Ein Hochtemperatur-Hydraulikzylinder wird nicht einfach durch den Austausch von Standarddichtungen gegen “Hochtemperaturdichtungen” geschaffen. Zuverlässiger Betrieb unter heißen Sommerbedingungen, in der Nähe von Strahlungswärmequellen, während kontinuierlicher Zyklen oder mit Hochtemperatur-Hydrauliköl erfordert, dass die Flüssigkeit, das Dichtungssystem, die Spalte, die Führung, die Oberflächen, die Kühlung, die Kontaminationskontrolle und die Tests zusammenarbeiten.
Die Verbesserung eines einzelnen Bauteils wird das Problem nicht lösen, wenn das System weiterhin überhitzt oder der Zylinder seitlicher Belastung, Kontamination, übermäßigem Rückdruck oder Druckstößen ausgesetzt ist.
Definieren Sie die tatsächlichen Temperaturbedingungen
Der erste Schritt besteht darin, zwischen Umgebungstemperatur, Hydrauliköltemperatur, Zylinderoberflächentemperatur und lokaler Dichtungsberührungstemperatur zu unterscheiden.
Die umgebende Luft kann 40 °C betragen, während das Öl nach mehreren Stunden Betrieb viel heißer wird. Schnelle hin- und hergehende Bewegungen erzeugen Reibungswärme um die Stangen- und Kolbendichtungen. Zylinder in der Nähe von Motoren, Kesseln, Öfen, Abgassystemen oder Trocknern können ebenfalls Strahlungswärme erhalten.
Vor der Konstruktion bestätigen Sie die kontinuierlichen und Höchsttemperaturen, die tägliche Betriebszeit, die Zylindergeschwindigkeit, die Zyklusfrequenz, den Druck, die Flüssigkeitsart und die externen Wärmequellen.
Die maximale Temperatur in einem Dichtkatalog ist normalerweise eine obere Grenze unter bestimmten Bedingungen. Es bedeutet nicht, dass die Dichtung kontinuierlich unter den maximalen Temperaturen, Drücken und Geschwindigkeiten betrieben werden kann. Kontinuierlicher Betrieb erfordert einen geeigneten Konstruktionsspielraum.
Steuern Sie die Wärmeentwicklung im Hydrauliksystem
Der Zylinder ist selten der einzige Grund, warum ein System überhitzt.
Die kontinuierliche Betätigung des Druckminderventils, Drosselverluste, hoher Rückdruck, unterdimensionierte Rohre, ein kleiner Behälter, ineffiziente Verteiler und unzureichende Kühlung können alle Wärme erzeugen oder speichern.
Überprüfen Sie gemeinsam das Reservoirvolumen, die Kühlkapazität, den Luftstrom, die Anordnung der Rücklaufleitung, die Rohrgröße und die Druckverluste an den Ventilen. Kontinuierlich betriebene Geräte benötigen möglicherweise einen luft- oder wassergekühlten Wärmetauscher.
Dichtungen für höhere Temperaturen können das Versagen verzögern, aber sie können ein System, das kontinuierlich über seiner vorgesehenen Temperatur arbeitet, nicht korrigieren.
Wählen Sie Öl basierend auf seiner Viskosität bei Betriebstemperatur
Die Auswahl des hydraulischen Öls sollte nicht nur auf seinem ISO VG-Grad basieren.
Das Öl muss eine geeignete Viskosität von der minimalen Starttemperatur bis zur maximalen kontinuierlichen Öltemperatur beibehalten. Öl, das zu dünn wird, erhöht die Leckage durch Zylinder- und Ventilspiel und schwächt den Schmierfilm zwischen beweglichen Oberflächen.
Öl, das unnötig dick ist, kann Kaltstartprobleme, höheren Saugwiderstand und erhöhten Druckverlust verursachen.
Wählen Sie den Viskositätsgrad und den Viskositätsindex für den gesamten Temperaturbereich und bestätigen Sie die Verträglichkeit mit Dichtungen, Beschichtungen und anderen Systemmaterialien.
Gestalten Sie die Dichtungen als komplettes System
Ein Hochtemperatur-Dichtungssystem umfasst die Stangendichtung, die Kolbendichtung, statische Dichtungen, den Wischer, Verschleißringe und alle erforderlichen Ausstoßschutzringe.
Je nach Fluid, Druck, Geschwindigkeit und Temperatur können die Materialien Polyurethan, NBR, HNBR, FKM oder Mischungen auf PTFE-Basis umfassen.
