Der Entwicklung eines Mischkopfes zur präzisen Dosierung von Kleinstmengen für kleinformatige Bauteile aus der IT/Elektronik und Medizintechnik sind bei Sonderhoff Engineering mehrere Jahre technischer Innovationen vorangegangen.
Die richtige Auswahl der für eine Anwendung am besten geeignetsten Schaumdichtung oder Vergusslösung ist, neben der Bauteilkonstruktion und -auslegung, von entscheidender Bedeutung, damit die Abdichtung oder Versiegelung von Systemkomponenten, Bauteilen und Bauteiluntergruppen im konkreten Einsatzfall zuverlässig funktioniert und das über mehrere Jahre hinweg. Vor allem hängt es von den vielfältigen Einsatzbedingungen wie Kompression, Temperatur, Kontaktmedien, Einwirkzeiten, Licht, Vibration und Druck ab, denen eine Dichtung ausgesetzt ist, welche Wahl des Dichtungssystems für den spezifischen Anwendungsfall die optimalste ist.
Ein Großteil der beschriebenen Einsatzbedingungen kann mit geschäumten Dichtungen auf Basis von Polyurethan oder Silikon abgedeckt werden. Diese Systeme können außerdem „in situ“ (direkt vor Ort) auf das zu dichtende Bauteil appliziert werden, also im FIPFG-Verfahren (Formed-In-Place Foam Gasket) aufgebracht werden. Dadurch wird eine hohe Prozesssicherheit, gepaart mit höchster Effizienz und Wirtschaftlichkeit erzielt.
Das FIPFG-Verfahren hat sich in den vergangenen Dekaden flächendeckend durchgesetzt und gilt mittlerweile als Standardverfahren zum Auftrag von Gehäusedichtungen aller Art.
Da für viele Kunststoff verarbeitende Unternehmen aus der Medizintechnik und Elektronikindustrie besonders das Abdichten und Versiegeln von Kleinstteilen wichtig ist, hat sich Sonderhoff vor allem auf die Applikation von Mikrodichtungen und -verguss spezialisiert.
Durch die zunehmende Verkleinerung von Bauteilen und die immer höheren Anforderungen an kleinste Untereinheiten von Gesamtbauteilen, werden auch in Zukunft verstärkt kleine und kleinste Dichtungen, die so genannten Mikrodichtungen, nachgefragt.
Grade im Bereich von Elektronikprodukten, aber auch bei Telekommunikationsgeräten und in der Medizintechnik, geht der Trend immer weiter in Richtung „Downsizing“, also in Richtung einer Fortschreitenden Miniaturisierung, die auch Gehäusedichtungen oder Mikroverguss von Kleinstbauteilen betreffen.
Entwicklung der FIPFG-Technologie hin zu Klein- und Kleinstdichtungen
Innerhalb des FIPFG-Verfahrens muss zwischen einkomponentigen Materialien (1K) und zweikomponenten Materialien (2K) unterschieden werden. Innerhalb der 2K Systeme kann außerdem mit Hochdruck Misch- und Dosieranlagen sowie mit Niederdruck Misch- und Dosieranlagen gearbeitet werden.
1K Systeme bestehen aus denselben Bestandteilen wie 2K Systeme, liegen jedoch auf Grund einer Vorreaktion der beiden Komponenten bereits nebeneinander vor. Durch diese aufwändige Vorbehandlung ist das Material relativ kostenintensiv. Durch 1K Materialien lassen sich kleine Dichtungen gut realisieren, das Material hat jedoch den Nachteil, dass es immer hoch thixotrop ist, also eine sehr hohe Viskosität aufweist und daher beispielsweise als Verguss nicht in Frage kommt. Außerdem können Dichtungen, bei denen Kavitäten oder Nuten mit flüssigem Material gefüllt werden sollen nicht realisiert werden und der Kopplungspunkt der Dichtraupe ist in vielen Fällen auch nach der Ausreaktion sichtbar. Für die Ausreaktion wird außerdem Wärme (beispielsweise in einem nachgelagerten Temperierungsschritt im Ofen) und/oder Luftfeuchtigkeit benötigt.
In 2K Systemen liegen die Komponenten A und B getrennt voneinander vor und kommen erst Sekundenbruchteile vor ihrem Auftrag auf das Bauteil in der Mischkammer der Misch- und Dosieranlage miteinander in Kontakt.
Die Hochdruck Misch- und Dosiertechnik ist für das Auftragen kleiner Dichtungen allerdings nicht geeignet, da hier zwei oder mehr Komponenten mit sehr hohem Druck von über 100 bar in einer Gegenstrominjektion ineinander „geschossen“ werden. Bedingt durch dieses Verfahren ist es nicht möglich, mit kleinsten Materialmengen zu arbeiten.
Die angesprochenen Herausforderungen kleiner Dichtungen können jedoch mit Hilfe der Niederdruck Misch- und Dosiertechnik effizient gelöst werden.
Der Entwicklung eines Mischkopfes zur präzisen Dosierung der angesprochenen Kleinstmengen sind mehrere Jahre technischer Innovationen vorangegangen. Ausgangspunkt für den aktuellen Stand der Technik im Bereich der 2K Niederdruck Misch- und Dosieranlagen ist der Mischkopf MK 400 mit Hochdruckwasserspülung, Düsenverschlusssystem und druckgeregelter Rezirkulationstechnik, welcher 1991 entwickelt und erstmals 1992 auf der Messe K 1992 in Düsseldorf vorgestellt wurde.
