antriebstechnik 6/2015

KOMPONENTEN UND SOFTWARE

KOMPONENTEN UND SOFTWARE Wellendichtringe für industrielle Anwendungen Prüfstände und Methoden der Dichtring-Entwicklung bei Parker-Prädifa – Teil 2 Thomas Papatheodorou Überall, wo rotierende Wellen funktionssicher abgedichtet werden müssen, werden berührende Radial- und Axialwellendichtringe eingesetzt. Dabei müssen sie anspruchsvollen Leistungsparametern genügen. Der erste Teil dieses Zweiteilers behandelte die Richtwerte und Vorgaben bei der Dichtringentwicklung im Hause Parker Prädifa. Diese Fortsetzung beleuchtet die Prüfstände und angewandten Methoden. Auf hauseigenen Prüfständen können im Hause Parker-Prädifa anhand normierter Prüfverfahren die verschiedensten Untersuchungen an Wellendichtringen durch geführt werden. Die Untersuchungen ermöglichen auch einen Abgleich mit den in den rechnerischen Analysen erzielten Ergebnissen. Zu diesem Zweck wurden mehrere Funktionsprüfstände entwickelt, die eine statistisch abgesicherte Unter suchung der Probanden ermöglichen. Die Untersuchungen können unter Konstantdruck oder unter Druckpulsation durch geführt werden. Außerdem kann das Prüfmedium variiert werden, wobei in den internen Freigabe versuchen hauptsächlich Hydraulikmedien auf Mineralölbasis eingesetzt werden. Alternativ dazu werden die RWDR aber auch mit synthetischen Estern oder Motorenölen getestet. Die Versuchszeiten betragen in den Dauerversuchen zwischen 240 und 1000 Stunden nach ISO 6194 für drucklos belastete RWDR und bis zu 1200 Stunden bei Druck- Radialwellendichtringen (RWDR) gemäß der Standard-Prüfvorschriften STP-30 bis STP-35. In der abgebildeten Tabelle sind typische Prüfbedingungen für Druckwellendichtringe dargestellt. Prüfstände im Detail Der Dauerlaufprüfstand RWD-01 besteht aus zwei Elektromotoren mit vier Abtriebsstellen, an denen vier Prüfkammern angeflanscht sind. Die erforderliche Prüfdrehzahl kann dabei über Riemenscheiben mit unterschiedlichen Durchmessern eingestellt werden. In den temperierten Prüfkammern wird entweder mit einer oder zwei Testdichtungen geprüft, je nachdem, ob die Dichtungen drucklos oder mit Druckbeaufschlagung getestet werden sollen. Der Druck in den Prüfkammern kann mittels eines Hydraulikaggregats oder alternativ dazu mit pneu matisch-hydraulischen Druckübersetzern erzeugt werden. Der RWDR-Prüfstand RWD-02 besteht aus fünf Servo-Motoren mit je einer angeflanschten Prüfkammer, in der ein oder zwei Dichtungen getestet werden. Die Druckversorgung des Prüfstands erfolgt hier über ein Hydraulikaggregat. Über dieses Aggregat lässt sich auch die Öltemperatur in den Prüfkammern regeln. Die Steuerung und Überwachung des Prüfstands sowie die Messwerterfassung erfolgen über einen mit einer handels üblichen Steuerungssoftware programmierten Prüfablauf. Neben diesen Dauerlaufprüfständen wurden weitere Prüfeinrichtungen geschaffen, die grundsätzliche Untersuchungen zum Funktionsverhalten von RWDR ermög- Versuchszeit [h] Druck [bar] Drehzahl [1/min) ] Temperatur [°C] je 240 gesamt 1 200 je 240 gesamt 1 200 je 240 gesamt 1 200 0/5 500, 1 000, 2 000, 2 500, 3 000 0/15 500, 1 000, 2 000, 2 500, 3 000 3 500, 1 000, 2 000, 2 500, 3 000 80 Thomas Papatheodorou, Manager Technical Services, Parker Engineered Materials Group, Packing Division Europa, Bietigheim-Bissingen Tabelle: Prüfbedingungen für Druck-RWDR nach STP-31 80 80 58 antriebstechnik 6/2015