PTFE bietet geringe Reibung und breite Temperaturfähigkeit, erfordert jedoch normalerweise einen Elastomeren-Antrieb. Die komplette Baugruppe ist nur so temperaturbeständig wie alle ihre Materialien.
| Komponente | Hauptdesign-Überlegungen |
|---|---|
| Stangendichtung | Temperatur, Geschwindigkeit, Rückdruck, Stangenoberfläche und externe Leckage |
| Kolbendichtung | Interne Leckage, Druckspitzen, Druckrichtung und Lastaufnahme |
| Statische Dichtungen | Fluidverträglichkeit, Kompressionsverformung, Temperatur und Ausstoßspiel |
| Abstreifer | Staub, Wasser, Hitze, Korrosion und Stangenverunreinigung |
| Backup-Ringe | Verhindern, dass weiche Dichtungen in Spalten austreten |
| Ringe tragen | Unterstützung seitlicher Lasten und Vermeidung von Metallkontakt |
Druck-, Temperatur- und Geschwindigkeitsfestigkeitsangaben interagieren. Ihre maximalen Katalogwerte sollten nicht alle als kontinuierliche Betriebsbedingungen behandelt werden.
Überprüfen Sie die Spalte bei den heiß benutzten Bedingungen
Das Zylinderohr, der Kolben, die Stange, die Führungsbuchse, die Verschleißringe, die Dichtungen und die Nuten ändern ihre Abmessungen, wenn die Temperatur steigt.
Zu kleine Spalte können Reibung, Stick-Slip-Bewegung, Überhitzung der Dichtung oder Festfressen verursachen. Zu große Spalte können interne Leckage und Dichtungsaustritt erhöhen.
Der Kolben-zu-Bohr-Spalt, der Stangen-zu-Führungs-Spalt, die Nutmaße und die Ausstoßspalten sollten daher bei der maximalen kontinuierlichen Temperatur überprüft werden, nicht nur bei Raumtemperatur.
Hochdruckanwendungen können Dichtungsringe oder Dichtungsstrukturen mit höherem Extrusionswiderstand erfordern.
Verbessern Sie die Führung und reduzieren Sie die seitliche Belastung
Seitenbelastungen verursachen ungleichmäßigen Kontakt an Verschleißringen, Führungshülsen, Dichtungen und dem Zylinderbohrung. Dies führt zu konzentriertem Verschleiß und zusätzlicher Reibungswärme.
Das Design kann verbessert werden, indem die Breite des Verschleißrings erhöht, der Abstand zwischen den Führungsflächen vergrößert, die Position von Bolzen oder Zapfen optimiert und die Montageausrichtung verbessert wird.
Bolzen, Hülsen, Stangenaugen, Gabeln und Halterungen sollten ebenfalls auf Verschleiß und Durchbiegung überprüft werden.
Eine bessere Führung hält den Kolben und die Stange ausgerichtet und reduziert den einseitigen Dichtungsverschleiß.
Optimieren Sie die Stangenoberflächen und den externen Schutz
Die Kolbenstange benötigt geeignete Härte, Rauheit, Verschleißfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit.
Eine raue Stangenoberfläche kann die Stangendichtung schnell beschädigen, während ein ungeeignetes Finish die Bildung eines stabilen Schmierfilms verhindern kann.
Wählen Sie Beschichtungen und Oberflächenbehandlungen entsprechend Temperatur, Feuchtigkeit, Salzsprühnebel, Staub, Chemikalien und Außeneinwirkung aus. Die Beschichtung des Rohrs, der Abstreifer und der Korrosionsschutz sollten ebenfalls auf die Umgebung abgestimmt sein.
In der Nähe von strahlenden Wärmequellen ändern Sie die Montagesituation, fügen Sie einen reflektierenden Schild hinzu oder erwägen Sie eine externe Kühlung. Die Isolierung sollte die Wärme nicht um den Zylinder stauen.
Reduzieren Sie geschwindigkeitsbedingte Wärme- und Druckstöße
Schnelles Radfahren, plötzliche Umkehr, hoher Rückdruck und End-of-Stroke-Einwirkung erhöhen die Dichtungsbelastung und die lokale Temperatur.
Für häufig zyklen Zylinder überprüfen Sie die Anschlussgröße, den Rohrdurchmesser, die Durchflusskapazität des Ventils und die Dämpfung. Übermäßige Einschränkung wandelt hydraulische Energie in Wärme um.
