Case studies

Herausforderung
Wasserstoff unter extrem hohen Drücken von über 800 bar muss in elektrisch betätigten Tank-Druck-Regelventilen (Fuel Cell Electrical Valves) dynamisch abgedichtet werden. 

Lösung
Die Abdichtung des Regulierventils bzw. der Kolbenstange mit unterschiedlichstem Anforderungsprofil und extremen Druckbereichen (bis zu 800 bar) erfolgt über eine spezielle Federunterstützten Nutringlösung aus anwendungsoptimiertem PTFE-Material.

Ergebnis
Die am Kundenbauraum orientierte Designauslegung bietet den Ventilherstellern eine universelle Dichtungslösung. Diese Kolbenstangendichtung erfüllt alle Funktionalitätsanforderungen wie z.B.: Druckstabilität, chemische- und Temperaturbeständigkeit sowie Verschleißfestigkeit.

Die Transformation in der Automobilwelt hin zur Elektrifizierung bietet neue, technische Herausforderungen. Ein Teilaspekt der Mobilitätslösung von morgen ist die Stromerzeugung mittels „grünem“ Wasserstoff. „Grüner“ Wasserstoff als speicherbare und transportfähige Energiequelle wird als ein Teil der Lösung  für die Mobilität der Zukunft betrachtet.

Das Wasserstoffhandling bringt große Herausforderungen mit sich wie z.B. hohe Drücke, die für die Speicherung im Tank notwendig sind. Diese Drücke werden bei der Energiewandlung auf ein optimales Kreislaufniveau gebracht. Das bedeutet, die Schnittstellen der Ventile müssen absolut dicht sein, um gefährliche Medienanreicherungen zu vermeiden.

Der optimierte Hochleistungskunststoff auf PTFE-Basis dichtet für diesen kundenspezifischen Anwendungsfall die Ventilschnittstelle sicher ab. Durch die Produktentwicklung konnten außerdem die Anforderungen hinsichtlich Druckstabilität, Medienbeständigkeit und Montagefreundlichkeit bei minimaler Bauraumabmessung sichergestellt werden. Somit entstand eine einfache aber anspruchsvolle Dichtungslösung, welche die Kundenbedürfnisse aus technischer und ökonomischer Sicht vereint.

Weitere Hochleistungs-Dichtungswerkstoffe und Designs für Wasserstoffapplikationen stehen für vergleichbare kundenspezifische Anwendungen zur Verfügung.
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Herausforderung
Kraftstoffhochdruck-Kolbenpumpen als Druckerzeuger bis 500 bar (Benzin) und bis 2700 bar (Diesel) müssen bei gleichzeitiger Medientrennung (Kraftstoff/Motoröl) beidseitig geringst mögliche Leckagen gewährleisten und die geforderte Motorlebensdauer erreichen.

Lösung
Dynamisches Dichtsystem als doppelwirkender Federunterstützter Nutring  mit Führungsring aus Hochleistungs-Compound. Dieses Dichtsystem bietet eine einzigartige Performance über den gesamten Temperaturbereich von -40 °C bis +180 °C, dynamischem Anforderungsspektrum und bei alternativen Kraftstoffen.

Ergebnis
Das multifunktionale Dichtsystem bietet den Pumpenherstellern eine montagefreundliche und wirtschaftliche Lösung. Durch das besondere Dichtungsdesign konnte die Bauteilkombination optimiert und somit die Gesamtsystemkosten reduziert werden.

Die Automobilbranche ist einem massiven Wandel unterworfen mit dem Ziel der „Zero-Emission“. Im Fokus des langfristigen Wandels steht die Elektromobilität. Bezogen auf kurzfristig realisierbare Flotteneffekte haben auch Verbrennungsmotoren ihre Relevanz und bieten Potentiale.
Durch einen optimierten Einspritzvorgang kann die Effizienz im Motor gesteigert und die Emission weiter reduziert werden. Diese Optimierungen haben auch Einfluss auf das jeweilige Hochdruckpumpen-Dichtsystem, dessen Weiterentwicklung dieses Fallbeispiel beschreibt.

Das Ergebnis der Material- und Designoptimierungen ist ein druckstabileres Dichtsystem bei weiterhin geringstmöglicher Leckage und Einsatz alternativer Kraftstoffe. Dieses verschleißfeste Hochleistungs-Dichtsystem setzt unter den verschärften Bedingungen bei den hochdynamischen Kolbenpumpen (bis ca. 5 m/s) neue Maßstäbe. 