KOMPONENTEN UND SOFTWARE lichen. Unter anderem wurde ein Druckpuls a tionsprüfstand in Anlehnung an eine kunden spezifische Prüfnorm entwickelt und aufgebaut. Neben den Funktions- und Dauerprüfungen werden die Radialkräfte von Wellendichtringen anhand des in der DIN 3761 beschriebenen Messverfahrens ermittelt und mit den Ergebnissen der Finite Elemente Analysen verglichen. Ergebnisse von Dauerversuchen 01 RWDR-Prüfstand mit Riemenantrieb (oben) sowie mit Servo-Motoren 02 Montagezustand des Radialwellendichtrings bei maximalem Achsversatz Für einen Kunden aus dem Bereich der Industriehydraulik wurde das Leistungsverhalten von Standard-Druck-RWDR Typ VP und VU aus NBR bzw. FKM in einem Mineralöl und einem Wasser-Glykol­ Gemisch vom Typ HFC getestet. Bei den V ersuchen im Mineralöl konnte kein negativer Einfluss des Betriebsmediums auf die Funktion der Wellendichtringe festgestellt werden. In Abhängigkeit vom verwendeten Dichtungswerkstoff zeigten sich jedoch beim Einsatz in der HFC-Flüssigkeit teil weise deutlich ausgeprägte Unterschiede im Leistungsverhalten der Dichtungen. Während die Dichtungen nach den Dauerversuchen im Mineralöl noch wie neu aussahen, ergaben sich bei den Versuchen in der HFC-Flüssigkeit teilweise ein ausgeprägter Verschleiß an der Dichtlippe und bei manchen der getesteten Dichtungs bauformen und Werkstoffe eine auffällige Bläschenbildung im verwendeten Dichtungswerkstoff. Der Verschleiß der Dichtlippen ist überwiegend auf die schlechten Schmiereigenschaften der HFC-Flüssigkeit zurückzuführen. Finite Elemente Analyse Die Methode der finiten Elemente wird neben der Entwicklung von Standard-RW­ DR-Bauformen hauptsächlich auch bei der Entwicklung von kundenspezifischen Dichtungslösungen eingesetzt. Für einen Kunden der Mobilhydraulik wurde die Methode angewandt, um das Dichtungssystem funktionssicher gegen die in der Anwendung extrem auftretenden radialen Auslenkungen auszulegen. Für die Sonderauslegung wurde ein NBR-Werkstoff mit 70 Shore A verwendet. In einem ersten Berechnungsschritt wurde zunächst der Einbau des Wellendichtrings (Montage des RWDR auf die Welle) berechnet. In den weiteren Berechnungsschritten wurde anschließend die Auslenkung im Bereich der Dichtlippe so weit gesteigert, bis es zu der im Betrieb maximal auftretenden Auslenkung kam. Ziel der Berechnung war es, zu gewährleisten, dass der Radialwellendichtring beim maximalen Achsversatz sowohl mit seiner Dichtkante als auch mit der Staublippe noch Kontakt zur Wellenoberfläche hatte. In mehreren Iterationsschritten musste sowohl die Gestaltung der Dichtungsmembran als auch die Geometrie der Staublippe optimiert werden, damit die Dichtungsauslegung letztendlich den Kundenanforderungen gerecht wurde. Obwohl der Radialwellendichtring ein im Markt bekanntes Produkt ist, führen neue sowie erhöhte Kundenanforderungen zur Weiterentwicklung dieses allgemein gebräuchlichen Produkts. Unter Zuhilfenahme der Methode der finiten Elemente können Wellendichtringe auf ihre Funktion für bestimmte Anwendungen hin optimiert werden. Im hauseigenen chemischen und physikalischen Labor werden die Werkstoffe für RWDR sowie die verschiedensten Bauformen in umfangreichen Versuchen geprüft und dann für die vorgesehene Anwendung freigegeben. Eine weitere Entwicklung für die Zukunft werden 100 % Reach-konforme Werkstoffe für Radialwellendichtringe sein. www.parker.com Teil 1 des Beitrags Unter diesem Link können Sie sich den ersten Teil des Artikels als PDF herunterladen: http://bit.ly/Parker- Wellendichtringe antriebstechnik 6/2015 59