Aufgabenstellung der Hydraulik- und Pneumatikdichtungen
Sowohl in hydraulischen als auch in pneumatischen Systemen werden bewegliche Teile abgedichtet. Man spricht von einem dynamischen Dichtmechanismus.
Der Austausch von Druck- und Umgebungsmedien soll so weit als möglich vermieden werden. Dabei spielt die GröĂe des Dichtspaltes eine wichtige Rolle: Der bewegte Teil benötigt einen Bewegungsraum, der durch die Dichtungen entsprechend verschlossen werden muss.
In der Hydraulik werden an ein Dichtungssystem folgende Anforderungen gestellt:
- Thermische und chemische WiderstandsfÀhigkeit (Resistenz)
- Wirtschaftlichkeit (Kosten, Bauraum, Montage und Wartung)
- Hoher Wirkungsgrad (ohne Stick-Slip / geringe Reibung) der Dichtungen
- Schutz gegen Schleppdruck und Schmutz
- WiderstandsfÀhigkeit gegen Abrieb und Luftblasenkaviation
In der Pneumatik unterscheiden sich die Anforderungen nur geringfĂŒgig:
- Luftdicht / Schmierfilmerhaltend
- Â Thermische und chemische Resistenz
- Wirtschaftlichkeit (Kosten, Bauraum, Montage, Wartung)
- Reibungsarm (keine Haftung, kein Stick-Slip)
- Abriebfest
Auswahl und QualitÀt der geeigneten Dichtung
Hersteller und Anwender mĂŒssen sich der Probleme bewuĂt sein, die sich aus den Anforderungen und den Bedingungen der fortschreitenden technischen Entwicklung fĂŒr die moderne Dichtungstechnologie ergeben: „Bei hohem Druck, hoher Gleitgeschwindigkeit und hoher Temperatur mit geringstem Reibungsverlust niedrigste Leckage zu gewĂ€hrleisten, ist eine der schwierigsten Aufgabenstellungen“.
Der stĂ€ndige Dialog und Erfahrungsaustausch zwischen Anwendern und Dichtungshersteller ist eine entscheidende Voraussetzung fĂŒr erfolgreiche Entwicklungen und Verbesserungen von Dichtungen.
Form, GröĂe, Profil und Werkstoff der Dichtung werden ausschlieĂlich durch Betriebsbedingungen wie Dichtspalt, Druckmedium, Druckbelastung, Arbeitstemperatur, Beschaffenheit der Gleitpartner (OberflĂ€che, KonizitĂ€t, Unrundheit, Welligkeit, Rauhheit, etc.) bestimmt.
Eine umsichtige Planung und die Verwendung qualitativ hochwertiger Dichtungen sind maĂgebend fĂŒr eine lange Lebensdauer und wirken sich direkt auf die QualitĂ€t des erzeugten Produktes aus.
Die Folgekosten beim Versagen einer Rotor- oder Kolbenabdichtung sind betrÀchtlich. Nicht selten sind die Reparaturkosten hundert Mal oder tausend Mal höher als der Preis des ausgefallenen Dichtelements.
Wir beraten Sie gerne bei der Wahl der geeigneten Dichtungen und liefern beste QualitĂ€t fĂŒr Ihren Einsatzbereich.
Montage von Dichtungen
Vor der Montage der Dichtelemente ist das gesamte System von BearbeitungsrĂŒckstĂ€nden, SpĂ€nen, Schmutz und sonstigen Fremdpartikeln zu reinigen.
Dichtungen dĂŒrfen bei der Montage nicht ĂŒber scharfe Kanten, Gewinde, Passfedernuten oder Ăhnliches gezogen werden. Diese Stellen sind vor der Montage abzudecken. Scharfe Kanten sind zu entgraten bzw. mit Fasen oder Radien zu versehen. Auf keinen Fall dĂŒrfen scharfkantige Werkzeuge verwendet werden.
Um eine BeschĂ€digung der Dichtelemente bei der Montage zu vermeiden, sind Zylinderrohre und Kolbenstangen anzuschrĂ€gen. FĂŒr die OberflĂ€chengĂŒte der AnschrĂ€gung gilt Rt < 4”m. Die Kante am Ăbergang von AbschrĂ€gung zu GleitflĂ€che muss verrundet und poliert werden. Die LĂ€nge der AnschrĂ€gung ist abhĂ€ngig von der Dichtung und der ProfilstĂ€rke.
