Az új anyagok sorozat második része a gumival foglalkozik. Az 1930-as években a radiális tengelytömítések fémlemez házból és bőrhüvelyből álltak. De aztán a bőr ritkulni kezdett és drágává vált, és Freudenberg gumival helyettesítette.
Kompakt
A Simmerring története: Az 1930-as években a Simmerringekben a bőrt gumival helyettesítették, mivel a bőr drága volt. A gumi méretstabilnak és rugalmasan újraformálhatónak bizonyult, valamint magas hőmérséklet- és duzzadásállósággal rendelkezett 1.
A gumi előállítása: A természetes vagy szintetikus gumiból a csúcstechnológiás gumivá (elasztomerré) válás útja összetett, és tíz-húsz összetevő keverékét igényli, beleértve a töltőanyagokat, például a kormot és a szilícium-dioxidot, a lágyítószereket és az öregedésgátlókat.
Vulkanizálási eljárások: A Freudenberg Sealing Technologies (FST) különböző vulkanizálási eljárásokat alkalmaz, beleértve a sajtolóformázást (CM) és a fröccsöntést (IM). Ezek az eljárások az automatizáltsági fok és a feldolgozás típusa szerint különböznek egymástól.
Kémiai és fizikai tulajdonságok: A gumi anyagoknak az alkalmazástól függően különböző közegekkel és hőmérsékletekkel szemben kell ellenállónak lenniük. A gumitömítés élettartama jelentősen csökken, ha a hőmérséklet emelkedik.
Vizsgálati eljárások és innováció: Az FST stresszteszteket végez az új anyagok alkalmazási korlátainak meghatározására. Ezek a tesztek valós életkörülményeket szimulálnak, és fontos megállapításokat tesznek az új anyagmegoldások gyakorlati alkalmasságáról.
Közel 100 évvel ezelőtt az első Simmerring® egy fémlemez házból és egy bőrhüvelyből állt. A bőr azonban drága volt. A Freudenberg kereste a helyettesítő megoldást, és meg is találta, amit keresett: a hagyományos tömítéstechnikai terméket gumival helyettesítette. Mint hamarosan kiderült, a gumi jó tulajdonságai meggyőzőek voltak. A méretstabil, de rugalmasan újraformálható gumit többek között az 1930-as években általánosan használt motorolajokhoz képest sokkal nagyobb hőmérséklet- és duzzadásállóság jellemezte. Ezzel kezdetét vette a gumi, mint tömítőanyag diadalmas előretörése, amely a mai napig tart – először a Simmerringekben, majd az O-gyűrűkben, végül a lapos tömítésekben…
Mérnök vagy cukrász?
A természetes vagy szintetikus gumitól a csúcstechnológiás gumihoz, technikai nevén elasztomerekhez vezető út hosszú. A gumi önmagában – legyen az természetes eredetű vagy szintetikusan előállított – korántsem elégséges. Egy gumikeverék általában tíz-húsz összetevőből áll. Akárcsak a süteménysütésnél, itt is a megfelelő összetevőkre van szükség a megfelelő mennyiségben.
Végül a liszt, a cukor, a tojás, a vaj, a tej vagy a kakaó kifinomult kombinációja adja meg a kívánt eredményt … és az (íz)élményt. A gumi mellett az olyan töltőanyagok, mint a korom és a szilícium-dioxid különösen fontosak a tökéletes gumikeverékhez, mivel növelik az erősséget és a tartósságot. Emellett a lágyítók kezdetben a feldolgozás során javítják a folyási viselkedést, később pedig a duzzadási és duzzadási viselkedést. Az öregedésgátlók lassítják az anyag fáradását, míg más összetevők például az ózon ellen védenek.
Keverőüzem: A mérlegeléstől a kiszállításig
A Freudenberg Sealing Technologies (FST) nyers keverőüzemeiben a receptúrától függően először minden összetevőt milligramm pontossággal mérnek le világszerte. Ezután egy nagy dagasztógépen homogén masszává keverik őket. Ezt azután egy hengerműben folyamatos hajtogatással és hengerléssel tovább homogenizálják.
A végén a sorozatgyártást kísérő vizsgálatok során minden egyes tétel sűrűségét, keménységét, szilárdságát és rugalmasságát pontosan ellenőrzik. A minőségi vizsgálatot követően a keveréket egy úgynevezett batch-off rendszerben lehűtik, és szalagokká, zsinórokká vagy más alakú nyersanyagokká alakítják. A csomagolást követően a kész keveréket a formázó üzemekbe küldik. Az FST keverőüzemekben a tendencia a hálózatba kapcsolt gépek, a digitalizálás és az automatizálás irányába mutat minden munkafázisban. A Weinheimben található nyerskeverő üzem itt az egyik úttörő.
A műanyag rugalmassá válik
A térhálósító anyagok, mint például a kén, nagyon fontos összetevői a keveréknek. Mert ami a sütőben való sütés a süteményeknek, az a sorozatgyártásban történő formázás során a vulkanizálás a guminak. A vulkanizálás során a gumimolekulák 120-160 Celsius-fokos hőmérsékleten térhálósodnak. Ez a térhálósodás adja meg a gumi rugalmasságát, a műanyagot rugalmassá alakítja.
Még egyszer utoljára visszatérve a sütés analógiájához: mint egy jó cukrász, az FST megírja a receptet, összekeveri a hozzávalókat és maga süti meg őket. Az FST csak a „sütési alapanyagokat” vásárolja meg – akárcsak a cukrász, aki nem őrli meg a saját lisztjét.
Több eljárás egy cél érdekében: Gumi
Az FST különböző vulkanizációs eljárásokat alkalmaz a gumi anyagokból készült tömítések előállításához. A két legfontosabbat CM és IM rövidítéssel jelöljük.
