Essential - April 2016 — Die Abkürzung des Jahrhunderts

 Diät mit 
Zehn-Gänge-Menü
 
Amerika setzt schwere Pick-ups und SUVs auf strenge Diät: Bis 2025 wollen die US-Behörden den Verbrauch der Dickschiffe auf maximal 7,8 Liter pro 100 Kilometer senken. Als idealer Appetitzügler für die beliebten Spritschlucker gelten moderne Neun- und Zehn-Stufen-Automatikgetriebe. Dichtungstechnik von Freudenberg Sealing Technologies sorgt dafür, dass mehr Gänge nicht gleich mehr Gewicht bedeuten. 
 
Bigger is better. In den USA sind XL-Pick-ups die Blockbuster auf dem Automarkt. 2015 standen gleich drei Trucks an der Spitze der Zulassungen. Befeuert wird dieser Trend durch niedrige Benzinpreise. Allerdings stehen die Hersteller vor der Aufgabe, die Kraftstoff­effizienz ihrer Bestseller erheblich zu steigern, um die künftigen Verbrauchsobergrenzen einzuhalten. Neben Aluminiumkarosserien spielen innovative Automatikgetriebe eine zentrale Rolle, um die erforderliche 30-Meilen-pro-Gallonen-Marke (7,8 l/100 km) zu meistern. Die hochmodernen Kraftübertragungen zählten zu den Highlights auf der Detroit Motor Show 2016. 
 
Obwohl die Zahl der Fahrstufen auf bis zu zehn steigt, legen Abmessungen und Gewicht der Getriebe kaum zu. Hierzu trägt auch Freudenberg Sealing Technologies mit einer Dichtung für die Ölwanne aus Fluor-Kautschuk bei. Das Material aus der Luftfahrt widersteht Temperaturen bis 140 Grad Celsius. Dies ist deshalb nötig, weil in modernen Automatikgetrieben immer weniger Öl zum Einsatz kommt. Damit der hiermit verbundene Temperaturanstieg nicht zulasten der Haltbarkeit geht, müssen die Dichtungen besonders hitzeresistent sein.
 
Auch leichtere Materialien steigern die Effizienz der neuen Getriebegeneration. Hier hat Freudenberg Sealing Technologies ein Verfahren entwickelt, mit dem sich ein Getriebedeckel und die zugehörige Dichtung in einem Arbeitsgang fertigen lassen. Das neue Bauteil aus hitzebeständigem Kunststoff wiegt nur die Hälfte eines herkömmlichen Metalldeckels. 
Weiteres Potenzial zur Verbrauchseinsparung bieten Hybridantriebe. Auch hierfür hat Freudenberg Sealing Technologies eine Lösung entwickelt: Die elektrisch leitfähige Getriebedichtung trennt den elektrischen Teil des Antriebs von der Kraftübertragung. Im Prinzip wirkt sie wie ein Blitzableiter: Strom wird durch ein auf die Dichtung aufgebrachtes leitfähiges Vlies gezielt vom Gehäuse auf die Welle geleitet, sodass keine elektrostatische Aufladung entstehen kann. Bei der Spezifikation des Textilgewebes leisteten die Experten von Freudenberg Performance Materials wertvolle Hilfe. Mit der serienreifen Lösung muss der notwendige Potenzialausgleich nicht durch teure Zusatzelemente wie verschleißende Kohlebürsten erzielt werden. Sie eignet sich nicht nur für Plug-in-Hybridfahrzeuge, sondern auch für die – einfacher aufgebauten – Getriebe batterieelektrischer Fahrzeuge. 
 
Insgesamt liefert Freudenberg-NOK für das ZehnGang-Automatikgetriebe 30 Dichtungen aus 8 verschiedenen Werken in den USA und Mexiko. 8,6 Millionen US-Dollar hat das Unternehmen am Standort Findlay, Ohio, investiert, um dort mehr als 18 Millionen Getriebedichtungen pro Jahr zu produzieren. „Wir sind gut darauf vorbereitet, unsere Kunden dabei zu unterstützen, anspruchsvolle CO2- und Verbrauchsziele zu erreichen", sagt Claus Möhlenkamp, Chief Executive Officer von Freudenberg Sealing Technologies.

Neue Führungskräfte
 
Freudenberg Sealing Technologies hat die Geschäftsleitung erweitert: Dr. Theodore Duclos ist als neuer Chief Technol­ogy Officer (CTO) am Unternehmenssitz in Weinheim für Technologie, Qualität, Arbeits-, Gesundheits- und Umweltschutz sowie Components verantwortlich. Seine bisherige Funktion als Präsident Nordamerika der Freudenberg-NOK Sealing Technologies (FNST) hat Matthew L. Portu übernommen. 
 
Mit der Ernennung von Dr. Theodore Duclos besteht die Geschäftsleitung von Freudenberg Sealing Technologies wieder aus vier Mitgliedern: Claus Möhlenkamp (Chief Executive Officer), Dieter Schäfer (Chief Operating Officer), Ludger Neuwinger-Heimes (Chief Financial Officer) und Dr. Theodore Duclos (Chief Technology Officer). 
 
Duclos hat an der Duke University in Durham, North Carolina, in Biomedizintechnik promoviert und verfügt über drei Jahrzehnte Erfahrung in Forschung und Entwicklung sowie im Management. Im September 1996 trat Duclos in die Freudenberg-Gruppe als Corporate Director Technology ein. 2002 wurde er zum CTO von FNST ernannt. Nach Stationen als Vice President Operations und Technology übernahm er die Führung der Division Radialwellendichtringe, die Dichtungsprodukte für die Automobilindustrie und andere Industriezweige produziert. 2011 folgte die Aufgabe als Leiter der Division Fluid Power. Zusätzlich zu dieser Funktion übernahm er im Juni 2014 den Posten als Präsident Nordamerika der FNST. 
 