Dichtung, Kolbenstange und Zylinderrohr mĂŒssen vor der Montage eingeölt oder eingefettet werden.
Durch ErwĂ€rmen der Dichtungen vor dem Einbau in +80°C bis +100°C heiĂem Ăl wird der Dichtungswerkstoff elastischer und die Dichtung lĂ€sst sich einfacher montieren.
Betriebsbedingte Einflussfaktoren von A-S
Arbeitsgeschwindigkeiten
Bei zu hoher Geschwindigkeit kann der Schmierfilm die Dichtung von der DichtflĂ€che abheben. Geschwindigkeiten von 0.5 m/sec sind fĂŒr Elastomere die Obergrenze.
Arbeitstemperatur
Diese setzt sich aus der WĂ€rme des Druckmediums und der ReibungswĂ€rme.an der Dichtung, die im ungĂŒnstigsten Fall 100°C erreichen kann, zusammen.
Die Temperatur (im SammelbehĂ€lter gemessen) stellt dabei immer einen Mittelwert dar, der keine Aussage ĂŒber die Temperatur an der Dichtung zulĂ€sst.
Die optimale Medientemperatur liegt zwischen 0°C und +50°C.
Zu hohe Temperatur: Zerstörung des Werkstoffes.
Zu niedrige Temperatur: VerÀnderung der HÀrte, ElastizitÀt, Compression-Set.
Betriebsdruck
Druckspitzen, die teils von der Arbeitweise sowie von unsauberen SteuervorgĂ€ngen verursacht werden, sind deshalb so gefĂ€hrlich, weil sie ein Mehrfaches des Nenndruckes erreichen können und so die Lebensdauer einer Dichtung erheblich verkĂŒrzen.
Blow-By (Durchblasen bei Kolbendichtungen)
Weitet sich die Zylinderwand wĂ€hrend des Betriebs sehr schnell, kann dies die Eigenvorspannung der Kolbendichtung nicht ausgleichen. In den entstehenden Zwischenraum dringt FlĂŒssigkeit ein – die Dichtung blĂ€st durch. Dieser Konstruktionsfehler kann durch ProbelĂ€ufe nicht erkannt werden und hat u. a. zu dem verheerenden Challenger-UnglĂŒck gefĂŒhrt. Durch Einkerbungen an beiden Seiten der Dichtung kann die Ausweitung des Zylinders schnell abgefangen werden.
Fremdkörper
Ist ein Teil des hydraulischen bzw. pneumatischen GerĂ€tes den Umgebungsbedingungen ausgesetzt (Beispiel Kolbenstange), dĂŒrfen eventuell anhaftende Fremdsubstanzen (Schmutz, Sand, Wasser, Eis, etc.) nicht in das System eingeschleppt werden. Diese Fremdsubstanzen können Dichtungen, FĂŒhrungen, Ventile und Pumpen beschĂ€digen. Aus diesen GrĂŒnden muss bereits vor dem Einbau von Dichtungen darauf geachtet werden, dass das gesamte System frei von BearbeitungsrĂŒckstĂ€nden, SpĂ€nen, Schmutz und sonstigen Fremdpartikeln ist.
Gleitreibung
Die Gleitreibung einer Hydraulik-Dichtung ist verhĂ€ltnismĂ€Ăig niedrig; bei Pneumatik-Dichtungen muss sie durch entsprechendes Schmieren niedrig gehalten werden. Die Gleitreibung Ă€ndert sich mit der Einsatzzeit der Dichtung (neu oder eingelaufen) und ist besonders vom verwendeten Werkstoff abhĂ€ngig.
HublÀnge
Die HublĂ€nge beeinflusst die Belastung der Dichtung. Ist die HublĂ€nge gröĂer als der Dichtungsdurchmesser, erhöht sich die Zeitdauer der Belastung. Bei einer um ein Vielfaches gröĂeren HublĂ€nge kann ein kritischer Bereich erreicht werden. Bei HublĂ€ngen, die kĂŒrzer als die LĂ€nge der Dichtung sind, kann der Gleitfilm nicht erneuert werden. Dies fĂŒhrt zu einem Trockenlauf.
