Avantgarde der Dichtungstechnik

Dichtungen von Trelleborg in Achssystemen von Kraftfahrzeugen

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Trelleborg Sealing Solutions ist ein führender Anbieter von Dichtungen für Achsenhersteller von Kraftfahrzeugen, z. B. Land- und Baumaschinen, Traktoren, Pkws, Lkws und Hochleistungsfahrzeugen. Die Dichtung Turcon Roto L wurde entwickelt, um die Lebensdauer von Dichtungen in Achssystemen zu erhöhen. Besonders ist, dass sie nur bei Bedarf abdichtet. Das verringert Reibung und Kraftstoffverbrauch und spart somit Energie.

Holger Jordan, Segment Manager Fluid Power Europe, Dr.-Ing. Mandy Wilke, Technology Specialist Fluid Power Europe, Trelleborg Sealing Solutions Germany GmbH, Stuttgart

Der Gesamtwirkungsgrad einer Maschine wird durch verschiedene Umwelteinflüsse, Parameter und/oder die Leistungsfähigkeit der Komponenten bestimmt. Eine wesentliche Rolle spielen Dichtstellen an rotierenden Wellen vor allem dann, wenn eine Dichtfunktion nur temporär notwendig ist. In der Praxis ist es immer ein Kompromiss, eine geeignete Auslegung zu treffen, die entweder hohe Umfangsgeschwindigkeiten oder hohe Drücke zulässt.

Um Wellen mit hohen Umfangsgeschwindigkeiten abzudichten, werden häufig PTFE-Lippendichtungen angewendet, da das Material viele Vorteile bietet, wie z. B. hohe Temperaturbeständigkeit und niedriger Reibungskoeffizient. Durch die Werkstoffeigenschaften des PTFEs muss bei klassischen Lippendichtungen die Vorspannung so hoch gewählt sein, dass eine permanente Berührung zur Gegenlauffläche gewährleistet wird. Dies wirkt sich erheblich auf das resultierende Reibmoment, die Lebensdauer der Dichtung und den Wirkungsgrad der gesamten Applikation aus.

Besonders Anwendungen mit wechselnden Phasen von Druckbeaufschlagung bei kontinuierlich rotierender Welle bringen bekannte Dichtsysteme schnell an die Leistungsgrenze. Verschärft wird die Problematik zudem, wenn die abzudichtenden Medien in Bezug auf Schmierung der Dichtstelle keinen positiven Beitrag leisten. Drehverteiler für Gase, beispielsweise Luft, mit wechselndem Druckbelastungszustand stellen eine große Herausforderung dar, wenn die Anwendung gleichzeitig sehr hohe Ansprüche an die Lebensdauer der Dichtstellen hat.

Ist in der Gesamtlebenserwartung einer Anwendung der Anteil an drucklosem Betrieb größer, als der Anteil der druckaktivierten Zeiten, folgt daraus, dass eine permanent stark vorgespannte Dichtung nicht zielführend sein kann.

Das Funktionsprinzip des Dichtsystems

Um den kontroversen Anforderungen gerecht zu werden, sind Dichtkonzepte notwendig, die deutliche Verbesserungen in Bezug auf Verschleiß und Standzeit erreichen. Schlüssel für die Verbesserung von Verschleiß und Standzeit ist das Reibverhalten selbst. Turcon Roto L erlaubt eine erhebliche Reduzierung der Reibung im druckbelasteten Zustand und kann die Reibung im drucklosen Betrieb auf ein Minimum reduzieren. Essenziell hierfür ist, dass die Dichtlippe sich auf den abzudichtenden Wellendurchmesser anpasst, ohne dass eine hohe Anpresskraft im drucklosen Zustand erforderlich ist.

Die PTFE Lippe wird im Elastomer eingelegt und ist lediglich über Reibschluss mit dem Elastomer verbunden. Dadurch kann sich die Dichtlippe im drucklosen Zustand weitgehend von Spannungen neutralisieren. Das Resultat sind nicht messbare Reibmomente im drucklosen Betrieb. Kommt es zu einer Druckaktivierung der Lippe, wird diese auf den Elastomer gedrückt und verstärkt die Reibschlussverbindung, wodurch eine Relativbewegung zwischen Elastomer und PTFE verhindert wird. Wird der Druck erneut reduziert, bewirkt das Rückstellverhalten des Elastomers eine Bewegung der PTFE-Lippe in die „Neutrallage“ und schaltet somit das Dichtsystem wieder reibungslos.

Die Finite-Elemente-Rechnung zeigt das Verhalten der Materialien der Turcon Roto L im Vergleich bei 0 und 1,5 MPa. Um die aktive Funktion von Turcon Roto L abzubilden, wurde in einem Langzeittest die Reibung von vier Turcon-Roto-L-Dichtungen bei einer wechselnden Druckbelastung von 0 bar bis 0,7 MPa gemessen. Das Diagramm zeigt den Reibmomentverlauf der Dichtung Turcon Roto L bei wechselnden Drücken.

Um ein Vielfaches verlängerte Lebensdauer

Ein weiterer, wichtiger Effekt für die überragende Leistungsfähigkeit von Turcon Roto L im Hinblick auf die Lebensdauer des Gesamtsystems ist der deutlich reduzierte Welleneinlauf. Dies beruht einerseits auf dem Einsatz des herausragenden Dichtungswerkstoffes Turcon M12 und andererseits auf der geringen Reibung bei nicht aktivierter Dichtung. Der Welleneinlauf bei Turcon Roto L nach 780 h liegt bei nur 4,59 µm, was den Welleneinlauf von klassischen Rotationsdichtungen um ein Vielfaches unterschreitet, weshalb die Lebensdauer des Dichtsystems mit Turcon Roto L um ein Vielfaches verlängert werden kann.

Zusammengefasst kann gesagt werden, dass durch die geringe Reibung bei Druckbeaufschlagung und die Neutralisierung der Reibung während drucklosem Betrieb sich Turcon Roto L für alle Arten von Schalt-, Füll- oder Kontrollprozessen anbietet. Dies können beispielsweise Dichtstellen an Drehverteilern mit schnell laufenden Wellen sein, die temporär auch mit höheren Drücken beaufschlagt werden können, z. B. Reifendruckregelanlagen.

Reifendrücke haben einen erheblichen Einfluss auf die Rollwiderstände bei einem Fahrzeug. Die Fahrsicherheit und der Reifenverschleiß sind ebenfalls direkt mit dem Reifendruck gekoppelt. Reibungsverluste von Dichtungen können den Spareffekt deutlich eingrenzen, da bei permanent schleifenden Dichtungen pro Dichtstelle drucklos betrieben sehr schnell einige 100 W Verlustleistung auftreten können. Die eingetragene Leistung reduziert aber nicht nur den Wirkungsgrad, sondern begrenzt auch die möglichen Standzeiten einer Dichtstelle durch den permanent fortschreitenden Verschleiß. Für derartige Anwendungen ist Turcon Roto L sehr vorteilhaft. bec

Detaillierte Informationen zu den Dichtungen für Kraftfahrzeug-Achssysteme:

http://hier.pro/jymGS

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