Ein Gehäuse, aus dem nach dem ersten Spülgang Wasser austritt, ein Kamerascheiben, das in der Hosentasche beschlägt, ein Wassertank, der den Morgenkaffee nach sich schmecken lässt. Silikon behält seine Elastizität bei Temperaturen von etwa minus 50 bis 200 Grad Celsius und ist beständig gegen Feuchtigkeit und die meisten Haushaltschemikalien, doch was bei diesen Produkten versagt, ist selten das Material selbst. Es ist die Passgenauigkeit zwischen einer Dichtung und einer Baugruppe, und diese Passgenauigkeit wird in der Regel erst festgelegt, nachdem das Gehäuse und das Reinigungsverfahren festgelegt sind. Die Einbeziehung eines Hersteller von Silikondichtungen Bevor das Gehäuse einfriert, ist dies kostengünstiger als das Nachschneiden einer Nut nach einer Rückgabe aus dem Außendienst.
Silikondichtungen sind für Unterhaltungselektronik und Haushaltsgeräte unbedenklich, wenn drei Voraussetzungen erfüllt sind: Das Aushärtungssystem setzt keine Stoffe frei, die mit den Kontaktflächen reagieren, die Geometrie hält der Kompression über den gesamten Betriebsbereich stand und die Materialqualität entspricht den Kontaktvorschriften des jeweiligen Einsatzortes. Eine additionsvernetzende Mischung eignet sich für alles in der Nähe einer Leiterplatte, eine geformte Dichtung oder ein O-Ring übernimmt den Einsatz in heißen, kalten und feuchten Bereichen, und ein für den Lebensmittelkontakt oder feuerbeständiger Werkstoff deckt den Rest ab. Wenn eine Dichtung, eine Tastatur und ein geklebtes Gehäuse dieselbe Toleranzkette teilen müssen, stammt das Baugruppe in der Regel von einem Hersteller von Teilen mit Silikon-Umspritzung.
Zuerst kommt die Materialfrage, dann die Montage, dann die Geometrie und schließlich die Frage, wie man die Wahl begründen kann.
Was macht Silikondichtungen für Elektronikgeräte sicher?
Nicht jedes Silikon ist für den Einsatz in der Nähe von Schaltkreisen geeignet. Ausschlaggebend dafür ist, welche Stoffe eine Masse während der Aushärtung freisetzt, welche Stoffe sie danach abgibt und wie gut sie isoliert. Eine Masse, die für Fugen im Badezimmer geeignet ist, kann eine Kupferbahn in einem versiegelten Gehäuse korrodieren.
Die auf diese Weise gefertigten Gehäuse – von Ösen bis hin zu umspritzten Schalen – befinden sich unter Silikon-LSR-Lösungen für die Elektronikbranche. Wenn man die Materialfrage zuerst klärt, vermeidet man den teuersten Fehler in einem Programm: ein Korrosions- oder Beschlagproblem, das erst nach dem Schneiden des Werkzeugs festgestellt wird.
Warum das Cure-System über die Kompatibilität von Elektronik entscheidet
Silikon härtet auf zwei verschiedene Arten aus, und davon hängt ab, was aus der Masse austritt. Bei einer additionsvernetzenden Masse werden die Ketten ohne Freisetzung von Nebenprodukten miteinander verbunden, sodass keine flüchtigen oder sauren Stoffe im geschlossenen Gehäuse verbleiben. Eine kondensationsvernetzende Masse benötigt Feuchtigkeit und setzt dabei etwas frei; bei der Acetoxy-Variante ist dies Essigsäure, die Kupfer, Silber und Lötzinn angreift. Die Additionsvernetzung erfüllt zudem die Die Vorschriften für verbotene Stoffe gelten nun auch für Elektro- und Elektronikgeräte, da der Prozess keinerlei Verunreinigungen durch Schwefel, Zinn, Amine oder Phthalate duldet.
