Die wichtigsten Typen von Gummi-Membranen
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Sie arbeiten häufig unbemerkt und sind vielen daher unbekannt, aber Gummimembranen sind ein wesentlicher Bestandteil für eine Vielzahl von Anwendungen.
Sie sind das zentrale Element von Pumpen, Ventilen, Reglern, Stellgliedern, Hydrospeichern und vielen anderen Teilen. Sie sind nicht nur vielseitig einsetzbar, sondern auch in verschiedenen Ausführungen erhältlich, wobei jede Ausführung ihre eigenen Vor- und Nachteile aufweist.
Bei der Auswahl der richtigen Gummimembran müssen Sie berücksichtigen, welche Ausführung für Ihren Einsatzzweck geeignet ist. Entscheiden Sie sich beispielsweise für eine gewölbte Membran, die sich bis zu ihrer maximalen Höhe ausdehnen kann, oder für eine vielseitigere Konstruktion wie die Rollmembran?
Dieser Blogeintrag ist ein guter Ansatzpunkt, um zu verstehen, welche verschiedene Arten von Gummimembranen es gibt und wie sie sich unterscheiden.
Wofür werden Gummimembranen verwendet?
Gummimembranen werden für eine Vielzahl unterschiedlicher Zwecke verwendet, wobei die Konstruktion eine entscheidende Rolle für die Funktionsweise des Geräts spielt. Eine einfache Gummimembran kann beispielsweise in Druckschaltern verwendet werden, bei denen sie sich lediglich von einer Position zur nächsten drehen muss. In anderen Fällen, wie z. B. bei Druckreglern, kann die Membran erforderlich sein, um nach Abschluss eines Prozesses in die Ausgangsposition zurückzukehren.
Membranen können auch verwendet werden, um Druckspitzen zu reduzieren und den Durchfluss von Gas oder Flüssigkeiten aufrechtzuerhalten. Alternativ kann eine Gummimembran in Luftkompressoren oder Kraftstoffpumpen verwendet werden, um ein Gas oder eine Flüssigkeit zu verdrängen, so dass diese transportiert werden kann.
Der Schlüssel liegt in der Konstruktion der Gummimembran. Es gibt keine Einheitsgröße, die für alle Anwendungen eine geeignete Lösung darstellt. Das richtige Design für Ihre Gummimembran hängt somit von Ihren spezifischen Bedürfnissen ab.
Welche Arten von Gummimembranen gibt es?
Gummimembranen gibt es in vielen verschiedenen Formen und vor allem Größen. Sie werden auch aus verschiedenen Materialien hergestellt, um sicherzustellen, dass sie für die Umgebung und Anwendung, in der sie eingesetzt werden, geeignet sind. Nachfolgend finden Sie einige der gebräuchlichsten Ausführungen von Gummimembranen. Wenn Sie Hilfe bei der Auswahl der richtigen Membrane benötigen, wenden Sie sich bitte direkt an HEPAKO.
Es gibt vier wichtige Haupttypen von Membranen:
- Flachmembranen
- Tellermembranen
- Rollmembranen
- Sickenmembranen
Abbildung 1: Flachmembrane, Tellermembrane, Rollmembrane, Sickenmembrane (von links nach rechts)
Flachmembranen
Diese Art von Gummimembran ist flach und hat im Allgemeinen eine runde Form. Es sind aber auch komplexere Formen und Geometrien möglich. Sie werden in der Regel aus Gummirollen oder -platten geschnitten oder gestanzt und verfügen in manchen Fällen über eine Gewebeeinlage. Seltener werden Flachmembranen direkt gespritzt. Da beide Seiten die gleiche Wirkfläche haben, kann der Druck von beiden Seiten ausgeübt werden.
Im Laufe der Jahre hat HEPAKO hervorragende Erfahrungen im Stanzen verschiedener Gummimaterialien gesammelt, wobei der Schwerpunkt auf engen Toleranzen liegt. Das Stanzen ist eine sehr kosteneffiziente Methode zur Herstellung von Flachmembranen, selbst bei relativ komplexen Geometrien. Flachmembranen werden häufig aus EPDM, Silikon, FKM oder FFKM in verschiedenen Shore A Härten hergestellt.
Flachmembranen eignen sich für Methananlagen, Pumpen, Druckregler oder jede andere Anwendung, die eine Regelung oder Kontrolle erfordert.
