Multitalent dichtet, befestigt und führt

„All-In-One“-Dichtungen dichten nicht nur, sie können auch befestigen, abstreifen und führen. Dabei sind sie – falls nötig – gleichzeitig Teil des Gesamtbauteils.

Konstruktive Erfordernisse, insbesondere die Notwendigkeit, Raum und Gewicht einzusparen, führen zwangsläufig zu dem Wunsch, Bauteilfunktionen zu erhöhen bzw. zu verdichten. Beispielsweise ist oft kein Platz vorhanden, um eine Nut mit beidseitigen Wandungen für einen O-Ring unterzubringen. Oder Aufnahmenuten für Nutringe oder Abstreifer können nicht tief genug eingestochen werden. Bei einer All-In-One-Dichtungsbuchse von SKF Economos werden Dichtlippen für die dynamische Abdichtung, statische Dichtkanten und Abstreifer direkt am Träger angebracht. Zur Buchse gehört eine Bohrung mit Verteilerrille, durch die Schmierstoff zugeführt werden kann.

„All-In-One“-Dichtungen.
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Das kompakte Bauteil lässt sich erheblich leichter und schneller einbauen als einzelne Komponenten, da keine Dichtungen von innen montiert und kalibriert werden müssen. Weitere Features erleichtern die Montage zusätzlich – gleichgültig, ob diese durch Fertigungsautomaten bzw. Roboter oder manuell erfolgen soll: Hierzu gehören eine Einführfase, die das Montieren der Buchse vereinfacht, sowie eine Verdrehsicherung, Aussparungen am Flanschumfang sowie der Anschlagflansch selbst zur sicheren Positionierung.

Montageaufwand reduziert sich


Der asymmetrische Haltewulst hat in Montagerichtung einen flachen Winkel und auf der Gegenseite (Halteseite) einen steilen Winkel, um die Fixierung zu sichern. Zuführeinheiten und Kalibrierprozesse für die Einzelkomponenten werden damit überflüssig. Durch den Wegfall von Montagekomponenten für das Aufziehen der Einzeldichtungen auf den Träger reduzieren sich die Montagekosten. Gegenüber einzeln aufzuziehenden O-Ringen für die statische Dichtung mit Abmessungen von 6 mm x 0,5 mm verfügen die kompakten Multifunktionsbauteile über eine greifbare Größe. Zur Montage genügt das präzise Ausrichten des All-In-One-Teils auf dem Gehäuse. Anschließend werden die Bauteile manuell oder – bei entsprechenden Serien – maschinell eingedrückt.

Faltenbalg aus T-Ecopur für Tieftemperatur-anwendungen mit integrierten Dicht- und Abstreiflippen.

All-In-One:
Ventilspitze von SKF Economos.

Die All-In-One-Technik kann jedoch noch mehr: Sie ermöglicht auch die Beseitigung von Toträumen zwischen Aufnahmenut und Dichtelement. Das ist wichtig bei aseptischen Dichtungsauslegungen im Food- und Pharmabereich. Mit den Werkstoffen der Ecopur-Familie lassen sich zudem straffe und mechanisch ausreichend belastbare Grundkörper (z. B. Ventilkolben) mit dünnen, flexiblen Dichtlippen realisieren.

Zusätzliche Gleit- und Führungsflächen lassen sich mit den Werkstoffen S-Ecopur, PTFE oder PE leicht erzeugen. Mit S-Ecopur steht ferner ein Werkstoff zur Verfügung, der über eine integrierte Festschmierstoffkombination verfügt. Ausgesparte Nuten zur Aufnahme von zusätzlichen Führungselementen können konstruktiv mit vorgesehen werden.

Bei der Serienfertigung von All-In-One-Dichtungen besteht die Option kundenseitiger Modifikationen wie die Anbringung zusätzlicher Fertigungshilfen oder Kennzeichnungsrillen und Markierungsflansche zur Absicherung und Erkennung. Rollwülste dienen zum sicheren Separieren beim Rollen über Sortierleisten durch Schwingförderer; hierdurch kippen die Bauteile einseitig ab.

Nicht zuletzt führt auch die vergleichsweise einfache Logistik bei All-In-One-Bauteilen zu einer vorteilhaften Kostenbetrachtung: So werden Lagerplätze und deren Pflege eingespart. Beschaffungsaufwände für Einzelprodukte, die sonst meist von unterschiedlichen Partnern bezogen werden, entfallen. Auch unter Nachhaltigkeitsgesichtspunkten ist dies ein interessanter Aspekt.

Grenzen für die Umsetzung von All-In-One-Dichtungslösungen setzen in der Praxis bislang vor allem Extremwerte bei Druck, Gleitgeschwindigkeit und Temperatur. So können hohe Seitenkräfte unter Umständen nicht durch den Grundkörper aus Dichtungswerkstoff abgefangen werden. Eine Kolben-Konstruktion aus Metall mit aufgelegten Gewebebändern ist hier die gebotene Alternative.

Vielversprechend und zukunftsweisend erscheint aber auch die Kombination mit Mehrkomponententechnik (2K/3K), mit der es möglich ist, die Werkstoffeigenschaften des Bauteils zu variieren. SKF Economos verfügt über das selbstentwickelte SKF Seal-Jet-Fertigungsverfahren für geringe Stückzahlen, mit dem in der Design- und Entwicklungsphase schnell und kostengünstig Muster- oder Kleinserien erstellt werden können.

Thomas Deigner ist Geschäftsführer der SKF Economos Deutschland GmbH, Bietigheim-Bissingen.

In Deutschland stellt SKF (vertreten durch die SKF Economos Deutschland GmbH, Bietigheim-Bissingen) zur schnellen Entwicklung und Realisierung von Dichtungs- und Fluidlösungen mit insgesamt 19 Niederlassungen und Verkaufsgebieten eine flächendeckende Vor-Ort-Betreuung mit kurzen Wegen sicher. Mit dem Konzept „Innovation in einem Tag“ wird die schnelle Entwicklung und Realisierung von Dichtungs- und Fluidlösungen ermöglicht.

Anfragen an den Hersteller sind jederzeit und bequem per Smartphone-App möglich unter http://goo.gl/MfiWq (Android) oder http://bit.ly/1ri1OES (iOS).

Multitalent dichtet, befestigt und führt

Auf kleinstem Raum: All-In-One-Dichtungslösungen von SKF Economos

Wenn es um kompakte und reduzierte Platzverhältnisse geht, müssen Konstrukteure von Baugruppen und Modullösungen Einbauräume und Gewichte minimieren, Montageschritte vereinfachen und viele weitere Anforderungen beachten. Dabei helfen ihnen fortschrittliche Dichtungslösungen, die unterschiedlichste Funktionen in einem einzigen, kompakten Bauteil vereinen. „All-In-One“-Dichtungen können nicht nur dichten, sondern auch befestigen, abstreifen und führen. Dabei können sie gleichzeitig Teil des Gesamtbauteils sein. Alles, was zu einem leichten und sicheren Zusammenbau erforderlich ist, bringen sie ebenfalls mit.

Konstruktive Erfordernisse, insbesondere die Notwendigkeit, Raum und Gewicht einzusparen, führen zwangsläufig zu dem Wunsch, Bauteilfunktionen zu erhöhen bzw. zu verdichten. Beispielsweise ist oft kein Platz vorhanden, um eine Nut mit beidseitigen Wandungen für einen O-Ring unterzubringen. Oder Aufnahmenuten für Nutringe oder Abstreifer können nicht tief genug eingestochen werden. Bei einer All-In-One-Dichtungsbuchse von SKF Economos werden Dichtlippen für die dynamische Abdichtung, statische Dichtkanten und Abstreifer direkt am Träger angebracht. Zur Buchse gehört eine Bohrung mit Verteilerrille, durch die Schmierstoff zugeführt werden kann.

Das kompakte Bauteil lässt sich erheblich leichter und schneller montieren als einzelne Komponenten, da keine Dichtungen von innen montiert und kalibriert werden müssen. Weitere Features erleichtern die Montage zusätzlich – gleichgültig, ob diese durch Fertigungsautomaten bzw. Roboter oder manuell erfolgen soll: Hierzu gehören eine Einführfase, die das Montieren der Buchse vereinfacht, sowie eine Verdrehsicherung, Aussparungen am Flanschumfang sowie der Anschlagflansch selbst zur sicheren Positionierung.