Leckage beim Kaltstart
Durch tiefe Temperaturen beim Anlaufen hydraulischer Systeme erhöht sich der Schleppdruck durch die temperaturbedingte ZĂ€higflĂŒssigkeit. Die verschleppte FlĂŒssigkeit wird nicht rĂŒckgefördert – es tritt eine Leckage auf.
Losbrech-Reibung
Nach einem Stillstand des Systems kann es beim Anfahren zu einer hohen Losbrech-Reibung kommen. Bei Elastomeren fĂŒhrt freier Schwefel zu Kontaktkorrosion. Bei einer hohen FlĂ€chenpressung kommt es zu hohen AdhĂ€sionskrĂ€ften. Der Dichtkörper kann hierbei betrĂ€chtlich verformt werden.
Bei Rotordichtungen kann es zu einem MitreiĂen der Dichtung durch die Rotation der Welle kommen.
Luftausscheidung – Mikro-Dieseleffekt
Luftblasen können besonders in Hydrauliksystemen groĂen Schaden verursachen. Durch Ausschleppen der HydraulikflĂŒssigkeit sinkt der Druck und die in Ăl gelöste Luft wird ausgeschieden. Die Luftblasen können ein zĂŒndfĂ€higes Ăl-Luft- Gemisch enthalten. Wenn der Hydraulikdruck wieder ansteigt, werden die Luftblasen komprimiert und zĂŒnden. Dabei entstehen hohe Druckspitzen und extreme Temperaturen, die zur Zerstörung der Dichtung fĂŒhren können.
Medien
Hier ist auf die VertrÀglichkeit mit dem Dichtungswerkstoff zu achten. Besonders in hydraulischen Systemen der pharmazeutischen Industrie werden Dichtungen hoch aggressiven Druckmedien ausgesetzt.
OberflÀchenrauheit
Die OberflĂ€chenbeschaffenheit der abzudichtenden GleitflĂ€chen beeinflusst stark die Funktion und Lebensdauer einer Dichtung. Eine optimale Lebensdauer ergibt sich bei geringster OberflĂ€chenrauheit und gröĂtmöglichem Traganteil (tp 80 â 95%).
Richtwerte:
Rautiefen: | RZ | RA |
(ÎŒm) | (ÎŒm) | |
GleitflĂ€che: | 0,8 â 2,5 | 0,25 â 0,5 |
Nutgrund: | <Â 6,2 | <Â 1,6 |
Nutflanken | < 14 | < 3 |
Zylinderrohr Toleranzen: | H9 | |
Stange Toleranzen: | f8, h9 |
Plastik-Memory Effekt
Werkstoffe aus Kunststoff tendieren dazu, sich bei ErwĂ€rmung in den ungeformten Zustand zurĂŒckzuverformen (sie âerinnernâ sich an den ungeformten Zustand).
Schleppdruck
Strömt die HydraulikflĂŒssigkeit in den Dichtspalt, muss sie gegen die Strömung wieder rĂŒckgefĂŒhrt werden (sonst entsteht eine Leckage). Je stĂ€rker die Schleppströmung, umso höher der Schleppdruck.
Spalt-Extrusion
Wird die Dichtung durch hohen Druck oder hohe Temperaturen in den Dichtspalt gepresst, spricht man von Spalt-Extrusion. Die Dichtung wird dabei stark verformt und beschÀdigt.
Stehzeiten
Bei langen Stillstandzeiten droht Trockenlaufgefahr. ZusÀtzlich wird die Losbrech-Reibung erhöht.
Stick-Slip (Ruckgleiten)
Durch Stick-Slip wird eine gleichmĂ€Ăige Bewegung der Stange bzw. des Kolbens gestört. Bei ungenĂŒgendem Schmierfilm liegt die Dichtung nicht gleichmĂ€Ăig auf und kann so durch die Bewegung axial verschoben werden. LĂ€sst die Haftreibung nach, schnellt die Dichtung zurĂŒck. Es kommt zum sogenannten Ruckgleiten.
- Arbeitsgeschwindigkeiten
- Arbeitstemperatur
- Betriebsdruck
- Blow-By
- Fremdkörper
- Gleitreibung
- HublÀnge
- Leckage beim Kaltstart
- Losbrech-Reibung
- Medien
- OberflÀchenrauheit
- Plastik-Memory Effekt
- Schleppdruck
- Spalt-Extrusion
- Stehzeiten
- Stick-Slip (Ruckgleiten)
Diese setzt sich aus der WĂ€rme des Druckmediums und der ReibungswĂ€rme.an der Dichtung, die im ungĂŒnstigsten Fall 100°C erreichen kann, zusammen.
