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Maßgeschneiderte Materialien

TPE
Maßgeschneiderte Materialien

Die Lapp Engineering & Co. in Cham in der Schweiz entwickelt Werkstoffe für innovative Produktlösungen. Die jüngste Entwicklung ist ein Kabelmantel aus optimiertem Spezial-TPE für den Einsatz in der Lebensmittelindustrie. Es hält dort auch der besonders hohen Belastung durch häufige Reinigungen mit Dampfstrahlern und aggressiven Putzmitteln stand.

Der Autor: Manfred Hauck, Managing Director, Lapp Engineering, Cham, Schweiz

Mit einem speziell optimierten Kunststoff möchte die Lapp Engineering & Co. der Lebensmittelindustrie eine Alternative in Sachen Kabelummantelung bieten. Dafür haben die Experten in Cham ein thermoplastisches Elastomer (TPE) weiterentwickelt. TPE bestehen grundsätzlich aus einer thermoplastischen Phase (z.B. Polypropylen) sowie einem Elastomer (z.B. Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk) und erfüllen die Anforderungen der Lebensmittelindustrie schon recht gut. Für weitere Materialoptimierungen variieren die Wissenschaftler das Mischungsverhältnis der Polymere. Zudem setzen sie Additive zu, beispielsweise Verarbeitungshilfen, die eine sehr glatte Oberfläche bewirken. Das so erzeugte Spezial-TPE übertrifft nicht-optimiertes TPE in vielen Eigenschaften, insbesondere ist es resistent gegen Bioöle, Fette, Lebensmittelsäuren und Wasser.
Kleine, aber wichtige Unterschiede
Grundsätzlich lassen sich viele Anforderungen der Industrie mit Standardkabeln aus dem Sortiment der Lapp-Gruppe erfüllen. Für Anwendungen im Lebensmittelbereich werden beispielsweise häufig Kabelmantel-Materialien aus PUR eingesetzt. Dieser Kunststoff weist eine sehr hohe Widerstandsfähigkeit gegen Abrieb auf. Dadurch ist auch eine Verlegung am Boden ohne weiteres möglich – für manche anderen gängigen Materialien wäre das ein Problem. Aus Tests ist allerdings bekannt, dass PUR zur Hydrolyse neigt, also Wasser aufnimmt, was langfristig zu Kurzschlüssen führen kann. Kabel mit einem PUR-Kabelmantel sollten deshalb nur in trockenen Räumen verlegt oder mit einem Schutzschlauch wie dem Silvyn FG NM geschützt werden. Zwar gibt es bei Kunststoffen mit den bereits erwähnten Additiven gewisse Stellschrauben bei der Materialzusammensetzung, ein vollständig wasserresistenter Kabelmantel auf PUR-Basis ist damit aber nicht möglich. Also haben sich die Materialforscher mit Spezial TPE eine Alternative einfallen lassen.
Der optimierte Kunststoff bleibt zwar bei der Abriebfestigkeit etwas hinter PUR zurück, die ersten Kabel aus diesem Material im Lapp-Portfolio – die Ölflex Robust 200 oder die Unitronic Robust – sind aber trotzdem widerstandsfähig genug, um auch auf dem Boden verlegt zu werden. Zudem sind sie, wie bereits erwähnt, resistent gegen Bioöle, Fette, Lebensmittelsäuren und Wasser. Kabel mit solchen Eigenschaften werden Produktionsanlagen vereinfachen, die unmittelbar mit Lebensmitteln in Berührung kommen. Spezielle Maßnahmen zum Schutz gegen Hochdruck- oder Dampfreiniger sind dann weitgehend verzichtbar. Zusätzlich punkten diese Produkte mit einem für die Lebensmittelindustrie optimierten Design und bei der Hygiene. So weisen sie sehr gute Eigenschaften bezüglich der Vermeidung von Keimbesatz auf.
Vorgehen bei der Optimierung
Der Entwicklungsprozess für einen optimierten Kunststoff beginnt bei Lapp Engineering & Co. bei der Recherche. Es muss zunächst festgestellt werden, ob es schon einen Kunststoff mit ähnlichen Eigenschaften gibt, ob Patente verletzt werden und ob bei einer eigenen Patentierung Probleme auftreten könnten. Mehr oder weniger parallel wird mit der Entwicklung der Rezeptur begonnen. Dafür ist fundiertes Polymer-Know-how nötig, denn manche Additive wie Farb- und Füllstoffe oder Flammschutz führen eher zu schlechteren Ergebnissen, etwa bezüglich der Resistenz gegen bestimmte Stoffe. Die Matrix eines Polymers kann man sich als Geflecht langer Kettenmoleküle vorstellen.
Die Additive sind chemische Verbindungen, die in die Lücken des Geflechts eingebettet sind und zwar so, dass sie genau in die Lücken passen und sich darin gut verankern, um nicht bei beispielsweise intensiven Reinigungszyklen mit dem Hochdruckreiniger ausgewaschen zu werden. Trifft man aber das optimale Mischungsverhältnis der Polymere und additiviert diese mit den geeigneten Zusatzstoffen, kann man die Eigenschaften von Kunststoffen für unterschiedliche Anwendungen noch einmal messbar steigern. Die Kunst der Entwickler bei Lapp Engineering besteht darin, eine gewünschte Eigenschaft – zum Beispiel die Resistenz gegen Bakterien – zu verbessern, ohne dass die anderen Eigenschaften – etwa die Abriebfestigkeit – zu sehr darunter leiden. Um zu testen, inwieweit eine Rezeptur die gestellten Anforderungen erfüllt, werden mit dem hauseigenen Maschinenpark Prototypen hergestellt, die genau auf ihre Eigenschaften geprüft werden.
Die Lebensmittelindustrie und neue Normen als Entwicklungstreiber
Mehrere Materialwissenschaftler entwickeln in Cham auf diese Weise neue Materialrezepturen. Überwiegend handelt es sich dabei um Kunststoffe und Metalllegierungen für das Produktportfolio der Lapp-Gruppe, um die langfristige Wettbewerbsfähigkeit des Unternehmens zu sichern. Parallel sorgt ein Patentanwalt dafür, dass nicht nur die Kabel, sondern auch das geistige Eigentum wasserdicht geschützt ist. Zudem können auch andere Firmen die Dienste des Forschungsunternehmens in Anspruch nehmen. Anfragen aus der Lebensmittelindustrie sind dabei relativ häufig, weil dort die Belastung des Materials durch die häufige Reinigung mit Dampfstrahlern und aggressiven Putzmitteln besonders hoch ist.
Mitunter kommen neue Anforderungen aber auch von den Standardisierungsbehörden. Während in Europa halogenhaltige Bestandteile im Kabelmaterial oder im Kabel – zum Beispiel bei bestimmten Brandschutzanforderungen – nicht zulässig sind, ist das in den USA erlaubt und üblich. Und in Kanada verlangt eine Norm einen zehnfachen Isolationswiderstand bei Kabeln für Photovoltaikleitungen – auch dafür fanden die Wissenschaftler bei Lapp Engineering eine Lösung. I

Info & Kontakt

Lapp Engineering & Co.
Manfred Hauck, Managing Director,
Tel.: +41 41748232-1
Detaillierte Infor‧mationen zu den Dienstleistungen der Lapp Engineering& Co.
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