Korrosionsgeschütztes Dichtungssystem für Bohrhämmer: Langlebig unter rauen Bedingungen

Ein Dichtungsversagen bei einem Bohrhammer, der in einer aggressiven Umgebung betrieben wird, beginnt selten mit sichtbarer Korrosion an der Elastomeroberfläche. Es beginnt mit einer Quellung. Die Dichtungsmasse nimmt Flüssigkeit oder Dampf aus der Umgebung auf – beispielsweise sauer Bergwerksabwasser, emulgierte Kühlschmierflüssigkeit oder hydraulisches Öl, das durch Wassereintritt kontaminiert ist – und das Elastomer dehnt sich über die vorgesehene Spielfreiheit in der Nut hinaus aus. Die Lippengeometrie verformt sich. Der Kontaktdruck gegen die Bohrungswand verschiebt sich von der konstruktiv vorgesehenen Dichtkraft hin zu einer unvorhersehbaren Punktbelastung. Innerhalb weniger hundert Betriebsstunden beginnt die Dichtung, die bei visueller Inspektion noch einwandfrei aussah, Durchtrittsströmung zuzulassen.

Das korrosionsbeständige Dichtungsdesign adressiert diesen initialen Quellmechanismus, nicht die nachgeschaltete Ausfallart. Die Wahl einer Elastomer-Verbindung mit geringer Flüssigkeitsaufnahme in der jeweiligen Umgebung – sei es salzhaltiges Grundwasser in einem Küstenbergwerk, schwefelsäurehaltiges Sickerwasser bei einem Kupferbergbaubetrieb oder alkalische Spülflüssigkeit mit hohem pH-Wert bei einem Zementtunnelprojekt – bestimmt, ob die Dichtung 200 oder 600 Stunden zwischen den Austauschvorgängen hält. Geometrie und Montage sind der Auswahl der Verbindung untergeordnet.

Die Chemie hinter der Korrosionsbeständigkeit von Elastomeren

Nitrilkautschuk (NBR) ist das am häufigsten verwendete Elastomer für Hydraulikdichtungen, da er eine gute Beständigkeit gegenüber Mineralölen und den meisten hydraulischen Flüssigkeiten aufweist. Sein Schwachpunkt besteht darin, dass die ungesättigten Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindungen im Butadien-Grundgerüst anfällig für Angriffe durch Ozon, erhöhte Temperaturen und bestimmte chemische Substanzen sind. In einem Bergwerksumfeld mit Temperaturen unter 60 °C und sauberem Hydrauliköl weist NBR eine ausreichende Leistungsfähigkeit auf. Dringt saures Wasser ein, steigt die Umgebungstemperatur oder wird eine synthetische Hydraulikflüssigkeit mit auf Ester basierenden Zusatzstoffen verwendet, verkürzt sich die Einsatzdauer von NBR deutlich.

HNBR – hydriertes Nitrilkautschuk – erhält während der Synthese Wasserstoffatome an den ungesättigten Bindungen des Rückgrats, wodurch die reaktiven Doppelbindungen durch stabile Einfachbindungen ersetzt werden. Die Nitrilgruppen, die für die Ölbeständigkeit verantwortlich sind, bleiben erhalten; die Anfälligkeit gegenüber Ozon und Wärme wird deutlich verringert. HNBR behält bis zu einer kontinuierlichen Temperatur von 150 °C nützliche elastische Eigenschaften bei und widersteht dem Angriff von Bohrflüssigkeiten, emulgierten Ölen und salzhaltigem Wasser, die Standard-NBR innerhalb weniger Wochen abbauen würden. Erstmals 1984 kommerzialisiert, ist HNBR zur Standardwahl für dynamische Dichtungen in anspruchsvollen Umgebungen innerhalb hydraulischer Systeme geworden.

PTFE verfolgt einen völlig anderen Ansatz. Sein Kohlenstoff-Fluor-Gerüst – mit der stärksten Bindung in der organischen Chemie – ist nahezu gegenüber allen Chemikalien inert, die im Bergbau und im Bauwesen angetroffen werden. Es quillt weder in Säuren, Basen, Lösungsmitteln noch in salzhaltigem Wasser auf. Die Einschränkung ist mechanischer Natur: PTFE ist ein starres Polymer mit geringer Elastizität und erfordert eine federbelastete Energisierung oder ein Stützelement, um den Dichtkontakt während des Verschleißes aufrechtzuerhalten. Für statische Dichtkreise, Ventilblöcke O-Ring Sitzflächen und statische Schnittstellen von Spülkästen übertrifft PTFE-Komponenten elastomerische Alternativen in chemisch aggressiven Umgebungen deutlich.