Unsere qualitätsorientierte und ökonomische Effizienz, kombiniert mit modernsten Fertigungsmethoden, überzeugen unsere Kunden weltweit.
Weitere Anwendungsbeispiele aus dem Bereich Powertrain Fuel finden Sie hier.

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Herausforderung
Bei der nasschemischen Ätzung von Siliziumwafern für die Photovoltaik entsteht durch aggressive Mischsäuren Reaktionswärme, welche im Prozess abgeführt werden muss.

Lösung
Die Mischsäure wird durch einen Thermo-X™ Rohrbündel Wärmetauscher aus PVDF im Kreislauf gepumpt und im Gegenstrom über einen Kühlwasserkreislauf gekühlt.

Ergebnis
Der Thermo-X™ Wärmetauscher gewährleistet einen permanenten Kühlprozess, sodass die Ätzung im optimalen Temperaturbereich erfolgen kann. Somit wird eine reibungslose Produktion der Wafer garantiert und die Effizienz von Produktionsanlagen gesteigert.

Durch anwendungsspezifische Auslegung hat ElringKlinger die optimale Größe des für den Kühlprozess benötigten Wärmetauschers ermittelt und gemäß Druckgeräterichtlinie konstruiert. Zur Sicherstellung der Wirtschaftlichkeit werden wesentliche Komponenten im Spritzgussverfahren hergestellt. Neben den dadurch erzielten Kostenvorteilen ergeben sich zudem Verbesserungen in den  Oberflächenqualitäten welche wiederum die Partikelkontamination des Wärmetauschers und somit der Produktionsanlage reduziert.
Mehr Informationen über die verschiedenen Bauarten der Thermo-X™ Wärmetauscher finden Sie hier.

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chemie-prozesstechnik[at]elringklinger.com

Herausforderung
Unser Kunde war auf der Suche nach einer Ummantelung für metallische Temperatursensoren zur Abdichtung gegen eine aggressive Umgebung mit Milchsäure. 

Lösung
Durch die Wahl von schweißbaren Hochleistungskunststoffen, die gegen Milchsäure resistent sind, und gleichzeitig über Lebensmittelzulassungen verfügen, konnte eine passgenaue Lösung für den Kunden entwickelt werden.

Ergebnis
Somit ist gewährleistet, dass der Sensor gegen seine Umgebung geschützt und dessen Funktionalität uneingeschränkt bleibt.  Durch das Zusammenspiel aus Werkstoff und Design wird eine Kontamination durch Keime vermieden und die Prozessqualität sichergestellt.

Hochleistungskunststoffe auf Fluorpolymerbasis eignen sich hervorragend für den Einsatz in der Lebensmitteltechnik. Sie haben die Eigenschaft, weitestgehend inert zu sein und sind damit physiologisch unbedenklich. Durch die gute Antihafteigenschaft der Oberflächen werden Verunreinigungen und Kontamination durch Keime entgegengewirkt und die Konturen sind leicht zu reinigen.

Im vorliegenden Fall suchte unser Kunde nach einem Material, welches neben den üblichen Lebensmittelzulassungen nach GMP, FDA, (EU) 10/2011, (EG) 1935/2004 und (EG) 2023/2006 auch dem Standard 3A Sanitary genügt. Dies ist obligatorisch um den eingesetzten Sensor vor dem Kontakt mit Milchsäure zu schützen. Der Kunststoffmantel des Sensors wurde nach den Richtlinien des Hygienic Design konstruiert, die die Vermeidung von Toträumen, Hinterschneidungen, scharfen Kanten und rauen Oberflächen, vorschreibt.

Die Herausforderung lag darin, zur Umhüllung des Sensors aufgrund dessen inhomogener Geometrie, mehrere Kunststoffkomponenten miteinander zu verbinden, was durch die Verwendung von verschweißbaren Hochleistungskunststoffen gelang. Die Produktlösung, die zusammen mit dem Kunden entwickelt wurde, stellt den Schutz des Sensors in einer schwierigen Umgebung sicher, ohne dessen Sensitivität zu beeinträchtigen.

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Herausforderung
Herstellung einer Dichtung, die einerseits alle kundenspezifischen, technischen Anforderungen erfüllt und andererseits den Anforderungen der Zulassungsbehörden für Medizinprodukte der FDA entspricht. Zudem unterliegt der Herstellungsprozess der Medizinnorm DE EN ISO 13485.

Lösung
Für den Einsatz in einem Elektromotor für chirurgische Power-Tools, entwickelte ElringKlinger in Zusammenarbeit mit dem Kunden einen ElroSeal™ Hochleistungs-Wellendichtring mit speziellem Dichtlippen- und Materialkonzept für den Einsatz in der Medizintechnik.

