Dynamische 2-Komponenten-Dichtungen aus additiver Fertigung

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Dr.-Ing. Benjamin Klie; Professorin Dr.-Ing. Kathrin Ottink
• Fachliche Zuordnung: Konstruktion, Maschinenelemente, Produktentwicklung ; Kunststofftechnik
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 447009134

Im vorliegenden Forschungsantrag geht es um die additive Herstellung von 2-Komponenten-(2K-)Bauteilen und die Qualifikation dieser Bauteile für generelle Anwendungen im Reibkontakt. Typischerweise kommen für Reibanwendungen Thermoplaste zum Einsatz, die gute Reibeigenschaften aufweisen. Um im Reibkontakt generell eine notwendige Anpressung zu erzeugen und eine Nebenabdichtung zu realisieren, muss eine Vorspannkraft aufgebracht werden. In der Dichtungstechnik, welche besonders hohe Anforderungen an die verwendeten Werkstoffe stellt, wird diese Anpressung häufig durch eine zweite Komponente, einen O-Ring aus einem Elastomer, erreicht. Derartige 2-K-Bauteile werden derzeit so hergestellt, dass beide Komponenten separat konventionell gefertigt und in der Anwendung kombiniert werden. Als Innovation wird in diesem Forschungsvorhaben die additive Fertigung beider Komponenten eines solchen 2-K-Bauteils umgesetzt. Für die additive Fertigung des Thermoplast-Bauteils kommen einstufige, mehrstufige MEAM (Material Extrusion Additive Manufacturing)-basierte Verfahren, mehrstufige Binderjetting-basierte Verfahren und mehrstufige DLP(Digital Light Processing)-basierte Verfahren zum Einsatz. Die Eignung der Verfahren wird in diesem Vorhaben untersucht. Das Elastomerbauteil wird in einem FFF(Fused Filament Fabrication)-basieren Prozess umgesetzt. Die Vernetzung soll als Projektziel mittels Laser umgesetzt werden. Die gefertigten Bauteile werden auf Dichtigkeit, Formstabilität und Maßhaltigkeit geprüft. Ein Funktionsnachweis als "Stangendichtung" wird geführt. Die Versuche dienen zudem zur Validierung der parallel durchgeführten Simulation.Auf diese Weise lässt sich das Potenzial der additiven Fertigung beispielsweise nutzen, um an abgelegenen Orten oder "on-demand" Ersatzteilfertigung zu betreiben. Da es sich um Verfahren handelt, die noch nicht zum Einsatz kommen und eine grundlegende Qualifikation der additiv gefertigten Komponenten für den Einsatz "Reibkontakt" erfolgen muss, ist die wissenschaftliche Herangehensweise unabdingbar. Die dynamische Dichtung wird als Funktionsbeispiel für die Qualifikation von additiv hergestellten 2K-Komponenten herangezogen, weil die Anforderungen an ein Dichtungsmaterial sehr hoch sind. Wenn additiv hergestellte 2K-Bauteile hierfür qualifiziert werden, finden sie auch in vielen anderen Bereichen mit geringeren Anforderungen an das Material Einsatzmöglichkeiten.In diesem Forschungsantrag arbeiten die beiden Partner Hochschule Emden/Leer (HSEL) und das Deutsche Institut für Kautschuktechnologie (DIK) aus Hannover zusammen. Die HSEL verfügt über jahrelange Erfahrung in der additiven Fertigung sowie über Fachkenntnisse im Bereich Maschinenelemente und Tribologie. Das DIK ist spezialisiert auf die Fertigung und Untersuchung von Elastomer-Komponenten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Professor Dr.-Ing. Matthias Graf