Wenn ein Hydraulikzylinder zu lecken beginnt, driftet oder eine kürzere Dichtlebensdauer bei hohen Temperaturen hat, ist die erste Reaktion oft, die Standarddichtungen durch FKM- oder PTFE-Dichtungen zu ersetzen.
Die Auswahl von Dichtungen für einen Hochtemperatur-Hydraulikzylinder ist jedoch nicht einfach eine Frage der Wahl des Materials mit der höchsten Temperaturbeständigkeit.
Zylinderdichtungen müssen Temperatur, Druck, Bewegungsgeschwindigkeit, Hydraulikfluid, Extrusionsspiel, Zustand der Kolbenstange, Verunreinigung und seitliche Belastung gleichzeitig standhalten. Wenn einer dieser Faktoren übersehen wird, kann selbst eine Hochtemperaturdichtung weich werden, extrudieren, schnell abnutzen oder erneut zu lecken beginnen.
Bestätigen Sie die tatsächliche Betriebstemperatur
Bevor Sie ein Dichtungsmaterial auswählen, unterscheiden Sie zwischen mehreren verschiedenen Temperaturen:
- Temperatur der Umgebung im Sommer
- Normale Hydrauliköl-Temperatur
- Stabile Öltemperatur während des Dauerbetriebs
- Kurzfristige Spitzen-Temperatur während Druckstößen oder schneller Zyklierung
- Lokale Kontakttemperatur um die Dichtlippe
Zum Beispiel kann die Umgebungstemperatur rund um eine Maschine nur 40 °C betragen, während das Hydrauliköl nach mehreren Stunden Betrieb deutlich heißer wird.
Stangen- und Kolbendichtungen erzeugen auch Reibungswärme während einer schnellen hin- und hergehenden Bewegung. Die Temperatur direkt an der Dichtlippe kann daher höher sein als die Öltemperatur, die im Reservoir gemessen wird.
Die maximal angegebene Temperatur in einem Dichtkatalog basiert normalerweise auf bestimmten Testbedingungen. Das bedeutet nicht, dass die Dichtung kontinuierlich bei ihrer maximalen Temperatur, dem maximalen Druck und der maximalen Geschwindigkeit gleichzeitig betrieben werden kann.
Ein geeigneter Sicherheitsabstand sollte immer für einen kontinuierlichen Betrieb bei hohen Temperaturen eingehalten werden.
Wählen Sie das Dichtungsmaterial für die gesamte Anwendung aus
Verschiedene Dichtungsmaterialien bieten unterschiedliche Kombinationen von Temperaturbeständigkeit, Verschleißbeständigkeit, Elastizität, Reibung und Fluidverträglichkeit.
Polyurethan
Polyurethandichtungen bieten eine gute Verschleißbeständigkeit, mechanische Festigkeit und Extrusionsbeständigkeit. Sie werden häufig für Stangendichtungen, Kolbendichtungen und Abstreifer in mobilen und industriellen Hydraulikzylindern verwendet.
Jedoch ist nicht jede Polyurethan-Qualität für einen kontinuierlichen Betrieb bei hohen Temperaturen geeignet. Einige fortschrittliche hydraulische Polyurethanmaterialien können je nach Verbindung und Dichtungsdesign bei Temperaturen um 110 °C betrieben werden.
Wenn sie kontinuierlich nahe an ihrer Temperaturgrenze verwendet werden, kann Polyurethan weich werden, die Elastizität verlieren oder in die Bauteiltoleranzen extrudieren.
Nitrilkautschuk
NBR wird häufig für O-Ringe, statische Dichtungen und Antriebselemente verwendet. Es bietet im Allgemeinen eine gute Verträglichkeit mit mineralölbasierten Hydraulikflüssigkeiten und ist relativ wirtschaftlich.
Viele Standard-NBR-Verbindungen werden bei Temperaturen von bis zu etwa 100 °C verwendet, obwohl die tatsächliche Grenze von der Formulierung und den Betriebsbedingungen abhängt.
Langfristige Exposition über dem geeigneten Temperaturbereich kann zu Härtung, Rissbildung, Schrumpfung oder Setzen führen.
NBR ist normalerweise besser für Standard-Hydraulikanwendungen geeignet als für kontinuierlich hochtemperaturbetätigte Anlagen.
Hydriertes Nitrilkautschuk
HNBR bietet im Vergleich zu Standard-NBR eine verbesserte Wärmebeständigkeit, Alterungsbeständigkeit und mechanische Leistung.
Je nach Verbindung und Dichtungsstruktur können einige HNBR-Komponenten für Temperaturen um 150 °C geeignet sein.
HNBR kann daher eine Zwischenlösung zwischen NBR und FKM bieten. Die Verträglichkeit mit der genauen Hydraulikflüssigkeit und den Additiven muss jedoch weiterhin bestätigt werden.
Fluorkohlenstoffkautschuk
FKM wird häufig für hochtemperaturbeständige O-Ringe, statische Dichtungen und die Antriebselemente in PTFE-Dichtungsanordnungen verwendet.