Trotz ihres vielseitigen Einsatzes sind sie aufgrund ihrer kürzeren Hublänge jedoch in ihrer Funktion eingeschränkt. Dies kann durch eine Modifikation überwunden werden. Dadurch erhält die Membrane genügend Spielraum für den Hub.
Abbildung 2: Beispielhafter Aufbau einer Flachmembrane - Quelle: Simrit Catalogue, Edition 2004, S. 16.2f (Freudenberg Simrit KG)
Tellermembranen
Die Tellermembran hat ihren Namen tatsächlich aufgrund ihrer Form, die man eigentlich eher aus der Küche kennt. Ihre Wände neigen sich nach innen zum Kolben hin. Durch diese Form der Membran kann sie sich in alle Richtungen bis zur maximalen Höhe ausdehnen, während sie Druck aufnimmt.
Wie bei Flachmembranen kann der Druck aus jedem Winkel ausgeübt werden. Der Wirkdurchmesser hängt vom Hub ab.
Tellermembranen werden üblicherweise bei Regelgeräten und Stellantrieben eingesetzt. Sie eignen sich auch hervorragend für Dosier- und Messventile. Sie bieten jedoch keine vollständige Bewegung und können aufgrund der schrägen Seitenwände hohen Drücken nur schwer standhalten.
Abbildung 3: Beispielhafter Aufbau einer Tellermembrane - Quelle: Simrit Catalogue, Edition 2004, S. 16.3 (Freudenberg Simrit KG)
Rollmembranen
Ein Rollmembrane ähnelt zwar in ihrem Design einer sehr tiefen Tellermembrane, hat aber eher die Form eines Zylinderhuts. Dies ermöglicht eine sanftere Abrollbewegung und längere Hübe. Das bedeutet auch, dass die Fläche, auf die der Druck wirkt, während des gesamten Vorgangs konstant bleibt.
Rollmembranen sprechen auch sehr gut auf kleinste Druckschwankungen an, was die Leistung in Bezug auf Luft- und Flüssigkeitsdruckkontrollfelder verbessert.
Es spielt zudem keine Rolle, ob Sie eine Rollmembran für extrem niedrige oder hohe Drücke verwenden. Die Konstruktion ist für beides und alles dazwischen geeignet.
Abbildung 4: Beispielhafter Aufbau einer Rollmembrane - Quelle: Simrit Catalogue, Edition 2004, S. 16.3 (Freudenberg Simrit KG)
Sickenmembranen
Diese Art von Membrane fungiert als flexible Barriere zwischen einem feststehenden und einem beweglichen Teil. Dadurch wird verhindert, dass sich Flüssigkeiten zwischen den beiden Kammern vermischen. Sickenmembranen haben einen etwas größeren Hub als Flachmembranen. Wenn eine Anwendung begrenzte Hubhöhen zulässt, kann mit Sickenmembranen ein nahezu hubunabhängiger Wirkdurchmesser erreicht werden.
Die Sickenmembran wird ist ein Gummi-Formteil, das bereits vor der Montage die gewünschte Form für die Anwendung hat. Sickenmembranen werden typischerweise aus einer Vielzahl von Gummimaterialien hergestellt, darunter EPDM-Sickenmembranen, FKM-Sickenmembranen, Chloropren- Sickenmembranen, Silikonkautschuk- Sickenmembranen, NBR- Sickenmembranen und andere.
Sickenmembranen sind so konzipiert, dass sie für Funktionen wie Regelung, Dosierung, Steuerung, Messung und mehr eingesetzt werden.
Abbildung 5: Beispielhafter Aufbau einer Rollmembrane - Quelle: Simrit Catalogue, Edition 2004, S. 16.3 (Freudenberg Simrit KG)
Sondertypen
Neben diesen Haupttypen gibt es auch einige Sondertypen von Membranen, die wir hier vorstellen möchten:
Drop-Center- bzw. Offset-Sickenmembran
Eine Drop-Center-Membran ist der Sickenmembran sehr ähnlich. Bei diesen Modellen ist die Mitte jedoch tiefer gezogen. Sie bietet die gleichen Vorteile wie die Sickenmembran, ist aber darüber hinaus einfacher zu montieren und hat einen größeren Hub.
Sie wird häufig für die gleichen Funktionen wie die Sickenmembran verwendet, z. B. zum Regeln, Steuern und Dosieren. Sie eignet sich jedoch am besten für Anwendungen, bei denen es technische Einschränkungen gibt, z. B. wenn Kolben und Flansch auf derselben Ebene liegen.