Der asymmetrische Haltewulst hat in Montagerichtung einen flachen Winkel und auf der Gegenseite (Halteseite) einen steilen Winkel, um die Fixierung zu sichern. Zuführeinheiten und Kalibrierprozesse für die Einzelkomponenten werden damit überflüssig. Durch den Wegfall von Montagekomponenten für das Aufziehen der Einzeldichtungen auf den Träger reduzieren sich die Montagekosten. Gegenüber einzeln aufzuziehenden O-Ringen für die statische Dichtung mit Abmessungen von bspw. 6 x 0,5 mm verfügen die kompakten Multifunktionsbauteile über eine greifbare Größe. Zur Montage genügt ein präzises Ausrichten des All-In-One-Teils auf dem Gehäuse. Anschließend werden die Bauteile manuell oder – bei entsprechenden Serien – maschinell eingedrückt.

Die All-In-One-Technik kann jedoch noch mehr: sie ermöglicht auch die Beseitigung von Toträumen zwischen Aufnahmenut und Dichtelement. Besonders wichtig ist dies bei aseptischen Dichtungsauslegungen im Food- und Pharmabereich. Mit modernen Werkstoffen der ECOPUR-Familie lassen sich zudem straffe und mechanisch ausreichend belastbare Grundkörper (z. B. Ventilkolben) mit dünnen, flexiblen Dichtlippen realisieren.

Zusätzliche Gleit- und Führungsflächen lassen sich mit den Werkstoffen S-ECOPUR, PTFE oder PE leicht erzeugen. Mit S-ECOPUR steht ferner ein Werkstoff zur Verfügung, der über eine integrierte Festschmierstoffkombination verfügt. Ausgesparte Nuten zur Aufnahme von zusätzlichen Führungselementen können konstruktiv mit vorgesehen werden.

Kompakt und vielseitig: All-in-One-Dichtung von SKF Economos aus Elastomer oder ECOPUR.

Bei der Serienfertigung von All-In-One-Dichtungen besteht die Option kundenseitiger Modifikationen wie bspw. die Anbringung zusätzlicher Fertigungshilfen oder Kennzeichnungsrillen und Markierungsflansche zur Absicherung und Erkennung. Rollwülste dienen zum sicheren Separieren beim Rollen über Sortierleisten durch Schwingförderer; hierdurch kippen die Bauteile einseitig ab.

Nicht zuletzt führt auch die vergleichsweise einfache Logistik bei All-In-One-Bauteilen zu einer vorteilhaften Kostenbetrachtung: So werden Lagerplätze und deren Pflege eingespart. Beschaffungsaufwände für Einzelprodukte, die sonst meist von unterschiedlichen Partnern bezogen werden, entfallen. Auch unter Nachhaltigkeitsgesichtspunkten ist dies ein interessanter Aspekt.

Grenzen für die Umsetzung von All-In-One-Dichtungslösungen setzen in der Praxis bislang vor allem Extremwerte bei Druck, Gleitgeschwindigkeit und Temperatur. Hohe Seitenkräfte bspw. können unter Umständen nicht durch den Grundkörper aus Dichtungswerkstoff abgefangen werden. Eine Kolben-Konstruktion aus Metall mit aufgelegten Gewebebändern ist hier die gebotene Alternative.

Vielversprechend und zukunftsweisend erscheint aber auch die Kombination mit Mehrkomponententechnik (2K/3K), mit der es möglich ist, die Werkstoffeigenschaften des Bauteils zu variieren. SKF Economos verfügt über das selbstentwickelte SKF SEAL JET-Fertigungsverfahren für geringe Stückzahlen, mit dem in der Design- und Entwicklungsphase schnell und kostengünstig Muster- oder Kleinserien erstellt werden können.

Stets aktuelle Informationen über Dichtungslösungen von SKF Economos sind per Newsletter verfügbar.

Sealing Solutions von SKF:

Mit ihrer globalen Technologie-Plattform Sealing Solutions bietet SKF auf der Basis ausgewählter Werkstoffe ein sehr breites Dichtungsprogramm für zahlreiche Branchen, das anwendungsspezifische und Standardlösungen ebenso umfasst wie Großserienprodukte.

Basis dieser Lösungen ist die eigens entwickelte SKF SEAL JET-Fertigungstechnik, mit der kostengünstig und in kürzester Zeit maßgeschneiderte Dichtungslösungen realisiert werden. Unter dem Motto „Dichtung plus“ entwickelt und fertigt SKF auch Formteile, Wasserstrahlteile und kunststofftechnische Komponenten für den industriellen Einsatz und bietet den Neubau, die Reparatur und die Optimierung von Zylindern an.

In Deutschland stellt SKF (vertreten durch die SKF Economos Deutschland GmbH, Bietigheim-Bissingen) zur schnellen Entwicklung und Realisierung von Dichtungs- und Fluidlösungen mit insgesamt 19 Niederlassungen und Verkaufsgebieten eine flächendeckende Vor-Ort-Betreuung mit kurzen Wegen sicher. Mit dem Konzept „Innovation in einem Tag“ wird die schnelle Entwicklung und Realisierung von Dichtungs- und Fluidlösungen ermöglicht.

Anfragen an den Hersteller sind jederzeit und bequem per Smartphone-App möglich unter http://goo.gl/MfiWq (Android) oder http://bit.ly/1ri1OES (iOS). Praktisch ist auch die neue Direktrufnummer 0800 – 1234248 (1a dicht).

Auf kleinstem Raum: All-In-One-Dichtungslösungen von SKF Economos

Vorteile mit PU-Dichtungen für Hydraulikanwendungen

Mit Elastomerelementen vorgespannte PTFE-Dichtringe sind seit vielen Jahren Standardelemente für die Abdichtung von Hydraulikanwendungen, insbesondere beim Einsatz in Werkzeugmaschinen, der Metallumformung, Blechbearbeitung und Fügetechnik oder auch in der Mobilhydraulik. Werden hydraulische Antriebe entwickelt, überarbeitet oder repariert, lohnt sich oft ein Umstieg auf PU-Dichtungen, meint der Dichtungsspezialist SKF Economos Deutschland GmbH, der über einen eigenen Reparaturservice für Hydrauliksysteme verfügt. Sein spezielles Fertigungsverfahren erlaubt es, Reparaturstufen für Standardabmessungen zu fertigen.

Aus PTFE gefertigte Mantelringdichtungen können gedreht hergestellt werden, was nicht nur individuelle Ausführungen erlaubt, sondern auch Werkzeugkosten erübrigt und die Stückpreise entsprechend senkt. Dass PTFE auch vergleichsweise hohen Temperaturen, Drücken und einer Vielzahl von Medien widersteht, hat ebenfalls zu seiner Verbreitung beigetragen.

In vielen Anwendungsbereichen sind Polyurethanwerkstoffe (PU) jedoch die bessere Alternative: Aufgrund ihrer robusten Werkstoffeigenschaften, inkorporierbaren Gleit- bzw. Schmierstoffen, außerordentlich niedrigen Leckagewerten und sehr hohen Extrusions- und Verschleißfestigkeiten eignen sie sich für noch höhere Drücke oder Spaltweiten. Damit erhöht sich die Lebensdauer der Dichtelemente erheblich.

Eigenschaften wie diese machen sie zur idealen Lösung für Fluidtechnik, Werkzeugmaschinen und Mobilhydraulik. Als weitere Optimierung stehen die ECOPUR®-Compounds in einer Härtestufe 95 Shore A und zusätzlich in 60 Shore D zur Verfügung. Dies ist bei hohen Druckanwendungen (z.B. über 500 bar) wichtig, welche bislang mit zusätzlichen Backup-Ringen versehen werden mussten. Zudem zeichnen sich PU-Dichtelemente – anders als PTFE-Varianten, bei denen es immer wieder zu Oberflächenbeschädigungen kommt – durch eine hohe Montagefreundlichkeit aus.

Stangendichtung aus X-ECOPUR mit 60 Shore D, besonders extrusionsstabil und montagefreundlich

Möglich wird der Umstieg zu PU durch das von SKF ECONOMOS entwickelte Zerspanungsverfahren für hochelastische Werkstoffe. Mit ihm können PU-Dichtelemente als Einzelstücke bzw. Kleinserie oder auch in höheren Stückzahlen kostengünstig in gespritzter Ausführung gefertigt werden.