Ergebnis
Mit Hilfe des ElroSeal™ Hochleistungs-Wellendichtrings kann der Kunde Qualitäts- und Sicherheitsstandards erfüllen, die für den Einsatz in der Medizintechnik und deren Validierung entscheidend sind.

Gerade in der Herstellung von Medizinprodukten und -komponenten ist es entscheidend, allen relevanten Medizinstandards gerecht zu werden. Die verwendeten Komponenten und deren Materialeigenschaften müssen medizinisch unbedenklich sein, wiederholt sterilisierbar sein und darüber hinaus medizinisch konform nach FDA und RoHS & REACH Verordnung. 

Bei Power-Tools und deren Elektromotoren werden Umdrehungsgeschwindigkeiten von mehreren tausend Umdrehung pro Minute erreicht womit die Dichtung an ihre Belastungsgrenze gebracht wird. 

Für diese Anwendung entwickelte ElringKlinger ein Dichtungssystem, das den Kundenanforderungen nach geringem Reibungskoeffizienten, hoher Medien- und Temperaturbeständigkeit und strengen Sterilisationsvorgaben von 1.000 Zyklen, gerecht wird. Diese Hochleistungsdichtung zeichnet insbesondere ihre Langlebigkeit aus, sichergestellt durch eine entsprechend sorgfältige Materialauswahl.

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lifescience[at]elringklinger.com

Herausforderungen
Besonders im Halbleiterbereich bestehen unter anderem hohe Ansprüche an die axialen Auszugskräfte von Komponenten, welche mit PTFE verbunden werden sollen. In diesem Bereich sind die Anforderungen vor allem an Membranen sehr hoch. Die Auslegung der Membrane soll zwingend den Kontakt des Inserts zum Medium verhindern.

Lösungen
Durch eine geeignete Werkstoffauswahl gelingt es die geforderte Konformitäten an die Membranen durch den Prägeherstellungsprozess zu realisieren.

Ergebnis
Der Prägeherstellungsprozess von Membranen ermöglicht eine höhere Belastbarkeit von Insert-Bauteilverbindungen und verhindert den Kontakt zum Medium. Dadurch ist es gelungen, die axialen Auszugskräfte des zu verbindenden Bauteils signifikant zu erhöhen.

Die Ansprüche an Membranen steigen kontinuierlich an. Sobald diese der mechanischen und chemischen Beanspruchung in geschlossenen Systemen nicht standhalten, kommt es zu Kontaminationen. Solche Kontaminationen führen zu Ausfällen, die mit enormen Kosten verbunden sind. Gleichzeitig unterliegen die Bauteile unterschiedlichsten Regularien mit zusätzlichen Anforderungen. Hierbei liegt der Fokus zumeist in folgenden Bereichen:

• Lebensmittelbreich gemäß (EU) 10/2011 und FDA 21 § 177.1550
• Medizinbereich gemäß USP Class VI und ISO 10993-5
• Halbleitertechnik (Reinstwasser, aggressive Chemikalien)

ElringKlinger Kunststofftechnik ist es gelungen Membranen so weiterzuentwickeln, dass diese, unter Einhaltung strenger Regularien den geforderten mechanischen und chemischen Beanspruchungen gerecht werden. 

Dies gelingt durch eine dauerhafte Verbindung zwischen der PTFE Schicht und der dazugehörigen Komponente. Durch die Weiterentwicklung dieser Verbindung konnten die axialen Auszugskräfte nahezu verdoppelt werden. Diese essenziellen Eigenschaften lassen dynamische Bewegungen der Membrane realisieren, was deren Einsatzbereich stark vergrößert.

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Herausforderung
Abdichtung eines Regelventils im Bereich des Hauptkühlkreislauf für Verbrennungs- und Hybridmotoren. Optimale dynamische und statische Dichtheit bei minimalen Reibwerten über eine Temperaturrange von -40°C bis +140°C und 300.000 km Laufleistung des Fahrzeugs.

Lösung
Auf Basis der Geometrie und der Forderung von geringen Reibkräften bei gleichzeitiger Dichtheit, kam nur ein gespritzter Moldflon®-Dichtungskörper in Kombination mit einer Federunterstützung in Frage. 

Ergebnis
Die „Plug-and-Place“-Dichtungslösung vereint die statische und dynamische Dichtfunktion in einem Bauteil. Durch die Bauteilverschmelzung konnte das Kundenmontagekonzept deutlich vereinfacht und das Risiko von Montagefehlern/Leckage-Schnittstellen erheblich reduziert werden.