| Aushärtungssystem | Was wird während des Aushärtens freigesetzt? | Kompatibilität mit Elektronik | Wo es normalerweise verwendet wird |
| Addition, platinkatalysiert | Es wurde nichts freigesetzt; kein Säure-Nebenprodukt | Am höchsten, vorausgesetzt, der Formbereich ist frei von Verunreinigungen durch Schwefel, Zinn und Amine | Dichtungen und Tastenfelder für bestückte Leiterplatten, optische Fenster, abgedichtete Gehäuse |
| Kondensation, Acetoxy | Essigsäure | Schlechte Luftqualität in geschlossenen Räumen; greift Kupfer, Silber und Lötzinn an | Verglasungs- und Sanitärfugen, die zur Luft hin offen bleiben |
| Kondensation, Alkoxy | Alkohol | Mäßig; langsam und abhängig davon, wie viel Feuchtigkeit in die Fuge gelangt | Fugen in der Nähe von lackiertem oder empfindlichem Metall, das keine Säure verträgt |
Ausgasung, Geruch und Übertragung auf empfindliche Oberflächen
Ein ausgehärtetes Bauteil ist kein inertes Bauteil. Flüchtige Rückstände aus dem Polymer, dem Katalysator und den Additiven verbleiben im Formteil, bis sie durch die Nachhärtung ausgetrieben werden. In einem offenen Hohlraum ist dies harmlos; in einem versiegelten Hohlraum kondensieren die Rückstände an der kühlsten Oberfläche, häufig einer Linse oder einer Sichtscheibe, und durch denselben Mechanismus gelangen Geschmack und Geruch in einen Vorratsbehälter oder ein Lebensmittelfach. Eine platinvernetzte Masse, ein Füllstoffsystem auf Basis von pyrogener Kieselsäure und eine definierte Nachvernetzung beseitigen den größten Teil des Risikos.
Isolierung, Wärmewege und Anforderungen an die Flamme
Silikon benötigt weder Ruß noch Weichmacher, um einsetzbar zu sein. Daher kann eine einzige Mischung gleichzeitig transparent, farblos und hochisolierend sein, was sie für Kabeldurchführungen, Steckverbinderabdichtungen und Tastenkappen geeignet macht. Wärme ist das gegenteilige Anforderungsmerkmal: Ein mit Keramik gefüllter, leitfähiger Werkstoff leitet Wärme ebenso gut ab wie er abdichtet, es handelt sich jedoch um eine andere Verbindung. Auch das Brandverhalten hängt von der jeweiligen Verbindung ab, sodass eine Baugruppe in der Nähe eines Akkupacks oder einer Stromversorgungsplatine in der Regel einen flammgeschützten Werkstoff benötigt.
Auswahl der passenden Silikondichtungen für das Gerät oder die Vorrichtung
Passen Sie die Dichtung an die Baugruppe an, die sie schützt, und nicht an die Form, die sie annimmt. Eine Kühlschranktürdichtung, eine Geschirrspülertürdichtung und eine Kamerascheibendichtung bestehen aus demselben Elastomer, erfüllen jedoch drei unterschiedliche Aufgaben, und die Belastung an der jeweiligen Stelle bestimmt die Spezifikation.
Vier Fragen klären das meiste: Was kommt mit der Naht in Berührung, wie heiß wird es, kommt das Teil mit Lebensmitteln in Kontakt und muss es funktionsfähig sein?.
Gehäusedichtungen und Schutzart
Eine statische Gehäusedichtung wird anhand der Schutzart, das zwei Eigenschaften in einer einzigen Zahl angibt. Die erste Ziffer bezieht sich auf Feststoffe, die zweite auf Flüssigkeiten; IP67 bedeutet also, dass kein Staub eindringen kann und die Baugruppe ein vorübergehendes Eintauchen übersteht. Der Code bezieht sich auf die fertige Baugruppe, nicht auf die Dichtung. Der Quetsch- und Belastungsweg entscheiden darüber, ob die Baugruppe ihre Zielwerte erreicht, und die Konsistenz des Querschnitts, die Toleranz der Rillentiefe sowie die Ebenheit der beiden Flächen sind wichtiger als der Härtewert im Datenblatt.