Eine gute Gelegenheit zum Austausch sind Optimierungen im Zuge kontinuierlicher Verbesserungsprozesse (KVP). Reparaturstufen bei verschlissenen Kolbenstangen können nachgeschliffen und die dadurch unbrauchbar gewordenen Standarddichtungen aus PTFE durch PU-Elemente ersetzt werden. Dabei wird der Mantelring einfach um das reduzierte Maß verstärkt – eine günstige Reparaturlösung, mit der sich zugleich auch die Lebensdauer und die Montagefreundlichkeit der ausgetauschten Dichtelemente erhöhen.

Selbstverständlich kann das Einsparpotenzial gegenüber den PTFE-Dichtungen in der Montage (z.B. durch wegfallende Aufdehn- und Kalibriervorgänge oder aufwändige Montagehilfen) auch bereits durch die Einplanung von PU-Dichtungen bei der Konstruktion realisiert werden.

Diese und weitere effizienzsteigernde Lösungen zeigt SKF ECONOMOS in der Zeit vom 07. bis 10. November auf der Blechexpo 2017 in Stuttgart (Halle 8, Stand 8203).

Weitere Informationen bieten die SKF Preferred Seals Partner sowie die SKF Seals Plattform vertreten durch die SKF Economos Deutschland GmbH unter 0800/1234248 (0800-1a-dicht) oder unter seals.bietigheim@skf.com.


Anfragen an den Hersteller sind jederzeit und bequem per Smartphone-App möglich unter http://goo.gl/MfiWq (Android) oder http://bit.ly/1ri1OES (iOS).



Vorteile mit PU-Dichtungen für Hydraulikanwendungen

SKF verbessert Schutz von Windenergieanlagen: Leistungsstarke HRS-Dichtungen aus G-ECOPUR

Mit den neuen HRS-Wellendichtungen aus G-ECOPUR trägt SKF zu einer höheren Turbinenzuverlässigkeit bei reduziertem Instandhaltungsaufwand bei. Außerdem überzeugt die neue Generation von Hochleistungs-Hauptwellendichtungen durch ihr vergleichsweise geringes Gewicht und den minimalen Platzbedarf.

Der Wind hat sich als Energiequelle inzwischen fest etabliert: Laut Global Wind Energy Council hatte die weltweite Windenergieerzeugung bereits Ende 2014 eine Kapazität von 369,6 GW erreicht. Dabei ist zu erwarten, dass der Anteil der Windenergie an der Stromerzeugung in den kommenden Jahren noch steigt: Wegen der zunehmenden Konkurrenzfähig- keit der Windenergie dürften dazu auch die Entwicklungsländer beitragen, von denen so manche mehr elektrischen Strom benötigen.

Angesichts der weiter wachsenden Zahl von Windkraftanlagen werden deren Betrieb und Instandhaltung zu einem immer bedeutenderen Geschäftszweig. Dieses ressourcenschonende Business bringt allerdings auch viele Herausforderungen mit sich – erst recht, wenn die Windkraftanlagen in abgelegenen Gebieten wie beispielsweise im Gebirge oder auf See installiert werden. Dort kommt es umso mehr darauf an, dass die Anlagen ein Höchstmaß an Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit aufweisen.

Dank einer Reihe vorteilhafter Eigenschaften tragen die neuen HRS-Wellendichtungen aus G-ECOPUR von SKF zu einer höheren Zuverlässigkeit von Windenergieanlagen bei und senken deren Instandhaltungsaufwand.

Dem Schutz moderner Windkraftanlagen dienen in erster Linie die Hauptwellendichtungen, die äußere Einflüsse vom Hauptlager und den Getriebekompo- nenten fernhalten. Außerdem verhindern sie das Austreten von Schmierstoffen. Nun haben SKF Ingenieure eine neue Generation radialer Wellendichtringe entwickelt, die das extreme Anforderungsprofil der Windenergiegewinnung perfekt erfüllt: die HRS-Reihe.

Leicht, kompakt und flexibel


Weil die neuen HRS-Dichtungen aus G-ECOPUR leichter und kompakter sind als Labyrinthdichtungen, ermöglichen sie den Herstellern eine maximale Raumausnutzung bei minimiertem Gondelgewicht. Die radialen Wellendichtringe stehen in drei verschiedenen Ausführungen für unterschiedliche Anwendungen zur Verfügung:

Die Dichtung HRS1 ist primär darauf ausgelegt, den Schmierstoff im Turbinenlager und -getriebe zu halten. Zu diesem Zweck kann sie große Fluchtungsfehler aufnehmen, wie sie in dieser Art von Ausrüstung nicht selten vorkommen: Je nach Wellengröße verträgt die HRS1 koaxiale Fluchtungsfehler von bis zu 3 mm.

Bei Anwendungen, in denen der Schutz vor äußerer Verunreinigung durch Staub oder Feuchtigkeit oberste Priorität hat, kann die HRS1-Dichtung durch eine HRE-Abstreiferdichtung ergänzt werden. Das sorgt praktisch für eine zusätzliche äußere Dichtlippe, welche SKF im Übrigen weiter optimiert hat. Im entsprechenden Portfolio des Unternehmens bietet die HRE-Version dank ihrer starken Dichtlippe den besten Schutz.

Für weniger stark verschmutzte Umgebungen bietet sich schließlich die HRSA-Version der Dichtung an, die konstruktionsseitig bereits mit einer zusätzlichen Schutzlippe versehen ist.

Den Werkstoff G-ECOPUR, aus dem die HRS-Dichtungen gefertigt sind, hat SKF speziell für Höchstleistungsdichtungen entwickelt. Dabei handelt es sich um ein besonders ozon-, UV- und wasserbeständiges Material, das im Vergleich zu den üblicherweise verwendeten Kautschukwerkstoffen eine außergewöhnlich hohe Verschleißbeständigkeit aufweist: In vielen Tests hat sich gezeigt, dass G-ECOPUR etwa fünfmal so abriebfest ist wie der zweitbeste Elastomer-Werkstoff. Das sorgt für eine deutlich längere Gebrauchsdauer und weniger vorzeitige Ausfälle.

Außerdem verfügen die HRS-Dichtungen dank G-ECOPUR über eine extrem glatte Dichtlippen-Oberfläche. Zum einen schont diese glatte Oberfläche die abgedichtete Welle, was der Systemleistung über die Gebrauchsdauer der Turbine entgegenkommt. Zum anderen verhindert die glatte Dichtungs- außenfläche das Austreten von Schmierstoff zwischen Dichtung und Gehäuse – eine Aufgabe, die rauere, phenol-imprägnierte Gummigewebedichtungen in der Regel weniger gut beherrschen.

„Bei der Konstruktion von Windkraftanlagen stehen Dichtungen nicht unbedingt im Fokus“, weiß María Concepción Martín, Produktmanagerin Windenergie bei SKF. „Dabei sind sie für die Systemleistung durchaus von großer Bedeutung. Deshalb widmen wir diesen Komponenten viel Aufmerksamkeit. Die neuen HRS-Dichtungen aus G-ECOPUR haben wir entwickelt, um der Windenergiebranche exakt das zu bieten, was sie benötigt: höhere Turbinenzuverlässigkeit und reduzierten Instandhaltungsaufwand in einem kosteneffizienten Paket. Dazu gehört beispielsweise auch, dass sich die Dichtungen im Falle eines Falles schnell, einfach und sicher austauschen lassen.“

Einfach zu installieren


Das gesamte HRS-Sortiment ist in geteilten und ungeteilten Ausführungen erhältlich. Die ungeteilten Versionen sind für den Einbau während der Fertigung vorgesehen; also wenn die Monteure zumeist noch ungehinderten Zugang zum Wellenende haben. Sollte das nicht der Fall sein, bietet sich eine geteilte Variante an. Primär sind die geteilten Ausführungen aber natürlich für den Austausch während des Service bestimmt. Wegen ihrer glatten Oberflächen lassen sich die HRS-Dichtungen sowohl in der Fertigung als auch beim Austausch viel einfacher installieren als gummi-gewebeverstärkte Dichtungen, was hüben wie drüben Zeit und Geld spart.

