Dichtheitsanforderungen in der Konstruktion neuer Antriebskonzepte

Zu Beginn jeder Konstruktionsaufgabe stellt sich damit eine zentrale Frage: Wie lassen sich Fügeverbindungen so gestalten, dass sie der Dichtheitsanforderung über die Lebensdauer hinweg gerecht werde, ohne dabei die Montage- und Wartungsfreundlichkeit zu beeinträchtigen? Arnold Umformtechnik begegnet dieser Herausforderung mit einem dreistufigen Ansatz, der über die reine Verbindungstechnik hinausgeht: vorausschauendes Engineering, applikationsspezifische Dichtlösungen und innovative Prüfmethoden.

Vorausschauendes Engineering: Dichtheit als Konstruktionsprinzip

Die Dichtheit einer Verbindung beginnt nicht erst bei der Wahl des Verbindungselements – sie muss bereits in der frühen Entwicklungsphase mitgedacht werden. Nur wenn alle relevanten Einflussfaktoren von Anfang an berücksichtigt werden, lassen sich Undichtigkeiten und kostspielige Nachbesserungen vermeiden.

Dazu gehört eine präzise Analyse der Belastungen, die auf die Fügestellen wirken:

• Thermische Ausdehnung und Materialunterschiede
  In Leichtbaukonzepten werden oft Aluminium, hochfeste Stähle oder Kunststoffe kombiniert. Diese Materialien dehnen sich bei Temperaturänderungen unterschiedlich aus, was die Verbindung stark beanspruchen kann. Eine vorausschauende Konstruktion berücksichtigt diese Effekte durch gezielte Anpassungen von Geometrie, Vorspannung und Materialpaarung.
• Dynamische Belastungen und Setzverhalten
  In Baugruppen wie Batteriegehäusen oder Brennstoffzellen entstehen durch Vibrationen, Druckwechsel oder Temperaturzyklen mikroskopische Bewegungen zwischen den Fügeteilen. Ohne geeignete Gegenmaßnahmen können sich diese Bewegungen über die Zeit summieren und zu Leckagen führen. Durch simulationsgestützte Analysen lassen sich diese Effekte frühzeitig erkennen und durch konstruktive Maßnahmen ausgleichen.
• Medienbeständigkeit und Korrosion
  Die Fügeverbindungen müssen verschiedenen Medien wie Kühlflüssigkeiten, Kondensat oder Wasserstoff standhalten. Dabei spielen nicht nur korrosionsbeständige Materialien eine Rolle, sondern auch die richtige Gestaltung der Kontaktflächen, um potenzielle Leckkanäle zu minimieren.

Arnold begleitet Konstrukteure und Konstrukteurinnen bereits in dieser frühen Phase und unterstützt mit Expertenwissen, Berechnungstools und Prototypentests, um eine optimale Verbindungslösung zu entwickeln.

Applikationsspezifische Dichtheitslösungen: Maßgeschneiderte Verbindungstechnik

Jede Anwendung stellt individuelle Anforderungen an die Dichtheit. Deshalb setzt Arnold auf spezifisch angepasste Verbindungselemente, die exakt auf die jeweiligen Einsatzbedingungen abgestimmt sind.

• Verbindungselemente mit integrierter Dichtfunktion
  Spezielle Unterkopfgeometrien und definierte Vorspannkräfte sorgen dafür, dass eine gleichmäßige Flächenpressung entsteht. Dadurch wird sichergestellt, dass keine Spalte entstehen, durch die Flüssigkeiten oder Gase entweichen könnten.
• Optimierte Schraubverbindungen für Hochvolt- und Wasserstoffsysteme
  In Wasserstoffspeichern müssen Schraubverbindungen höchste Dichtheitsanforderungen erfüllen, da Wasserstoffmoleküle aufgrund ihrer Größe selbst durch mikroskopische Spalte diffundieren können. Hier kommen speziell entwickelte Schraubengeometrien und hochpräzise gefertigte Gewinde zum Einsatz.
• Beschichtungen und Oberflächenmodifikationen für dauerhafte Abdichtung
  In Batteriesystemen können Setzverluste über die Zeit dazu führen, dass eine vormals dichte Verbindung undicht wird. Durch speziell abgestimmte Beschichtungen oder plastisch verformbare Elemente lassen sich diese Effekte kompensieren.
• Optimierte Vorloch- und Einschraubstrategien
  Die richtige Auslegung der Bohrungen und Gewinde trägt wesentlich zur Dichtheit bei. Wird die Einschraubtiefe exakt auf Materialhärte und Geometrie abgestimmt, lassen sich Mikrospalte vermeiden, die potenziell zur Leckage führen könnten.

Durch diese gezielte Anpassung an die jeweilige Applikation stellt Arnold sicher, dass jede Verbindungslösung genau die Anforderungen erfüllt, die in der Praxis an sie gestellt werden.

Innovative Prüfmethoden: Dichtheit gezielt validieren

Selbst die beste Verbindungslösung muss ihre Leistungsfähigkeit unter realen Bedingungen unter Beweis stellen. Deshalb setzt Arnold auf modernste Prüf- und Validierungsmethoden, um die Dichtheitsperformance über den gesamten Lebenszyklus hinweg sicherzustellen.

• Prüfgasverfahren (Helium-Lecktest)
  Besonders relevant für Hochvolt- und Wasserstoffanwendungen: Durch den Einsatz von Helium als Prüfgas lassen sich selbst außerordentlich kleine Leckagen mit hoher Präzision nachweisen.
• Differenzdruckprüfung
  Durch den Vergleich von Druckänderungen in einer Prüfkammer können selbst minimale Undichtigkeiten erkannt werden. Diese Methode eignet sich insbesondere für größere Baugruppen, bei denen Wasserdichtigkeit essenziell ist.
• Wassersäulenmethode nach IPX7
  Besonders bei Batteriesystemen und Leistungselektronik ist es entscheidend, dass Komponenten wasserfest sind. Die Wassersäulenmethode überprüft die Dichtheit nach ISO 20653 und stellt sicher, dass Fügestellen auch unter extremen Bedingungen zuverlässig funktionieren.

Diese Prüfverfahren ermöglichen eine systematische Optimierung der Verbindungselemente und geben Konstrukteuren und Konstrukteurinnen die Sicherheit, dass ihre Baugruppen den realen Belastungen standhalten.

Fazit: Dichtheit ganzheitlich gedacht

Dichtheit ist kein isoliertes Problem der Verbindungstechnik – sie ist das Ergebnis eines durchdachten Entwicklungsprozesses. Von der ersten Konstruktionsidee über maßgeschneiderte Verbindungslösungen bis hin zur Validierung setzt Arnold auf einen ganzheitlichen Ansatz, der die Konstruktion in jeder Entwicklungsphase unterstützt.

Egal ob in Hochvoltbatterien, Wasserstoffsystemen oder Leichtbaukonstruktionen – durch vorausschauendes Engineering, applikationsspezifische Lösungen und innovative Prüfmethoden bietet Arnold ein „Rundum-Sorglos-Paket“ für die Dichtheitsanforderungen der Zukunft.