Dichtungen hinter der Heizung: Kochgeräte und Dampf
Backofentüren, Körbe von Heißluftfritteusen, Dampfgarer und Mikrowellen-Türdichtungen sind wiederholten Erwärmungs- und Abkühlungszyklen ausgesetzt und nicht einer konstanten Temperatur. Eine Silikon-Türdichtung ist normalerweise für den Dauerbetrieb bei etwa 200 Grad Celsius mit kurzen Spitzenwerten über 250 Grad ausgelegt, doch der Spitzenwert ist nicht der Grund für das Ende ihrer Lebensdauer. Entscheidend ist vielmehr die Druckverformungsrest – der langsame Verlust der Rückstellfähigkeit, der sich über Tausende von Türöffnungen bei hohen Temperaturen hinweg ansammelt. Geschirrspüler und Waschmaschinen kommen noch heißes Wasser, Dampf und alkalische Reinigungsmittel hinzu, wobei der Ausfall meist mechanischer und nicht chemischer Natur ist. Dieselben Materialien sind sowohl Dampf als auch Reinigungsmitteln ausgesetzt Silikon-LSR-Lösungen für Haushaltsgeräte.
Kühl-, Lebensmittelkontakt- und Trinkwasserbereiche
Silikondichtungen kommen in Kühl- und Gefrierschränken zum Einsatz, wobei die Kälte kein Problem darstellt. Das Material bleibt auch weit unter Gefriertemperatur flexibel; gängige Typen sind für Temperaturen bis etwa minus 50 Grad Celsius ausgelegt, sodass sich eine Tür auch nach einem Jahrzehnt noch auf einer weichen Dichtung schließen lässt. Drei Anforderungen sind dabei entscheidend: Die Dichtung muss ihre Druckverformungsrest unter einer wochenlang geschlossenen Tür beibehalten, sie darf keinen Geruch annehmen, und alle Teile, die mit Lebensmitteln in Berührung kommen, müssen den Anforderungen für den Lebensmittelkontakt entsprechen. Gummierzeugnisse, die für den wiederholten Gebrauch bestimmt sind werden dadurch geregelt, dass festgelegt wird, welche Stoffe unter definierten Prüfbedingungen aus dem fertigen Bauteil auslaugen dürfen.
Bedienelemente, Wearables und umspritzte Schnittstellen
Tasten, Tastaturen, Wippschalter und Schalter erfordern eine Dichtung, die eher dem Verschleiß durch den Benutzer als den Umwelteinflüssen standhalten muss. Die Anforderung besteht in einer langen Betätigungslebensdauer bei kontrollierter Betätigungskraft in Verbindung mit einer ausreichenden Abdichtung, um das Innere trocken zu halten; daher werden Tastaturen und Membranschalter eher als Alternativen denn als Ersatzlösungen betrachtet. Bei tragbaren Geräten kommen Schweiß, Sonnencreme und alkoholhaltige Reinigungsmittel hinzu – allesamt unschädlich für Silikon, aber schädlich für den Klebstoff, der die Dichtung oft an ihrem Platz hält.