Im Falle eines Falles lassen sich die neuen Dichtungen auch bei begrenzten Platzverhältnissen deutlich leichter austauschen als gummigewebeverstärkte Dichtungen, was viel Zeit und damit Geld spart.

Dank der praxis-optimierten Dichtungsgeometrie wird nicht nur jeder Kontakt der Dichtlippe mit dem Dichtungsträger vermieden, auch die Gefahr von Montagefehlern sinkt (beispielsweise invertierte Dichtlippe). Ähnliches gilt für Risiko eines (Edelstahl-) Zugfeder-Verlustes beim Einbau. Nicht zuletzt sorgen auch die steiferen Werkstoffe der Dichtungskonstruktion für eine einfachere Installation: Gemessen am durchschnittlichen Aufwand für Gummi-Gewebedichtungen lassen sich mit der SKF Lösung bis zu vier Arbeitsstunden pro Dichtung einsparen.

Für Instandhaltungs- und Reparaturarbeiten werden die geteilten HRS-Dichtungen in speziellen Transportverpackungen bereitgestellt, die alle erforderlichen Materialien für die Aufgabe enthalten – ein unschätzbarer Vorteil für Serviceteams, die in beengten und abgelegenen Umgebungen arbeiten.

Hohe Verfügbarkeit


HRS-Dichtungen werden in allen Standardgrößen für moderne Windkraftanwendungen gefertigt. Darüber hinaus kann SKF die neuen Dichtungen, die bereits über das weltweite Vertriebsnetz des Unternehmens verfügbar sind, auch an individuelle Kundenbedürfnisse anpassen. Nicht zuletzt besteht die Möglichkeit, die Dichtungen als Teil einer integrierten SKF Lösung (Lager, Dichtungen und Schmiersysteme) zu ordern.

SKF verbessert Schutz von Windenergieanlagen: Leistungsstarke HRS-Dichtungen aus G-ECOPUR

HRS-Dichtungen aus G-ECOPUR von SKF: Mehrwert für die Windenergie

Mit HRS-Wellendichtungen aus G-ECOPUR® lässt sich die Turbinenzuverlässigkeit steigern, während der Instandhaltungsaufwand sinkt. Die jüngste Generation von Hochleistungs-Hauptwellendichtungen aus dem Hause SKF ist rasch und variantenreich verfügbar, einfach auszutauschen und zudem lange haltbar.

In den kommenden Jahren dürfte der Anteil der Windenergie an der globalen Stromerzeugung weiter steigen. Das wachsende Business bringt allerdings auch viele Herausforderungen mit sich – erst recht, wenn die Windkraftanlagen in abgelegenen Gebieten wie beispielsweise im Gebirge oder auf See installiert werden. Dort kommt es umso mehr darauf an, dass die Anlagen ein Höchstmaß an Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit aufweisen.

Dem Schutz moderner Windkraftanlagen dienen in erster Linie die Hauptwellendichtungen, die äußere Einflüsse vom Hauptlager und den Getriebekomponenten fernhalten. Außerdem verhindern sie das Austreten von Schmierstoffen. Nun haben SKF Ingenieure eine spezielle Generation radialer Wellendichtringe entwickelt, die das extreme Anforderungsprofil der Windenergiegewinnung perfekt erfüllt: die HRS-Reihe (vgl. Abb. 1).

Abb. 1: Hauptwellenanordnung mit Pendelrollenlager und HRS-Dichtungen aus G-ECOPUR von SKF.

Die Entwicklung


Während für vergleichsweise kleine, zweifach gelagerte Hauptwellen oft noch „handelsübliche“ Wellendichtringe ausreichen, treten bei modernen, immer größer werdenden Anlagen mit hoher Leistung und teils einfach gelagertem Rotor deutlich höhere Lasten, Verformungen und Geschwindigkeiten auf. Dabei stoßen bisherige Standarddichtungen schnell an ihre Grenzen.

Um den steigenden Anforderungen zu begegnen, mussten die SKF Ingenieure zunächst die aus den unterschiedlichen Antriebsstrang-Konzepten resultierenden Bedingungen ermitteln (z. B. Dichtungsdurchmesser von 350 bis 3.600 mm, stehende und rotierende Gehäuse, verschiedene Zugänglichkeiten der Dichtungsträger, diverse Schmierfette, mögliche Einsatzorte samt lokalen Umweltbedingungen, etc.). In diesem Zuge erwies sich der gebündelte Wissens- und Erfahrungsschatz verschiedener SKF Experten als großer Vorteil: So brachten beispielsweise Spezialisten für Großlager (und deren Simulation) ihr spezifisches Know-how ein, während Anwendungstechniker ihre praxiserprobten Fähigkeiten und Kenntnisse in punkto Abmessungen, Transport, Dichtungseinbau und Kommunikation mit den Endkunden einfließen ließen. Während der Entwicklung nutzte das Team u. a. intern entwickelte Software, um den Einfluss von Temperatur, Lagerverformung, Druck und Fertigungstoleranzen sowie komplexe dynamische Vorgänge wie Folgefähigkeit der Dichtlippe bei Exzentrizität mit unterschiedlichen Temperaturen und Rotationsgeschwindigkeiten zu simulieren. Die daraus hervorgehenden Ideen wurden im österreichischen Judenburg mit Hilfe der dortigen Fertigungsmöglichkeiten rasch in Prototypen umgesetzt und am eigenen Großdichtungsprüfstand getestet.

Aus der Theorie in die Praxis


Simulationen und Prüfstandsuntersuchungen unter Laborbedingungen waren den SKF Ingenieuren aber nicht genug: Um die reale Performance von Werkstoffen, Schmiermedien und Dichtungsprofilen zu ermitteln, arbeitete das Expertenteam des Unternehmens eng mit Turbinenbauern und -betreibern zusammen. Beispielsweise setzten sie erste Dichtungsprototypen in Turbinen ein, bei denen die bisher verwendeten Dichtsysteme zu wünschen übrig ließen (wegen übermäßiger Leckage, starkem Verschleiß, aufwendigem Dichtungstausch, etc.). Die dabei gewonnenen Erkenntnisse im Hinblick auf das Einbauverhalten und die Performance der Prototypen nutzten sie anschließend zur Optimierung der Versuchsmodelle.

Dabei stellte sich beispielsweise heraus, dass bereits kleine Unterschiede am Antriebsstrang und den Lagern bzw. deren Schmierung zu sehr unterschiedlichem Verhalten führen können. Obwohl das Dichtelement als solches keinen Einfluss auf diese Parameter hat, musste die Vielfalt der Lastfälle in die Weiterentwicklung einbezogen werden, um die Sicherheit und Lebensdauer der Dichtelemente in einem weiten Anwendungsfeld zu ermöglichen.

Erprobt in aller Welt


Das finale Dichtungsprofil wurde u. a. in Windturbinen in Deutschland, Dänemark, Frankreich, Südkorea und China installiert. Diese Anwendungen wurden zur Validierung herangezogen, da sie einen aussagekräftigen Querschnitt durch die Einsatzparameter darstellen und regelmäßig inspiziert werden konnten, was wiederum eine Dokumentation der Performance zuließ. Nach Laufzeiten zwischen 1,5 und 2,5 Jahren stand u. a. zweifelsfrei fest, dass die Dichtung wegen ihrer besonderen Geometrie die Leckagen drastisch verringern konnte: Viele Anlagen liefen sogar leckagefrei. Und dank der Verwendung von G-ECOPUR® wiesen die SKF Dichtungen einen viel besseren Zustand im Hinblick auf Verschleiß, Vorspannungsverlust und Alterung auf als ihre „konventionellen“ Konkurrenten.

Das Dichtungsmaterial


Das zum Einsatz kommende Dichtungsmaterial G-ECOPUR® ist ein von SKF selbst entwickeltes und produziertes Polyurethan. Es handelt sich um ein thermoplastisches Elastomer: Als Dichtung verhält es sich ähnlich wie ein Gummiwerkstoff, hat jedoch eine höhere mechanische Stabilität. Dadurch kann auf Gewebeeinlagen verzichtet werden und die Lippenverformung bei Belastung bleibt geringer. G-ECOPUR® ist deutlich abriebbeständiger als NBR und HNBR, was sich in geringerem Dichtungsverschleiß und somit längerer Lebensdauer niederschlägt (vgl. Abb. 2).