Die Temperatur (im SammelbehĂ€lter gemessen) stellt dabei immer einen Mittelwert dar, der keine Aussage ĂŒber die Temperatur an der Dichtung zulĂ€sst.
Die optimale Medientemperatur liegt zwischen 0°C und +50°C.
Zu hohe Temperatur: Zerstörung des Werkstoffes.
Zu niedrige Temperatur: VerÀnderung der HÀrte, ElastizitÀt, Compression-Set.
(Durchblasen bei Kolbendichtungen)
Weitet sich die Zylinderwand wĂ€hrend des Betriebs sehr schnell, kann dies die Eigenvorspannung der Kolbendichtung nicht ausgleichen. In den entstehenden Zwischenraum dringt FlĂŒssigkeit ein â die Dichtung blĂ€st durch. Dieser Konstruktionsfehler kann durch ProbelĂ€ufe nicht erkannt werden und hat u. a. zu dem verheerenden Challenger-UnglĂŒck gefĂŒhrt. Durch Einkerbungen an beiden Seiten der Dichtung kann die Ausweitung des Zylinders schnell abgefangen werden.
Ist ein Teil des hydraulischen bzw. pneumatischen GerĂ€tes den Umgebungsbedingungen ausgesetzt (Beispiel Kolbenstange), dĂŒrfen eventuell anhaftende Fremdsubstanzen (Schmutz, Sand, Wasser, Eis, etc.) nicht in das System eingeschleppt werden. Diese Fremdsubstanzen können Dichtungen, FĂŒhrungen, Ventile und Pumpen beschĂ€digen. Aus diesen GrĂŒnden muss bereits vor dem Einbau von Dichtungen darauf geachtet werden, dass das gesamte System frei von BearbeitungsrĂŒckstĂ€nden, SpĂ€nen, Schmutz und sonstigen Fremdpartikeln ist.
Die Gleitreibung einer Hydraulik-Dichtung ist verhĂ€ltnismĂ€Ăig niedrig; bei Pneumatik-Dichtungen muss sie durch entsprechendes Schmieren niedrig gehalten werden. Die Gleitreibung Ă€ndert sich mit der Einsatzzeit der Dichtung (neu oder eingelaufen) und ist besonders vom verwendeten Werkstoff abhĂ€ngig.
Bei Rotordichtungen kann es zu einem MitreiĂen der Dichtung durch die Rotation der Welle kommen.
Hier ist auf die VertrÀglichkeit mit dem Dichtungswerkstoff zu achten. Besonders in hydraulischen Systemen der pharmazeutischen Industrie werden Dichtungen hoch aggressiven Druckmedien ausgesetzt.
Richtwerte:
Rautiefen: | RZ | RA |
(ÎŒm) | (ÎŒm) | |
GleitflĂ€che: | 0,8 â 2,5 | 0,25 â 0,5 |
Nutgrund: | <Â 6,2 | <Â 1,6 |
Nutflanken | < 14 | < 3 |
Zylinderrohr Toleranzen: | H9 | |
Stange Toleranzen: | f8, h9 |
Strömt die HydraulikflĂŒssigkeit in den Dichtspalt, muss sie gegen die Strömung wieder rĂŒckgefĂŒhrt werden (sonst entsteht eine Leckage). Je stĂ€rker die Schleppströmung, umso höher der Schleppdruck.
Wird die Dichtung durch hohen Druck oder hohe Temperaturen in den Dichtspalt gepresst, spricht man von Spalt-Extrusion. Die Dichtung wird dabei stark verformt und beschÀdigt.
Bei langen Stillstandzeiten droht Trockenlaufgefahr. ZusÀtzlich wird die Losbrech-Reibung erhöht.
Durch Stick-Slip wird eine gleichmĂ€Ăige Bewegung der Stange bzw. des Kolbens gestört. Bei ungenĂŒgendem Schmierfilm liegt die Dichtung nicht gleichmĂ€Ăig auf und kann so durch die Bewegung axial verschoben werden. LĂ€sst die Haftreibung nach, schnellt die Dichtung zurĂŒck. Es kommt zum sogenannten Ruckgleiten.