Einige FKM-Verbindungen können bei Temperaturen von bis zu 200 °C betrieben werden und bieten eine gute Beständigkeit gegen Wärme und Alterung.
Allerdings ist FKM nicht automatisch die beste Wahl für jeden Hochtemperaturzylinder. Die Flexibilität bei niedrigen Temperaturen, die dynamische Verschleißbeständigkeit, die Verträglichkeit mit Hydraulikflüssigkeiten und die Formulierung der Verbindung müssen ebenfalls berücksichtigt werden.
Das Ersetzen eines NBR-Dichtungsrings durch FKM behebt keine übermäßigen Spielräume, Stangenschäden, Verunreinigungen oder Zylinderfehlstellungen.
PTFE
PTFE bietet geringe Reibung, breite Temperaturfähigkeit und gute Verträglichkeit mit vielen Hydraulikflüssigkeiten. Es wird häufig in Kolben- und Stangendichtungen für Hochtemperatur-, Hochgeschwindigkeits- oder Niedrigreibungsanwendungen verwendet.
PTFE hat jedoch nicht die gleiche Elastizität wie Gummimaterialien. Es erfordert normalerweise einen NBR-, HNBR-, FKM- oder einen anderen elastomeren Energizer, um den Kontaktdruck aufrechtzuerhalten.
Die Temperaturfähigkeit der kompletten Dichtungsanordnung hängt daher von jedem Material in der Kombination ab, nicht nur vom PTFE-Gleitring.
Behandeln Sie die Zylinderdichtungen als ein Gesamtsystem
Ein Hydraulikzylinder enthält normalerweise mehrere Dichtungs- und Führungsbestandteile:
- Stangendichtung
- Kolbendichtung
- Statische Dichtungen
- Abstreifer
- Ringe tragen
- Backup-Ringe, wo erforderlich
Jedes Bauteil erfüllt eine andere Funktion.
Die Stangendichtung kontrolliert die externe Leckage. Die Kolbendichtung trennt die Zylinderkammern. Statische Dichtungen verhindern Leckagen zwischen montierten Bauteilen. Der Abstreifer begrenzt das Eindringen von Staub und Feuchtigkeit. Verschleißringe unterstützen seitliche Lasten und verhindern direkten Kontakt zwischen Metall und Metall.
Wenn nur die Stangendichtung aufgerüstet wird, während die Kolbendichtung, O-Ringe, Abstreifer oder energieerzeugende Elemente für die Temperatur ungeeignet bleiben, kann der Zylinder dennoch interne Leckage, externe Leckage oder vorzeitigen Dichtungsversagen entwickeln.
Alle Dichtungs- und Führungsmaterialien sollten daher als ein System überprüft werden.
Berücksichtigen Sie Druck- und Extrusionsrisiko
Viele Gummi- und Polyurethanverbindungen werden bei steigender Temperatur weicher.
Unter hohem Arbeitsdruck oder Druckspitzen kann das erweichte Dichtungsmaterial in den Spalt zwischen Kolben, Zylinderbohrung, Stange, Führungsbuchse oder Dichtungsnut gedrängt werden.
Dies kann Folgendes verursachen:
- Dichtungsextrusion
- Geschnittene Kanten
- Reißen
- Permanentverformung
- Plötzlicher Leckage
Für Hochtemperatur- und Hochdruckzylinder prüfen:
- Normaler Arbeitsdruck
- Maximal- und Spitzendruck
- Rücklaufleitungsrückdruck
- Dichtnutabmessungen
- Kolben-zu-Bohrung Extrusionsspiel
- Stange-zu-Führungsspiel
- Anforderungen an Backup-Ringe
- Dichtextrusionsbeständigkeit
Das Dichtmaterial, das Nutdesign, die Bauteiltoleranzen und die unterstützende Struktur müssen gemeinsam berücksichtigt werden.
Die Installation eines Hochtemperaturmaterials ohne Kontrolle des Extrusionsspalts kann dennoch zu einem schnellen Versagen führen.
Berücksichtigen Sie Zylindergeschwindigkeit und Zyklusfrequenz
Die Zylindergeschwindigkeit und die Taktfrequenz beeinflussen direkt die Dichttemperatur.
Schnelle hin- und hergehende Bewegung erzeugt Reibung um die Stangendichtung, die Kolbendichtung und die Abnutzungsringe. Häufiges Zyklen reduziert auch die verfügbare Zeit für den Zylinder, um Wärme abzugeben.
Eine Dichtung kann eine hohe statische Temperatur aushalten, aber bei hochdynamischen Bedingungen schlecht abschneiden.
Wenn hohe Temperatur, hoher Druck und hohe Geschwindigkeit gleichzeitig auftreten, wird die praktische Betrieb grenze der Dichtung normalerweise niedriger.
Schnellzyklische Zylinder erfordern möglicherweise:
- Niedrigreibungsdichtungsdesigns
- Geeignete Stangenoberflächenrauhigkeit
- Stabile Schmierfilme
- Korrekte Führungsfreiheiten
- Ausreichende Wärmeabfuhr
- Richtige Dimensionierung von Anschlüssen und Rohren
Eine Erhöhung der Dichtungs-Härte allein kann die Reibung erhöhen und zusätzliche Wärme erzeugen.