Abb. 2: G-ECOPUR von SKF ist fünfmal abriebfester als das nächstbeste Elastomermaterial und bietet eine fast 3,5 Mal höhere Reißfestigkeit.

G-ECOPUR® wurde ausführlich gegen Angriff von UV-Strahlung und Ozon sowie auf chemische Kompatibilität mit handelsüblichen Windturbinen-Schmierstoffen getestet. Die im Betrieb erzeugte Reibung entspricht gängigen Wellendichtringen aus NBR und HNBR. Aufgrund der mechanischen Stabilität kann G-ECOPUR® deutlich besser mit etwaigem Systemdruck umgehen, der durch Nachschmierung oder Temperaturausdehnung von Luft und Fett im System entsteht, was zu Vorteilen bei Reibung und Verschleiß bei leichtem Druck führt. Wie bei jedem anderen Elastomerwerkstoff ist aber grundsätzlich zu berücksichtigen, dass hohe Temperaturen zu beschleunigter Alterung führen. Deshalb empfiehlt SKF den Anwendern, auf guten Wärmeabtransport von der Dichtstelle zu achten: Dadurch erhöht sich die Lebensdauer der Dichtung spürbar.

Dichtungsvarianten

Grundsätzlich ist die Dichtung in drei verschiedenen Varianten erhältlich (vgl. Abb. 3), wobei jede Variante in zwei Ausführungen zur Verfügung steht:

Abb. 3: Links: HRS1 – Basisausführung für Standardeinsatz / Mitte: HRSA – Kompakte Ausführung mit zusätzlicher Schutzlippe gegen Verschmutzung von außen / Rechts: HRE1 – Separate Schutzlippe gegen Verschmutzung von außen für maximale Flexibilität.

• Die OEM-Ausführung beinhaltet eine endlose (geschlossene) Dichtung und eine vollständig zum Kreis geschlossene Zugfeder. Diese Ausführung ist für die Erstausrüstung von Lagern und Turbinen gedacht, wenn die Dichtstelle leicht zugänglich ist.



• Die Split-Ausführung beinhaltet eine geschnittene Dichtung und eine Zugfeder mit einer offenen Verbindungsstelle. Diese Dichtung wird platzsparend und einzeln verpackt und mit einer bebilderten Einbauanleitung geliefert. Diese Ausführung ist für den Dichtungstausch direkt an der Turbine gedacht. Zugfeder und Dichtung können um fixe Bauteile herumgeführt werden. Die Zugfeder wird in Position einfach zusammengeschraubt, während die Dichtung keine weitere Behandlung benötigt und der Schnittspalt zwischen den Enden sich im eingebauten Zustand von selbst vollständig schließt. Durch den Verzicht auf eine aufwändige Klebung oder Schweißung werden die Einbaumöglichkeiten erweitert, der Bedarf an Spezialwerkzeugen gesenkt, der Transportaufwand minimiert und der Zeitaufwand deutlich verringert. Das Dichtungsprofil selbst wurde so designt, dass alle identifizierten Risiken beim Einbau und im Betrieb minimiert werden.

Spezifikationen


Im Betrieb zeichnet sich die HRS-Dichtung durch hervorragende Folgefähigkeit der Dichtlippe aus, mit der ±3 mm Wellenschlag dauerhaft ausgeglichen werden können (vgl. Abb. 4 und Abb. 5). Die empfohlenen Einsatztemperaturen für G-ECOPUR® liegen zwischen -30 und +110 °C; wobei die Dichtungen jedoch zerstörungsfrei deutlich tieferen Temperaturen bis -70 °C ausgesetzt werden können. Die Dichtung wurde in Feldanwendungen bis zu einer Geschwindigkeit an der Dichtfläche von 2,5 m/s (entspricht 20 min-1 bei 2.400 mm Wellendurchmesser) erfolgreich getestet. Die HRS-Dichtungsreihe (HRS1, HRSA, HRE1) ist für Wellendurchmesser von 350 bis 3.900 mm erhältlich. Aufgrund des flexiblen Fertigungsprozesses sind auch besondere Größen sowie einzelne Dichtungen oder große Stückzahlen ohne zusätzlichen Zeit- und Kostenaufwand für Formwerkzeuge möglich.

Abb. 4: Die spezifischen Vorzüge des HRS-Wellendichtungsprofils von SKF im Überblick.

Abb. 5: Die HRS1-Dichtung in eingebautem Zustand.

Fazit

Inzwischen sind Tausende bereits bestehende und auch neu installierte Windturbinen mit den HRS-Dichtungen von SKF ausgerüstet worden. Seither maximieren sie die Zuverlässigkeit dieser Anlagen und tragen dazu bei, deren Wartungskosten zu senken. Hilfreiche Infos zur Montage von HRS-Dichtungen in Windenergieanlagen sind (auf Englisch) im YouTube-Kanal von SKF unter folgendem Link verfügbar:

HRS-Dichtungen aus G-ECOPUR von SKF: Mehrwert für die Windenergie

SKF: High-Tech-Dichtung macht Windkraftanlagen robuster

Windkraftanlagen an Land oder im Offshore-Bereich sind witterungsbedingt oft extremen Belastungen ausgesetzt. Dementsprechend hoch sind die Anforderungen an den gesamten Maschinenraum in der Gondel, darunter auch die Hauptwellen. Für deren reibungslosen Betrieb hat SKF die innovative Axialdichtung HRC1 entwickelt. Sie erhöht die Zuverlässigkeit von Windenergieanlagen und verringert teure Instandhaltungskosten.

Moderne Windkraftanlagen arbeiten heute sehr effizient. Allerdings schlagen die Kosten für Wartung oder Reparatur gerade im Offshore-Bereich empfindlich zu Buche. Die Anlagen sind durch wechselnde Windkräfte enormen statischen Belastungen ausgesetzt. Die bis zu 170 Meter langen Rotorblätter aus glas- oder kohlefaserverstärkten Kunststoffen (GFK, CFK) leisten je nach Windstärke 18 bis 50 Umdrehungen in der Minute und übertragen damit hohe radiale und axiale Kräfte auf den Maschinensatz in der Gondel. Besonders hohe Belastungen treten beispielsweise bei plötzlichen, heftigen Windstößen auf. Die Konsequenz: Um zuverlässig Strom liefern zu können, müssen Windenergieanlagen eine enorme Anzahl von Lastwechseln unbeschadet überstehen.

Die eigens für Hauptwellen von Windenergieanlagen entwickelte Axialdichtung HRC1 von SKF hält um ein Vielfaches länger als bislang übliche Gummi-Lösungen.

Die auftretenden Rotorkräfte sind eine Herausforderung für die Getriebekonstruktion. An „vorderster Front“ unmittelbar hinter dem Rotor arbeitet die Hauptwelle der Windkraftanlage. Um deren sicheren und zuverlässigen Betrieb zu gewährleisten, sind unter anderem ausgereifte Dichtungslösungen nötig. Bislang standen der Windenergiebranche allerdings nur handelsübliche Axialdichtungen aus elastomeren Werkstoffen zur Verfügung. Diese haben einen entscheidenden Nachteil: Sie sind kaum imstande, die anspruchsvollen Aufgaben an den Hauptwellen in Windkraftanlagen zu erfüllen. Hier verschleißen herkömmliche Dichtungslösungen meist sehr schnell an den teils rauen Gegenlaufflächen. Auch mit Mangelschmierung durch die nur begrenzt kontrollierbaren Bedingungen an den Hauptwellen sind sie in aller Regel überfordert.

In den Monaten zwischen den Wartungsintervallen muss die Axialdichtung das Hauptwellenlager der Anlage zuverlässig vor Schmutz schützen. Bei einem Ausfall sind die Lager der Hauptantriebswelle zusätzlichen Verunreinigungen ausgesetzt. Mögliche Konsequenzen sind ungeplante Stillstandzeiten und steigende Kosten pro Kilowattstunde. Darüber hinaus ist der Austausch von Axialdichtungen im Turm sehr schwierig und in Einzelfällen sogar unmöglich.

Ein spezieller Werkstoff sowie das Hochleistungs-Dichtungsprofil von HRC1 sorgen für eine Lebensdauer, die in der Windenergie- branche bislang unerreichbar schien.