Matthew L. Portu absolvierte einen Bachelor-Abschluss in Wirtschaftswissenschaften sowie einen MBA der University of Wisconsin. 2005 kam er zu FNST und ist dort seit Juli 2013 Senior Vice President, Global Procurement. Zuvor war er in verschiedenen leitenden Positionen in der FNST-Einkaufsorganisation tätig. Ab 1994 bekleidete er verschiedene Funktionen im Einkauf der Ford Motor Company und später, bei dessen Ausgliederung, in deren Visteon-Unternehmensbereich. Bei der Visteon Corporation wurde er schließlich zum stellvertretenden Direktor Einkauf berufen.

Hält auch bei Kälte immer dicht
 
Stoßdämpfer müssen auch bei Kälte einwandfrei funktionieren. Manchmal reicht allerdings schon eine kurze, extreme Frostphase, um ihnen den Garaus zu machen. Mit einem neuen Hochleistungswerkstoff sorgt Freudenberg Sealing Technologies dafür, dass Dämpferdichtungen auch bei arktischen Temperaturen bis minus 40 Grad Celsius nicht spröde werden. Gleichzeitig ist die neue Materialmischung deutlich verschleißbeständiger als konventionelle Werkstoffe. Die Serienfertigung startet bereits im Frühjahr 2016. 
 
Stoßdämpferdichtungen haben eine wichtige Aufgabe: Sie dichten einen mit Öl befüllten Zylinder ab, in dem sich ein Ventilkolben auf und ab bewegt. Der Stoßdämpfer hält die vier Räder des Autos auf dem Boden. Bei Ölverlust ist die Fahrsicherheit nicht mehr gewährleistet – wie bei extremer Kälte, denn etwa ab minus 20 Grad Celsius verliert Gummi seine elastischen Eigenschaften und wird hart wie Glas. 
 
Besonders anspruchsvoll ist die Abdichtung von Einrohrdämpfern, wie sie vor allem Sport- und Geländewagen an Bord haben. Dabei setzt ein Gas – meist Stickstoff – das Öl unter Druck. Beide Stoffe sind durch einen zusätzlichen Kolben voneinander getrennt, an der Dichtung können Drücke von 100 bar und mehr anliegen.
 
Um die Kältebeständigkeit zu erhöhen, kommen spezielle Tieftemperatur-Polymere zum Einsatz, die mit Peroxiden vernetzt werden. Normalerweise weisen so hergestellte Elastomere einen erhöhten Verschleiß auf. Die Grundlagenentwicklung von Freudenberg Sealing Technologies fand einen Weg, die gegensätzlichen Materialeigenschaften in einer neuen Mischung zu vereinen. Weiterer Vorteil: Die Reibung ist bei allen Temperaturen nahezu gleich. Deshalb bleibt das Fahrverhalten unter allen Bedingungen identisch. 
 
Der Einsatz der neuen Technologie in Großserie steht unmittelbar bevor: Ein europäischer Automobilhersteller verwendet die Dichtungen mit der neuen Materialmischung von Freudenberg Sealing Technologies in seinen Geländewagen. Da die höhere Kältebeständigkeit allein aus den verbesserten Materialeigenschaften resultiert, sind keine konstruktiven Änderungen am Stoßdämpfer notwendig. Dadurch können auch laufende Fahrzeugmodelle auf die neuen Dichtungen umgestellt werden.

Die Abkürzung
des Jahrhunderts

© AlpTransit Gotthard AG

© AlpTransit Gotthard AG

57 Kilometer lang, 2.300 Meter unter dem Fels: 17 Jahre nach Baubeginn ist eines der wichtigsten europäischen Verkehrsprojekte Europas fertig. Die neue Bahn-Alpentransversale durch das Herz des Gotthards verbindet Nord- mit Südeuropa, verkürzt die Fahrzeit zwischen Zürich und Lugano um 45 Minuten und entlastet dabei Natur und Menschen. Dichtungen von Freudenberg Sealing Technologies halten die gigantischen Tunnelbohrmaschinen in Gang, die sich Meter für Meter durch das Gestein des Gotthardmassivs fressen.

Carl Eduard Gruner, Ingenieur, Verkehrsplaner und Visionär aus Basel, ist seiner Zeit weit voraus, als er 1947 erste Entwürfe eines weiteren Tunnels durch das Gotthardmassiv skizziert, weit unterhalb des im 19. Jahrhundert eröffneten Eisenbahntunnels. Was Gruner vor 68 Jahren nicht voraussehen kann, ist der dramatische Anstieg des Transitverkehrs. Heute überqueren über eine Million Lastwagen jährlich die Alpen. Stau, Lärm und Umweltverschmutzung entlang der Hauptachsen sind die Folgen.
65 Prozent der Schweizer stimmen daher 1998 für den Tunnel, der den Verkehr im Alpenland entlasten soll. Und sind bereit, tief in die Tasche zu greifen: Über zwölf Milliarden Schweizer Franken wird die „Abkürzung" kosten. Der neue Gotthard-Basistunnel ist das Kernstück des Bauprojekts NEAT – (Neue Eisenbahn-Alpentransversale) zur Entlastung des Verkehrs in der Alpenregion. Er besteht aus zwei jeweils 57 Kilometer langen Einspurröhren und misst mit allen Verbindungs- und Zugangsstollen über 152 Kilometer. Damit löst er die 60 Kilometer lange U-Bahn-Linie 3 im chinesischen Guangzhou als längsten Bahntunnel der Welt ab. Im November 1999 ist Tunnelanstich – knapp zwei Jahre später der erste Tunnelkilometer gebohrt.
Menschen, Material und Maschinen gelangen über speziell angelegte Zugangsstollen zu der gigantischen Baustelle. Die Arbeiter legen zum Teil kilometerlange Wege unter der Erde zurück, um ihren außergewöhnlichen Arbeitsplatz zu erreichen. Zeitweise sind mehr als 2.400 Arbeitskräfte gleichzeitig im Einsatz. Über der neuen Alpentransversale, die das Nordportal in Erstfeld mit dem Südportal in Bodio verbindet, türmen sich bis zu 2.000 Meter Fels – auch das ein Rekordwert.

