik need nähtused tõstavad temperatuuri.
Füüsika seisukohalt on kummitihendid peamiselt seotud paisumise, kokkutõmbumise ja tihendusmaterjali läbitungimise vältimisega gaasi poolt, mida nimetatakse permeatsiooniks. Madal hõõrdumine vähendab ka temperatuuri ja seega ka kulumist ja energiakulu.
Kõik kummi ei ole ühesugune
Kummimaterjalidele on üldiselt iseloomulik suur elastsus, mis on seotud suure tihendusmõju ja taastamisjõududega. Koos sobiva määrdeainega iseloomustab neid hea kulumis- ja kulumiskindlus. Üks kummi kui materjali puudusi on see, et see sobib oma vähese kõvaduse tõttu ainult piiratud määral kõrgsurve rakendusteks, näiteks hüdraulikas.
Kõik kummi ei ole ühesugune. Üksikud kummimaterjalid erinevad tiheduse, kõvaduse, tõmbetugevuse, deformatsioonikäitumise, kasutustemperatuuri ja paljude muude omaduste poolest. Seetõttu sobivad nad erinevateks kasutusvaldkondadeks.
Mõned näited: FST standardmaterjal näiteks klassikaliste radiaalvõlli tihendite puhul on NBR. HNBR on kõrgema temperatuuri- ja meediakindlusega. Silikoon on vähem kulumiskindel ja on seetõttu esimene valik eelkõige staatiliste tihendite puhul. ACM tuleb hästi toime külma temperatuuriga kuni -40 °C ja kuumusega kuni 160 °C ning on vastupidav ka osoonile ja kuumale õhule. FKM on osutunud mitmekülgseks probleemilahendajaks. FFKM Simriz® on FST kõrgekvaliteediline lahendus töötleva tööstuse jaoks.
Katseplatsil
Mitmes FST tegevuskohas on katseväljad FST uuendusliku tugevuse võtmekomponendid. Millised on uute materjalide kasutuspiirid? Kas need peavad vastu elektromobiilsuses valitsevatele suurtele kiirustele? Kas nad peavad vastu uut tüüpi määrdeainetele, elektrilaengu nihkumise tagajärgedele, survele, külmale, pritsivale veele, mustusele ja vibratsioonile? Katsealal tehtavad koormuskatsed taastoodavad võimalikult täpselt tegelikkust ja annavad olulisi tulemusi uute materjalilahenduste praktilise sobivuse kohta. Siin saab simuleerida tööd Arktikas ja kõrbes, samuti autosõite läbi vee ja muda. Suurim Simmerringi katsekeskus asub Weinheimis. Plymouthis saab FST kiirelt katsetada, kuidas vesinikuelektrolüsaatorite materjalid tõestavad end aastatepikkuse pideva kasutamise käigus.
Kuid isegi 1000-tunnised pikaajalised katsed katsestendil ei ole piisavad, et tagada tihendite aastakümnete pikkune vastupidavus, mida nõutakse näiteks avamere tuulegeneraatorites. Digitaalsed simulatsioonivahendid on selleks hädavajalikud. FST on juba aastaid kasutanud järeleproovitud mudeleid, näiteks kummi pikaajalise vananemise käitumise kohta staatilistes tihendites.
Uued ülesanded
Kummitihendid peavad üha enam täitma lisaülesandeid, mis lähevad kaugemale tihendamisest. Mõnikord peavad need olema elektrijuhtivad, mõnikord peavad nad suutma kaitsta soojust või elektromagnetilist kiirgust. Või peavad nad suutma võimalikult täpselt ennustada, millal neid on vaja välja vahetada, mida nimetatakse seisundi järelevalveks. FST töötab välja ka selle jaoks lahendusi.