Die Axialdichtung HRC1 von SKF wurde speziell für raue Gegenlaufflächen und Mangelschmierung entwickelt. Mehrere Konstruktionsmerkmale machen sie zu einer robusten Hochleistungsdichtung. Die besondere Geometrie von HRC1 erlaubt eine axiale Abweichung von ± zwei Millimeter. Die robuste Dichtlippe mit optimiertem Profil sorgtfür minimalen Kontakt, Reibung und Verschleiß. Ein spezielles Rillendesign unterstützt außerdem die Schmierung der Dichtkante.

Die SKF Innovation wird aus H-ECOPUR gefertigt, einem speziellen Polyurethan-Werkstoff, der von SKF für besondere Anforderungen entwickelt worden ist. Das Material zeichnet sich durch eine hohe Beständigkeit gegen Verschleiß, Abrieb, UV-Strahlung, Ozon und Hydrolyse aus und ist damit sehr gut für den Einsatz in Türmen von Windenergieanlagen geeignet. Umfangreiche Tests haben ergeben, dass H-ECOPUR fünf Mal abriebbestän- diger ist als der nächstbessere Elastomerwerkstoff. Zudem besitzt H-ECOPUR eine 3,5 Mal höhere Reißfestigkeit als nächstbessere Elastomere. „Durch ihre außergewöhnlich lange Gebrauchsdauer versetzt die HRC1-Dichtung den Betreiber in die Lage, sich an ganz normale Wartungsintervalle zu halten. Das ist ein enormer Vorteil, der die Instandhaltung verbilligt“, sagt María Concepción Martín, Produktmanagerin bei SKF Industrial Seals.

Innovative Dichtungslösungen von SKF erfüllen höchste Ansprüche in verschiedenen Einsatzbereichen der Windkraft-Anlage.

Je nach Einsatzfall und Installationsbedingung ist die SKF Dichtung in geteilter und ungeteilter Ausführung erhältlich. Sie ist für Wellendurchmesser von einem bis drei Meter verfügbar. Bei Durchmessern außerhalb dieses Bereichs stehen SKF Dichtungsexperten mit Rat und Tat zur Seite. Ein Schnellspannband aus Stahl ermöglicht den einfachen Einbau und eine schnelle Fixierung auf der Welle. Geteilte Dichtungen lassen sich auch nachträglich in bestehende Anlagen einbauen. Für Neuanlagen sollte die Axialdichtung in ungeteilter Ausführung verwendet werden.

Für raue Gegenlaufflächen und Mangelschmierung entwickelt, kombiniert die Axialdichtung HRC1 mehrere Konstruktionsmerkmale zu einer robusten Hochleistungsdichtung.

Feldversuche bestätigen höhere Lebensdauer


HCR1-Dichtungen haben ihre Praxistauglichkeit bereits unter Beweis gestellt. In enger Zusammenarbeit mit einem bekannten Hersteller von Windkraftanlagen hat SKF die Neuheit in umfangreichen Feldversuchen getestet. Die Dichtungen wurden in 40 Windenergieanlagen mit jeweils 2,5 Megawatt Leistung eingebaut und waren kontinuierlich unter Praxisbedingungen im Einsatz. Bei der Erstkontrolle nach drei Monaten wurde ein normales Einlaufverhalten festgestellt. Nach sechs Monaten registrierten die Tester lediglich einen minimalen Verschleiß.

Ausführliche Tests haben gezeigt: Der von SKF entwickelte Werkstoff H-ECOPUR ist fünf Mal abriebbeständiger als der nächstbessere Elastomerwerkstoff.

Der Feldversuch hat bestätigt, dass die Axialdichtung HRC1 wesentlich länger eingesetzt werden kann als herkömmliche Elastomerdichtungen. Für Windpark- betreiber bedeutet das mehr Planungs- und Betriebssicherheit anstatt ungeplanter Stillstandszeiten und Reparaturen. Die üblichen Zeitintervalle für Instandhaltungsmaßnahmen können eingehalten werden. SKF Managerin María Concepción Martín: „Mit den Feldversuchen konnten wir bestätigen, dass unsere Axialdichtung HRC1 eine Lebensdauer erreicht, die in der Windenergiebranche bislang unmöglich schien.“

Ausführliche Tests haben gezeigt: Der von SKF entwickelte Werkstoff H-ECOPUR ist fünf Mal abriebbeständiger als der nächstbessere Elastomerwerkstoff.

Die Axialdichtung HRC1 ist Teil eines umfangreichen Sortiments von SKF Produkten für Windenergieanlagen. Als Technologieführer vereint SKF Erfahrungen aus den Kompetenzfeldern Lager und Lagereinheiten, Dichtungen, Mechatronik, Dienstleistungen und Schmiersysteme. Ziel ist die Entwicklung von umfassenden Komplettlösungen für Hersteller, Betreiber und Dienstleister.

HRC1: Die Vorteile im Überblick

• Längere Gebrauchsdauer


• Geringere Instandhaltungskosten


• Reduziert verunreinigungsbedingte Lagerausfälle


• Steigert die Zuverlässigkeit der Windkraftanlage


• Erleichtert den Dichtungsaustausch bei Einbau im Turm

Inzwischen sind Tausende bereits bestehende und auch neu installierte Windturbinen mit den HRS-Dichtungen von SKF ausgerüstet worden. Seither maximieren sie die Zuverlässigkeit dieser Anlagen und tragen dazu bei, deren Wartungskosten zu senken. Hilfreiche Infos zur Montage von HRS-Dichtungen in Windenergieanlagen sind (auf Englisch) im YouTube-Kanal von SKF unter folgendem Link verfügbar (vgl. Abb. 6):

SKF: High-Tech-Dichtung macht Windkraftanlagen robuster

Mit Radialwellendichtringen große Wellenlager zuverlässig schützen

Weiterentwicklung von SKF: Mit Radialwellendichtringen große Wellenlager zuverlässig schützen

Speziell für große Wellen-Durchmesser ab 165,10 mm bis 4.572 mm bietet SKF eine umfassende Serie von HSS-Radialwellendichtringen an. Die technische Weiterentwicklung der bisher eingesetzten marktbekannten Gummi-Gewebe-Wellendichtringe bietet zahlreiche Vorteile und ist ohne Werkzeugkosten ab Losgröße 1 auf Wunsch auch innerhalb weniger Werktage verfügbar. Die HSS-Serien von SKF eignen sich sowohl für die Erstausstattung als auch für Instandhaltungs- und Revisionsarbeiten mit maßlich veränderten Einbauräumen.

HSS-Wellendichtringe PDF

SKF bietet ihre HSS-Wellendichtringe in mehreren Ausführungen an: Je nach Anwendungsfall und vorliegender Montagesituation sind sie als ungeteilte und geteilte Variante, mit SKF SPRINGLOCK und optional mit SKF SPRINGCOVER sowie in unterschiedlichen Federverbindungen und Schmiernutsystemen erhältlich.

Clevere Details führen bei der neuen Serie zu interessanten Anwendungsvorteilen: So besteht der Teil des Dichtungskörpers, der die Gehäusebohrung berührt, aus einem Elastomerwerkstoff, der härter als die Dichtlippe ist. Dies ermöglicht eine leichtere Montage und bietet schon während des Einbaus eine höhere Stabilität. Im Betrieb erhöht sich außerdem die Schutzwirkung für die abzudichtenden Lager. Die Dichtungsverstärkung macht geteilte Ausführungen möglich, die sich einfacher einbauen und austauschen lassen und einen kostenintensiven Aus- und Einbau der Welle erübrigen.

Die Zugfedern der HSS-Serie sind generell aus nichtrostendem Stahl und werden standardmäßig mit Federschloss geliefert. Alle HSS-Wellendichtringe werden mit leichten Übermaßen hinsichtlich Gehäusebohrungsdurchmesser und Bohrungstiefe gefertigt. Für die notwendige Vorspannung im Einbauraum sorgt die axiale Klemmung des Gehäusedeckels.

Weiterentwickelter HSS-Wellendichtring von SKF. Bilder: SKF

Die Elastomer-Compounds auf Basis NBR, HNBR und FKM wurden von SKF entwickelt und verfügen über sehr gute physikalische und chemische Eigenschaften. Seit Jahrzehnten werden sie erfolgreich in Anwendungen wie z.B. in Walzwerken, im Bergbau oder in Windenergieanlagen eingesetzt.

