Minibagger

Bild: © fefufoto, Fotolia

Die Lebensdauer von Dichtsystemen in Minibagger-Anwendungen spielt heute eine deutlich größere Rolle als noch zu Zeiten des so genannten Einwegbaggers. So bezeichnete man einst die vielfach im Garten- und Landschaftsbau eingesetzten Minibagger, da diese aufgrund ihrer im Vergleich zu Großbaggern viel geringeren Lebensdauer entweder gleich verschrottet wurden oder im Gebrauchtmarkt verschwanden, wo sie oftmals von Privatleuten genutzt wurden.

Heute kommt Minibaggern angesichts immer engerer Platzverhältnisse zum Beispiel bei Neubauvorhaben in Wohngebieten, Sanierungsarbeiten von Gebäuden und Anlagen, aber auch bei Aufräumarbeiten nach Naturkatastrophen eine zunehmend wichtige Bedeutung zu. Im Gegensatz zu Großbaggern sind sie auch in engen Räumen oder an schwer zugänglichen Stellen einsetzbar und können auf Grund des geringen Gewichts und der kleinen Bauweise rasch an den jeweiligen Einsatzort befördert werden.

Zunehmend gefragt, stärker gefordert

So verzeichnen Minibagger dank ihrer praktischen und flexiblen Einsatzmöglichkeiten eine weltweit steigende Nachfrage, die durch eine Vielzahl von Herstellern mit einer breiten Palette an Modellen und Baugrößen bedient wird. Gleichzeitig führen das erweiterte Einsatzspektrum und härtere Arbeitsbedingungen aber auch zu erhöhten Anforderungen in puncto Lebensdauer, Leistungsfähigkeit und Effizienz sowie Wartungs- und Umweltfreundlichkeit. Der daraus resultierende hohe Anspruch an die Konstruktionsleistung betrifft insbesondere die Hersteller von Hydraulikzylindern und damit auch die in den Zylindern – in der Regel Schild-, Schwing-, Schaufel- und Boom-Zylinder – befindlichen Dichtsysteme.

Dabei werden die Anforderungen bezüglich höherer Serviceintervalle bei stetig steigenden Betriebsdrücken und stark veränderten Umgebungsbedingungen 1:1 auf die Dichtungsleistung übertragen. Dies gilt auch für die zunehmend lauter werdende Forderung nach leckagefreien Zylindern unter dem Stichwort saubere Hydraulik.

Design und Werkstoff optimal gepaart

Bereits vor einigen Jahren hat sich der Dichtungs- und Werkstoffspezialist Parker-Prädifa auf fortschreitende Anforderungen in der Hydraulik eingestellt und eine mittlerweile vielfach bewährte Lösung entwickelt, die speziell auch den gestiegenen Erfordernissen in Minibagger-Aktuatoren Rechnung trägt. Hierbei handelt es sich um ein Tandem-Dichtsystem, das sich durch ein besonderes Design in Verbindung mit hydrolyseoptimierten und verschleißfesten Polyurethan-Werkstoffen auszeichnet.

Abstreifer mit integriertem Schmutzschild

Das wesentliche Element am hydraulischen Arbeitszylinder zur Verhinderung von Schmutzeintrag ist der Abstreifer. Er schützt das gesamte hydraulische System vor Staub, Schmutz, Feuchtigkeit und anderen Umwelteinflüssen. Dabei kommt aufgrund zunehmend sensibler Elemente innerhalb des hydraulischen Kreislaufs der Abstreifunktion eine immer größere Bedeutung zu, denn kontaminierte Fluidsysteme sind häufige Ursache von Totalausfällen mit hohen Folgekosten. Das von Parker-Prädifa zur Verbesserung der Abstreiffunktion in mobilen Maschinen entwickelte spezielle Abstreifprofil AV zeichnet sich durch folgende Merkmale aus:

  • Schmutzschirm und nutseitige Schmutzdichtkante verhindern das Eindringen von Schmutz und Feuchtigkeit, auch bei senkrechten Zylinderanwendungen
  • Druckentlastungsfunktion mit Öffnung zum Zylinderstangenraum
  • Lecköl verbleibt im Zylinder, fließt bei entsprechendem Druckgefälle zwischen Abstreifer und Atmosphäre nach außen und verteilt sich gleichmäßig auf der Kolbenstange
  • der Festsitz im Einbauraum garantiert eine stabile Position. Der Abstreifer kann nicht aus dem Gehäuse ausgepresst werden
  • robuste Abstreiferlippe mit optimierter Geometrie.
Dichtsystem

Parker-Tandem-Dichtsystem

Produktmerkmale

Produktmerkmale Abstreifer AV

Das Standardmaterial Polyurethan P5008 zeichnet sich durch seine gute Verschleißfestigkeit und einen niedrigen Druckverformungsrest aus. Je nach Anwendungsgebiet kann das Dichtungsmaterial auf den hydrolysebeständigen Polyurethan-Werkstoff P5000 umgestellt werden.

Stangendichtung als Primärdichtung

Die Ultrathan-Stangendichtung Profil BU ist eine Kompaktdichtung mit integriertem Anti-Extrusionsring. Diese wird als Pufferdichtung innerhalb dieses Dichtsystems eingesetzt. Zylinder, wie die in Minibaggern eingesetzten, arbeiten häufig unter Bedingungen, in denen Druckspitzen bis zu 1000 bar keine Seltenheit sind. Um die Belastung von der Sekundärdichtung fernzuhalten, wird die Stangendichtung BU davorgesetzt.

Aufgrund der speziellen Formgebung ist die Dichtung in der Lage, einen Druck, der sich unter bestimmten Bedingungen zwischen Primär- und Sekundärdichtung aufbauen kann, wie ein Rückschlagventil in das hydraulische Arbeitssystem zurückzuführen. Damit wird verhindert, dass die Sekundärdichtung aufgrund zu hoher Zwischendrücke beschädigt und die Lebensdauer verkürzt wird. Die Stangendichtung BU zeichnet sich durch folgende Merkmale aus:

  • Ausgezeichnete Dichtwirkung, auch im drucklosen Zustand
  • robustes Dichtungsprofil für härteste Betriebsbedingungen
  • extremer Verschleißwiderstand
  • unempfindlich gegen extreme Druckspitzen
  • höchste Extrusionsbeständigkeit
  • kurze axiale Einbaulänge.

Die Ergebnisse der Finite Elemente Analyse zeigen, dass die Primärdichtung durch ihr spezielles Design in der Lage ist, den zwischen Primär- und Sekundärdichtung entstandenen Zwischendruck wie ein Rückschlagventil in das System zurückzuführen. Die dynamische Dichtlippe der BU-Dichtung öffnet ab einem Druck von circa zehn bar. Somit wird ein Druckaufbau zwischen Primär- und Sekundärdichtung verhindert. Dabei muss die BU-Stangendichtung nicht zwingend als Primärdichtung oder Bufferdichtung in einem Tandem-Dichtsystem eingesetzt werden. Gerne wird die BU-Dichtung auch als Einzeldichtung eingesetzt, etwa bei stark schwankenden Druckparametern.

Um den anspruchsvollen Betriebsbedingungen gerecht zu werden und optimale Formstabilität und Verschleißfestigkeit zu garantieren, empfiehlt Parker den Polyurethan-Werkstoff P6000. Je nach Anwendungsgebiet kann auch der hydrolysebeständige Polyurethan-Werkstoff P5000 zum Einsatz kommen. Der Anti-Extrusionsring aus glasfaserverstärktem Polyamid W5059 schützt bei großen Spaltmaßen oder Druckspitzen zusätzlich vor Extrusion.

Reibungsarme Sekundär-Stangendichtung

Für Tandemanordnungen eignet sich als Sekundärdichtung ein möglichst reibungsarmes Dichtprofil wie die Stangendichtung HL. Die Sekundärdichtung arbeitet in der Regel drucklos. Der große Vorteil der HL-Stangendichtung ist, dass sie, auch wenn sie im Grunde genommen drucklos arbeitet, durch ihr außergewöhnliches Design kaum zusätzliche Reibung erzeugt.

