Herausforderungen bei der Auslegung von Hydraulik-Dichtsystemen

Schema eines Hydraulikzylinders mit den verschiedensten Dichtungsarten.

Franz Jodlbauer
Experte für Dichtungstechnik bei Hennlich

„Dichtungen in Hydraulikanwendungen arbeiten im Verborgenen und vollbringen doch Höchstleitungen. Oft wird ihnen weniger Aufmerksamkeit geschenkt. Die richtigen Dichtungen für den jeweiligen Einsatzbereich auszulegen und aufeinander abzustimmen, ist der Schlüssel für ein langfristig funktionierendes Gesamtsystem.“

Hydraulikdichtungen sind ein wesentlicher Bestandteil von Hydrauliksystemen und spielen eine entscheidende Rolle bei der Aufrechterhaltung der Funktion und Zuverlässigkeit dieser Systeme. Es gibt jedoch eine Reihe von Faktoren, die die Leistung und Lebensdauer von Hydraulikdichtungen beeinflussen können.

Druckunterschiede in Leicht-, Mittel- und Schwerhydrauliksystemen

Dichtungen sind in der Hydraulik vielfältig einsetzbar und finden Anwendung in verschiedenen Bereichen. In der Leichthydraulik beispielsweise werden sie in Werkzeugmaschinen, Robotern und mobilen Arbeitsmaschinen verwendet. In diesen Umgebungen treten Systemdrücke von bis zu 160 bar auf sowie gelegentliche Druckspitzen und -schläge und geringe Querkräfte. Die Verunreinigungen sind in der Regel gering. In der Mittelhydraulik finden Dichtungen zum Beispiel in landwirtschaftlichen Fahrzeugen oder leichten Baumaschinen Einsatz. Hier treten Systemdrücke von bis zu 350 bar auf sowie gelegentliche Druckspitzen und -schläge über dem Systemdruck. Die Querbelastung der Führungselemente ist mittelstark und die Umgebung ist typischerweise von Temperaturschwankungen und externen Verunreinigungen wie Staub und Feuchtigkeit geprägt.

Dichtungen in der Schwerhydraulik werden beispielsweise in hydraulischen Pressen, Gießereien und Stahlwerken eingesetzt. Hier treten in der Regel Systemdrücke von 400 bis 700 bar auf, manchmal sogar noch höher. Die Temperaturen können bis zu 90 °C oder in Ausnahmefällen sogar über 110 °C erreichen. Regelmäßige Druckspitzen über dem Systemdruck, hohe Querbelastung der Führungselemente, Umgebungen mit starken Temperaturschwankungen sowie starken externen Verunreinigungen sind in diesen Anwendungen häufig anzutreffen.

Medienbeständigkeit von Dichtungen

Hydraulikdichtungen müssen eine gewisse Beständigkeit aufweisen, da sie in Kontakt mit dem Druckmedium stehen und eine wichtige Rolle bei der Abdichtung von hydraulischen Zylindern spielen. Es gibt eine breite Palette an Druckmedien, die angewendet werden können. Einige Medien basieren auf Mineralöl, wie beispielsweise Hydrauliköle (HL, HM, HV). Es gibt aber auch schwer entflammbare Flüssigkeiten, wie HFA-Flüssigkeiten (auf Wasserbasis), HFB-Flüssigkeiten (Wasser-Öl-Emulsionen), HFC-Flüssigkeiten (Wasser/Glykol) und HFDR-Flüssigkeiten (Phosphorsäureester). Darüber hinaus können Medien biologisch abbaubar sein, wie zum Beispiel wasserunlösliche Flüssigkeiten (HETG), synthetische Ester (HEES) oder synthetische Hydrokarbonate (HEPR).

Eine unzureichende Beständigkeit gegenüber dem Druckmedium kann zu Leckagen führen und die Funktion des Produkts, in dem der Zylinder eingesetzt wird, beeinträchtigen. Daher ist es wichtig, dass die Hydraulikdichtungen auf das verwendete Druckmedium abgestimmt sind, um eine zuverlässige Abdichtung zu gewährleisten.

Resistenz gegenüber Temperaturschwankungen

Die erwartete Umgebungstemperatur sowie maximale Betriebstemperatur des Mediums ist von entscheidender Bedeutung für die Auswahl der Dichtung. Je nach Anwendung müssen Materialien zum Einsatz kommen, die eine vergleichsweise hohe Resistenz gegenüber Hitze beziehungsweise Kälte aufweisen. Andernfalls kann es zu Verhärtung, Verlust der Elastizität, Risse und Verglasungen der Dichtung kommen.

Einfluss von Geschwindigkeit

Hier ist wichtig zu wissen, mit welcher Geschwindigkeit die Hubbewegungen des Zylinders beim Ein- und Ausfahren durchgeführt werden. Wenn ein Hydrauliksystem mit hoher Geschwindigkeit betrieben wird, kann dies zu einem erhöhten Verschleiß der Dichtungen führen. Die schnellen Bewegungen können starke Reibungskräfte zwischen den Dichtungen und den beweglichen Teilen des Systems erzeugen, was bei Materialien mit zu geringer Abriebfestigkeit dazu führen kann, dass es zu vorzeitiger Abnutzung kommt.

Weitere Faktoren für ein ausbalanciertes Gesamtsystem

Viele Jahre Erfahrung im Bereich der Hydraulikdichtungen haben gezeigt, dass es nicht ausreicht, nur die Haupteinsatzmerkmale Druck, Medien, Temperatur und Geschwindigkeit miteinander in Beziehung zu setzen. Um eine einwandfreie Funktion von Dichtungen zu erreichen, müssen weitere Einflüsse mit in Betracht gezogen werden. Dazu gehören unter anderem Material und Oberflächengüte, Reibung bzw. Leichtgängigkeit, Funktionssicherheit und Lebensdauer sowie eine einfache Montage und eine kosteneffiziente Konstruktion des Zylinders.

Aus diesem Grund stehen eine Vielzahl von Dichtungstypen für eine breite Palette von Anwendungen zur Verfügung. Dazu gehören:
• Abstreifer
• Stangendichtungen, wie zum Beispiel Nutringe in verschiedenen Ausführungen, Gleitflächendichtungen, Pufferdichtungen und Dachform-Dichtsätze
• einfach oder doppelwirkende Kolbendichtungen, wie Kompaktkolbendichtungen und Gleitflächendichtungen
• Führungsbänder aus Polyestergewebe oder PTFE
• statische Dichtungen, wie beispielsweise O-Ringe und X-Ringe

Diese Dichtungen gibt es in einer großen Anzahl von Materialien und zusätzlichen Materialkombinationen wie NBR, FPM, Polyurethan, EPDM, PTFE, HNBR, POM und mehr. Letztendlich kann man die Dichtungstechnik mit der Musik vergleichen, da es darum geht, die richtigen Elemente harmonisch zusammenzufügen. Ähnlich wie in der Musik die richtige Abfolge von Tönen entscheidend für den Klang ist, hängt in der Dichtungstechnik die effektive Funktion des Hydraulik-Dichtsystems von der sorgfältigen Auswahl und Abstimmung der verschiedenen Komponenten ab.