Die Auslegung des Dichtelements für die jeweiligen Einbauräume übernehmen SKF Experten auf Wunsch. Mit dem flexiblen Fertigungsverfahren ist eine individuelle Herstellung innerhalb weniger Wochen oder auf Wunsch innerhalb weniger Werktage möglich. Besonderer Vorteil für den Anwender: Bei allen HSS-Wellendichtringen fallen keine Werkzeugkosten an.

Geliefert werden die HSS-Radialwellendichtringe transportsicher in hochwertigen Einzelverpackungen inklusive Montageanleitung in Papierform. Außerdem ist ein Video per QR-Code abrufbar. Eine optimale platzsparende Lagerung und der Schutz vor schädlicher Ozoneinwirkung auf den Dichtungswerkstoff sind somit sichergestellt.

HRS-Installation-Video

Weitere Informationen bieten die SKF Preferred Seals Partner sowie die SKF Seals Plattform vertreten durch die SKF Economos Deutschland GmbH unter 0800/1234248 (1a dicht) oder unter seals.bietigheim@skf.com.

Mit Radialwellendichtringen große Wellenlager zuverlässig schützen

Ist die Dichtung am Ende?

Welche Innovationen aus der Dichtungstechnik noch zu erwarten sind

Dass eine falsch ausgelegte Dichtung schlimme Folgen haben kann, wissen wir spätestens seit der Katastrophe des Space-Shuttle Challenger. Auch in der Industrie steigen die Anforderungen, und die Frage steht im Raum, ob die Dichtungstechnik bei dem aktuellen Innovationstempo mithalten kann, fluid fragt, Experten antworten.

Sind Dichtungen das bremsende Element, ja sind sie sogar die Achillesferse der Hydraulik? In welchen Bereichen sind Innovationen zu erwarten? Zu diesem Thema diskutierten in der fluld-Redaktion Experten von Freudenberg Sealing Technologies, Parker Hannifin, SKF Economos sowie der Universität Stuttgart. Die Dichtungen in der Hydraulik haben sich in der Vergangenheit kontinuierlich weiterentwickelt. Wo früher ein G-Ring verbaut war, kamen mit höherem Druck und Pulsation der Stützring, der Polyurethan-0-Ring und dann der Polyurethan-Rechteck-Ring. Doch was erwartet der Markt heute?

Anforderungen an Dichtungen steigen

Ist die Dichtung am Ende?

Gonzalo Barillas, bei Freudenberg zuständig für die Vorausentwicklung von Dichtungen für die Fluidtechnik bei mobilen Maschinen, sieht die Zuverlässigkeit als wichtigste Anforderung an jede Dichtung. Doch auch die Globalisierung wirke sich auf das Maschinenelement aus: „Da Land- und Baumaschinen heute vielfach geleast werden, weiß man als Hersteller oft nicht, wo die Maschinen landen. Die können genauso gut in Südostasien wie in Nordkanada in Betrieb sein. Die Dichtung muss sowohl Hitze als auch Kälte aushalten. Die Pflege des Hydrauliksystems ist zudem vielerorts schlechter. Man weiß nicht, mit welchem Öl das Hydrauliksystem nachgefüllt wird, oder ob Wartungsintervalle eingehalten werden.“


Sein Kollege Dr. Kristian Müller-Niehuus, bei Freudenberg als Director Engineering Heavy Industry für die stationären Maschinen zuständig, ergänzt: „Ein Trend ist, dass die Erwartung an die Lebensdauer einer Dichtung steigt, und das bei aggressiveren biologisch abbaubaren Medien.“ Steigende Drücke sieht er weniger als Problem, man sei in der Hydraulik seit Jahren an der 400-bar-Druckmauer: „Wir sind vielleicht mal bei 440 bar, aber nicht bei 800 oder 1000. Das haben wir im Griff. Aber wir müssen von -40°C bis 160 °C mit nur einem Werkstoff agieren.“

Thomas Papatheodorou, Leiter Versuch und Fast Sampling Cell bei Parker Hannifin in der Prädifa Technology Division bringt einen anderen Punkt in die Diskussion: „Nach wie vor wollen die Kunden Kosten reduzieren. Idealerweise sollte die gleiche Dichtung bei gleichem Leistungsvermögen nur noch die Hälfte kosten als vielleicht noch vor zehn Jahren.“ Auch er sieht das Problem, dass Maschinen in Mitteleuropa ausgelegt, dann aber in Kolumbien oder Malaysia eingesetzt würden, wo unter anderem hohe Luftfeuchtigkeiten den Dichtungen zusetzten. Hinzu kommt: „Viele Öle, die in Europa funktionieren, müssen noch lange nicht in Amerika oder Asien funktionieren. Selbst Öle mit der gleichen Bezeichnung haben manchmal andere Zusammensetzungen. Dessen sollte sich der Kunde einfach bewusst sein.“

Thomas Deigner, Geschäftsführer bei SKF Economos, bestätigt, dass zuverlässige Dichtfunktion und Preis wesentliche Punkte seien. Er ergänzt allerdings: „Es geht auch darum, Prozesskosten zu senken, etwa durch automatische Montage oder durch konstruktive Maßnahmen, etwa wenn anstatt drei Dichtungen nur eine verwendet wird. Es geht auch um Einbauraum und Montagemöglichkeit.“

Video der Expertenrunde fluid: Ist die Dichtung am Ende? – Click-To-Play

„Die Gleitringdichtung funktioniert eigentlich sehr gut, wenn sie eingelaufen ist und konstante Betriebsbedingungen hat, so wie es über viele Jahre in jeder Pumpe war“, führt Prof. Werner Haas aus. Prof. Haas ist Leiter des Bereichs Dichtungstechnik am Institut für Maschinenelemente der Universität Stuttgart. „Heute werden die Pumpen aber über drehzahlgeregelte Antriebe je nach Leistungsanforderung hoch und runter gefahren, und das macht doch sehr große Schwierigkeiten. Ein anderer Bereich ist Robotik, dort haben wir schnelle, kurze, ruckartige Bewegungen, und das mögen die Dichtstellen überhaupt nicht.“ Die Anwender stellten zwar immer höhere Forderungen, was Drücke, Drehzahlen oder Temperaturen anbelange, auch im Tieftemperaturbereich, aber das Wissen über die Funktion einer Dichtstelle sei relativ gering. „Dort liegen viele Fehler begründet, die heute in der Praxis auftreten“, so der Professor.

Die Zukunft der Dichtungen

Doch ist ein bewährtes Element wie die Dichtung nicht in seiner Entwicklung am Ende? Wo gibt es noch Innovation? Gonzalo Barillas ist optimistisch: „In Zukunft wird das Thema Werkstoffe die maßgebliche Rolle spielen. Die Geometrien haben sicherlich auch einen Effekt, aber Innovation wird hauptsächlich vom Werkstoff ausgehen, der auch stark die Konstruktion der Dichtstelle beeinflusst – je nach dem Material der Gegenlauffläche.“ Weitere Anforderungen an die Dichtungstechnik kommen laut Barillas aus dem regulatorischen Umfeld. „Die Einschränkungen bezüglich Chrom VI in der Hartverchromung, obwohl wir direkt damit nichts zu tun haben, gehen uns natürlich auch viel an“, führt er aus, Denn es sei die Frage, welche Alternativen die Kunden für den verchromten Zylinder wählen. Keramische Schichten etwa seien sehr abrasiv, allerdings gebe es auch dafür Lösungen. Thomas Papatheodorou bestätigt: „Ich sehe das nicht ganz so problematisch, weil wir uns mit der Thematik schon seit circa 20 Jahren beschäftigen. Es wurden bereits unterschiedlichste Beschichtungen getestet.“

Dr. Kristian Müller-Niehuus meint, dass, wenn Chrom VI wegfällt, zunächst viele unterschiedliche Oberflächen am Markt sein werden, von denen nach zehn Jahren ein, zwei Oberflächen übrig blieben, die kommerziell gut herstellbar seien. „Da werden dann alle anderen folgen: Schmierstoffhersteller, Dichtungshersteller, und gute Systeme entwickeln.“

