Wissenswertes

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 Größe 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:

a) Thermische und chemische Widerstandsfähigkeit (Resistenz)
b) Wirtschaftlichkeit (Kosten, Bauraum, Montage und Wartung)
c) Hoher Wirkungsgrad (ohne Stick-Slip / geringe Reibung) der Dichtungen
d) Schutz gegen Schleppdruck und Schmutz
e) Widerstandsfähigkeit gegen Abrieb und Luftblasenkaviation

In der Pneumatik unterscheiden sich die Anforderungen nur geringfügig:

a) Luftdicht / Schmierfilmerhaltend
b) Thermische und chemische Resistenz
c) Wirtschaftlichkeit (Kosten, Bauraum, Montage, Wartung)
d) Reibungsarm (keine Haftung, kein Stick-Slip)
e) Abriebfest

Diese hohe Ansprüche können nur durch qualitativ hochwertige Dichtungen erfüllt werden.

Auswahl und Qualität der geeigneten Dichtung

Form, Größe, Profil und Werkstoff der Dichtung werden ausschließlich durch Betriebsbedingungen wie Dichtspalt, Druckmedium, Druckbelastung, Arbeitstemperatur, Beschaffenheit der Gleitpartner (Oberfläche, Konizität, Unrundheit, Welligkeit, Rauhheit, etc.) bestimmt.

Eine umsichtige Planung und die Verwendung qualitativ hochwertiger Dichtungen sind maßgebend für eine lange Lebensdauer und wirken sich direkt auf die Qualität des erzeugten Produktes aus.

Die Folgekosten beim Versagen einer Rotor- oder Kolbenabdichtung sind beträchtlich. 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 Qualität für Ihren Einsatzbereich.

Montage von Dichtungen

Vor der Montage der Dichtelemente ist das gesamte System von Bearbeitungsrückständen, Spänen, Schmutz und sonstigen Fremdpartikeln zu reinigen.

Dichtungen dürfen bei der Montage nicht über scharfe Kanten, Gewinde, Passfedernuten oder Ähnliches gezogen werden. Diese Stellen sind vor der Montage abzudecken. Scharfe Kanten sind zu entgraten bzw. mit Fasen oder Radien zu versehen. Auf keinen Fall dürfen scharfkantige Werkzeuge verwendet werden.

Um eine Beschädigung der Dichtelemente bei der Montage zu vermeiden, sind Zylinderrohre und Kolbenstangen anzuschrägen. Für die Oberflächengüte der Anschrägung gilt Rt < 4µm. Die Kante am Übergang von Abschrägung zu Gleitfläche muss verrundet und poliert werden. Die Länge der Anschrägung ist abhängig von der Dichtung und der Profilstärke.

Dichtung, Kolbenstange und Zylinderrohr müssen vor der Montage eingeölt oder eingefettet werden.

Durch Erwärmen der Dichtungen vor dem Einbau in +80°C bis +100°C heißem Öl wird der Dichtungswerkstoff elastischer und die Dichtung lässt sich einfacher montieren.

Betriebsbedingte Einflussfaktoren von A-S

Arbeitsgeschwindigkeiten

Bei zu hoher Geschwindigkeit kann der Schmierfilm die Dichtung von der Dichtfläche abheben. Geschwindigkeiten von 0.5 m/sec sind für Elastomere die Obergrenze.

Arbeitstemperatur

Diese setzt sich aus der Wärme des Druckmediums und der Reibungswärme.an der Dichtung, die im ungünstigsten Fall 100°C erreichen kann, zusammen.

Die Temperatur (im Sammelbehälter gemessen) stellt dabei immer einen Mittelwert dar, der keine Aussage über die Temperatur an der Dichtung zulässt.

Die optimale Medientemperatur liegt zwischen 0°C und +50°C.

Zu hohe Temperatur: Zerstörung des Werkstoffes.

Zu niedrige Temperatur: Veränderung der Härte, Elastizität, Compression-Set.

Betriebsdruck

Druckspitzen, die teils von der Arbeitweise sowie von unsauberen Steuervorgängen verursacht werden, sind deshalb so gefährlich, weil sie ein Mehrfaches des Nenndruckes erreichen können und so die Lebensdauer einer Dichtung erheblich verkürzen.

Blow-By (Durchblasen bei Kolbendichtungen)

Weitet sich die Zylinderwand während des Betriebs sehr schnell, kann dies die Eigenvorspannung der Kolbendichtung nicht ausgleichen. In den entstehenden Zwischenraum dringt Flüssigkeit ein - die Dichtung bläst durch. Dieser Konstruktionsfehler kann durch Probeläufe nicht erkannt werden und hat u. a. zu dem verheerenden Challenger-Unglück geführt. Durch Einkerbungen an beiden Seiten der Dichtung kann die Ausweitung des Zylinders schnell abgefangen werden.