In der Tunnelbaustelle werden „Bahnhöfe" eingerichtet, in denen geplante Wartungsarbeiten und im Störfall der Austausch von Teilen vorgenommen werden können. Herzstück des ehrgeizigen Projekts sind die gigantischen Bohrmaschinen „Gabi I + II", „Heidi" und „Sissi". Jede ist etwa so lang wie vier aneinandergereihte Fußballfelder. Der Bohrkopf löst das Gestein ab, das über Schaufelrad und Förderband abtransportiert wird. Insgesamt werden rund 28 Millionen Tonnen Abbruchmaterial von der Baustelle befördert. Schmutz, hohe Abraumdrücke und Vibrationen beanspruchen die Tunnelbohrmaschine während des Einsatzes extrem. Der „Worst Case" ist ihr Ausfall mitten im Tunnel. Die zuverlässige Abdichtung der empfindlichen Großlager – sie sind extrem teuer und können bei einem Schaden auf der Strecke kaum repariert werden – ist für effizienten Tunnelbau eine Schlüsselkompetenz. Genau die richtige Herausforderung für die Spezialisten von Freudenberg Sealing Technologies.
Einzelgefertigte Wellendichtringe mit einem Durchmesser von 4,3 Metern schützen die mehrteiligen Rollenlager bei Umgebungstemperaturen von bis zu 50 Grad zuverlässig vor dem Eindringen von Gestein, Schlamm oder Wasser und verhindern, dass Getriebeöl austritt. Trotz ihres gewaltigen Durchmessers haben sie keine Fügestelle – Ergebnis der jahrelangen Erfahrung in der Dichtungsentwicklung für Tunnelbohrmaschinen. Die einzigartige Technologie garantiert zuverlässig maximale Funktionssicherheit und hält den extrem hohen Belastungen stand. Damit sich der gigantische „Riesenmaulwurf" unaufhaltsam Meter für Meter durchs Gestein fressen kann. Im Oktober 2010 kann der Durchbruch der Oströhre gefeiert werden. Mit Schweizer Präzision beträgt die Abweichung trotz gewaltiger Dimensionen nur wenige Zentimeter.
Das gewaltige Bauwerk wird den Alpentransit verändern: Täglich sollen 260 Güterzüge und 65 Personenzüge durch die Transversale fahren. Jährlich können etwa 40 Millionen Tonnen Güter per Bahn durch die Alpen befördert werden – was einer Verdoppelung des Transportvolumens der bisherigen Nord-Süd-Achse entspricht. Auch Reisende profitieren von den hohen Geschwindigkeiten von bis zu 250 km/h: Die Fahrtzeit von Zürich nach Mailand reduziert sich um genau eine Stunde. Und wenn mehr Verkehr auf die Schiene verlagert wird, freuen sich auch die Autofahrer über weniger Staus.
Die Schweizer sind begeistert von ihrem „Gottardo" und können die feierliche Eröffnung am 1. Juni 2016 kaum erwarten. Auf gottardo2016.ch zählt eine Countdown-Uhr die Tage, Stunden und Sekunden bis zur Eröffnung herunter. Wer als Erster durch den Tunnel fahren möchte, muss Glück haben: Die heiß begehrten Tickets für die Jungfernfahrt werden verlost. Wer kein Glück hat, muss warten. Bevor der reguläre Bahnbetrieb im Dezember 2016 startet, werden noch mehr als 3.000 Testfahrten durchgeführt. 
 

Mehr Informationen finden Sie unter:
www.fst.de/maerkte/heavy-industry/mining

Innovationen

Dichtungen entwickeln sich immer mehr zu Multitasking-Experten und sind wichtige Enabler bei der Realisierung von Technologien für die Energiewende. In der Werkstoffentwicklung und Konstruktion spielen Simulationen eine immer wichtigere Rolle – und die Inter­aktion zwischen Materialien und Medien. Ein Schulterblick in die Labors von Freudenberg Sealing Technologies.

Dichten, FÜhlen, Handeln

Dichtungen können mehr, als viele glauben. Ausgestattet mit elektrischer Leitfähigkeit, übernehmen sie Zusatzfunktionen. Sie können ihren eigenen Verschleiß überwachen, Kräfte messen und Funktionen ausführen. Aber wie genau geht das?

Eine Dichtung, die fühlen kann? Klingt nach Science-Fiction. Der Grund dafür ist ganz einfach: Dichtungen bestehen aus Elastomeren, gemeinhin Gummi genannt, und Gummi kann in Reinform keine Signale weiterverarbeiten. Das ist Metallen und Halbleitern vorbehalten, weil diese einen hohen Anteil an frei beweglichen Elektronen aufweisen. Und Elastomere? Sinn würde es machen, da die Dichtungen sich häufig direkt am Ort des Geschehens befinden. Und tatsächlich gibt es verschiedene Möglichkeiten, Dichtungen als Sensor oder sogar als Aktuator einzusetzen. Doch hier muss man etwas nachhelfen – und die eigentliche Aufgabe einer Dichtung nicht aus dem Auge verlieren. 
 