Um flexibel auf die jeweiligen Anforderungen einzugehen, schlägt Thomas Deigner vor, dass der Kunde sehr früh im Entwicklungsstadium mit dem Dichtungshersteller zusammenarbeitet. „Wir bieten an, dass der Kunde zu uns kommt und seine Bauteile mitbringt. Dann designen wir zusammen Dichtung und Dichtstelle. Das bringt für Kunden viele Erkenntnisse und kann auch oft deutlich Kosten einsparen.“

Ein Punkt, den Dr. Müller-Niehuus genauso sieht: „Aus meiner Sicht hakt es häufig genau daran, dass der Kunde zu spät kommt und für eine vorhandene Einbausituation spontan das reale Teil benötigt. Dann kann es passieren, dass wir wirklich extrem hochwertige Werkstoffe, PEEK zum Beispiel oder PKM, FFKM wählen müssen, um die Situation, die er uns dort anbietet, auch dicht zu bekommen.“

Was der Konstrukteur tun kann

„Die konstruktive Auslegung der Dichtstelle ist oft nicht so, wie sie sein sollte“, bestätigt auch Prof. Werner Haas. „Bei der Hydraulikdichtung kommt es ja nicht nur auf den Dichtring an, sondern auch auf die Oberfläche der Hydraulikstange. Noch viel kritischer ist es bei Wellendichtringen. Dort kann man je nach Oberfläche der Welle mit ein und demselben Dichtring sehr gute, dauerhafte Dichtstellen hinbekommen, oder aber solche, die nach ganz kurzer Zeit ausfallen. Das hat mit dem Dichtring an sich so gut wie gar nichts zu tun. Erst beides zusammen ist das Dichtsystem.“ Bei Wellendichtungen sei ein typischer Fehler, dass Konstrukteure häufig versuchten, das Öl daran zu hindern, an die Dichtstelle zu kommen. „Das führt natürlich dazu, dass die Dichtstelle nicht ausreichend geschmiert ist und zu warm wird. Viel schlauer wäre es, den Ölfluss geschickt so zu steuern, dass er zwar ohne großen Druck, aber eben doch ständig an der Dichtstelle vorbeifließt und die Wärme ableitet.“ Ein weiteres typisches Problem sei die Montage. „Es gibt Konstruktionen, die eine beschädigungsfreie Montage gar nicht zulassen“, erzählt der Professor aus Erfahrung. Dr. Müller-Niehus ergänzt, dass oft das Drumherum nicht passe, also dass die Steifigkeit des Zylinders zu gering sei, die Spalte zwischen bewegender Stange und feststehendem Element zu groß oder auch Oberflächenparameter nicht eingehalten würden.

Dichtungen, Industrie 4.0 und 3D-Druck

In der Diskussion durfte natürlich auch das Thema Digitalisierung und intelligente Systeme nicht fehlen. „Sie kennen meine Meinung dazu, ich habe es ja schon oft genug kundgetan“, betont Prof. Haas seinen Standpunkt. „Wenn man die Dichtung bei ihrer Funktion, dem Abdichten, belässt, dann wird sie meiner Ansicht nach wohl so blöd bleiben, wie sie seither auch ist.“

„Es gibt tatsächlich einen Simmering mit einem Leckage-Sensor“, führt Gonzalo Barillas an. „Wir hatten auch eine Entwicklung zusammen mit einem Kunden, wo die Dichtung einen metallisch leitfähigen Kern hatte sowie eine Umschichtung, die nicht elektrisch leitfähig war. Wenn diese Umschichtung verschlissen war, gab es ein Signal. Es wurde am Ende aber nicht umgesetzt, weil das Ganze relativ teuer wird. Es ist wohl für den Zylinderhersteller einfacher, das Thema Industrie 4.0 in der Sensorik anders zu platzieren als in der Dichtung.“

Dem kann Thomas Papatheodorou nur zustimmen: „Dichtungen mit Sensorik gibt es auf dem Markt. Die Frage ist aber immer, was ist der Kunde wirklich bereit dafür zu bezahlen? Letztendlich lassen sich solche Sensorik-Themen oft anderweitig deutlich günstiger lösen.“

Bei der Frage, ob additive Fertigungsverfahren in der Dichtungstechnik eine Rolle spielen werden, waren sich alle Experten einig, dass mittels 3D-Druck ohne Nachbearbeitung noch nicht die Oberflächenqualitäten hergestellt werden können, die in der Dichtungstechnik notwendig sind. Zwar hätten alle Hersteller bereits mit entsprechenden Verfahren experimentiert, aber was bislang fehle, sei die bei einer Dichtung so wichtige scharfe Kante.

Autor:

Chefredakteur Wolfgang Kräußllch beobachtet die Branchen und Märkte weltweit, um Chancen für den deutschen Maschinen- und Anlagenbau zu finden. Fluid 06/2017

Ist die Dichtung am Ende?

Praktische Website von SKF: einfacher Umstieg auf reibungsoptimierte Radialwellendichtringe nach DIN 3760

Vielseitige Einsetzbarkeit, längere Gebrauchsdauer, einfache Montage – es gibt viele Gründe für einen Umstieg auf die neuen Radialwellendichtringe HMS5 und HMSA10 von SKF. Zu finden sind die nach DIN 3760 gestalteten Elemente auf einer neuen, intuitiven Landingpage im Internet. Einkäufer und Disponenten können mit dem Produktfinder den passenden Typ einfach und sekundenschnell ermitteln und vorhandene Produktbezeichnungen einzeln oder im Stapel umschlüsseln.

Die neuen Radialwellendichtringe der Reihen HMS5 und HMSA10 von SKF entsprechen den in DIN 3760:1996 bzw. ISO 6194-1:1982 genormten Dichtringen mit Außenmantel aus Elastomerwerkstoff und sind für die Verwendung in einem sehr breiten Spektrum industrieller Anwendungsfälle geeignet.

Das Fertigungsprogramm von SKF umfasst Dichtringe für metrische Wellen von 6 bis 250 mm und deckt damit alle in diesem Größenbereich in DIN 3760 bzw. ISO 6194-1 genormten Größen und in einem einheitlichen Design ab. Alle Radialwellendichtringe von SKF zeichnet ein exzellentes Mikropumpverhalten (Rückförderwirkung) aus, wodurch sich die Dichtsicherheit deutlich erhöht.

HMSA10 V

HMS5 V

Die Schutzlippe der Bauform HMSA10 bildet einen engen Dichtspalt mit der Lauffläche. Sie ist somit praktisch berührungsfrei und verursacht keine zusätzliche Reibung bzw. Wärmeentwicklung und somit auch keinen zusätzlichen Energieverlust.

Die von SKF entwickelten Hochleistungswerkstoffe NBR00925 und FKM00444 überzeugen durch gute Alterungsbeständigkeit, eine hohe Beständigkeit gegenüber synthetischen Schmierstoffen, ausgezeichnete Pumpfähigkeit sowie durch ihre hohe Verschleißfestigkeit. Das rillierte Profil des Außenmantels verbessert die statische Dichtwirkung, sorgt für einen sicheren Sitz in der Aufnahmebohrung und mindert die Gefahr des Zurückfederns des Dichtringes nach dem Einbau.

Die passenden Dichtungen können Einkäufer und Disponenten ganz einfach auf www.skf-radialwellendichtring.de entweder durch die Eingabe vorhandener Baumaße und Bauformen oder aktueller Lieferbezeichnungen ermitteln. An Ort und Stelle ist auch eine Stapel-Umschlüsselung durch den Import in Tabellenform möglich. Eine Videoanleitung zeigt, wie’s geht.

Die Radialwellendichtringe von SKF werden mit einer umweltschonenden und prozessgerechten Schlauchverpackung in einer praktischen, platzsparenden Entnahmebox geliefert. Aufgedruckte Barcodes und gut lesbare Kennzeichnungen mit Verpackungsdatum ermöglichen die Nachverfolgbarkeit und erleichtern die Warenwirtschaft. Eine ausreichende Bevorratung und das bewährte deutschlandweite SKF Vertragshändlernetz sorgen für eine zuverlässige Verfügbarkeit – die SKF Preferred Seales Partner lassen sich ebenfalls mit wenigen Klicks finden.

Praktisch: der Online-Produktfinder für verschleißoptimierte Radialwellendichtringe nach DIN 3760 von SKF.

Praktische Website von SKF: einfacher Umstieg auf reibungsoptimierte Radialwellendichtringe nach DIN 3760