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antriebstechnik 6/2017

antriebstechnik 6/2017

GETRIEBE UND

GETRIEBE UND GETRIEBEMOTOREN Getriebedichtung der nächsten Generation Höchste Dynamik oder hohe Lebensdauer – warum oder? 01 Ein Premium Sine Seal (PSS) ist ein Dichtsystem, das ausschließlich aus einer sinusförmigen Dichtlippe ohne Radialfeder besteht Antriebe werden immer öfter rund um die Uhr mit hoher Dynamik in wechselnden Drehrichtungen betrieben. Unter diesen Belastungen ist ein Radialwellendichtring – in Bezug auf die Lebensdauer – oft das schwächste Glied in einem Getriebemotor. Nun wurde ein neues Dichtsystem entwickelt, bei dem die Schmierung im Dichtspalt optimiert, Reibung und Verschleiß reduziert sowie die Dichtsicherheit erhöht werden. R adialwellendichtringe (RWDR) aus Elastomer sind nach wie vor die erste Wahl, wenn es darum geht ein Getriebe in beide Drehrichtungen wirtschaftlich und zuverlässig gegen anstehendes Öl abzudichten. Eine Berechnung der RWDR-Lebensdauer ist nach dem Stand der Technik nicht möglich. Häufig können die heutigen hohen Lebensdaueranforderungen einer Anlage nur erreicht werden, wenn Wartungsintervalle für den Radialwellendichtring und den Schmierstoff berücksichtigt werden. Typische Langzeitausfallursachen bei Dichtringen sind Elastomeralterung und -verschleiß sowie Welleneinlauf an der Dichtstelle – die Verträglichkeit von Elastomer und Schmierstoff vorausgesetzt. Die Möglichkeiten diesen Mechanismen entgegenzuwirken, sind begrenzt. Grundsätzlich gilt jedoch: Je weniger Reibung und Temperatur, desto länger ist die zu erwartende Lebensdauer eines RWDR, insbesondere auf der schnelldrehenden, hochdynamischen Motorseite. Auf dem Gebiet der Wellendichtungen arbeiten die SEW-Eurodrive GmbH & Co. KG in Bruchsal und die Freudenberg Sealing Technologies GmbH & Co. KG in Weinheim schon lange zusammen. In den vergangenen Jahren haben beide Firmen dieses Grundprinzip in die Entwicklung der neuesten RWDR-Generation für die motorseitige Getriebeabdichtung (mit bereits bekannten Elastomeren) einfließen lassen. Die Testergebnisse gemäß SEW-Spezifikation 070040312 mit dieser Generation von Dichtringen zeigen wesentliche Vorteile im Vergleich zu diversen, bereits existierenden Ausführungen, die heute zur Abdichtung der Motorseite Anwendung finden. Lebensdauererwartungen um mehr als den Faktor 2 zu marktüblichen Systemen wurden unter Testfeldbedingungen bestätigt. Die Neuentwicklung stellt auch einen Meilenstein bei der Energieeffizienz dar, was mit Blick auf das Gesamtsystem einen weiteren Baustein für ein effizientes Antriebssystem darstellt. Gestiegene Anforderungen an die Antriebe Dipl.-Ing. (BA) Alexander Hüttinger ist Mitarbeiter im Technologiekreis „Tribologie und Dichtsysteme“; Dr.-Ing. Markus Wöppermann ist Leiter des Technologiekreises „Tribologie und Dichtsysteme“; Dr.-Ing. Jörg Hermes ist Leiter Entwicklung Getriebe; alle bei der SEW-Eurodrive GmbH & Co KG in Bruchsal; Erich Prem ist Produktentwickler; Dipl.-Ing. Rolf Vogt ist Leiter Produktentwicklung; beide bei der Freudenberg Sealing Technologies GmbH & Co. KG in Weinheim Industrielle Antriebssysteme sind vor allem durch ihre Robustheit und Langlebigkeit gekennzeichnet. Die Notwendigkeit dieser Eigenschaften wird deutlich, wenn man sich vor Augen führt, dass immer mehr Applikationen 24 h am Tag, sieben Tage die Woche, 365 Tage im Jahr betrieben werden. Unter diesen Bedingungen werden in einem Jahr etwa 8 700 Betriebsstunden erreicht. Zum Vergleich: Ein durchschnittliches Kraftfahrzeug, das mit einer Durchschnittsgeschwindigkeit von 50 km/h etwa 26 antriebstechnik 6/2017

