Elastomertechnik

Was ist Elastomertechnik?

Der Begriff Elastomertechnik setzt sich aus den beiden Wörtern Elastomer und Technik zusammen. Elastomer setzt sich aus den griechischen Wörtern elastós, was so viel wie dehnbar heißt, und dem Wort méros, was Teil heißt, zusammen. Man spricht also von einem "dehnbaren Teil", was gleichzeitig auch die typische Materialcharakteristik kennzeichnet.

Bei der Elastomertechnik handelt es sich also um die Verwendung dehnbarer Teile vor einem technischen Hintergrund.

Allgemeines zu Elastomeren

Bei Kunststoffen werden grundsätzlich drei Gruppen unterschieden. Thermoplaste, Duroplaste und Elastomere, neben denen es zusätzlich noch die "Thermoplastischen Elastomere" gibt, später dazu mehr.

Das Materialverhalten dieser drei Typen unterscheidet sich grundlegend bei gleichen Umweltbedingungen (z. B. Temperatur, UV, Feuchtigkeit), was sich nicht zuletzt auf die Verarbeitung in der industriellen Produktion auswirkt.

 

Abgrenzung zu anderen Kunststoffgruppen

Thermoplaste

Thermoplaste sind Kunststoffe, die sich ab einer spezifischen Temperatur verformen lassen. Dieser reversible Vorgang kann nahezu beliebig oft in einem bestimmten Temperaturbereich (bis hin zur thermischen Zersetzung = kurz vor der Verbrennung) wiederholt werden, der Kunststoff kann also durch Abkühlung wieder in einen harten Zustand überführt werden. Diese Eigenschaft ist charakteristisch für Thermoplaste und ist das Hauptunterscheidungsmerkmal zu den Duroplasten und Elastomeren.

Duroplaste

Duroplaste sind Polymere, die sich speziell durch ihre hohe Steifigkeit und Medienbeständigkeit auszeichnen. Weiterhin besitzen sie eine deutlich höhere Temperaturbeständigkeit als Thermoplaste und Elastomere.

Durch dreidimensionale Hauptvalenzbindungen sind sie stark (engmaschig) vernetzt und besitzen dadurch eine geringe Kriechneigung. Duroplaste sind Harze und werden durch die Zugabe von einem Härter ausgehärtet. Die Vernetzung, die zur Härtezunahme führt, kann dabei thermisch oder chemisch erfolgen.

Elastomere

Polymere deren Glasübergangstemperatur sich unterhalb der Einsatztemperatur befindet, werden als Elastomere bezeichnet, denn ihre Materialcharakteristik im Umgang zeigt ein starkes elastisches Verhalten. Zurückführen lässt sich dieses Verhalten auf die weitmaschige Vernetzung bei der Vulkanisation. Sowohl Zug- als auch Druckbeanspruchungen führen zur revesiblen Verformung. Ein elastomeres Bauteil stellt nach einer Verformung seine ursprüngliche Form wieder her. Das Verhalten, was insbesondere die Geschwindigkeit der Formwiederherstellung beschreibt, nennt man Rückstellverhalten. Hierzu gehört auch das Ausmaß der Formwiederherstellung, da sich die Form nur näherungsweise wieder herstellen lässt.

Die Härte von Elastomeren wird in Shore (A, C und D) gemessen und beschreibt eine Kennzahl für die Eindringtiefe, die direkt proportional zur Werkstoffhärte ist.

Thermoplastische Elastomere (TPE)

Thermoplastische Elastomere zeigen Eigenschaften von beiden Kunststofftypen. Bei Raumtemperatur verhalten sie sich vergleichbar mit reinen Elastomeren, trotzdem lassen sie sich bei erhöhter Temperatur aufschmelzen und umformen, ein rein thermoplastisches Verhalten. Bei den thermoplastischen Elastomeren sind elastische Molekülketten in in thermoplastische Polymerketten eingebunden (veränderte Konfiguration bei gleicher Konstitution). Auch wenn sie auf den ersten Blick wie eine perfekte Synthese aus Thermoplasten und Elastomeren erscheinen, haben sie doch auch ihre Nachteile und können nicht zwingend die beiden einzelnen Typen substituieren.

 

 

"Ohne natürliche Polymere kein Leben, ohne synthetische Polymere keinen Lebensstandard."

 

Typische Vertreter von Elastomeren

Zu den typischen und gebräuchlichsten Elastomeren zählen:

  • NR (Naturkautschuk)
  • RB (Butadien-Kautschuk)
  • IIR (Butylkautschuk)
  • CR (Chloropren-Kautschuk)
  • EPM (Ethylen-Propylen-Copolymer)
  • EPDM (Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk)
  • FPM (Fluorkautschuk)
  • IR (Isopren-Kautschuk)
  • PIB (Polyisobutylen)
  • PVB (Polyvinylbutyral)
  • SIR (Silocon-Kautschuk)

Technische Einsatzgebiete

Der Begriff Elastomertechnik beschreibt die Vielfalt technischer Einsatzgebiete für Elastomere und wird als Sammelbegriff benutzt. Das bereits oben beschrieben Eigenschaftsspektrum von elastomeren Kunststoffen prädestiniert diese für eine ganze Palette von Anwendungsmöglichkeiten.