„Die zentrale Funktion einer Dichtung ist und bleibt die Vermeidung von Stoffübergängen", betont Dr. Boris Traber, der bei Freudenberg Sealing Technologies im Bereich Advanced Material Development an intelligenten Dichtsystemen arbeitet. „Dennoch kann man Dichtungen so konstruieren, dass sie zusätzliche Funktionen ausüben." Beispielsweise, indem man einen Sensor oder einen Mikrochip in die Dichtung einbringt. Das ermöglicht, eine Dichtung mit Intelligenz auszustatten, stößt aber auch an Grenzen. Denn das eingebrachte Bauteil ist ein Fremdkörper und darf die Funktion der Dichtung nicht beeinträchtigen.
 
Die Entwickler von Freudenberg Sealing Technologies richten daher ihr Augenmerk auf Ansätze, bei denen die Intelligenz bereits aus dem Material an sich kommt. Dabei kann das Elastomer sowohl Funktionseigenschaften als Sensor als auch als Aktuator ausüben. „Zwar geht das nicht ohne Mehrkosten. Die Vorteile durch zusätzliche Funktionen können bei einer vollständigen Betrachtung der Wertschöpfungskette diese aber schnell aufwiegen", erläutert Traber. Das ist beispielsweise der Fall, wenn eine Dichtung ihren eigenen Verschleiß erkennt. Diese als „Condition Monitoring" bezeichnete Selbstüberwachung ist möglich, wenn das Elastomer elektrisch leitfähig ist. Um das zu erreichen, werden elektrisch leitfähige Füllstoffe direkt in die Elastomermischung eingebracht. Wichtig ist dabei, dass diese Füllstoffe ihre gute Leitfähigkeit mit einem guten Setzverhalten, einer guten Hitzebeständigkeit und einer sehr guten Kälteflexibilität verbinden, um die eigentliche Dichtungsfunktion nicht zu beeinträchtigen.
 
In einem Anwendungsbeispiel wird bei der Herstellung einer Stangendichtung leitfähiges elastomeres Grundmaterial mit einer isolierenden Außenschicht kombiniert. Diese isolierende Außenschicht stellt in der Dichtung die Dichtlippe dar. Verbindet man die Stange beziehungsweise die Gehäusewand durch einen Stromkreis, kann der Strom zur sensierenden Größe werden: Während sich die Stangendichtung im Einsatzfall hin und her bewegt, wird die äußere (isolierende) Schicht verschlissen, das leitfähige Grundmaterial kommt zum Vorschein. Somit kommt es über die Dichtung zum Stromschluss zwischen Stange und Gehäuse, was von einer entsprechenden Sensorik (im einfachsten Fall eine LED) angezeigt wird, sobald die Dichtlippe abgenutzt ist. „Mit solchen relativ einfachen Lösungen können Betriebskosten optimiert werden", erklärt Traber. „Denn man kann eine Dichtung so über ihre komplette Lebensdauer nutzen und tauscht sie nicht zu früh aus. Andererseits vermeidet man Folgekosten durch Leckageschäden, die bei einem zu späten Ausbau entstehen." Die automatisierte Unterstützung bei der Wartung ist zudem eine wichtige Anforderung in vernetzten Industrie-4.0-Anlagen.
 
Mit intelligenten Dichtungen sind aber auch Funktionen realisierbar, die über die reine Selbstüberwachung hinausgehen. So forscht Freudenberg Sealing Technologies auch an verschiedenen dynamischen Dichtelementen wie Membranen, die als Bewegungs- oder Kraftsensor dienen können, wie beispielsweise das Monitoren der Absolutposition. Möglich ist das mit sogenannten dielektrischen Elastomeren. Die Membran ist dabei wie ein Sandwich aufgebaut: Die beiden Außenschichten bestehen aus einem elektrisch leitfähigen Elastomer, die Innenschicht hingegen aus einem elektrisch isolierenden Elastomer. Wenn in der Anwendung die Membran bewegt wird, dann verändert sich die dielektrische Feldstärke (physikalisch: die Kapazität). Dadurch ist es möglich, die auf die Membran einwirkende Kraft zu messen.
 
Wenn man bei dielektrischen Elastomeren aktiv eine Spannung anlegt, dann kann man solche Dichtelemente nicht nur als Sensor, sondern auch als Aktuator nutzen. Denn mithilfe einer elektrischen Spannung ist es möglich, das Elastomer zu verpressen. Wenn man nun nicht nur ein „Sandwich", sondern einen ganzen Stapel aus vielen Schichten verwendet, könnten solche Elastomeraufbauten auch eine Ventilfunktion übernehmen: Wird der Strom betätigt, dann verpresst sich der ganze Stapel und das Ventil öffnet sich; liegt kein Strom an, dann „entspannen" sich die Elastomerschichten wieder und das Ventil schließt. Ein solches Ventil könnte sich stufenlos verstellen lassen; zudem ist der Energiebedarf gering, weil der Strom nur beim Ausüben der Funktion benötigt wird. Hier ist man sicherlich noch weit entfernt von einer Anwendung in der Serie, dennoch sieht sich Freudenberg Sealing Technologies mit seiner profunden Elastomerkompetenz gut aufgestellt, um entsprechende Materialien weiterzuentwickeln.
 