| Geräte- oder Montagebereich | Dichtungsaufgabe | Ein Siegelformat, das in der Regel passt | Was bestimmt das Design? |
| Fenster für Smartphone, Tablet oder Kamera | Staub und Wasser bis zu einem bestimmten Grad abhalten | Dünne, geformte Dichtung in einer maschinell gefrästen Nut | Nut-Toleranz und Presssitz; die Einstufung bezieht sich auf die Baugruppe |
| Kabelverschraubung und Steckverbinder-Schnittstelle | An einer Stelle abdichten und isolieren | Tülle oder Schutzmanschette, oft auf das Kabel aufgespritzt | Wandstärke um den Leiter herum und Zugentlastung bei der Montage |
| Backofen-, Heißluftfritteusen- oder Mikrowellentür | Temperaturwechselbeanspruchung ohne Verlust der Rückfederkraft | Geformte Türdichtung auf einem starren Träger | Verformungsrest über mehrere Zyklen, nicht bei Spitzentemperatur |
| Tür eines Geschirrspülers oder einer Waschmaschine | Heiß, alkalisch und feucht – alles in einem | Geformte Türdichtung, manchmal auch aus einem anderen Elastomer | Reinigungsmittelbeständigkeit und Rückstandsbildung an der Dichtungsfuge |
| Kühlschrank, Gefrierschrank oder Eismaschine | Lange statische Kompression bei Kälte | Extrudierte Türdichtung oder Formring | Kriechverhalten unter anhaltendem Druck und Geruchsneutralität |
| Kaffeemaschine, Wasserkocher oder Wasserfilter | Kontakt von Lebensmitteln und Trinkwasser mit Hitze | Dichtung, Ring oder Ventil für den Kontakt mit Lebensmitteln | Migrationsgrenzwerte für das Fertigteil und eine festgelegte Nachhärtung |
Umspritzte Dichtungen oder separate Dichtungen?
Die gleiche Dichtungsfunktion lässt sich auf zwei Arten realisieren: entweder durch eine in eine Nut eingelassene Dichtung oder durch auf das Gehäuse aufgegossenes Silikon, sodass beide Teile zu einer Einheit verschmelzen. Die Entscheidung hängt von den Montageschritten, der Toleranzkette und der Anzahl der Leckagewege ab, die in der Konstruktion vorgesehen sind.
Beide Antworten sind im richtigen Produkt richtig, daher lautet die relevante Frage: Welche Fehlerarten kann sich ein Programm leisten?.
Wann eine separate Dichtung die bessere Lösung ist
Eine separate Dichtung sorgt dafür, dass die Silikondichtungen austauschbar sind. Dies ist überall dort von Bedeutung, wo ein Gerät vor Ort geöffnet wird, da so die Dichtung erneuert wird, anstatt die gesamte Baugruppe auszusortieren. Große, flache Flächen wie beispielsweise ein Displayrahmen lassen sich mit einer Dichtung, die dem gesamten Umfang folgt, leichter abdichten als mit einer angeformten Lippe, die einen langen Strömungsweg überbrückt. Und wenn das Gehäuse den Formzyklus nicht überstehen kann, ist ein separates Teil die einzige Lösung. Welches Format für einen bestimmten Spalt geeignet ist, ist eine Entscheidung für sich, die im Formatvergleich in Silikondichtungsstreifen, Dichtungen und O-Ringe.
Wenn ein Bauteil durch Umspritzen entfernt wird
Das Umspritzen bewährt sich, wenn bei der Montage ein Risiko besteht. Eine Dichtung, die gedreht, gefaltet oder verkehrt herum eingebaut werden kann, wird früher oder später auch so eingebaut – und durch das Umspritzen der Dichtung auf das Gehäuse wird diese Möglichkeit ebenso wie die Stufe beseitigt. Durch das Entfernen der Stufe entfällt auch eine Fugenlinie, wodurch sich die Anzahl der Stellen verringert, an denen die Naht undicht werden kann. Der Nachteil dabei ist, dass eine geklebte Verbindung eine komprimierte ersetzt, sodass die Leistungsfähigkeit eher von der Haftkraft als vom Anpressdruck abhängt.
Welche Veränderungen gibt es in den Bereichen Werkzeugbau, Montage und Validierung?