Durch die abzudichtende Bauteilgeometrie und die spezifischen Anforderungen für das Regelventil im Hauptkühlkreislauf ergaben sich unterschiedliche Herausforderungen: 
Medienbeständigkeit gegen Kühlmedium; Temperaturbeständigkeit -40°C bis +140°C; minimale dynamische Leckage-Anforderungen; Lebensdauer von 300.000 km Laufleistung; Toleranzausgleich von bis zu 7 Zehntel; statische Dichtheit ohne zusätzliche Elastomer-Dichtung.

Auf Basis der gewählten Kundengeometrie wurde ein Dichtkörper aus Moldflon® MF10010 ausgelegt. Dieses Material ermöglichte durch die Spritzgussverarbeitung eine gewisse Design-Freiheit in Kombination mit gleichzeitig ökonomischen Vorteilen hinsichtlich Materialeinsatz. 

Um die Dichtfunktion über die Lebensdauer und den Temperaturbereich zu gewährleisten bedurfte die Dichtung einer Federkraft, welche die statische als auch dynamische Dichtseite bei relativer Kraftkonstanz mit der Gegenlauffläche zuverlässig abdichtete.

Der Ursprungsgedanke für die Lösung kam aus dem Elring Federunterstützten Nutring-Dichtungs-system. Um dieses Prinzip auf die Anwendung übertragen zu können musste die Wirkung der Federkraft auf die bauraumspezifischen Gegebenheiten angepasst werden. Um die Dichtfunktion herstellen zu können wurde ein spezielles Federmontageverfahren entwickelt. Dies sicherte dem Kunden eine optimale Dichtfunktion bei gleichbleibenden Ventil-Verstellkräften, und dies selbst bei kritischen Toleranzlagen.

Durch das neue Dichtungskonzept konnten die Komponentenanzahl und damit die Risiken von Montagfehlern und Leckage-Problemen reduziert werden. Diese Verbesserungen und der ökonomische/ökologische Vorteil der „Plug and Place“-Dichtungslösung sorgten für einen rundum zufriedenen Kunden.

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Herausforderung
Die primäre Herausforderung war die Herstellung eines Bauteils zur kapazitiven Füllstandsmessung unter Einhaltung der in der Lebensmittelindustrie  gültigen Anforderungen wie GMP, FDA, (EU) 10/2011, (EG) 1935/2004 und (EG) 2023/2006. Die Einhaltung der aufgeführten Vorschriften war eine grundsätzliche Vorgabe für alle eingesetzten Materialien und Bauteile.

Lösung
Gemeinschaftliche Entwicklung mit dem Kunden und Umsetzung aller geforderten Standards bzw. Vorgaben durch die ElringKlinger Kunststofftechnik GmbH. 

Ergebnis
Nach gemeinsamer Entwicklung konnten wir dem Kunde eine endmontierte Baugruppe mit entsprechender Verpackungen nach geforderten Standards bereitstellen. Alle Komponenten werden In-House gefertigt bzw. verarbeitet oder über freigegebene und zertifizierte Lieferanten beschafft.

Die durchgängige Prozessüberwachung ist in der Lebensmittelherstellung, wie auch in der Verfahrenstechnik unerlässlich, um den hohen Qualitäts- und Sicherheitsanforderungen gerecht zu werden. PTFE ist für diese Anwendungen ein häufig eingesetzter Werkstoff, der sich durch seine hervorragende Lebensmittelverträglichkeit und die antiadhäsiven Eigenschaften auszeichnet und dies bei gleichzeitig hoher Beständigkeit gegen aggressive Medien.

Mit unserer langjährigen Erfahrung als Lieferant für die Lebensmittelindustrie im Bereich der Sensorik unterstützten wir unseren Kunde bei der Entwicklung und Herstellung eines kapazitiven Füllstands-Sensors für den lebensmittelberührenden Bereich. Im Zuge der engen Zusammenarbeit konnte das Produktportfolio des Kunden um den Anwendungsbereich der Füllstandsmessung erweitert bzw. ergänzt werden.

Um dem Kunde einen weiteren Mehrwert in dessen Supply-Chain bieten zu können, werden neben der Fertigung der Kunststoffbauteile diverse weitere Bauteile beschafft, konfektioniert und in einer Baugruppe verbaut. Die Endmontage wird an unseren nach GMP Richtlinien zertifizierten Standorten vorgenommen und entspricht den bereits aufgeführten Vorschriften. 
Bereits seit Jahrzehnten beliefern wir unsere Kunden mit Komponenten wie Einhausungen, umschrumpften, ummantelten und verschweißten Bauteilen für Anwendungen in der Sensorik. 
Gerne unterstützen wir auch Sie bei der Entwicklung und Erweiterung Ihres Produktportfolios.