Fremdkörper

Ist ein Teil des hydraulischen bzw. pneumatischen Gerätes den Umgebungsbedingungen ausgesetzt (Beispiel Kolbenstange), dürfen eventuell anhaftende Fremdsubstanzen (Schmutz, Sand, Wasser, Eis, etc.) nicht in das System eingeschleppt werden. Diese Fremdsubstanzen können Dichtungen, Führungen, Ventile und Pumpen beschädigen. Aus diesen Gründen muss bereits vor dem Einbau von Dichtungen darauf geachtet werden, dass das gesamte System frei von Bearbeitungsrückständen, Spänen, Schmutz und sonstigen Fremdpartikeln ist.

Gleitreibung

Die Gleitreibung einer Hydraulik-Dichtung ist verhältnismäßig niedrig; bei Pneumatik-Dichtungen muss sie durch entsprechendes Schmieren niedrig gehalten werden. Die Gleitreibung ändert sich mit der Einsatzzeit der Dichtung (neu oder eingelaufen) und ist besonders vom verwendeten Werkstoff abhängig.

Hublänge

Die Hublänge beeinflusst die Belastung der Dichtung. Ist die Hublänge größer als der Dichtungsdurchmesser, erhöht sich die Zeitdauer der Belastung. Bei einer um ein Vielfaches größeren Hublänge kann ein kritischer Bereich erreicht werden. Bei Hublängen, die kürzer als die Länge der Dichtung sind, kann der Gleitfilm nicht erneuert werden. Dies führt zu einem Trockenlauf.

Leckage beim Kaltstart

Durch tiefe Temperaturen beim Anlaufen hydraulischer Systeme erhöht sich der Schleppdruck durch die temperaturbedingte Zähigflüssigkeit. Die verschleppte Flüssigkeit wird nicht rückgefördert - es tritt eine Leckage auf.

Losbrech-Reibung

Nach einem Stillstand des Systems kann es beim Anfahren zu einer hohen Losbrech-Reibung kommen. Bei Elastomeren führt freier Schwefel zu Kontaktkorrosion. Bei einer hohen Flächenpressung kommt es zu hohen Adhäsionskräften. Der Dichtkörper kann hierbei beträchtlich verformt werden.

Bei Rotordichtungen kann es zu einem Mitreißen der Dichtung durch die Rotation der Welle kommen.

Luftausscheidung - Mikro-Dieseleffekt

Luftblasen können besonders in Hydrauliksystemen großen Schaden verursachen. Durch Ausschleppen der Hydraulikflüssigkeit sinkt der Druck und die in Öl gelöste Luft wird ausgeschieden. Die Luftblasen können ein zündfähiges Öl-Luft- Gemisch enthalten. Wenn der Hydraulikdruck wieder ansteigt, werden die Luftblasen komprimiert und zünden. Dabei entstehen hohe Druckspitzen und extreme Temperaturen, die zur Zerstörung der Dichtung führen können.

Medien

Hier ist auf die Verträglichkeit mit dem Dichtungswerkstoff zu achten. Besonders in hydraulischen Systemen der pharmazeutischen Industrie werden Dichtungen hoch aggressiven Druckmedien ausgesetzt.

Oberflächenrauheit

Die Oberflächenbeschaffenheit der abzudichtenden Gleitflächen beeinflusst stark die Funktion und Lebensdauer einer Dichtung. Eine optimale Lebensdauer ergibt sich bei geringster Oberflächenrauheit und größtmöglichem Traganteil (tp 80 – 95%).

Richtwerte:

Rautiefen: RZ RA
  (μm) (μm)
Gleitfläche: 0,8 – 2,5 0,25 – 0,5
Nutgrund: < 6,2 < 1,6
Nutflanken < 14 < 3
Zylinderrohr Toleranzen: H9
Stange Toleranzen: f8, h9

Plastik-Memory Effekt

Werkstoffe aus Kunststoff tendieren dazu, sich bei Erwärmung in den ungeformten Zustand zurückzuverformen (sie „erinnern“ sich an den ungeformten Zustand).

Schleppdruck

Strömt die Hydraulikflüssigkeit in den Dichtspalt, muss sie gegen die Strömung wieder rückgeführt werden (sonst entsteht eine Leckage). Je stärker 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 beschädigt.

Stehzeiten

Bei langen Stillstandzeiten droht Trockenlaufgefahr. Zusätzlich wird die Losbrech-Reibung erhöht.

Stick-Slip (Ruckgleiten)

Durch Stick-Slip wird eine gleichmäßige Bewegung der Stange bzw. des Kolbens gestört. Bei ungenügendem Schmierfilm liegt die Dichtung nicht gleichmäßig auf und kann so durch die Bewegung axial verschoben werden. Lässt die Haftreibung nach, schnellt die Dichtung zurück. Es kommt zum sogenannten Ruckgleiten.