Dichtungstechnologie und Materialauswahl in hydraulischen Systemen

Die Dichtung ist der Schlüssel dafür, dass ein Hydrauliksystem zuverlässig funktioniert. Jeder Ölaustritt aus dem Zylinder oder dem Kolben oder jeder Eintritt von Schmutz verkürzt die Lebensdauer des gesamten Systems und verringert dessen Effizienz.

Um ein Austreten von Öl und das Eindringen von Schmutz zu verhindern, hat die Industrie zahlreiche verschiedene Dichtungen, Techniken und Verfahren entwickelt. Jedes davon weist eigene Stärken auf. Bei besonders anspruchsvollen Anwendungen reicht eine einzelne Dichtung möglicherweise nicht aus; daher setzen Ingenieure stattdessen ein komplettes Dichtungssystem ein.

Auswahl und Einsatz von Dichtungssystemen

Ein Dichtungssystem besteht üblicherweise aus mehreren speziellen Dichtungen, die gemeinsam eine hervorragende Gesamtleistung erzielen. Ein Dichtungssystem für Hochdruckzylinder umfasst normalerweise vier Komponenten: einen Abstreifer (Wiper), eine Stangendichtung (Hauptdichtung), eine Pufferdichtung (Sekundärdichtung) und einen Führungsring. Ein Kolbendichtungssystem besteht meist nur aus einer Hauptdichtung sowie einem Führungsring.

Die vier Materialien, die heute am häufigsten für Hydraulikdichtungen verwendet werden, sind Polyurethan (PU), Nitrilkautschuk (NBR), Fluorkautschuk (FKM) und Polytetrafluorethylen (PTFE).

So wählen Sie das richtige Material aus

Die Wahl des Materials hängt von den Einsatzbedingungen ab. Verschiedene Chemikalien reagieren

unterschiedlich mit jedem Material, und einige können höhere Drücke oder Temperaturen bewältigen. Das Material muss zudem einer Verformung durch Quetschung widerstehen. Daher hängt die richtige Auswahl stets von der konkreten Anwendung ab.

Im Folgenden finden Sie die gängigsten Dichtungsmaterialien sowie deren jeweilige Vorzüge.

1. Polyurethan (PU)

Polyurethan ist ein hochfester Kunststoff mit zahlreichen Harnstoffgruppen in seiner chemischen Struktur. Es gehört zu den thermoplastischen Elastomeren und weist sowohl Eigenschaften harter Kunststoffe als auch solche von Gummi auf – es füllt somit die Lücke zwischen beiden Werkstoffklassen.

Seine Eigenschaften ergeben sich aus drei Hauptbestandteilen: Polyol, Diisocyanat und Kettenverlängerer. Art und Menge jedes Bestandteils sowie deren Reaktionsverhalten bestimmen die endgültige Leistungsfähigkeit. Polyurethan bietet üblicherweise:

· Hohe mechanische Festigkeit

· Hohe Zugfestigkeit

· Sehr gute Verschleißfestigkeit

· Ausgezeichnete Flexibilität

·Steifigkeit, die über einen weiten Bereich einstellbar ist

·Weiter Härtebereich bei gleichbleibender Elastizität

·Gute Beständigkeit gegen Ozon und Alterung

·Ausgezeichnete Abrieb- und Rissbeständigkeit

·Gute Beständigkeit gegen Öl und Benzin

Temperaturbereich: –30 bis 80 °C. Spezielle Hochleistungstypen halten langfristig Temperaturen bis zu 110 °C in Mineralöl stand.

2. Nitrilkautschuk (NBR)

NBR wird aus Butadien und Acrylnitril hergestellt. Die Menge an Acrylnitril (ACN) beeinflusst seine Eigenschaften stark:

·Elastizität

·Tieftemperaturzähigkeit

·Wie leicht Gas hindurchtritt

·Kompressionsverformung

·Beständigkeit gegen Quellung in Mineralöl, Fett und Kraftstoff

NBR mit niedrigem ACN-Anteil ist bei tiefen Temperaturen sehr flexibel (bis etwa −45 °C), weist jedoch nur eine mittlere Beständigkeit gegen Öl und Kraftstoff auf. NBR mit hohem ACN-Anteil bietet die beste Beständigkeit gegen Öl und Kraftstoff, bleibt jedoch möglicherweise nur bis −3 °C flexibel.

mit steigendem ACN-Anteil nimmt die Elastizität ab und die Kompressionsverformung verschlechtert sich.

NBR zeichnet sich aus durch:

·Gute Beständigkeit gegen Quellung in aliphatischen Kohlenwasserstoffen, Fetten, feuerhemmenden Hydraulikölen der Typen HFA/HFB/HFC, pflanzlichen und tierischen Ölen, leichtem Kraftstoff und Diesel

·Verwendung bei heißem Wasser bis zu 100 °C (z. B. in Sanitäranlagen) sowie bei schwachen Säuren und Laugen

·Mittlere Beständigkeit gegen hocharomatische Kraftstoffe

Es quillt stark in aromatischen Kohlenwasserstoffen, chlorierten Kohlenwasserstoffen, feuerhemmenden Ölen vom Typ HFD, Estern, polaren Lösungsmitteln und Glykol-Bremsflüssigkeit.

Temperaturbereich: −40 bis 100 °C (kurzfristig bis zu 130 °C). Spezielle Mischungen können bei niedrigen Temperaturen bis auf −55 °C abgesenkt werden. Oberhalb dieser Grenze wird das Material hart.

