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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 von 2020 bis 2025
Projektkennung Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 447009134
 
Erstellungsjahr 2025

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Ziel dieses Vorhabens war die additive Herstellung von 2-Komponenten-Bauteilen (2K-Bauteile) und die Qualifikation dieser Bauteile für generelle Anwendungen im Reibkontakt. Typischerweise kommen für Reibanwendungen Thermoplaste zum Einsatz, die gute Reibeigenschaften aufweisen. Um im Reibkontakt die notwendige Anpressung zu erzeugen, 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 2K-Bauteile werden konventionell entweder so hergestellt, dass beide Komponenten separat (trennend, urformend) gefertigt und dann in der Anwendung kombiniert werden oder in einem Prozess im 2K-Spritzguss, wofür dann jedoch ein aufwendiger Formenbau erforderlich ist. Als Innovation wurde in diesem Forschungsvorhaben die additive Fertigung beider Komponenten eines solchen 2K-Bauteils ohne einen vorherigen Formenbau umgesetzt. Zunächst wurden für die additive Herstellung der thermoplastischen Komponente Verfahren und mögliche Werkstoffe ermittelt. Anschließend wurden Prototypen der dynamischen Dichtringe gedruckt und auf Dichtigkeit, Formstabilität und Maßhaltigkeit geprüft sowie mittels Funktionsversuchen für den beispielhaften Anwendungsfall „Stangendichtung“ qualifiziert. Die Versuche dienten zudem der Validierung der parallel durchgeführten Simulation. Deren Ergebnisse zeigten z.B. dass bezüglich des Rückförderverhaltens der additiv gefertigten Dichtung im Vergleich zu einer konventionell gefertigten Dichtung durch die verfahrensbedingt strukturiere Oberfläche besonders bei größeren Drücken Unterschiede auftreten. Die zweite Komponente der Dichtung, der O-Ring, wurde zunächst separat aus einer zuvor hergestellten und charakterisierten Kautschukmischung additiv gefertigt. Dafür wurde ein Demonstrator aus einem umgebauten Thermoplast-3D-Drucker entwickelt und verwendet. Hiermit konnte ein Prototyp einer 2K Dichtung in einem Prozess gefertigt werden. Funktionstest an diesen Prototypen zeigen für die NBR/TPU-Kombination eine gute Funktion bis zu Laufleistungen von 5,32 km. Auch die Dichtwirkung kann bei Drücken bis zu 15 MPa als gut eingestuft werden, da kaum bis keine Leckage auftrat. Die hier entwickelten Fertigungsverfahren lassen sich beispielsweise nutzen, um an entlegenen Orten der Welt eigene Ersatzteile zu fertigen. Auch eine Übertragbarkeit der Ergebnisse auf andere Anwendungsfelder ist möglich und sinnvoll.

Link zum Abschlussbericht

https://doi.org/10.34657/24798

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