So ersetzt Kunststoff Metall bei Dichtungen

Ein modulares Dichtungskonzept von Freudenberg Sealing Technologies kombiniert einen klassischen Radialwellen-Dichtring mit einem Kunststoffträger.

Mit dem Dichtungskonzept ist eine langzeitstabile Abdichtung künftig – verglichen mit einem Metallträger – deutlich günstiger herzustellen und einfacher zu montieren. Das Konzept zielt auf den Massenmarkt, also beispielsweise Küchen-Kleingeräte. Deren Lebenserwartung hängt wesentlich davon ab, wie gut die Dichtung am Austrittspunkt der Antriebswelle das Innenleben vor dem Eindringen von Lebensmittelresten oder Spülwasser schützt. Dichtungen aus hochwertigen Elastomeren oder dem Polymer Polytetrafluorethylen (PTFE) vereinen geringen Verschleiß mit sehr guter Langzeitstabilität gegen Leckage. Um eine solche Dichtung über einen langen Zeitraum in Form zu halten, war bislang ein Träger aus Metall die optimale Lösung.

Das modulare Dichtungskonzept mit einem Kunststoffträger von Freudenberg Sealing Technologies erfüllt die spezifischen Anforderungen an die Langzeitstabilität ebenso gut wie ein Metallträger. Es hat drei wesentliche Vorteile, das Metall durch Kunststoff zu ersetzen: Erstens fallen die Kosten geringer aus. Zweitens erlaubt es die Integration weiterer Komponenten, etwa zur Wellenlagerung. Und drittens besteht das Gehäuse eines Elektro-Kleingeräts in der Regel ebenfalls aus Kunststoff, was die Befestigung des Dichtungsträgers vereinfacht.

Die Grundidee der Freudenberg-Ingenieure ist simpel: Sie entkoppeln konstruktiv den aus einem inneren und einem äußeren Ring bestehenden Kunststoffträger vom Dichtring. Der Träger – ein Spritzgussteil – lässt sich exakt auf die Einbausituation im Gerät abstimmen. Damit muss keine Rücksicht mehr auf die Rotationssymmetrie genommen werden. Der Träger kann aus dem gleichen Kunststoff bestehen, der auch für das Gehäuse Verwendung findet, so dass es bei Wärmeeintrag nicht zu unterschiedlicher Ausdehnung der Bauteile kommen kann. Der Dichtring wiederum kann je nach Anforderungsprofil aus dem erprobten Freudenberg-Portfolio ausgewählt werden. Zur Auswahl stehen Ringdichtungen aus Elastomer mit und ohne Profil, PTFE oder Vliesstoffen, jeweils aus unterschiedlichen Materialmischungen.

Das Einlegen der Dichtung in den Außenring erfolgt automatisiert bei Freudenberg. Der Träger kann auf Wunsch auch weitere Komponenten wie Gleit- oder Kugellager aufnehmen, die ebenfalls automatisiert montiert werden. Anschließend wird der Innenring entweder eingeclipst, so dass eine formschlüssige Verbindung entsteht, oder die beiden Ringe werden per Ultraschallschweißen dauerfest verbunden. Für die Zukunft arbeiten die Ingenieure in Weinheim bereits an einer weiteren Lösung, bei der der Dichtring direkt mit einem Thermoplast umspritzt wird.  

In Versuchsreihen konnten die Ingenieure in Weinheim nachweisen, dass der Kunststoffeinsatz in dem für Elektro-Kleingeräte ausreichenden Temperaturbereich von -25 bis +90 °C keinerlei Nachteile hinsichtlich der Langzeitstabilität aufweist. „Im Vergleich zu derzeit eingesetzten einfachen Dichtungslösungen, erreichen wir eine bessere Qualität und Performance bei einem attraktiven Preisniveau“, sagt Malte Müller, der bei Freudenberg Sealing Technologies das Geschäft mit Simmerringen für die allgemeine Industrie verantwortet.

Die modularen Kunststoffdichtungen eignen sich nicht nur für Küchengeräte, sondern auch für viele andere elektrische Helferlein: zum Beispiel für einen Akkuschrauber oder eine Drohne, in der jedes Gramm eingespartes Gewicht zählt. Auch die Radwellen eines Mähroboters lassen sich mit der Kunststoffdichtung sicher gegen Feuchtigkeit und Graspartikel abdichten. Ein Unternehmen nutzt seit Januar 2020 die Dichtungen im Serieneinsatz mit einer Stückzahl von rund einer halben Million  pro Jahr. Bei akkubetriebenen Geräten können aufgrund des modularen Konzepts besonders reibungsarme Dichtringe eingesetzt werden, die den Energiebedarf verringern und damit die Betriebsdauer des Akkus verlängern.

sk