antriebstechnik 6/2017

GETRIEBE UND GETRIEBEMOTOREN
09 Unter identischen Bedingungen
verschleißt ein PSS-Dichtsystem
an der Dichtlippe um über 50 %
weniger als ein vergleichbarer
RWDR mit Sonderfeder und weist
keinerlei Welleneinlauf auf
Beanspruchung durch Wärmeentwicklung
Vergleicht man die Verlustleistungen verschiedener Fluorkarbon-
Kautschuk (FKM)-Dichtsysteme mit identischem Elastomer, so
stellt der RWDR mit Standardfeder, wie er meist in der Anwendung
zum Einsatz kommt, die typische Referenz dar. Durch den
Einsatz einer Sonderfeder wird die Radialkraft an der Dichtlippe
reduziert, was eine um etwa 25 % geringere Verlustleistung zur
Folge hat. Mit dem neuen Dichtsystem PSS lassen sich die Verluste
um bis zu 45 % reduzieren, verglichen mit dem Standardwellendichtring
BA.
Bei einer Motordrehzahl von 6 000 min -1 und einem Wellendurchmesser
von 38 mm entsteht bei einem Radialwellendichtring BA
eine Verlustleistung von 55 W in Form von Wärme. Betrachtet man
die Fläche, auf der die Dichtlippe die Welle berührt, so wird an der
Dichtlippe ein Wärmestrom von ca. 2,3 W/mm² abgeführt.
Zum Vergleich: Eine 2 000-W-Heizplatte mit 18 cm Durchmesser
strahlt etwa 0,08 W/mm² ab. Ein Standard-RWDR BA hat eine um
den Faktor 30 höhere spezifische Heizleistung.
Die gleiche Betrachtung mit dem Premium Sine Seal zeigt, dass
hier aufgrund der größeren effektiven Berührbreite und der geringeren
Verlustleistung nur noch ca. 0,4 W/mm² abgeführt werden
müssen (um Faktor 5,5 geringer als bei einem Standard RWDR).
Die thermische Belastung des Elastomers ist bei einem PSS-Dichtsystem
um ein Vielfaches geringer, folglich finden deutlich geringere
chemisch-physikalische Wechselwirkungen zwischen dem
Schmierstoff und dem Elastomer statt. Bei einem RWDR mit Sonderfeder
wurde nach Versuchsende ein chemischer Angriff in
Form von Blasen auf der Luftseite der Dichtlippe festgestellt. Unter
identischen Versuchsbedingungen (Tests nach SEW-Spezifikation
070040312) konnte bei einem PSS kein chemischer Angriff beobachtet
werden. Die Blasenbildung bei dem Standard RWDR ist auf
eine höhere Temperatur im Dichtkontakt zurückzuführen. Ein
Modular Sealing System für schnelldrehende Wellen wird aus
einem B1-Teil und einem BA mit Sonderfeder kombiniert. Die
Verluste der beiden Dichtungen können direkt aufsummiert werden
(ca. 70 W). Tendenziell wird die Dichtung mit Sonderfeder in
einem MSS1-Dichtsystem noch höhere Verluste erzeugen, weil sie
in dieser Bauform in einem Fettdepot läuft.
Unter höchsten dynamischen Belastungen und 250 mbar Überdruck
während 2 016 Stunden wurden Versuche zur Verschleißentwicklung
an der Dichtlippe und dem Welleneinlaufverhalten
durchgeführt (Tests nach SEW-Spezifikation 070040312). Unter
identischen Bedingungen verschleißt ein PSS-Dichtsystem an der
Dichtlippe um ca. 50 % weniger als ein vergleichbarer RWDR mit
Sonderfeder. Aus der gleichen Versuchsreihe wurde ebenfalls der
Welleneinlauf ermittelt. Die Versuchsreihe gibt das typische sporadische
Welleneinlaufverhalten eines RWDR mit Sonderfeder aus
75FKM585, in Kombination mit CLP-PG-Schmierstoffen, wieder.
Mit dem PSS aus dem identischen Elastomer konnte weder in der
gezeigten Versuchsreihe, noch in zahlreichen weiteren Versuchen
ein Welleneinlauf festgestellt werden.
Höhere Effizienz durch Sinusform
Die Versuchsergebnisse mit dem neuen PSS-Dichtsystem zeigen
deutlich, dass die Effizienz sowie auch der funktionsbedingte Verschleiß
eines Radialwellendichtrings durch eine sinusförmige Dichtlippenform
positiv beeinflusst werden können. Die sinusförmige
Dichtlippengeometrie ist bereits aus modularen Dichtungen seit
mehreren Jahren bekannt. Die Versuchsergebnisse zeigen: Wenn
man die radiale Verlagerung der Welle vernachlässigen kann (z. B.
bei der Abdichtung der Motorwelle), lässt sich die Abdichtung auch
zuverlässig durch die Bauform B1 sicher gewährleisten. Aktuell lassen
sich noch keine aussagekräftigen Lebensdauerprognosen stellen,
jedoch zeigen die gemessenen Verschleißwerte, dass die zu erwartende
Lebensdauer deutlich höher sein wird, als bei den bisher
nach SEW-Spezifikation getesteten RWDR. Auf Basis des Vergleichs
zwischen einem RWDR aus 75FKM585 mit Sonderfeder und einem
PSS aus 75FKM585 kann bei letzterem von einer Lebensdauererhöhung
um den Faktor 2 ausgegangen werden. Antriebe aus der Praxis,
die erst nach mehreren Tausend Betriebsstunden aufgrund von Undichtigkeit
ausfallen, zeigen an der Dichtstelle (RWDR mit Standardfeder
oder auch mit Sonderfeder) häufig deutlichen Welleneinlauf
und große Laufspurbreiten am RWDR. Mit dem PSS-Dichtsystem
wirkt man den Mechanismen, die Welleneinlauf und Verschleiß an
der Dichtlippe erzeugen, effektiv entgegen.
Um eine möglichst lange Lebensdauer mit dem Premium Sine
Seal zu erzielen, werden zum jetzigen Zeitpunkt alle Schmierstoffe,
die für SEW-Getriebe in Frage kommen, anhand dynamischer
2016-Stunden-Tests gemäß SEW-Spezifikation 070040313 bei
maximaler Dynamik getestet. Dabei erhalten die Schmierstoffe, die
besonders gut abschneiden, die Auszeichnung „SEW Longlife“ –
ähnlich den Motorölen in der Automobilbranche. Die Versuchsergebnisse
dienen des Weiteren als Erfahrungsaufbau sowie auch
als Basis für zukünftige Lebensdauerprognosen im Vergleich zu
bestehenden Dichtsystemen.
Literaturverzeichnis:
[1] Hüttinger, A., Hermes, J., Prem, E., „New approval process for dynamic tightness
tests of gear units”, München, VDI International Conference on Gears 2015
[2] Müller, H. K., Haas, W., „Dichtungstechnik“, IMA Stuttgart, 8. Auflage 2012
[3] Hüttinger, A., Hermes, J., Wöppermann, M., Prem, E., „Neues Prüfverfahren für
dynamische Dichtungen von Getriebemotoren”, in: Dichtungstechnik Jahrbuch
2016, ISGATEC, Berger/Kiefer (Hrsg.), ISBN 978-3981150995
Fotos: 05+07: FST
www.sew-eurodrive.de
www.fst.de
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