3. Fluorkautschuk (FKM)

FKM wird durch die Kombination von Vinylidenfluorid (VF) mit unterschiedlichen Mengen an

hexafluorpropylen (HFP), Tetrafluorethylen (TFE) und anderen Bestandteilen hergestellt. Die Zusammensetzung und der Fluorgehalt (65 % bis 71 %) bestimmen die chemische Beständigkeit sowie die Niedrigtemperaturbeständigkeit. Die Vulkanisation kann mit Diaminen, Bisphenolen oder organischen Peroxiden erfolgen.

FKM zeichnet sich aus durch:

· Hervorragende Hochtemperaturbeständigkeit

· Hervorragende Beständigkeit gegenüber Öl, Benzin, Hydrauliköl und Kohlenwasserstoff-Lösungsmitteln

· Gute Flammbeständigkeit

· Sehr geringe Gasdurchlässigkeit

· Starke Quellung in polaren Lösungsmitteln, Ketonen, feuerhemmenden Hydraulikölen vom Typ Skydrol sowie Bremsflüssigkeit

Temperaturbereich: ca. –20 bis 200 °C (kurzfristig bis 230 °C). Spezielle Sorten können von –50 bis 200 °C reichen.

4. Polytetrafluorethylen (PTFE)

PTFE wird aus Tetrafluorethylen hergestellt. Dieses nicht elastische Material ist besonders, weil:

· Seine Oberfläche ist sehr glatt und stabil

· Es ist bis zu 200 °C ungiftig. · Extrem geringe Reibung gegen nahezu jede andere Oberfläche – Haft- und Gleitreibung sind nahezu identisch

· Ausgezeichnete elektrische Isolierung (nahezu unbeeinflusst durch Frequenz, Temperatur oder Witterung)

· Bessere chemische Beständigkeit als jeder andere Kunststoff oder Gummi

· Wird nur von flüssigen Alkalimetallen und einigen Fluorverbindungen bei hoher Temperatur angegriffen

Temperaturbereich: –200 °C bis 260 °C. Selbst bei sehr niedrigen Temperaturen behält es noch eine gewisse

flexibilität, weshalb es in vielen Anwendungen unter extremen Kältebedingungen eingesetzt wird. Da PTFE jedoch nicht sehr elastisch ist und im Laufe der Zeit kriechen kann, werden die meisten hydraulischen Dichtungen mit einer Feder oder einem Gummiteil kombiniert, um die Dichtlippe straff zu halten.

Häufige Dichtungsdesigns in Hydraulikzylindern

Im Folgenden finden Sie die am häufigsten verwendeten Dichtungstypen in Hydraulikzylindern.

1. Kolbendichtungen

· Dichtung zwischen Kolben und Zylinderrohr – von entscheidender Bedeutung für den ordnungsgemäßen Betrieb des Zylinders

· Am verbreitetsten ist die Lippen-Dichtung, doch werden auch O-Ringe oder T-Dichtungen eingesetzt

· Muss eine dichte Abdichtung bei gleichzeitig geringer Reibung gewährleisten

· Wird aus unterschiedlichen Materialien hergestellt, je nach Einsatzanforderung

· Benötigt den Systemdruck, um die Lippe fest anzudrücken

2. Abstreifer (Staubschutzdichtungen)

· Starke Abstreifwirkung, um Schlamm, Wasser, Staub und Schmutz auszuschließen

·Wischt den Ölfilm beim Zurückfahren der Stange wieder in das System zurück

·Schützen die Hauptdichtungen und verlängern deren Lebensdauer

·Werden üblicherweise aus hochverschleißfestem Polyurethan hergestellt

·Werden häufig auch als Fettdichtungen an Gelenkstiften eingesetzt

3. Stangendichtungen

·Verhindern das Austreten von Öl aus dem System

·Müssen sowohl bei niedrigem als auch bei hohem Druck zuverlässig funktionieren

·Erfordern eine ausgezeichnete Extrusionsbeständigkeit und Verschleißfestigkeit

·Sollen den Ölfilm wieder in das System zurückführen

·Können üblicherweise Drücke bis zu 31,5 MPa bewältigen

4. Pufferschutzringe

·Stoßdämpfung bei plötzlichen Hochdruckstößen

·Schutz der Stangendichtung vor Druckspitzen

·Können eingeschlossenen Druck zwischen den Dichtungen ableiten, wodurch die Lebensdauer der Stangendichtung verlängert und ein größerer Spalt ohne Auspressung ermöglicht wird. Zudem sehr verschleißfest.

5. Führungsringe (Verschleißbänder)

·Verhindern das Aufeinandertreffen metallischer Teile im Inneren des Zylinders

·Halten die Kolbenstange und den Kolben zentriert

·Tragen zur Verlängerung der Lebensdauer der Dichtungen bei

6. O-Ringe

·Am häufigsten für statische (nicht bewegte) Dichtungen

·Dichtung durch radiales oder axiales Zusammendrücken

·Funktioniert in beide Richtungen

·Kann als Kraftquelle oder als Hauptdichtung eingesetzt werden

·Selbstabdichtend – es ist kein zusätzlicher Druck oder keine zusätzliche Geschwindigkeit erforderlich

Die Dichtungstechnologie ist das Herzstück der Zuverlässigkeit, Lebensdauer und Effizienz hydraulischer Systeme. Von der Auswahl des richtigen Einzelmaterials bis hin zur Konstruktion eines kompletten Mehrkomponentensystems muss jede Entscheidung genau auf den jeweiligen Druck, die Temperatur und die Betriebsbedingungen abgestimmt sein.