Die Faktoren Druckrichtung, Geschwindigkeit, Oberflächenbeschaffenheit und Schmierung spielen eine Rolle bei der Ermittlung des richtigen Designs für eine Kolbendichtung.

Eine Kolbendichtung verhindert, dass Druck zwischen den gegenüberliegenden Seiten eines sich bewegenden Kolbens übertragen wird. Das klingt einfach. Tatsächlich muss eine Dichtung jedoch mehrere, teils widersprüchliche Anforderungen erfüllen. Sie muss Leckagen im Inneren so weit wie möglich verhindern und gleichzeitig eine akzeptable Reibung aufweisen. Darüber hinaus muss sie unterschiedlichen Oberflächenbedingungen standhalten, wiederholten Richtungswechseln widerstehen und darf weder Rillen hinterlassen noch sich verformen.

Spezielle Kolbendichtungen aus Gummi kommen zum Einsatz, wenn keines der Standardprofile für die Nut, das Bohrungsmaterial, das Arbeitsmedium, die Drehzahl oder das Montageverfahren geeignet ist. Das optimale Dichtungsprofil muss unter Berücksichtigung des gesamten Zylinders bestimmt werden. Materialdatenblätter können nicht vorhersagen, wie eine bestimmte Gummidichtung in der Bohrung des Anwenders funktioniert.

Die Druckrichtung bestimmt das Grundprofil

Eine einseitige Dichtung wird hauptsächlich von einer Seite beaufschlagt. Ein doppeltwirkender Zylinder erfordert eine Steuerung in beide Richtungen, was den Einsatz eines symmetrischen Profils oder eines symmetrischen Dichtungselementpaares notwendig machen kann. Die Druckänderung kann dazu führen, dass eine Dichtlippe entlastet und die andere sehr schnell belastet wird.

Hydraulikkolbendichtungen kommen häufig dort zum Einsatz, wo hoher Druck bei nicht komprimierbaren Flüssigkeiten üblich ist. Spiel und Druckspitzen drücken das Gummi tendenziell in Richtung eines Extrusionsspalts. Je nach Konstruktion kann ein härteres Material oder ein Stützring bzw. ein Profil erforderlich sein, das die Materialbewegung am Rand begrenzt.

Pneumatische Kolbendichtungen arbeiten tendenziell bei niedrigeren Drücken, können aber mit minimaler Schmierung schnell zyklisch betätigt werden. Die Losbrechkraft im trockenen Zustand kann, zusammen mit der Schmierstoffbindung, die maximale Druckbelastbarkeit übersteigen. Trockene Luft, Kondenswasser und die Wartungspraktiken beeinflussen den Verschleiß ebenfalls.

Nut und Bohrung bilden eine Dichtungsschnittstelle

Nut und Bohrung bilden einerseits die Dichtfläche, andererseits dienen sie der Befestigung. Die Bohrungsoberfläche muss so beschaffen sein, dass sie die Dichtlippen nicht beschädigt und gleichzeitig einen stabilen Öl- oder Fettfilm gewährleistet. Eine zu raue Oberfläche kann Verschleiß und Leckagen rasch verstärken. Eine sehr glatte Oberfläche hingegen kann Bearbeitungsspuren wie Kratzer oder kleine Erhebungen aufweisen, die das Dichtelement stark beschädigen können.

Parkers Konstruktionsratschlag für Kolben-Hin- und Herbewegungsdichtungen lautet, dass die Oberflächenbeschaffenheit der Kontaktfläche, die Nutbeschaffenheit und die Einlauffase individuelle Merkmale sind, auf die geachtet werden sollte.

Diese Einlauffase trägt dazu bei, die Dichtkante beim Zusammenbau zu schützen.

Abgerundete, saubere Übergänge verringern das Risiko, die Dichtung zu beschädigen oder zu verdrehen.

Die Dichtung des Papiers wird auch durch den Extrusionsraum beeinflusst, der durch Kolben, Bohrung und Lager entsteht. Seitliche Belastung kann zu einem größeren einseitigen Spalt führen. Verschleißringe oder Führungen können erforderlich sein, um den Kolben zu zentrieren und die Dichtung mechanisch zu führen, ohne sie zu belasten.

Reibungsänderung während der Bewegung

Die erste Bewegung kann mehr Kraft erfordern als ein kontinuierliches Gleiten.

Der erwähnte Unterschied kann zu Stick-Slip-Effekten bei niedrigen Geschwindigkeiten führen, was wiederum die Position beeinflusst. Die Kompressionsbelastung der Lippendichtung, die Oberflächenbeschaffenheit, die Schmierung, der Druck und die Werkstoffe sind die Hauptfaktoren, die dieses Phänomen beeinflussen. Daher sollte in der vorgesehenen Anwendung die Reibung gemessen werden.

Bei höherem Druck kann sich eine Dichtung, die bei niedrigem Druck hinsichtlich der Reibung gut funktioniert, anders verhalten. Daher müssen kundenspezifische Kolbendichtungen aus Gummi nicht nur unter typischen Bedingungen, sondern auch unter extremen Druck- und Temperaturbedingungen sowie bei hohen Drehzahlen getestet werden.

Ein Beispiel für öffentliche Fluidtechnik

Parker präsentiert ein kompaktes C2-U-Manschettenprofil, geeignet für Hydraulik- und Pneumatikzylinder. Das technische Datenblatt bietet verschiedene Druckbereiche für beide Technologien und weist darauf hin, dass die Maximalwerte vom Querschnitt und der Materialzusammensetzung abhängen. Ein weiterer wichtiger Hinweis: Achten Sie beim Einbau darauf, dass die Oberflächen frei von scharfen Kanten sind.