A sajtolásos öntés (CM) során az alapanyagot kézzel helyezik be a nyitott szerszám alkatrészformájába. A sajtót bezárják. A fűtőlemezek által a felső és alsó részen termelt hő beindítja a vulkanizációs folyamatot. Ez a legegyszerűbb eljárás.
A fröccsöntés során az előzőleg zsinórokká vagy szalagokká előkezelt keveréket közvetlenül a zárt formába fecskendezik nagy nyomás alatt, és ott vulkanizálják. Ez a legösszetettebb folyamat, a legmagasabb fokú automatizálással.
Az egyéb eljárásokat transzferformázásnak (TM) és fröccsöntéses transzferformázásnak (ITM) nevezik.
A felhasznált gumi anyagtól függően a tömítéseket a formázás után utómelegíteni kell. Az utómelegítő kemencében az adalékanyagok és a feldolgozási segédanyagok kigázosodnak, és a vulkanizációs hálózatot szilárdan lezárják. Röviden: az utófűtés adja meg a tömítések és az anyagok végleges tulajdonságait.
Kémia és fizika
Az alkalmazástól függően az elasztomer tömítőanyagoknak kémiailag ellenállónak kell lenniük az olyan közegekkel szemben, mint az ásványi és szintetikus kenőolajok és zsírok. Ellen kell állniuk a hidegnek, a hőnek, a víznek, a nedves levegőnek, a forró gőznek, az ózonnak vagy az agresszív tisztítószereknek.
A hüvelykujjszabály itt is érvényes: A kémiai reakciók sebessége megduplázódik a hőmérséklet tíz Celsius-fokos emelkedésével (RGT-szabály). Ez fordítva azt jelenti, hogy a hőmérséklet emelkedésével a gumitömítés élettartama jelentősen csökken. A gumi anyagok közegellenállása tehát erősen hőmérsékletfüggő. A nagyobb nyomás, a nagyobb sebesség és a nagyobb súrlódás hatására is csökken – mivel mindezek a jelenségek növelik a hőmérsékletet.
Fizikai szempontból a gumitömítések elsősorban a duzzadás, a zsugorodás és a tömítőanyagba való gázbehatolás, az úgynevezett permeáció megakadályozásával foglalkoznak. Az alacsony súrlódás csökkenti a hőmérsékletet és ezáltal a kopást és az energiafogyasztást is.
Nem minden gumi egyforma
A gumi anyagokat általában nagy rugalmasság jellemzi, ami nagy tömítő hatással és visszahúzó erőkkel jár. A megfelelő kenőanyaggal kombinálva jó kopás- és kopásállóság jellemzi őket. A gumi, mint anyag egyik hátránya, hogy keménységének hiánya miatt csak korlátozottan alkalmas nagynyomású alkalmazásokhoz, például a hidraulikában.
Nem minden gumi egyforma. Az egyes gumi anyagok sűrűség, keménység, szakítószilárdság, deformációs viselkedés, felhasználási hőmérséklettartomány és sok más tulajdonság tekintetében különböznek egymástól. Ezért különböző alkalmazási területekre alkalmasak.
Néhány példa: Az FST szabványos anyaga, például a klasszikus radiális tengelytömítések esetében, az NBR. A HNBR magasabb hőmérséklet- és médiumállósággal rendelkezik. A szilikon kevésbé ellenálló a kopással szemben, ezért különösen a statikus tömítéseknél az első választás. Az ACM jól bírja a -40 Celsius-fokig tartó hideg hőmérsékletet és a 160 Celsius-fokig tartó hőt, valamint ellenáll az ózonnak és a forró levegőnek is. Az FKM sokoldalú problémamegoldónak bizonyult. Az FFKM Simriz® az FST csúcskategóriás megoldása a feldolgozóipar számára.
A próbapadon
Az FST több telephelyén a tesztpályák az FST innovatív erejének kulcsfontosságú elemei. Melyek az új anyagok alkalmazási korlátai? Ellenállnak-e az elektromobilitásban uralkodó nagy sebességeknek? Ellenállnak-e az új típusú kenőanyagoknak, az elektromos töltésváltozások következményeinek, a nyomásnak, a hidegnek, a fröccsenő víznek, a szennyeződéseknek és a rezgéseknek? A tesztmezőn végzett terheléses vizsgálatok a lehető legjobban reprodukálják a valóságot, és fontos megállapításokat tesznek az új anyagmegoldások gyakorlati alkalmasságával kapcsolatban. Itt szimulálható a sarkvidéki és sivatagi üzemelés, valamint a vízben és sárban való autózás. A legnagyobb Simmerring tesztközpont Weinheimben található. Plymouthban az FST gyors mozgásban tesztelheti, hogy a hidrogénelektrolízisek anyagai hogyan bizonyulnak a több éves folyamatos használat során.
Azonban még a próbapadon végzett 1000 órás hosszú távú tesztek sem elegendőek ahhoz, hogy biztosítsák a tömítések évtizedekig tartó élettartamát, ahogyan azt például a tengeri szélturbináknál megkövetelik. Ehhez elengedhetetlenek a digitális szimulációs eszközök. Az FST már évek óta bevált és tesztelt modelleket használ, például a gumi hosszú távú öregedési viselkedésére a statikus tömítésekben.
Új feladatok
A gumitömítéseknek egyre inkább olyan további feladatokat kell ellátniuk, amelyek messze túlmutatnak a tömítésen. Néha elektromosan vezetőnek kell lenniük, máskor hő- vagy elektromágneses sugárzást kell tudniuk árnyékolni. Vagy a lehető legpontosabban meg kell tudni jósolni, hogy mikor kell kicserélni őket az úgynevezett állapotfigyelés során. Az FST erre is fejleszt megoldásokat.