Für eine separate Dichtung wird ein Dichtungswerkzeug benötigt, während eine umspritzte Baugruppe ein Substrat und einen Formungsschritt erfordert; dafür entfallen bei der Baugruppe jedoch ein Bauteil, ein Handhabungsschritt und ein Prüfpunkt. Das Substrat muss den Formzyklus überstehen; hier hilft ein Spritzgussverfahren mit niedrigviskosem Flüssigsilikon, da es dünne Bereiche bei geringerem Druck ausfüllt als beim Formpressen. Auch der Validierungsplan ändert sich, da bei einer fehlerhaften Verklebung die Baugruppe und nicht die Dichtung aussortiert wird.
Qualifizierung von Silikondichtungen vor der Serienfertigung
Ein Werkstoffzertifikat beschreibt einen Werkstoff, nicht eine Dichtung. Es gibt keinen Aufschluss darüber, ob das Bauteil nach zwei Jahren mit Temperaturwechselbeanspruchung noch intakt ist, ob es in einen Behälter auslaugt oder ob die Dichtung nach dem Transport noch fest sitzt.
Das Ziel ist es, Fehler frühzeitig und kostengünstig zu erkennen – und zwar bereits am Erstmuster und nicht erst an einer ganzen Containerladung fertiger Produkte.
Die Testmatrix, die den tatsächlichen Einsatz widerspiegelt
Eine nützliche Matrix geht von der eigentlichen Funktion des Produkts aus und fügt dann die Bedingungen hinzu, die den Test erschweren.
| Test | Was es simuliert | Typischer Zustand | Bestätigungssignal |
| Schutzart | Wasser und Staub, die in die Naht eindringen | Der Sollwert für die gesamte Baugruppe nach der Konditionierung | Kein Eindringen in der angegebenen Menge, und zwar nicht nur im Neuzustand |
| Temperaturwechselbeanspruchung | Gehäuse und Dichtung dehnen sich mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten aus | Wiederholte Zyklen über den gesamten Betriebsbereich | Keine bleibende Verformung, danach keine messbare Undichtigkeit |
| Wärmealterung unter Druck | Jahre bei dieser Temperatur unter Druck | Anhaltende Erwärmung bei aufrechterhaltung des Arbeitsdrucks der Dichtung | Die Rückfederung lag innerhalb eines vereinbarten Grenzwerts |
| Dampf- und Reinigungsmittelzyklen | Geschirrspülen und Wäschewaschen | Wiederholte Heiß- und Laugenzyklen an der montierten Einheit | Keine Quellung, Rissbildung oder Verhärtung an der Dichtungsfuge |
| Migration und Geruch | Übertragung in Wasser, Nahrung oder die Luft im Hohlraum | Bedingungen für den Kontakt mit Lebensmitteln am fertigen Bauteil | Innerhalb der Migrationsgrenzwerte kein wahrnehmbarer Geruch |
Eine Abfolge wird regelmäßig vertauscht: Der Ingress-Test gehört nach den Wärme- und Reinigungszyklen, nicht davor.
Erste Artikel auf Produktionssubstraten
Eine umspritzte Dichtung oder eine geklebte Dichtung sollte auf dem Untergrund qualifiziert werden, mit dem sie tatsächlich in Kontakt kommt, und unter Verwendung der Form, mit der sie tatsächlich hergestellt wird, da eine Laborplatte eine andere Oberfläche aufweist als ein spritzgegossenes Gehäuse, das mit Trennmittel beschichtet ist. Messen Sie die Dichtung im montierten Zustand, da nicht die Nennmaße eines losen Teils darüber entscheiden, ob ein Gehäuse dicht ist, sondern die tatsächlich erzielte Kompression.