Die Anwendungsbereiche für intelligente Dichtungen sind vielfältig. Eine wesentliche Prämisse ist dabei, dass sie in allen denkbaren Medien eingesetzt werden können, weil ihr Grundwerkstoff auf die entsprechenden Anwendungen abgestimmt wurde, denn die Dichtung soll dem Grundsatz nach immer noch dichten. So können thermochrome Beschichtungen für Temperaturmessungen exakt an den Stellen arbeiten, an denen eine Dichtung thermisch beansprucht wird, wie beispielsweise im Inneren eines Motors. Das ist insbesondere an Stellen, an denen sich kein Messfühler anbringen lässt, von Vorteil. Umgekehrt kann die elektrische Leitfähigkeit die Grundfunktion des Elastomers erweitern, etwa indem eine Dichtung mit geringer Kältetoleranz für den Einsatz in kalten Weltregionen beheizt wird. Auch wenn viele Ansätze bei Freudenberg Sealing Technologies noch Forschungscharakter haben: Science-Fiction ist das schon lange nicht mehr.

Mehr Informationen finden Sie unter:
www.fst.de/kompetenzen/werkstoffentwicklung

Mit Simulation zum Ergebnis

Stangendichtungen dürfen in der Regel keine Leckage haben. Ein stabiler Schmierfilm zwischen Dichtung und Gegenlauffläche ist für die langfristige Funktion aber unerlässlich. Einspritz-Injektoren benötigen einen exakt abgestimmten Schmierfilm zwischen Dichtung und Pumpenkolben – um Leckagen zu vermeiden und die Schmierung zu gewährleisten. Ein neues Simulations-Tool erspart Entwicklern bei Freudenberg Sealing Technologies aufwendige und komplexe Untersuchungen.

Absolute Dichtheit ist bei manchen Anwendungen gar nicht erwünscht. Stangendichtungen benötigen beispielsweise eine gewisse Leckage zur Schmierung. Zu viel Öl im Dichtspalt ist aber auch von Nachteil – es führt zu Umweltverschmutzungen und verkürzt durch permanenten Ölverlust etwa die Lebensdauer eines Stoßdämpfers. Dr. Fabian Kaiser, Advanced Product Technology bei Freudenberg Sealing Technologies, fand die bisherigen Methoden zur Berechnung des exakt zur Anwendung passenden Schmierfilms unbefriedigend: „Nur in experimentellen Versuchen kam man zu einer brauchbaren Vorhersage", erklärt er. „Das hat sehr viel Zeit beansprucht und hohe Kosten verursacht." Vorhandene Simulationsmodelle aber waren zu einfach und mit ihren Prognosen zu ungenau – unbrauchbar für qualitätsorientierte Entwickler.
 
Gemeinsam mit drei Produktionsstandorten von Freudenberg Sealing Technol­ogies und der Technischen Universität Kaisers­lautern entwickelte der Ingenieur im Rahmen seiner Promotion ein Simulationsmodell, dessen Praxistauglichkeit durch Tests auf dem Prüfstand nachgewiesen werden konnte. Dem System liegen komplexe Algorithmen zugrunde – für den Anwender ist dessen Einbeziehung bei der konstruktiven Auslegung einer Dichtung jedoch vergleichsweise simpel. Das schnelle und exakte Tool steht den Entwicklern von Stangendichtungen bei Freudenberg Sealing Technologies zur Verfügung. Die richtige Schmierfilmdicke für den Dichtkontakt an einem Hydraulikzylinder und die Dimensionierung der Dichtung, die daraus hervorgeht, lassen sich so präzise ermitteln – schneller als je zuvor.

Mehr Informationen finden Sie unter:
www.fst.de/produkte/dynamische-dichtungen/stangendichtungen

Cell Frame Gaskets:
Günstige Energiespeicher für stabile Netze
 

Sie könnten einen entscheidenden Beitrag für die Sicherheit der Energieversorgung bei steigendem Anteil von Wind- und Sonnenkraft leisten: Redox-Flow-Batterien speichern elektrische Energie in Salzlösungen. Für einen in Zukunft stark wachsenden Markt entwickelt Freudenberg Sealing Technologies die passende Lösung.

Netzstabilität wird zur ultimativen Herausforderung der Energiewende, wenn deren Anteil – wie weltweit beabsichtigt – weiter steigt. Denn Strom muss dann verfügbar sein, wenn er gebraucht wird, auch wenn sich gerade Wolken vor die Sonne schieben oder Flaute herrscht. Groß dimensionierte Energiespeicher sind ein wichtiges Instrument, Produktion und Nachfrage im Gleichgewicht zu halten. Ein besonders interessanter Ansatz dafür sind Redox-Flow-Batterien (RFB).
 
Die Energiespeicher bestehen aus Tanks, Pumpen sowie galvanischen Zellen. Zwei unterschiedlich geladene Elektrolyte zirkulieren in getrennten Kreisläufen. In der galvanischen Zelle werden die Elektronen von den geladenen Medien als nutzbare elektrische Energie freigesetzt und kommen mit der Gegenelektrode in Kontakt. Der Ladungsausgleich des Systems erfolgt über den Ionentransport durch eine leitende Membran. Die aufwendige Technologie – in den 1960er-Jahren an der Technischen Universität Braunschweig entwickelt – hat einen entscheidenden Vorteil: Sie ermöglicht bei Verwendung von Eisen- und Zinkionen als Ladungsträger einen Systempreis von unter 100 USD/kWh und ist damit konkurrenzfähig zu Pump- oder Druckluftspeicherkraftwerken. Vor allem die Verwendung konventioneller Metalle statt Seltener Erden macht die Redox-Flow-Batterie attraktiv. Dazu ist die Technologie fast beliebig skalierbar – von einigen 100 Watt bis zu mehreren Megawatt – und der Wirkungsgrad über einen Lade- und Entladezyklus hinweg liegt bei 75 bis 80 Prozent. Geringe Selbstentladung, weitgehende Wartungsfreiheit sowie hohe Standzeiten sind weitere Pluspunkte. Auch sind die verwendeten Salze ungiftig, im Gegensatz zu den Bleisalzen in Blei-Säure-Batterien.
 