Top Hat- bzw. Deep Draw- Membran
Dieser Membrantyp weist große Ähnlichkeiten mit der Rollmembran auf und kann als Sondertyp bezeichnet werden. Die Top-Hat-Ausführung kann für die Gummimembran verwendet werden, wenn ein längerer Hub für die Anwendung erforderlich ist. Diese Gummimembran wird vor der Montage bereits in die richtige Form gebracht, um sicherzustellen, dass sie vor Beginn des Einsatzes in die richtige Richtung rollt.
Ein Risiko besteht darin, dass sich die Deep Draw Membran umdrehen kann. Es gibt jedoch Methoden, um dies zu verhindern, z. B. die Verwendung eines bestimmten Kolbentyps sowie einer gebogenen Lippenhalteplatte. Am besten besprechen Sie sich mit einem Experten, bevor Sie mit dieser Konstruktion fortfahren, um sicherzustellen, dass sie die Funktion der Anwendung nicht beeinträchtigt.
Double Taper Membran
Das Top Hat (bzw. Deep Draw) Design ist auch bei anderen Arten von Gummimembranen nützlich. Die Double Taper Membran ist ein weiteres Beispiel dafür, dass der Top-Hat-Stil die Kompression in Umfangsrichtung verringern kann. Durch den Einbau einer zusätzlichen Verjüngung kann der Seitenwandwinkel verringert werden.
Dadurch kann die Umfangskompression im Vergleich zu anderen Gummimembranen stark reduziert werden. Außerdem wird dadurch die Lebensdauer der Membrane verlängert, so dass sie nicht so regelmäßig ausgetauscht werden muss wie bei anderen Optionen.
Gummimembranen mit Gummi-Metall-Verbindung
Es ist möglich, Metall mit Gummimembranen während des Vulkanisationsprozesses zu verbinden. Das Verfahren erfordert einen mit diesem Prozess vertrauten und erfahrenen Hersteller und bedarf einiger Aufmerksamkeit in der Konstruktionsphase, bietet aber sowohl bei der Montage als auch beim Betrieb einer Pumpe Vorteile.
Der Klebstoff beziehungsweise Haftvermittler, der zur Verbindung der beiden Komponenten verwendet wird, hängt hauptsächlich von der Art der verwendeten Materialien ab. Eine Rolle spielt jedoch auch die Art der Anwendung und die dabei wirkende Wechselwirkungen zwischen Metall, Gummi und Klebstoff. Bei Membranen sind EPDM, FKM, Nitrilkautschuk (NBR), HNBR und Silikonkautschuk die am häufigsten verwendeten Gummimaterialien, die mit Metall verbunden werden. Für jedes Material ist ein spezielles Haftmittel erforderlich. Um noch weiter ins Detail zu gehen: Auch die Vernetzung sowie die Zusammensetzung der jeweiligen Gummi-Mischung müssen bei der Auswahl des richtigen Haftmittels berücksichtigt werden.
Es ist also viel Sorgfalt und Liebe zum Detail erforderlich, um sicherzustellen, dass die Membran wie vorgesehen funktioniert und die Verbindung zum Metallteil während des Betriebs hält.
Wenn Sie das Metallteil für die Membran entwerfen, gibt es einige Faktoren zu beachten. Zunächst einmal sollten Sie vermeiden, dass scharfe Materialien mit dem Gummi in Berührung kommen. Ecken an den Verbindungslinien sind ebenfalls nicht zu empfehlen. Sie können auch darüber nachdenken, den Metalleinsatz mit Löchern zu versehen, um die Verbindung zwischen Gummi und Metall zusätzlich zum Einsatz von Haftvermittler zu verstärken. Wichtig ist zudem immer, die Einlegeteile so zu gestalten, dass das Teil während des Vulkanisationsprozesses so abgedichtet werden kann, dass Gummi nicht an unerwünschte Stellen fließen kann.
Eine weitere Überlegung betrifft die Art des Metalls, das Sie verwenden möchten. Stahl ist eines der zuverlässigsten Materialien, die in Frage kommen. Aber auch Messing, Aluminium, rostfreier Stahl und sogar Nylon werden häufig für Gummi-Metall-Verbindungen verwendet. Übrigens ist auch ein Verbund zwischen Kunststoffen wie PEEK und Gummi möglich.