Kategorien harter Betriebsbedingungen und zugehörige Dichtungswerkstoffe

Die Wahl des Dichtungswerkstoffs für die statischen Kreise – O-Ringe Im Ventilblock, an den Akkumulatoranschlussdichtungen und an den Dichtungen des Spülwassereinlasses – bestimmt oft mehr die gesamte Wartungsintervalllänge als die dynamische Schlagdichtung. Statische Dichtungen, die aggressivem Spülwasser ausgesetzt sind, verharren zwischen Bohrzyklen inaktiv und werden von der jeweiligen Chemie des Spülkreislaufs umspült. Ein NBR-O-Ring in einem Tunnelwasserkreislauf mit hohem pH-Wert kann bereits nach 100 Stunden erster Benetzung durch Kompressionseinstand versagen, selbst wenn der Bohrer in diesem Zeitraum nur 20 Schlagstunden gelaufen ist.

Erkennen von Versagensmodi in aggressiven Umgebungen, bevor sie sich verschärfen

Drei Muster weisen auf eine Umweltbelastung der Dichtungen hin, nicht auf einen normalen zyklischen Verschleiß. Erstens: asymmetrischer Verschleiß der Dichtflächen – bei normalem Verschleiß tritt eine gleichmäßige Abnutzung der Kontaktfläche entlang des Lippenumfangs auf. Chemische Quellung verformt die Geometrie der Lippe asymmetrisch und erzeugt ein Verschleifmuster, das der Richtung der stärksten Quellung folgt. Zweitens: ungewöhnliche Farbveränderung des zurückfließenden Hydrauliköls – eine grünliche oder milchige Verfärbung im hydraulischen Rücklaufkreis deutet auf eine Emulgierung von Wasser hin, häufig verursacht durch eine beschädigte Dichtung des Spülkastens, die Wassereintritt in den Schlagkreis ermöglicht. Drittens: Gelbildung – bestimmte chemische Angriffssequenzen führen dazu, dass Elastomerfragmente teilweise im Hydraulikfluid auflösen und eine gelartige Kontamination erzeugen, die Filterelemente schneller als üblich verstopft und die präzisen Spielflächen im Ventilblock beschädigen kann.

Jedes dieser Anzeichen erfordert eine vollständige dichtungssatz Inspektion vor dem nächsten geplanten Wartungsintervall – nicht erst zu dessen Ablauf. Ein chemisch degradiertes Dichtungselement bis zum geplanten Austauskzeitpunkt weiterlaufen zu lassen, ermöglicht es dem Versagen, auf die Bohrflächenoberfläche überzugreifen; dadurch steigt der Reparaturumfang von einem einfachen Dichtungssatzwechsel auf eine Neuaufarbeitung der Bohrfläche oder gar einen Gehäusetausch.

HOVOO Korrosionsschutz-Dichtsätze für den Bergbau und Tunnelbau

HOVOO liefert Dichtungssätze für Bohrhammer mit HNBR- und PTFE-Compound-Optionen für die gängigsten Drifter-Modelle, die in aggressiven Umgebungen eingesetzt werden. Der Standard-PU-Satz ist für die meisten Anwendungen bei gemäßigtem Klima und Reinwasserspülung geeignet. HNBR-Sätze werden für Betriebsbedingungen empfohlen, bei denen die umgebende Bohrlochwandtemperatur dauerhaft über 40 °C liegt, saures Grundwasser als Spülmedium verwendet wird oder das Hydrauliköl im Rücklaufkreis Temperaturen über 80 °C erreicht. PTFE-Stützdichtungssätze für statische Kreisläufe sind separat erhältlich, beispielsweise für den Einsatz in alkalischen Tunnelprojekten oder Küstenanwendungen mit Salzwassereinbruch.

Die Spezifikation eines falschen Compounds in einer bekannten aggressiven Umgebung – gefolgt von einem doppelt so häufigen Austausch des Dichtungssatzes – ist teurer, als das richtige Compound bereits beim ersten Bestellvorgang auszuwählen. Die modellspezifischen Referenzen von HOVOO, einschließlich der Compound-Bezeichnung für jede Drifter-Anwendung, sind unter hovooseal.com aufgelistet.