Demonstrationsanlagen wie die von Sumitomo/Japan mit 1 MW Leistung und 5 MWh Speicherkapazität verfügen über acht Batterie-Einheiten. In jeder Einheit sind 16 Batterie-Stacks mit je 1.000 Zellen untergebracht. 32 Tanks fassen je 12,5 Kubikmeter Elektrolytlösung und jeder Tank verfügt über eine Zentrifugalpumpe. In der Anlage sind mehrere Hundert Meter Verrohrung mit unzähligen Verbindungsstücken verbaut.
 
Die Abdichtung der über 100.000 Zellen, die über eine Größe zwischen 0,5 und 2 Quadratmetern verfügen, ist technisch herausfordernd. Freudenberg Sealing Technologies entwickelt für diese Anwendung eigens eine Cell Frame Gasket (CFG) aus EPDM, welche die zuverlässige Abdichtung des Stacks ermöglicht. Interessant könnte die langfristige Einbettung einer elektrisch leitfähigen Vliesstoff-Kohlenstoff-Elektrode im Stack sein. Kunden könnten ein Bauteil aus Rahmen, Dichtung und Elektroden-Einheit bekommen, das einen schnelleren Zusammenbau der Systeme ermöglichen würde. Diese Kombination – mit Produkten anderer Konzernunternehmen im Sinne von „Innovating Together" – verschafft Freudenberg eine einzigartige Position gegenüber dem Wettbewerb.
 
Die Dichtung ist auf eine Lebensdauer von zehn Jahren ausgelegt und muss 10.000 Lade-/Entlade-Zyklen ohne Beeinträchtigungen überstehen. Für die gesamte RFB-Technologie sind derzeit sechs Produkte in der Entwicklung bei Freudenberg Sealing Technologies – von O-Ringen bis zum Usit-Ring.
 
Die Aussichten sind vielversprechend: So wurde beispielsweise im California Storage Mandate festgelegt, dass in dem amerikanischen Bundesstaat bis 2020 insgesamt 1,3 Gigawatt an Speicherkapazität installiert werden. Das EU-Programm Horizon 2020 verfolgt ähnliche Ziele. 2013 befanden sich annähernd 90 Prozent der weltweit etwa 300 RFB-Anlagen in Asien und Europa. Bis 2017 soll jede dritte Anlage in den USA stehen – das jährliche Wachstum der Technologie wird auf über 200 Prozent geschätzt.

Mehr Informationen finden Sie unter:
www.fst.de/produkte/statische-dichtungen/gaskets

Lube & Seal:
Harmonische Beziehung

Dichtungen und Schmierstoffe gehen stets eine Beziehung miteinander ein. Die ist – wie im wahren Leben – nicht immer ausgeglichen. Zwar existieren Prüfnormen, mit denen die Harmonie zwischen Dichtungsmaterial und Schmierstoff bewertet wird. Aber unterschiedliche Prüfverfahren führen zu unterschiedlichen Ergebnissen. Im „Lube & Seal"-Projekt arbeiten die Dichtungsspezialisten von Freudenberg Sealing Technologies eng mit ihren Konzernkollegen von Klüber Lubrication zusammen und sorgen auch bei schwierigen Konstellationen für eine harmonische Beziehung.

Wie jede Beziehung ist auch die zwischen Dichtungsmaterial und Schmierstoff nicht vor Krisen gefeit. Dabei sind beide Teil eines tribologischen Systems und da ist die gegenseitige Verträglichkeit für die Funktion essenziell. Zwar existieren Prüfverfahren nach europäischer ISO (= Internationale Organisation für Normung)- und amerikanischer ASTM (= American Society for Testing and Materials)-Norm, mit denen Entwickler die Verträglichkeit von Elastomeren und Schmierstoffen testen können. Aber beide Normen unterscheiden sich in ihren Prüfanforderungen und können zu unterschiedlichen Ergebnissen führen. Beispielsweise schreibt die amerikanische Norm für ihren Test geringere Ölmengen und höhere Temperaturen vor.
 
Das Ergebnis: Viele Schmierstoff- und Elastomerkombinationen aus der EU, die ihr störungsfreies Zusammenspiel nach europäischer Norm in langjähriger Eintracht demonstriert haben, können bei den ASTM-Untersuchungen anders abschneiden. Ohnehin ist es kaum möglich, alle Betriebsbedingungen in genormten Prüfungen abzubilden, insbesondere in Spezialanwendungen. Dichtungen für die Getriebe einer Förderstraße müssen etwa nachweislich mehr als 20.000 Betriebsstunden ohne Ausfall absolvieren können – das Vierfache einer Pkw-Laufzeit.
 
Der Slogan von Freudenberg Sealing Technologies „Meistens unsichtbar – immer unverzichtbar" bewahrheitet sich auch hier. Denn während der Kostenanteil der Dichtungen an einem Industriegetriebe deutlich unter einem Prozent liegt, kann ihr Versagen die komplette Anlage in kürzester Zeit zum – teuren – Stillstand bringen.

 
Aktive „Beziehungspflege"
Im Lube-&-Seal-Projekt betreiben Freudenberg Sealing Technologies und die Konzernschwestern Klüber Lubrication und Freudenberg Corporate Research & Development seit mehreren Jahren aktive „Beziehungspflege". Sie finden – experimentell im Labor und auf dem Prüfstand – die ideale Kombination von Schmierstoff und Dichtungsmaterial passend zu den jeweiligen Anforderungen.
 