GETRIEBE UND GETRIEBEMOTOREN 02 Aufbau des modularen Dichtsystem MSS1 für langsam laufende Getriebewellen 03 Vergleiche der Berührbreiten eines Standarddichtrings der Bauformen BA und eines PSS 04 Vergleiche des chemischen Angriffs der Dichtkante bei einem Wellendichtring BA (mit Sonderfeder) und einem PSS unter identischen Bedingungen 05 Basierend auf den Lebensdauererfahrungswerten von Freudenberg wird beim PSS aufgrund der minimalen Verschleißwerte eine Lebensdauer von > 20 000 h erwartet 30 000 km pro Jahr gefahren wird, erreicht in einem Jahr etwa 600 Betriebsstunden. Ebenso wie die Zuverlässigkeit der Antriebe steht bei Applikationen mit einer hohen Auslastung, z. B. mobile Logistikassistenten, bei denen für gewisse Fahrstrecken Energie zwischengepuffert werden muss, die Effizienz der Antriebe absolut im Vordergrund. Der Betrieb moderner Applikationen unterscheidet sich oft grundlegend von den bisher üblichen Anwendungen. Wo früher z. B. kontinuierlich drehende Montagebänder eingesetzt wurden, werden heute autonom fahrende Logistikassistenten eingesetzt. Die Bewegungskinematik der Antriebe hat sich bei vielen Applikationen deutlich verändert. Die Lebensdauer von Dichtsystemen in Antrieben, die im Dauerbetrieb betrieben werden, erwiesen sich bereits in der Vergangenheit oft als kritisch. Jedoch wird die Lebensdauer heute durch variable Drehzahlen, wechselnde Drehrichtungen und häufige Anfahrvorgänge noch weiter reduziert. Nicht zuletzt werden aufgrund der gesetzlichen Bestimmungen Antriebe immer öfter mit Frequenzumrichtern geregelt. Start-Stopp- Betrieb, hohe Dynamik sowie wechselnde Drehzahlen/-richtungen sind heute Bedingungen, mit denen moderne Antriebssysteme sicher betrieben werden müssen. Aus der klassischen, mechanischen Sichtweise lassen sich diese Anforderungen mit modernen Berechnungs- und Simulationswerkzeugen berücksichtigen. Die einzelnen Komponenten können entsprechend zeit- oder dauerfest ausgelegt werden. Je nach Temperatureinsatzbereich kann auch ein Schmierstoff gewählt werden, der eine Lebensdauerschmierung ermöglicht. Die Lebensdauer eines Dichtsystems hingegen lässt sich bis heute nicht berechnen. Die Robustheit des Gesamtsystems wird immer durch das schwächste Glied bestimmt, in diesem Fall durch das Dichtsystem. Klassische Dichtsysteme in der Antriebstechnik sind nach wie vor Radialwellendichtringe. Erfahrungswerte der Hersteller zu den Lebensdauern helfen, das geeignete Dichtsystem zu wählen. Jedoch sind auch hier Grenzen gesetzt. Applikationen, die unter den oben genannten Bedingungen betrieben werden, erreichen bereits in dem gesetzlichen Gewährleistungszeitraum von zwei Jahren oft bis zu 16 000 Betriebsstunden. Die Lebensdauererwartung an Premium-Antriebssysteme gehen heute jedoch weit darüber hinaus. Wechselwirkungen mit Schmierstoff Eine der grundlegendsten Voraussetzung für eine möglichst hohe Lebensdauer der RWDR ist die Schmierstoffverträglichkeit. Entscheidend ist die Frage, in welchem Maß und in welcher Geschwindigkeit die chemisch-physikalischen Interaktionen stattfinden. Die Geschwindigkeit der Wechselwirkungen zwischen Schmierstoff und Elastomer wird vor allem durch die Öltemperatur und die Zeit beeinflusst. Die im Dichtkontakt entstehende Reibung führt zu einer zusätzlichen Temperaturüberhöhung, die entscheidend für die Lebensdauer einer Dichtung ist. Einflussfaktoren wie Drehzahl, Anpressdruck (durch die Radialfeder oder Überdruck im Ölraum), Art des Elastomerwerkstoffs, innere und äußere Beaufschlagung antriebstechnik 6/2017 27

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