Dokumentation, die mit dem Teil mitgeliefert wird
Die Dokumentation ist Teil des Produkts. Eine Zeichnung sollte die kritischen Maße des Siegels, den Quetschwert und die für ein weiches Bauteil geltende Toleranz enthalten. Ein Materialdatenblatt sollte statt einer Handelsbezeichnung das Aushärtungssystem nennen und angeben, welche Konformitätserklärung abgegeben wird. Ein Chargenprotokoll sollte die tatsächlich verwendeten Aushärtungs- und Nachhärtungsparameter ausweisen. Bewahren Sie ein versiegeltes, datiertes Referenzmuster des freigegebenen Erstmusters auf.
Häufig gestellte Fragen
Benötigen Silikondichtungen eine Grundierung, um auf einem Kunststoff- oder Metallgehäuse zu haften?
Nur wenn die Oberfläche keine reaktive Gruppe für die Verbindung bereitstellen kann. Glas, eloxiertes Aluminium, Edelstahl und die meisten Keramiken nehmen eine additionsvernetzende Verbindung ohne weitere Vorbehandlung auf, während Kunststoffe mit niedriger Oberflächenenergie sowie gealtertes oder verunreinigtes Metall eine Grundierung oder eine Oberflächenaktivierung erfordern. Die Entscheidung trifft man anhand eines Zug- oder Schälversuchs auf dem Produktionssubstrat.
Kann ein Silikontyp sowohl für den Bereich mit Lebensmittelkontakt als auch für den Elektronikbereich eines Geräts verwendet werden?
Oftmals ja, da die Spezifikation für den Kontakt mit Lebensmitteln hinsichtlich der Zusammensetzung die strengere der beiden ist. Einschränkungen treten auf, wenn der elektronische Bereich Eigenschaften erfordert, die der Bereich für den Kontakt mit Lebensmitteln nicht erfüllen kann, wie beispielsweise die Brandschutzklasse oder die Wärmeleitfähigkeit, da diese aus einem Additivpaket stammen, das die Zusammensetzung verändert. Wenn eine Formkavität beides benötigt, sollten Sie beide Angaben im selben Chargenprotokoll anfordern.
Wie wird eine Silikondichtung auf Sturz- und Transportvibrationen geprüft?
An der zusammengebauten Einheit, verpackt so, wie sie versandt wird, wird anschließend die Dichtheits- bzw. Leckageprüfung wiederholt. Bei einer Prüfung der Dichtung allein wird übersehen, was während des Transports passieren kann: Das Gehäuse kann sich so stark verformen, dass die Dichtung aus ihrer Nut rutscht, ohne dass dabei etwas bricht. Der Falltest, gefolgt vom Vibrationstest und schließlich der Leckageprüfung, deckt dies auf, bevor ein Container verladen wird.
Kann eine Silikondichtung direkt neben einem Lithium-Akku oder einer anderen Wärmequelle angebracht werden?
Ja, denn eine Silikondichtung erweicht bei den Temperaturen, die ein Rucksack erreicht, nicht und trägt nicht zur Brandentwicklung bei, wie es bei einem Kohlenwasserstoff-Elastomer der Fall sein kann. Eine flammgeschützte Mischung enthält andere Additive als eine Allzweckmischung, daher muss die Klassifizierung angegeben werden. Die Dichtung dient zudem nicht als Wärmebarriere; ihre Aufgabe ist es, die Fuge geschlossen zu halten, während ein separates Bauteil die Wärme ableitet.
Wie kann ich überprüfen, ob eine gelieferte Dichtung aus einer additionsvernetzenden Masse hergestellt wurde?
Fragen Sie auf dem Materialdatenblatt nach dem Aushärtungssystem statt nach einem Markennamen und überprüfen Sie anschließend drei Merkmale am gelieferten Bauteil. Die Härte sollte über den gesamten Querschnitt hinweg gleichmäßig sein, was bei einem schlecht vermischten, kondensationsaushärtenden Bauteil oft nicht der Fall ist. Ein frischer Schnitt sollte nicht nach Säure riechen. Ein Kupfercoupon, der in einem geschlossenen Behälter mit dem Teil in Kontakt gebracht wurde, sollte ebenfalls sauber bleiben.