 

Zu über 97 % werden sie jedoch für nur zwei Anwendungen verarbeitet.

 

Dichtungstechnik und Dichtungssysteme

Moosgummidichtung selbsthaftend
Selbstklebende Moosgummidichtung

Mit sicherlich dem größten Produktanteil der Elastomere kann die Dichtungstechnik genannt werden. In nahezu jedem mechatronischen System sind Dichtungen verbaut, um der jeweiligen benötigten Schutzklasse (IP) gerecht zu werden. Diese Dichtungen bestehen praktisch ausschließlich aus elastomeren Kunststoffen. Der Grund dafür ist das formgenaue Abbildungsvermögen von elastomeren Bauteilen an einer negativen Kontur. Das Bauteil kann sich deutlich besser an einer rauen Oberfläche anschmiegen als ein Thermoplast oder gar Duroplast. Das Rückstellverhalten, welches die Geschwindigkeit der Rückstellung und das Formwiederherstellungsvermögen beschreibt, ist deutlich dem Rückstellverhalten der beiden anderen Kunststoffgruppen überlegen. Obgleich ein thermoplastisches oder duroplastisches Bauteil auch zu einem gewissen Prozentsatz ein Rückstellvermögen besitzt, wird dabei der elastische Bereich schnell vom plastischen Bereich abgelöst, sodass die Rückstellverhalten deutlich unter 1 % liegen. Elastomere können ihre ursprüngliche Form (vor der Verformung), je nach Typ, näherungsweise wieder vollständig herstellen.

Entsprechend der Anforderungen ihres Einsatzgebietes werden Elastomere ausgewählt. Benötigt man schalldämpfende, kleine und günstige Dichtungen, die keine besondere Mediendichtigkeit ausweisen müssen, wird oft zu EPDM-Schäumen gegriffen.

Für Dichtungssysteme in ölhaltigen oder allgemein sauren Medien werden Gummidichtungen bevorzugt. Diese besitzen eine besonders hohe Medienbeständigkeit, weswegen O-Ringe nahezu immer aus einem Gummi gefertigt werden. Als gängige Typen wären dafür NBR und SBR zu nennen.

 

Dämpfungssysteme

Elastomere Dämpfungssysteme dienen hauptsächlich der Vermeidung und Reduzierung von Vibrationen und Schall. Dabei werden Festkörper durch elastische bzw. elastomere Zwischenstücke substituiert. Bei der Bedienung von Maschinen, vor allem aber im industriellen Bereich, kommt es zu erheblichen Vibrationen. Diese, ausgelöst durch Unwuchten oder suboptimale Motordrehzahlen, würden den Körperschall durch ihre Maschinenbeine direkt in den Boden leiten, was einer Lärmbelästigung gleich käme und keinem Produktionsmitarbeiter zuzumuten ist. Elastische Zwischenstücke, beispielsweise Gummifüße, absorbieren einen Großteil der Vibrationen und Stöße und bauen die Energie in Form von Wärme (nicht merkbar) ab.

Ein weiteres Einsatzgebiet sind jegliche Art von Puffer. Das Funktionsprinzip von einem Gummitürstopper ist grundsätzlich das selbe. Der Stoß wird von dem elastischen Bauteil aufgenommen, was dazu führt, dass das Geräusch deutlich verringert ist, verglichen mit einem Stahltürstopper. Gleiches gilt für beispielsweise Krananschlagpuffer, bei der ein bewegter Ausleger nicht vollständig durch einen Motor abgebremst wird. Die restliche Bewegungsenergie soll vom Krananschlagpuffer aufgenommen werden, was beispielswiese wiederrum der Motorlebensdauer des Krans zugutekommt.

Montage elastomerer Bauteile

Bei der Montage von elastomeren Bauteilen sind der Fantasie des Konstrukteurs kaum Grenzen gesetzt. Hauptsächlich werden diese durch reines Einlegen in eigens dafür vorgesehene Aussparrungen gehalten. Eine weitere Möglichkeit sind Schnapp- , Steck- und Quetschverbindungen, die eine formschlüssige Verbindung ermöglichen. Darüber hinaus gibt es selbstklebende Dichtungen, bei denen meist schon in der Produktion eine Klebefolie aufgebracht wird, die erst bei der Montage entfert wird. Selbstklebende Dichtungen sind Stand der Technik und gängige Montageverfahren in der Automobilindustrie, vor allem für Flach- und Hohlkammerdichtungen aus Schäumen und Gummi.

Zukunftsweisende Aussichten

Durch die Forschung an neuen Verarbeitungsverfahren gab es in den letzten Jahren bedeutende Fortschritte im Bereich der hochgefüllten Compounds (Kunststoffmischungen). Eine neue Technologie zog besonderes Interesse der Industrie auf sich. Durch die Zugabe von Magnetpartikeln in ein elastomeres Bauteil kann die Bauteilform durch ein äußeres Magnetfeld manipuliert werden. Das Ergebnis sind flexible, elektrische schalt- und regelbare Dichtungssysteme.

 

 

08.04.2014