Der Vorteil von Gummi-Metall-Verbindungen ist, dass Sie die Montagekosten und den Arbeitsaufwand reduzieren können. Das Endprodukt ist quasi einbaufertig. Sie müssen sich keine Gedanken über kleinere Teile wie Schrauben oder Nieten machen, die Probleme verursachen könnten. Auch gibt es Vorteile in Bezug auf die Langlebigkeit und Performance.
HEPAKO kann auf eine lange Erfahrung beim Verbund verschiedener Gummi-Materialien mit Metall zurückblicken. Nehmen Sie Kontakt mit HEPAKO auf, um die Möglichkeiten für Ihre mögliche Anwendung zu besprechen.
Aus welchen Kautschuken werden Gummimembranen hergestellt?
Wenn Sie sich darüber im Klaren sind, welche Art von Gummikonstruktion Sie anstreben, besteht der nächste Schritt darin, das Material auszuwählen, aus dem die Membran hergestellt werden soll. Verschiedene Gummisorten sind für bestimmte Anwendungen am besten geeignet. Es ist wichtig, die Endanwendung möglichst genau zu kennen, um das richtige Gummi-Material auszuwählen.
Silikonkautschuk (VMQ) / Flüssigsilikonkautschuk (LSR)
Silikonkautschuk ist ein Material, das nicht nur hitzebeständig bis zu 480 Grad Fahrenheit oder 250 Grad Celsius ist, sondern auch niedrigeren Temperaturen bis zu -112 Grad Fahrenheit oder -80 Grad Celsius standhalten kann.
Gummimembranen aus Silikonkautschuk werden vor allem in der medizinischen Industrie verwendet. Sie sind jedoch auch resistent gegen Ozon, Alterung und extreme Witterungsbedingungen und eignen sich daher ebenso gut für Anwendungen, die in einem breiten Temperaturbereich arbeiten.
Detaillierte Informationen zu diesem Material finden Sie hier.
Fluor-Silikon-Kautschuk (FVMQ)
Wenn Sie eine Gummimembran benötigen, die gegen Flüssigkeiten wie Kraftstoff oder Öl beständig ist, dann könnte FVMQ ein geeignetes Material für Sie sein. Das Material kombiniert die Kälteflexibilität von Silikon mit der Quellbeständigkeit, für die Fluorkautschuke bekannt sind.
Der Temperaturbereich ist jedoch nicht ganz so groß wie bei Silikonkautschuk. Es kann bei Temperaturen von -65 Grad Fahrenheit oder -55 Grad Celsius bis zu 390 Grad Fahrenheit oder 200 Grad Celsius eingesetzt werden.
Chloropren-Kautschuk (CR)
Eine flammhemmende Option für Ihre Gummimembran ist Chloropren. Es ist außerdem witterungs- und ozonbeständig. Chloropren-Kautschuk hat gute mechanische Eigenschaften (Reißfestigkeit, Bruchdehnung, Reißfestigkeit), so dass er als sehr langlebig gilt, wenn Sie eine Membran benötigen, die Sie nicht regelmäßig austauschen wollen.
Diese Art von Material ist gut für die Verwendung in Membran-Dichtungen und anderen Anwendungen, die witterungsbeständige Materialien erfordern. Aber auch für Produkte, bei denen Öl verwendet wird, ist es eine solide Option, da Chloroprenkautschuk den dauerhaften Auswirkungen der Flüssigkeit standhalten kann. Seine Temperaturbeständigkeit reicht von -40 Grad Fahrenheit und Celsius bis 210 Grad Fahrenheit oder 100 Grad Celsius.
EPDM (Ethylen-Propylen-Dien-Monomer-Kautschuk)
EPDM ist wahrscheinlich eines der beliebtesten Membranmaterialien aus Gummi und zeichnet sich durch solide mechanische Eigenschaften und eine hohe Beständigkeit gegen UV-Strahlen, Ozon und Witterungseinflüsse aus.
Wenn Ihre Anwendung mit heißem oder kaltem Wasser, Luft und Dampf arbeitet, dann ist EPDM die richtige Wahl. Es kann niedrigen Temperaturen von -22 Grad Fahrenheit oder -30 Grad Celsius bis zu 266 Grad Fahrenheit oder 130 Grad Celsius standhalten. Kurzzeitig kann EPDM auch in Umgebungen mit Temperaturen von 340 Grad Fahrenheit oder 170 Grad Celsius eingesetzt werden.
