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Dichtung für Hydraulikzylinder

Verlustfrei abdichten mit neuem Dichtungssystem

| Autor / Redakteur: Jörg Beyer / Stefanie Michel

Mit einem neuen Dichtungssystem können Prüfzylinder einen höheren hydraulischen Wirkungsgrad erzielen.
Mit einem neuen Dichtungssystem können Prüfzylinder einen höheren hydraulischen Wirkungsgrad erzielen. (Bild: Herbert Hänchen)

Berührende Dichtungssysteme dichten zwar gut, aber der Verschleiß steigt mit zunehmendem Druck an. Diese technischen Grenzen sind bei Drosselspaltdichtungen zwar nicht vorhanden, aber auch sie haben Nachteile. Gerade für Anwendungen im Test- und Prüfbereich ist nun ein neues Dichtungssystem erhältlich.

Wie schon die Leichtbau-Hydraulikzylinder sowie die Carbonstangen und -rohre zeigten, sind hochleistungsfähige Verbundkunststoffe aus H-CFK bei der Herbert Hänchen GmbH & Co. KG in den letzten Jahren ein Schlüssel für neue Lösungen – nicht nur im Maschinenbau. Diese Kompetenz hat jetzt zur Entwicklung eines neuen Dichtungssystems geführt, das für viele Anwendungen die Vorteile von Drosselspaltdichtungen und berührenden Dichtungssystemen zusammenführt. So entstand die Dichtung Servoseal als Kolben- und als Stangendichtung, die fast völlig verschleißfrei ist und zugleich keinen Energieverlust durch Funktionsöl aufweist. Einsatzbereiche sind vor allem Test- oder Prüfzylinder sowie andere Anwendungen mit kleinen Amplituden.

In konventionellen berührenden Dichtungssystemen presst der hydraulische Druck die Dichtungsringe auf die Gleitfläche. Dichtelemente dieser Art zeichnen sich durch eine hohe Dichtheit bei guten Laufeigenschaften aus. Reibung und Verschleiß der Dichtungen steigen aber mit zunehmendem Druck an. Auch können Stick-slip-Effekte auftreten, die eine einwandfreie Bewegung des Zylinders erschweren.

Konventionelle Dichtungssysteme

Schließlich kann bei kleinen Amplituden der Schmierfilm unter der Dichtkante abreißen, was zu Verschleißerscheinungen sowohl auf den Dichtflächen als auch auf den Gegenlaufflächen an Zylinderrohr oder Kolbenstange führt. Wenn die Amplitude kleiner als die Dichtungsbreite ist, tritt dieser Effekt besonders stark auf. Denn hier ist die Bewegung zu kurz, um neues Fluid als Schmierstoff zwischen Dichtung und Lauffläche zu fördern. Dann besteht die Gefahr, dass sich die Dichtung in die Lauffläche eingräbt und dabei metallische Bauteile und sich selbst beschädigt. Bei vergleichsweise langsamen oder niederfrequenten Bewegungen mit längeren Amplituden sind diese Effekte bei geeigneter Dichtungsauswahl nicht zu erwarten. So bietet Hänchen mit dem Dichtungssystem Servocop seit Langem und auch in Zukunft Dichtungen für derartige Einsatzbereiche. Je höher aber die Dynamik – hohe Frequenzen, hohe Beschleunigungen oder hohe Geschwindigkeiten – in einer Anwendung ist, desto problematischer sind die Folgen der tribologischen Eigenschaften von klassischen Dichtungen.

Berührungsfreie Dichtungssysteme

Drosselspaltdichtungen waren und sind eine Antwort auf diese technischen Grenzen. Bei ihnen wird praktisch reibungsfrei über einen engen Spalt zwischen den bewegten Teilen abgedichtet. Schwimmende Ringspaltdichtungen wie Servofloat und hydrostatisch gelagerte Kolbenstangenführungen wie Servobear sind dabei besonderes leistungsfähig, da die Kolbenstange konstruktionsbedingt im Dichtungsspalt zentriert ist. Dadurch ist die Menge des Funktionsöls geringer, beträgt aber dennoch je nach Abmessung einige Liter pro Minute. Diese Konstruktionen sind sehr aufwendig und der Drosselspalt verursacht eine deutliche Verringerung des hydraulischen Wirkungsgrads. Andererseits arbeiten diese Dichtungen praktisch reibungsfrei, eignen sich für höchste Frequenzen, Beschleunigungen, Seitenkräfte und Geschwindigkeiten bereits serienmäßig bis zu 4 m/s im stick-slip-freien Betrieb.

Keine Anpressung dank H-CFK-Rückhaltering

Für viele Anwendungen besonders im Test- und Prüfbereich hat Hänchen nun ein neues Dichtsystem für den Kolben und für die Kolbenstange entwickelt. Bei der Dichtung „Servoseal“ kommen Verbundwerkstoffe ins Spiel, um Anwendungen mit kleinen Amplituden zu realisieren, ohne dass Verluste durch Funktionsöl, Reibung oder Verschleiß auftreten. „H-CFK ist ein hochfester Werkstoff. Aus ihm stellen wir die Rückhalteringe her, die die hydraulische Anpressung auf die Dichtfläche reduzieren“, erläutert Klaus Wagner, Leiter der Entwicklung des Familienunternehmens. Die Erfahrung in der Verarbeitung von Carbon konnte Hänchen in den vergangenen Jahren bei der Produktion und Entwicklung des eigenen Werkstoffes H-CFK sammeln.

Die neue Ära der Prüfzylinder

Durch den Einsatz dieser H-CFK-Rückhalteringe entstehen Dichtsysteme, die sich durch sehr geringe Reibwerte auszeichnen. Die Haft- und Gleitreibung von Servoseal überschreitet geringfügig die Werten der Drosselspaltsysteme Servofloat und Servobear. Sie liegen aber weit unter den Werten berührender Systeme wie Servocop.

Die Servoseal-Dichtungen sind materialbedingt bis zu einer Temperatur von 80 °C einsetzbar. Das verbaute H-CFK hat eine hohe Beständigkeit gegenüber verschiedensten Medien und ist ein äußerst hochfester Werkstoff. Der Einsatzbereich ist sehr weit: So kann Servoseal in den Standardbaureihen 120 und 300 ebenso eingesetzt werden wie in der Prüfzylinder-Baureihe 320. Das bietet Prüfanwendern jetzt die neue Möglichkeit, bei leichten Prüfaufgaben auch trotz kleiner Amplituden bei Frequenzen bis 25 Hz, geringen Seitenkräften und hohen Beschleunigungen auf die kostengünstigere Baureihe 300 umzusteigen. Und das mit allen beschriebenen Vorteilen: wenig Reibung, wenig Verschleiß und kein Funktionsöl wie bei Drosselspaltdichtungen. Mit dieser Baureihe sind auch Hübe bis 1500 mm und Schwenkbewegungen des Zylinders realisierbar. Ebenso können die typischen Prüfzylinder der Baureihe 320 für hochdynamische Bewegungen und hohe Seitenkräfte in vielen Einsatzfällen mit dem Servoseal ausgestattet werden und damit einen besseren hydraulischen Wirkungsgrad erzielen. Zudem kann oft ein kleineres Regelventil eingesetzt werden, da bei Verwendung von Servoseal der Funktionsölstrom einer Drosselspaltdichtung entfällt. Das spart Kosten und erhöht je nach Einsatzfall auch die realisierbare Dynamik.

* Jörg Beyer arbeitet für die Unternehmenskommunikation der Herbert Hänchen GmbH & Co. KG in 73760 Ostfildern

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