Wie das funktionieren kann, zeigen die Getriebe der ZAE-AntriebsSysteme. Der Hamburger Getriebehersteller konnte zunächst die Dauerhaltbarkeits-Anforderungen eines Kunden nicht garantieren. Immer wieder kam es an einer Förderstraße zum Dichtungsversagen vor Erreichen der geforderten 20.000 Betriebsstunden. Durch die Einbindung von ZAE in das Lube-&-Seal-Projekt konnte in Simulationen herausgefunden werden, dass der benötigte Schmierstoff von der Dichtkante abgesogen wurde. Praktische Versuche am Prüfstand bestätigten die Erkenntnis. An den Dichtkanten entstanden deutlich zu hohe Temperaturen – die Ursache für den Verschleiß war gefunden. Dank der verschleißfesten Elastomermischung 75 FKM 170055 konnte die Kundenanforderung von 20.000 Betriebsstunden erfüllt werden. Zu Ausfällen aufgrund eines Dichtungsversagens ist es seither nicht mehr gekommen.

 
Kombiniertes Maßnahmenpaket 
Durch die gemeinschaftliche Weiterentwicklung des Dichtringwerkstoffes und des verwendeten Schmierstoffes lässt sich meist die ideale Kombination finden. Von Vorteil ist dabei das enorme Werkstoff-Know-how bei Klüber und Freudenberg Sealing Technologies. Dr. Julia Kubasch, Freudenberg Corporate Research & Development: „Mit einem externen Schmierstoffhersteller könnten wir nicht so in die Tiefe gehen. Unser großer Vorteil bei Lube & Seal sind die langjährige vertrauensvolle Zusammenarbeit sowie die Möglichkeit, an beiden Schrauben – Öl und Dichtung – drehen zu können." So wie in einer gut funktionierenden Beziehung eben!

 
Großer Bedarf durch steigende Anforderungen
Klüber Lubrication sieht in Zukunft wachsenden Bedarf für gemeinsame Lube-&-Seal-Projekte. Dr. Michael Hochmann: „Die Anforderungen in der Antriebstechnik steigen kontinuierlich. So wird beispielsweise durch neue gesetzliche Vorgaben im Marinebereich die Verwendung von „Environmentally Acceptable Lubricants" (EAL) in US-Gewässern gefordert. Der Einsatz von solchen Schmierstoffen stellt zusätzliche Herausforderungen an die Verträglichkeit mit den im Marinebereich eingesetzten Dichtungen." Für ein Schiffs-Antriebssystem musste daher ein tribologisches System ausgetüftelt werden, das die einwandfreie Dichtungsfunktion auch in Kombination mit dem Klüberbio EG 2-150, einem EAL von Klüber Lubrication, sicherstellte. Der einjährige Feldtest an einer Rheinfähre zeigte ein deutliches Ergebnis: Die Öldichtungen sahen aus wie neu.

 
Lube & Seal auch in den USA

Von dem gemeinsamen Know-how können seit diesem Jahr auch Kunden im amerikanischen Markt profitieren – trotz unterschiedlicher Normen. Erich Prem, Freudenberg Sealing Technologies: „Damit geben wir unseren Kunden die Gewissheit, dass ihre Produkte nicht nur den jeweiligen Normen entsprechen, sondern vor allem, dass es nicht mehr aufgrund einer problematischen Kombination von Dichtungsmaterial und Schmierstoff zu einem Systemausfall kommen kann."
 
Die exzellente Beziehung zwischen Freudenberg Sealing Technologies und Klüber Lubrication sorgt so dafür, dass es auch in kritischen Situationen stets beim harmonischen Miteinander von Elastomermaterial und Schmierstoff bleibt. Eine Orientierung verschafft eine Leistungspyramide, die geeignete Kombinationen von Schmierstoffen und Elastomermaterialien abhängig von den jeweiligen Anforderungen zeigt.
 
Für anspruchsvolle und besonders schwierige Fälle von Beziehungsproblemen stehen die Experten von Freudenberg Sealing Technologies und Klüber Lubrication bereit – und finden die passende Lösung.

Mehr Informationen finden Sie unter:
www.fst.de/events/2016-vdi-wissensforum-muenchen-fachvortrag

