Entwicklung von funktionsintegrierten verschweißbaren Elastomerdichtungen für den Rohrleitungsbau

Im Rahmen des Projektes gelang die Entwicklung einer funktionsintegrierten, elektrisch leitfähigen Dichtung aus thermoplastischem Elastomer (TPE), die gleichzeitig als elastische Dichtung und als Heizelement zur lokalen Erwärmung von Thermoplast-Rohren (PP/PE) dient. Die erforderliche Leitfähigkeit wird durch die gezielte Einlagerung leitfähiger Füllstoffe (z. B. CNT, Ruß, Carbonfasern) erreicht, wobei Perkolationsphänomene, Füllstoffgeometrie, -verteilung und Dichtungsgeometrie den elektrischen Widerstand bestimmen.

In Versuchen konnte gezeigt werden, dass insbesondere die Dichtungsgeometrie einen entscheidenden Einfluss auf den Widerstand und die praktische Anwendbarkeit hat. Unter Einhaltung der maximalen Betriebsspannung von 48 V wurden praxisgeeignete Dichtungsabmessungen definiert, die innerhalb von 6 Minuten eine stoffschlüssige Verschweißung ermöglichen. Dabei wurde ein spezifischer Widerstand des Dichtungsmaterials von ≤ 0,16 Ω·cm als obere Grenze für eine zuverlässige Funktion identifiziert. Während des Erwärmungsprozesses treten temperaturabhängige Widerstandsänderungen (PTC- und NTC-Effekte) auf, die eine angepasste Prozessführung erfordern, um eine kontinuierliche Energiezufuhr und damit eine homogene Verschweißung sicherzustellen. Ergänzend wurde eine Dichtungssattellösung für Rohrverzweigungen entwickelt, die durch ihre angepasste Geometrie geringere Widerstände und kürzere Schweißzeiten ermöglicht, jedoch erhöhte Anforderungen an einen gleichmäßigen Anpressdruck stellt.

Zusammenfassend zeigen die Ergebnisse, dass elektrisch leitfähige TPE-Dichtungen mit hybriden Füllstoffsystemen eine vielversprechende Alternative zu konventionellen Heizwendelschweißsystemen darstellen. Sie ermöglichen flexible, stoffschlüssige Rohrverbindungen bei gleichzeitig vereinfachtem Aufbau und reduzierter Materialkomplexität. Damit eröffnet das vorgestellte Konzept neue Perspektiven für langlebige und montagefreundliche Kunststoff-Rohrverbindungssysteme in verschiedenen Branchen.

Die Vermarktung der Ergebnisse zur schweißbaren Dichtung erfolgt durch den assoziierten Projektpartner Karl Schöngen KG Kunststoff-Rohrsysteme für Bau- und Elektroanwendungen.