Darauf aufbauend wurde 1998 - erneut auf der K in Düsseldorf - der Mischkopf MK 600 vorgestellt, welcher zusätzlich mit der automatischen Durchflussmengenregelung „Flow Control“, einer automatischen Luftbeladungsmesssensorik sowie einer automatischen Druckregelung der Einspritzventile ausgerüstet ist.
Die Mischköpfe MK 400 und MK 600 sind für das Schäumen, Kleben und Vergießen mit Austragsraten über 3 g/s ausgelegt. Für kleinere Anwendungen wurden in den folgenden Jahren die Mischköpfe MK 425 und MK 625 entwickelt, welche auf den gleichen technischen Grundlagen beruhen wie ihre großen Geschwister MK 400 und MK 600, jedoch für deutlich kleine Austragsmengen bis zu einer Untergrenze von 0,3 g/s ausgelegt sind. Mit Misch- und Dosieranlagen für herkömmliche Anwendungen wie Schaltschranktüren, Türmodule, Leuchten, Filter oder Fassdeckel werden dabei schon seit vielen Jahren Austragsmengen bis zu einer Untergrenze von 3 g/s realisiert, seit einiger Zeit bewegt sich dieser Wert jedoch kontinuierlich nach unten, so dass ebenfalls schon seit längerem Werte von 0,3 g/s zum Alltag der Niederdruck Misch- und Dosiertechnik gehören. Im Niederdruck-Verfahren werden die beiden flüssigen Komponenten A und B durch Pumpen mit geringen Drücken in eine Mischkammer geleitet, dort durch einen Rührer vermischt und auf das Bauteil appliziert. Am Ende des Vorganges wird die Mischkammer durch Absenken des Rührers verschlossen. In Abhängigkeit von der Geschwindigkeit, mit welcher die Verfahreinheit des Mischkopfes sich bewegt, können so Dichtungen mit einem Durchmesser von 1,5 mm im FIPFG-Verfahren direkt auf das Bauteil appliziert werden.
Den letzten Schritt in der Entwicklung hin zu immer kleineren Applikationen bildet der MK 650, dessen Mischkammerinnendurchmesser im Vergleich zum MK 625 noch mal nahezu halbiert wurde. Höhe und Breite des MK 650 betragen lediglich ca. zwei Drittel des MK 625, ohne jedoch auf die technischen Innovationen wie die Hochdruckwasserspülung oder das druckgeregelte Rezirkulationssystem zu verzichten.
Lohnschäumen und -vergießen im Miniaturmaßstab
Einen weiteren großen Schritt in der Entwicklung hin zu immer kleineren Dichtungs- und Vergussapplikationen macht der Sonderhoff Mischkopf MK 650, ausgestattet mit technischen Innovationen wie Hochdruckwasserspülung zum wartungsfreien Reinigen der Mischkammer oder mit der druckgeregelten Rezirkulationstechnik.
Durch konsequente Weiterentwicklung der Mischkopftechnik von Sonderhoff Engineering können die Kunden mit dem neuen Mischkopf MK 650 auch Kleinstmengen bis zu einer Untergrenze von 0,1 g/s für geschäumte Dichtungen oder sogar nur 0,05 g/s bei Vergussmassen realisieren. Bei einem Mischungsverhältnis von 4:1 (o. ä.) bedeutet das ein Feindosieren der B-Komponente im Bereich von 0,01 bis 0,02 g/s. Für das präzise Ausbringen von Dichtungs- und Vergussmaterial von 0,05 bis 0,1 g/s in den sehr engen Konturverläufen von Kleinstteilen ist vor allem die punktgenaue Führung des Mischkopfes der Sonderhoff Misch- und Dosiermaschinen verantwortlich. Die von Sonderhoff Engineering gebauten Linearroboter sorgen hierbei mit einer maximalen Toleranz von +/- 0,1 mm für eine Wiederholgenauigkeit der Bahnsteuerung, wodurch es möglich ist, den Mischkopf immer punktgenau an die gleiche Stelle zu positionieren. „Das Zusammenspiel von exakter Wiederholgenauigkeit und hoher Präzision der Sonderhoff Mischkopftechnik ist die optimale Voraussetzung für einen konstanten und konturgenauen Dichtungsauftrag, und seien die Austragsmengen auch noch so gering“, stellt Peter Fischer, Marketing Direktor der Sonderhoff Holding GmbH (Köln), heraus.
Mit Hilfe der Mischkopftechnik des MK 650 ist die Applikation von flüssig aufgetragenen, sehr schmalen Schaumdichtungen, den so genannten Mikrodichtungen, direkt vor Ort auf dem Bauteil mit allen Vorteilen des FIPFG-Verfahrens (Formed-in-place foam gasketing) möglich. Dieses Verfahren hat sich in den vergangenen Dekaden flächendeckend durchgesetzt und gilt mittlerweile in verschiedenen Branchen als Standardverfahren zum Auftrag von Gehäusedichtungen aller Art. „Gerade komplizierte, dreidimensionale Dichtungskonturen sind maschinell schneller und prozesssicherer sowie in reproduzierbarer Qualität zu beschäumen, als Dichtungen von Hand in Bauteile einzulegen“, so Peter Fischer. Die Polyurethan und Silikonmaterialien können dabei individuell auf die Bedürfnisse der konkreten Anwendung eingestellt werden, so dass unterschiedlichste mechanische Anforderung, Temperaturbereiche und Resistenzen gegenüber verschiedenen aggressiven Medien mit den Kleinstdichtungen realisiert werden können. Zusammen mit der entsprechenden vollautomatisierten Misch- und Dosiertechnik von Sonderhoff wird eine hohe Prozesssicherheit, gepaart mit höchster Effizienz und Wirtschaftlichkeit erzielt.