Dieser Fall zeigt, dass zwar ein einzelnes Profil für zwei Medien verfügbar ist, die Einschränkungen und Montageempfehlungen jedoch unterschiedlich sind. Dieses Beispiel stammt von einem Open-Source-Anbieter und entspricht nicht dem Angebot von Yida. Eine kundenspezifische Bohrung, Flüssigkeit oder ein spezieller Zyklus erfordern möglicherweise eine individuelle Lösung.

Die Materialwahl folgt Fluidität und Bewegung.

Die Auswahl des Kolbendichtungsmaterials beginnt mit den Bedingungen des Hydrauliköls oder der Druckluft und berücksichtigt anschließend Temperatur, Drehzahl, Druck und Verschleiß. NBR ist gängig für Mineralöle. FKM kann für höhere Temperaturen oder aggressive Medien in Betracht gezogen werden, während EPDM für bestimmte wasserbasierte Medien geeignet ist, jedoch nicht für Mineralöl.

Polyurethan bietet eine hohe Verschleiß- und Extrusionsbeständigkeit, wobei die Flexibilität bei niedrigen Temperaturen, die Hydrolysebeständigkeit und die Flüssigkeitsverträglichkeit von der jeweiligen Sorte abhängen. Gummiprofile können unterschiedliche Reibungs- und Elastizitätseigenschaften aufweisen. Die Produktbezeichnung ersetzt nicht die Daten auf Mischungsebene.

Bei der Auswahl des Dichtungsmaterials für Kolben sollte auch das Montagefett berücksichtigt werden. Ein Fett, das die Montage zwar vereinfacht, kann die Dichtlippe aufquellen lassen oder das Losbrechverhalten nach der Lagerung verändern. Reinigungsmittel und Flüssigkeitsadditive sollten ebenfalls geprüft werden, sofern ein Kontakt möglich ist.

Kataloglimits sind keine gleichzeitigen Bewertungen.

Der Hydraulikdichtungskatalog von Trelleborg weist darauf hin, dass die angegebenen Maximalwerte für Druck, Drehzahl und Temperatur nicht unbedingt gleichzeitig verwendet werden können. Dies ist eine wichtige Konstruktionsregel. Die durch die Drehzahl erzeugte Wärme kann die für Druck und Fluidexposition verfügbare Materialreserve verringern.

ISO 7986 bietet standardisierte Prüfverfahren für Dichtungen in ölhydraulischen Hubkolbenanwendungen. Sie unterstützt vergleichbare Prüfungen, jedoch deckt ein standardisierter Prüfprozess nicht jede Bohrungsoberfläche, jeden Verschmutzungsgrad, jede Seitenlast oder jeden Betriebszyklus ab.

ASTM D471 ermöglicht den Vergleich von Veränderungen nach Flüssigkeitseinwirkung, und ASTM D412 misst Zugeigenschaften. Keines der beiden Verfahren beweist jedoch die Leckage oder den Verschleiß von Hydraulikkolbendichtungen in einem Arbeitszylinder.

Eine abgeschlossene Dichtungsprüfsequenz

Vor der Montage Maße, Dichtlippenbeschaffenheit, Grat und Formfehler prüfen. Nutbreite, Bohrungsdurchmesser, Einlauf und Oberflächenanforderungen innerhalb der Toleranzgrenzen bestätigen. Montageverfahren dokumentieren und Werkzeuge oder Kanten, die die Dichtfläche beschädigen könnten, aussortieren.

Messen Sie die Losbrech- und Betriebskräfte bei den erforderlichen Drücken und Drehzahlen. Berücksichtigen Sie bei pneumatischen Kolbendichtungen gegebenenfalls geölte und spezifizierte Bedingungen mit geringer Schmierung. Berücksichtigen Sie bei hydraulischen Konstruktionen Druckumkehrungen, Verweilzeiten und begründete Spitzenwerte.

Die interne Leckage über den gesamten Betriebsbereich erfassen. Den Zylinder mit repräsentativem Hub, repräsentativer Frequenz, repräsentativer Temperatur und repräsentativer Seitenlast betätigen. Verunreinigungen erst dann hinzufügen, wenn der Test die vorgesehene Umgebung sicher und reproduzierbar nachbilden kann.

Nach dem Zyklieren sind die Leckage- und Reibungsmessungen zu wiederholen. Dichtlippenpolitur, Schnitte, Extrusion, Wölbung und bleibende Verformungen sind zu prüfen. Die dynamische Zylinderdichtung muss die vor dem Test vereinbarten Funktionskriterien erfüllen und darf nicht nur nach der Demontage optisch akzeptabel erscheinen.

Anwendungsdetails, die vor der Werkzeugerstellung benötigt werden

Bitte geben Sie Bohrungs- und Nutzeichnungen, Druckrichtung, Medium, Temperatur, Hub, Drehzahl, Taktfrequenz und die zu erwartende Lebensdauer an. Ergänzen Sie die Angaben zu Extrusionsspalt, Seitenlast, Oberflächenspezifikation, Schmierstoff, Montageweg sowie zulässiger Leckage und Reibung.

Dalian Yida Precision Rubber Products Co., Ltd. entwickelt Formteile aus Elastomer für kundenspezifische Anwendungen. Yida prüft die Herstellbarkeit, die Materialmischung, die Lippengeometrie und die kritischen Abmessungen für hydraulische und pneumatische Dichtungsprojekte.

Um eine zuverlässige Kolbendichtung zu gewährleisten, sollte der Konstrukteur das Profil an den Zylinder anpassen. Anschließend wird die Dichtung einer Bewegung unterzogen, die repräsentativ für ihre Widerstandsfähigkeit ist. Diese Methode liefert bessere Ergebnisse als die reine Auswahl von Dichtungen anhand von Druck- oder Härtekriterien.