Bestätigen Sie die Kompatibilität mit dem Hydraulikfluid
Hohe Temperaturen beschleunigen chemische Reaktionen zwischen Hydrauliköl und Dichtungsmaterialien.
Das System kann verwenden:
- Mineralisches Hydrauliköl
- Synthetische Hydraulikflüssigkeit
- Wasser-Glykol-Flüssigkeit
- Phosphatester-feuerfeste Flüssigkeit
- Biologisch abbaubares Hydrauliköl
- Andere Spezialflüssigkeiten
Ein Dichtungsmaterial, das für mineralisches Öl geeignet ist, ist möglicherweise nicht für Wasser-Glykol-Flüssigkeit oder Phosphatester geeignet.
Wenn Material und Flüssigkeit inkompatibel sind, kann die Dichtung quellen, schrumpfen, erweichen, erhärten, an Festigkeit verlieren oder Oberflächenrisse entwickeln.
Ölabbau, Kontamination und Abbau von Additiven können auch die Dichtungsleistung im Laufe der Zeit verändern.
Die genaue Marke des Hydraulikfluids, Produktbezeichnung, Viskositätsgrad und Flüssigkeitstyp sollten daher während der Dichtungswahl angegeben werden. Die Beschreibung der Flüssigkeit lediglich als “standardmäßiges Hydrauliköl” liefert möglicherweise nicht genügend Informationen.
Überprüfen Sie die Stange, Bohrung, Führung und Montage
Selbst das richtige Dichtungsmaterial kann schnell versagen, wenn die umliegenden Zylinderkomponenten beschädigt sind.
Die Kolbenstange sollte überprüft werden auf:
- Kratzern
- Korrosion
- Pitting
- Schaden durch Verchromung
- Falsche Oberflächenrauhigkeit
- Biegen
Das Zylinderbohrungsinnere sollte ebenfalls auf Riefen, Korrosion, Maßverschleiß und Oberflächenschäden überprüft werden.
Fehlausrichtung, seitliche Belastung, abgenutzte Stifte, beschädigte Buchsen und abgenutzte Führungsringe können zu ungleichmäßigem Dichtkontakt führen. Dies erhöht die Reibung, die lokale Wärme und den einseitigen Verschleiß.
Überprüfen Sie vor der Installation neuer Hochtemperaturdichtungen die Stange, das Zylinderinnere, die Verschleißringe, die Führungsbuchsen, die Montagepunkte und die Zylinderausrichtung.
Andernfalls können die Ersatzdichtungen bereits nach kurzer Betriebsdauer wieder zu Lecken beginnen.
Welche Informationen sind für die Dichtungswahl erforderlich?
Stellen Sie dem Zylinder- oder Dichtungsanbieter die folgenden Informationen zur Verfügung:
| Auswahlfaktor | Erforderliche Informationen |
|---|---|
| Temperatur | Umgebungstemperatur, kontinuierliche Öltemperatur und Höchsttemperatur |
| Druck | Normaldruck, Höchstdruck und Rückdruck |
| Hydraulikflüssigkeit | Marke, Produktbezeichnung, Viskositätsklasse und Flüssigkeitstyp |
| Bewegung | Ausfahr- und Einfahrgeschwindigkeit, Zyklusfrequenz und tägliche Betriebszeit |
| Zylinderabmessungen | Bohrung, Stangendurchmesser, Hub und Montageorientierung |
| Belastung | Drückkraft, Zugkraft, seitliche Belastung und Schlagbelastung |
| Umwelt | Staub, Wasser, Salzspray, Chemikalien und Freiluftaussetzung |
| Fehlersymptome | Externe Leckage, interne Leckage, Drift, Extrusion oder schneller Verschleiß |
Genau betriebene Daten helfen dem Lieferanten bei der Auswahl des Dichtungsmaterials, -profils, der Energiezufuhr, der Rückhaltering und der Führungskomponenten für die gesamte Anwendung.
Schlussfolgerung
Die Auswahl von Dichtungen für einen Hochtemperatur-Hydraulikzylinder erfordert mehr als nur den Vergleich der maximalen Temperaturwerte.
Der richtige Prozess beginnt mit den tatsächlichen kontinuierlichen und Spitzenöltemperaturen. Druck, Fluidtyp, Geschwindigkeit, Zyklushäufigkeit, Extrusionsspielräume, Zustand der Stange, Zylinderdurchmesser, Führung, Kontamination und Montageschlussfolgerung müssen dann berücksichtigt werden.
Polyurethan, NBR, HNBR, FKM und PTFE haben jeweils geeignete Anwendungen, aber kein einzelnes Material ist für jeden Hochtemperaturzylinder geeignet.
Die Dichtung sollte immer als Teil eines vollständigen Dichtungs-, Führungs-, Schmierungs- und Wärmemanagementsystems ausgewählt werden.
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