 Nachhaltiger produzieren
Große Datenmengen analysieren und präzise Informationen liefern: Ein neues IT-Tool im Warenwirtschaftssystem senkt den Materialbedarf in der Produktion. Ein vielversprechender Ansatz, der Ressourcen und Umwelt schont. 
40 Prozent der Herstellungskosten einer Dichtung entfallen im Durchschnitt auf das Material. Umso wichtiger ist es, davon nichts zu verschwenden. „Für einen effizienten Materialeinsatz brauchen wir verlässliche Daten", erklärt Volker Schroiff, Head of Technology Management. „So müssen wir wissen, ob Mischungen vernichtet werden, weil sie nicht rechtzeitig abgerufen wurden und ihre Höchstlagerdauer überschritten ist. Wie viel Material wir bei Produktwechseln verbrauchen, wenn die Anlage durchgespült wird, und welcher Verlust in der Formgebung durch das jeweilige Herstellverfahren bedingt ist." Fragen, zu deren Klärung eine Masterarbeit beiträgt, die Schroiff initiiert und betreut hat. Am Beispiel der O-Ring- und Simmerring-Fertigung ließ sich hervorragend nachvollziehen, in welchen Prozessschritten wie viel Material „verloren geht". Gleichzeitig klärte die Untersuchung, welchen Anteil die unterschiedlichen Verlustarten haben und wo diese Daten im SAP-System zu finden sind.
Weil O-Ringe ausschließlich aus Elastomeren bestehen, eignen sie sich besonders gut als Referenzobjekt. In der Simmerring-Fertigung in Weinheim kommen dagegen unter anderem auch metallische Stützringe oder Federn zum Einsatz. Dadurch gestaltet es sich schwieriger, die Mischungsverluste exakt zu bestimmen. „Unser Ziel lautet aber, im SAP-System ein einheitliches Verfahren zu entwickeln, das sich auf alle Standorte und Produktionsverfahren von Freudenberg Sealing Technologies übertragen lässt", erläutert Schroiff. Dazu muss das neue Tool bei Simmerringen mehr Quellen nutzen und zusammenführen als bei weniger komplexen Produkten. Aus den Daten lassen sich Fakten in Form konkreter Verbesserungen kreieren. Ein nachhaltiger Ansatz, der dauerhaft Kosten sowie Ressourcenverbrauch senkt – und damit auch die Umwelt schont.
Als Grundlage für die Programmierung fand im März 2016 ein Workshop statt. Welche Potenziale ressourcenschonende Produktionsmethoden haben, zeigt ein neuartiges Net-Shape-Verfahren, bei dem das Elastomer über eine Düse direkt in die Form gespritzt wird. Der bisher übliche Angussschirm entfällt – wodurch Rohstoffverbrauch und Abfallmenge signifikant sinken.

 Ein Leben lang – Hochleistungs-Dichtungen für Windkraftanlagen
Immer größere Anlagen und immer extremere Standorte stellen hohe Anforderungen an Dichtungen für Windkraftanlagen. Um die Lager der gewaltigen Stromerzeuger zuverlässig abzudichten, hat Freudenberg Sealing Technologies die Materialfamilie „Ventoguard" entwickelt. Insbesondere auf hoher See tragen Ventoguard-Dichtungen dazu bei, aufwendige Wartungsarbeiten während der geforderten Lebensdauer von 20 Jahren auf ein Minimum zu reduzieren.
Hauptlager von Windkraft-Generatoren erreichen Durchmesser von bis zu vier Metern. Die Wartung ist entsprechend aufwendig: Der Austausch einer Dichtung in 100 Meter Höhe dauert mehrere Tage. Daher rückt die Haltbarkeit in den Fokus der Betreiber. 
Die Anforderungen sind jedoch enorm, denn die Dichtungen sind extremen Belastungen ausgesetzt: Die Temperaturen variieren je nach Standort und Jahreszeit zwischen minus 40 Grad bis zu weit über plus 40 Grad Celsius. Die von Freudenberg Sealing Technologies entwickelte Ventoguard-Familie bietet daher verschiedene Lösungen für einen breiten Anwendungsbereich.
Um die beste Lösung für das Anlagenkonzept sowie die jeweiligen Anforderungen am Standort zu finden, hat Freudenberg Sealing Technologies ein Computerprogramm entwickelt, das Werkstoffeigenschaften, Dichtungsgeometrie und Schmierstoff definiert – für optimale Beständigkeit gegen Alterung und Medien sowie eine hohe Verschleißfestigkeit. In Kombination mit den Schmierstoffen des zur Freudenberg Gruppe gehörenden Spezialisten Klüber ist auf diese Weise sichergestellt, dass das Hauptlager in Windkraftanlagen 20 Jahre lang seine Funktion erfüllen kann.

Mehr Informationen finden Sie unter:
www.fst.de/presse/2015/ventoguard-windkraftanlagen

 Neuer Dichtungswerkstoff für synthetische Schmierstoffe
Synthetische Getriebeöle auf Basis von Estern und Polyglykolen haben viele Vorteile. Sie sind umweltverträglicher als mineralische Öle, bieten einen breiten Temperatur-Einsatzbereich und haben eine bessere oxidative Beständigkeit. Sie wirken sich aber bisher negativ auf Elastomer-Dichtungen aus. Mit dem neuen Dichtungswerkstoff FKM 260466 hat Freudenberg Sealing Technologies dieses Problem gelöst.
Elastomere und Schmieröl gingen bislang keine sonderlich harmonische Ehe ein. Additive, die dem Öl wie auch dem Dichtungswerkstoff zugesetzt sind, ähneln sich häufig in ihrer chemischen Zusammensetzung. Das hat chemische und physikalische Auswirkungen: Sowohl das Reibmoment als auch die Volumenzunahme können sich verändern, was sich auf die gummielastischen Eigenschaften auswirkt. Zudem führt der Verlust des Rückstellmoments zu einer niedrigeren Radialkraft – dem zentralen Parameter für ein sicheres Abdichten etwa bei Getriebe-Simmerringen.
Um der immer stärkeren Verwendung von synthetischen Getriebeölen Rechnung zu tragen – aus Gründen der Umweltverträglichkeit oder weil mineralische Öle an die Grenze ihrer Leistungsfähigkeit stoßen –, hat Freudenberg Sealing Technologies einen speziellen Dichtungswerkstoff entwickelt. Das besonders verschleißfeste Material aus Fluorkautschuk (75 FKM 260466) garantiert eine längere Lebensdauer auch in Verbindung mit Estern oder Polyglykolen. Das schont die Umwelt: Die Bioschmierstoffe sind zu mindestens 25 Prozent aus nachwachsenden Rohstoffen hergestellt, zu mehr als 60 Prozent biologisch abbaubar und toxisch unbedenklich. Mit dem neuen Werkstoff steht ihrer Verwendung auch in hoch belasteten Getrieben kein Dichtungsproblem mehr im Wege.

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