Detaillierte Informationen zu diesem Material finden Sie hier.
Fluorkautschuk und Fluorkohlenstoffkautschuk (FPM/FKM)
Eines der anderen beliebten Materialien für Gummimembranen ist Fluorkautschuk. Er ist vielleicht nicht so flexibel wie andere verfügbare Optionen, aber er ist in vielen Fällen die beste Wahl bei Hochtemperaturflüssigkeiten und für Anwendungen, die Beständigkeit gegen Säuren, Chemikalien, Kraftstoffe und Öle erfordern.
Es hat außerdem eine geringe Gasdurchlässigkeit und kann Temperaturen von bis zu 430 Grad Fahrenheit oder 220 Grad Celsius standhalten. Fluorkautschuk ist außerdem witterungsbeständig und wird auch durch Ozon nicht beeinträchtigt.
FKM wird häufig in industriellen, mechanischen und sogar medizinischen Anwendungen eingesetzt, die mit einer Vielzahl von Chemikalien oder extremen Hitzebedingungen interagieren.
Detaillierte Informationen zu diesem Material finden Sie hier.
Perfluorierter Kautschuk (FFPM/FFKM)
Obwohl Perfluorkautschuk im Vergleich zu anderen Materialien recht teuer ist, eignet er sich für eine Vielzahl von Anwendungen und insbesondere für solche, die einen hohen Anteil an chemischen Bestandteilen aufweisen. Ein Nachteil ist, dass sich Klebstoffe für die Verbindung von FFKM mit Metall nicht leicht auftragen lassen, so dass eine mechanische Verbindung die beste Lösung für FFKM sein könnte. HEPAKO hat jedoch im Laufe der Jahre Erfahrung hinsichtlich des Verbunds von FFKM mit Metall aufgebaut.
Perfluorkautschuk kann Temperaturen von bis zu 608 Grad Fahrenheit oder 320 Grad Celsius standhalten. Fast jeder Industriezweig kann dieses Gummimaterial für seine Membranen verwenden, da es flexibel und beständig gegen Chemikalien und Hitze ist.
Detaillierte Informationen zu diesem Material finden Sie hier.
Butylkautschuk (IIR)
Für Gasanwendungen sind Gummimembranen aus Butylkautschuk am besten geeignet. Er ist zusätzlich auch für Chemikalien wie Säuren geeignet.
Industrien, die mit Klebstoffen, Agrarchemikalien und Körperpflegeprodukten arbeiten, verwenden Butylkautschuk für ihre Gummimembranen. Die hohe elektrische Leitfähigkeit in Verbindung mit der Beständigkeit gegen Chemikalien und Gase macht ihn in bestimmten Anwendungen zur idealen Wahl.
Detaillierte Informationen zu diesem Material finden Sie hier.
Nitrilkautschuk (NBR)
Wenn Kraftstoff-, Öl- oder Fettbeständigkeit erforderlich ist, ist NBR das Material der Wahl. Es kann Hitze bis zu 230 Grad Fahrenheit oder 110 Grad Celsius standhalten und ist gleichzeitig mit Ölen, Schmiermitteln und Kohlenwasserstoffen kompatibel.
Nitrilkautschuk ist ideal für Prozesse, bei denen heißes Öl oder Fette zum Einsatz kommen, da die Membran in dieser Umgebung arbeiten kann, ohne sich zu zersetzen. Die wichtigsten industriellen Abnehmer von NBR-Produkten sind die Automobil-, Kraftfahrzeug- und Maschinenbauindustrie.
Detaillierte Informationen zu diesem Material finden Sie hier.
Hydrierter Nitril-Butadien-Kautschuk (HNBR)
HNBR ist eine gute Wahl für eine Gummimembran, die mit einer Reihe von Chemikalien in Berührung kommt. Dieses Material wird häufig gewählt, wenn bei der Anwendung Benzin, Öl, Kerosin und Terpentin erforderlich sind. Es wurde entwickelt, um die mäßige Hitzebeständigkeit von normalem NBR zu verbessern.
HNBR kann bei Temperaturen von bis zu 300 Grad Fahrenheit oder 150 Grad Celsius eingesetzt werden. Am häufigsten wird HNBR auf Ölfeldern und in der Industrie eingesetzt. Aber auch Stahl- und Papierfabriken sind dafür bekannt, dass sie diese Art von Material für ihre Prozesse verwenden.
Detaillierte Informationen zu diesem Material finden Sie hier.
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