Sprytny mostek

Berliński start-up Mitte opracował urządzenie, które filtruje wodę z kranu i wzbogaca ją w minerały. Jest ono przeznaczone przede wszystkim do użytku w miejscach, w których woda z kranu jest tylko częściowo zdatna do picia. Aby uszczelnić przejście między nabojem gazowym a zaworem redukującym ciśnienie po stronie urządzenia, konieczne było pokonanie nietypowych szerokości tolerancji – co nie było technicznie trywialne. Programiści z Schwalmstadt podjęli się tego zadania i opracowali sprytne rozwiązanie uszczelniające.

Według najnowszych badań, jakość wody pitnej na całym świecie spada. Coraz więcej zanieczyszczeń, zwłaszcza mikrodrobin plastiku, ale także bakterii, wirusów, związków organicznych i nieorganicznych, pestycydów, leków i hormonów zanieczyszcza jeden z najważniejszych produktów spożywczych. Berliński start-up Mitte zajął się tym problemem i opracował urządzenie do użytku domowego, które może filtrować wodę z kranu i wzbogacać ją o minerały i pierwiastki śladowe. W przyszłości ma ono być wykorzystywane przede wszystkim w miejscach, gdzie woda z kranu nie jest całkowicie bezpieczna do picia i spożywania. Wprowadzenie urządzenia na rynek okazało się jednak trudne. Jednym z krytycznych punktów były problemy z niezawodnym uszczelnieniem przejścia między zaworem naboju gazowego a zaworem redukującym ciśnienie po stronie urządzenia. Ponieważ wysokość przyłączy zaworów nabojów gazowych nie jest znormalizowana, trzeba było pokonać nietypowy zakres tolerancji.
Na początku kwietnia klient skontaktował się z FST w celu uzyskania pomocy za pośrednictwem internetowego formularza kontaktowego. „Zapytanie, którego nie można było przetworzyć w konwencjonalny sposób”, mówi Ulrich Wüstenhagen, Product Development Pneumatics, opisując projekt. „Nie było szczegółowej specyfikacji. Musieliśmy najpierw uporać się z wieloma szczegółami, mimo że liczył się czas”. Zadanie: Butla z gazem CO2 jest wkręcana do urządzenia za pomocą gwintu trapezowego na dołączonym mosiężnym zaworze. Gdy tylko nabój z gazem zostanie zadokowany, dwutlenek węgla jest stale obecny po wewnętrznej stronie uszczelki pod ciśnieniem 60 barów. CO2 penetruje uszczelkę w różnym stopniu, w zależności od wybranego materiału. Gdy ciśnienie zostanie nagle zwolnione do ciśnienia atmosferycznego, gaz ponownie wydostaje się z materiału uszczelnienia, co może spowodować znaczne uszkodzenie uszczelnienia – w takich przypadkach jest to określane jako wybuchowa dekompresja.

W związku z tym konieczne było znalezienie materiału, który byłby odpowiedni dla tego zakresu ciśnienia, a także posiadał dopuszczenie do kontaktu z żywnością. W tym celu skonsultowano się ze specjalistami ds. materiałów na miejscu i w Weinheim. Ponieważ nie były dostępne żadne wyniki testów dla materiałów, o których mowa dla opisanego problemu, a obszerne serie testów przekroczyłyby ramy czasowe, jedyną opcją było podejście empiryczne – próba i błąd na prawdziwym obiekcie, że tak powiem.

Poliuretan jako rozwiązanie problemów

Testy te zostały przeprowadzone bezpośrednio w siedzibie producenta urządzenia, przy użyciu wariantów uszczelnień, które zostały wyprodukowane przez Freudenberg Xpress® w krótkim czasie poprzez obróbkę skrawaniem.

Ostatecznie na krótkiej liście znalazły się dwa rodzaje materiałów: EPDM o różnym stopniu twardości i stosunkowo twardy poliuretan. Podczas wstępnych prób w siedzibie klienta, w pierwszej kolejności przetestowano trwałą szczelność, tj. odporność na_CO2 lub nagłe obniżenie ciśnienia. Jednocześnie należało upewnić się, że użytkownicy mogą z łatwością wkręcać i wykręcać nabój podczas jego wymiany bez wydostawania się znacznej ilości gazu. Korzystając z odpowiednio dopracowanych próbek, ustalono, że powłoka może być pomocna w zmniejszeniu momentu tarcia i uproszczeniu obsługi. Korzystając z analizy elementów skończonych, inżynierowie aplikacji Patrick Kinsch i Mert van Dawen przeanalizowali warianty uszczelnień zaprojektowane przez inżyniera projektowego Alexandra Maya. Wyniki zostały wykorzystane do porównania, jak dany materiał zachowuje się w połączeniu z geometrią uszczelnienia pod odpowiednim ciśnieniem, czy lokalne odkształcenia i obciążenia pozostają w dopuszczalnych wartościach i jakiego momentu tarcia można się spodziewać.

Pomyślnie przetestowana geometria uszczelnienia poliuretanowego jest już dostępna, a wstępna seria około 1000 sztuk z produkcji Freudenberg Xpress® została dostarczona do klienta. Kolejnym krokiem jest teraz produkcja i próbkowanie formy wtryskowej już zamówionej przez klienta, z której można ekonomicznie produkować części seryjne. „Biorąc pod uwagę dość trudną sytuację początkową, byliśmy w stanie znaleźć funkcjonujące rozwiązanie zaskakująco szybko – nie tylko dzięki pomysłom i pragmatycznemu wkładowi poszczególnych członków zespołu”, podsumowuje Ulrich Wüstenhagen.