Einstellbare Dämpfung, kontrollierte Verzögerung, geeignete Durchflussregelkreise oder Akkumulatoren können Druckspitzen und Stöße reduzieren.
Eine Dichtung, die bei mäßigem Druck und Geschwindigkeit gut funktioniert, kann versagen, wenn hohe Temperaturen, Spitzenpressuren und schnelles Radfahren gleichzeitig auftreten.
Stärken Sie die Filtration und die Feuchtigkeitskontrolle
Hohe Temperaturen senken die Ölviskosität und schwächen den Schmierfilm. Kleine Partikel können dann die Stangen, Bohrungen, Dichtungen und Verschleißringe direkter kontaktieren.
Wasser reduziert die Schmierung, fördert Korrosion und beschleunigt Oxidation. Luft, Feuchtigkeit und abgebautes Öl können ebenfalls zur Schaumbildung, Ablagerungen, instabiler Bewegung und durch Kavitation verursachten Schäden beitragen.
Verwenden Sie geeignete Rückfluss-, Druck- oder Offline-Filterung. Filtern Sie neues Öl vor dem Befüllen und reinigen Sie Zylinder, Rohre, Schläuche und Manifolds vor der Montage.
Behälterentlüftungen sollten den Eintritt von Staub und Feuchtigkeit begrenzen. Der Ölzustand, der Wassergehalt, der Filterzustand und die Sauberkeit des Behälters sollten überwacht werden.
Validieren Sie den Zylinder mit Tests im heißen Zustand
Ein Drucktest bei Raumtemperatur kann die Zuverlässigkeit bei hohen Temperaturen nicht vollständig bestätigen.
Testen Sie das endgültige Design bei Öltagen, -drücken, -geschwindigkeiten, -lasten und -zyklusfrequenzen, die nahe der tatsächlichen Anwendung liegen. Überprüfen Sie:
- Die Hochtemperatur-Zyklenstabilität
- Externe und interne Leckagen
- Druck und Lasthaltung im heißen Zustand
- Temperatur um den Stangen, Rohr, Kopf und Dichtungen
- Dämpfung, Umkehrung und Niedriggeschwindigkeitsbewegung
- Dichtungsrückgewinnung nach Erwärmung und Abkühlung
- Verschleiß, Extrusion, Riefen oder Oberflächenbeschädigungen nach Demontage
Bei kontinuierlich betriebenen Geräten sollte der Test die erwartete tägliche Laufzeit simulieren. Einige unbelastete Hübe nach Erreichen der Zieltemperatur reichen nicht aus.
Informationen, die für einen Hochtemperaturzylinder erforderlich sind
Stellen Sie dem Zylinderhersteller zur Verfügung:
- Umgebungs-, dauerhafte Öl- und Spitzenöltemperaturen
- Betriebsdruck und mögliche Druckspitzen
- Bohrung, Stange, Hub und Montageschema
- Lastrichtung und mögliche seitliche Lasten
- Ausdehnungs- und Rückziehgeschwindigkeit
- Zyklusfrequenz und tägliche Betriebszeit
- Art des Hydraulikfluids und externe Wärmequellen
- Lasthaltungs- und Leckageanforderungen
- Staub-, Wasser-, Korrosions- und Waschanforderungen
Genaues Anwendungsdaten ermöglicht es, den Zylinder, Dichtungen, Öl, Kühlsystem und Testverfahren auf die tatsächlichen Betriebsbedingungen auszulegen.
Schlussfolgerung
Zuverlässiger Hochtemperaturbetrieb hängt von mehr ab als nur von der Temperaturbewertung eines Dichtungselements.
Die Wärmeentwicklung muss zuerst auf Systemeebene kontrolliert werden. Das Öl muss eine geeignete Viskosität aufrechterhalten. Dichtungen, Spielmaße im heißen Zustand, Führung, Stangenoberflächen, Korrosionsschutz, Kontaminationskontrolle, Anschlüsse und Dämpfung müssen dann als ein System entworfen werden.
Schließlich muss der Zylinder durch Heißöl-, Last- und Dauertests validiert werden.
Nur wenn der Zylinder und das hydraulische System gemeinsam optimiert sind, können Leckagen, Abweichungen, Verschleiß, Festklemmen und vorzeitiger Dichtungsverschleiß langfristig reduziert werden.
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