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Herausforderung
Steigende Rotationsgeschwindigkeit kombiniert mit minimaler Verlustleistung und Maximierung der Laufleistung stehen im Fokus der aktuellen Entwicklungen bei E-Maschinen/E-Antrieben.

Lösung
ElringKlinger Kunststofftechnik entwickelte eine neue Produktfamilie die diesen gestiegenen Anforderungen gerecht wird und dem Kunden noch weiteren Spielraum für die zukünftigen Herausforderungen bietet.

Ergebnis
Durch die Umsetzung eines innovativen Designs und dem Einsatz innovativer Materialien sowie Herstellungsverfahren, kann der Kunde bis zu 50% höhere Umfangsgeschwindigkeiten, bei weiterhin geringer Verlustleistung, realisieren. Die Effizienz bei E-Achsen kann damit weiter gesteigert und die Laufleistung verlängert werden. 

Mit dem Wandel der Automobilindustrie im Bereich der Antriebstechnologie nehmen die Erfahrung, der Fortschritt und die Anforderungen im Bereich elektrischer Achsen stetig zu. 
ElringKlinger Kunststofftechnik wurde daraufhin angefragt, inwiefern sie eine Hochleistungsdichtung für die Abdichtung der elektrischen Antriebsachse anbieten könne, die die marktüblichen Anforderungen hinsichtlich Rotationsgeschwindigkeit und Gesamtlaufleistung um bis zu 50% übersteigen. 

In enger Zusammenarbeit zwischen Produkt-, Material- und Prozessspezialisten wurde eine neue Generation PTFE-basierter Radialwellendichtringe entwickelt. Diese neue leistungsfähigere Produktfamilie ist nun unter der Bezeichnung „ElroSeal™“ verfügbar. 

Durch diese Weiterentwicklung konnten die neuen Kundenanforderungen sichergestellt werden und das Leistungsvermögen der Anwendungsschnittstelle wurde deutlich gesteigert.
Weitere Infos zum zum ElroSeal™ erhalten Sie hier.

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Herausforderung
Die Backupdichtung eines Dichtungssystems für Schraubenkompressoren versagte bereits nach kürzester Zeit. Der Ausfall führte zu einem massiven Ölaustritt am Kompressor. Ursache dafür war ein provoziertes Versagen der Primärdichtung sowie ein nicht funktionierendes Leckage-Rückführsystem. An der Backupdichtung baute sich so der Systemdruck auf, für welchen diese jedoch nicht vorgesehen ist.

Lösung
ElringKlinger hat das Problem schnell erkannt und die Backupdichtung mit einer unterstützenden Erweiterung versehen, sodass der sichere Betrieb auch im Falle eines Defektes der Primärdichtung bei unveränderten Anwendungsbedingungen aufrecht erhalten wird.

Ergebnis
Die verbesserte Sekundärdichtung hat sich in zahlreichen Prüfstandsläufen bewährt und wird von ElringKlinger weltweit erfolgreich in Serie gefertigt.

Die Anforderungen an Module und Baugruppen bei Schraubenkompressoren nehmen stetig zu. Was die einzelnen Komponenten erreichen müssen wird immer stärker von den Umgebungsbedingungen beeinflusst. Immer höhere Leistungsanforderungen und unsachgemäße Handhabung erhöhen zusätzlich das Risiko eines Ausfalls.

Mit einer Problemstellung im Bereich der Wellenabdichtung trat ein Hersteller an ElringKlinger heran um eine nachhaltig effiziente Lösung zu erhalten. Die tatsächlichen Ursachen wurden erst durch interne Prüfstandsversuche aufgedeckt. 

Die Herausforderung lag darin ein Abdichtungssystem bestehend aus zwei Radialwellendichtringen so zu konstruieren, dass bei einem Ausfall der Primärdichtung sowie einem gleichzeitigen Versagen der Ölabsaugung die Backupdichtung trotz max. Druckbelastung weiter abdichtet. Nach detaillierter Beschreibung und Klärung der Anforderungen konnte ElringKlinger eine entsprechende Lösung erarbeiten.

Das System wurde letztlich mit Radialwellendichtringen bestückt, welche durch speziell angepasste Materialeigenschaften hohe Standzeiten auch bei Trockenlauf/Mangelschmierung erlaubt. Des Weiteren wurde die Backupdichtung zu einer Hochdruckvariante optimiert.

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