Aufgrund der kaskadierenden dynamischen Dichtlippen wird die Dichtung automatisch vom Systemdruck gesteuert. Mit steigendem Druck legen sich die einzelnen Dichtlippen nacheinander an die Gegenlauffläche an. So liegt die Stangendichtung HL im drucklosen Zustand nur mit der Spitze der ersten Dichtlippe an der Gegenlauffläche an und gewährleistet dadurch eine optimale Leichtgängigkeit. Sollte sich der Restölfilm der Pufferdichtung im Laufe der Lebensdauer durch Beschädigung oder Verschleiß erhöhen, greift die HL-Dichtung ein und passt sich den neuen Arbeitsbedingungen an. Die Reibung wird auf ein Minimum reduziert und Leichtgängigkeit ist nicht nur im drucklosen Zustand, sondern in allen Druckbereichen gewährleistet.

Ob als Tandemdichtung oder als alleiniges Dichtelement eingesetzt, unterstützt die HL-Dichtung durch ihre Eigenschaften eine möglichst geringe Losbrechreibung bei gleichzeitig guter Dichtfunktion in allen Druckbereichen. Produktmerkmale der Stangendichtung HL:

  • Extrem reibungsarm
  • kein Ruckgleiten, auch bei langsamen Verfahrgeschwindigkeiten
  • optimale Dichtfunktion
  • hohe Verschleißfestigkeit
  • hohe Extrusionsbeständigkeit
  • erhöhte Temperaturbeständigkeit
  • einfache Montage
  • kurzer Einbauraum.

Die Vorteile der Geometrie werden durch den Einsatz des Dichtungswerkstoffs P6030 unterstützt. Das für reibungsarme Anwendungen in der Fluidtechnik konzipierte Material verfügt über eine gute Medienresistenz und zeichnet sich unter anderem durch erhöhte Temperatur- und Verschleißfestigkeit sowie durch einen niedrigen Druckverformungsrest aus.

Robuste Kolbendichtung

Der Kolbendichtsatz OK wurde in erster Linie für die Schwerhydraulik entwickelt und wird vorzugsweise in doppelt wirkenden Zylindern eingesetzt. Die Bauform des Dichtsatzes OK und die Profileigenschaften passen gut zu den in der Mobilhydraulik gestellten Anforderungen und Betriebsbedingungen. Somit zeichnet sich dieser Dichtsatz neben seiner extremen Verschleißfestigkeit noch durch weitere positive Eigenschaften aus:

  • Unempfindlichkeit gegen extreme Druckspitzen
  • hohe Extrusionsbeständigkeit bei hohen Drücken und großen Spalten
  • einfache Montage ohne Hilfswerkzeug auf einteilige Kolben durch geteilte Ausführung des Dichtringes
  • Abmessung gemäß ISO 7425-1
  • kurze axiale Einbaulänge.

Der Dichtring des Kolbendichtsatzes OK besteht aus dem gefülltem modifizierten Thermoplast W5019, der sich durch hohe Ex-trusionssicherheit, auch bei hohen Drücken und großen Spalten auszeichnet.

Zentrische Führung

Um die Kolbenstange auch bei schwersten Arbeitsbedingungen in zentrischer Lage zu halten, bevorzugt Parker-Prädifa in der Mobilhydraulik Führungsringe basierend auf duroplastischen Kunststoffharzen mit Gewebeverstärkungen. Dies entspricht den Führungsringen FR und FK im Werkstoff Q5038. Das geringe Führungsspiel, bedingt durch kleinste Fertigungstoleranzen sowie die höhere zulässige Flächenpressung der Führungswerkstoffe, sorgt für ein zuverlässig zentrisches Führungsverhalten der Kolbenstange in der Anwendung. Somit werden weder die Oberfläche der Kolbenstange noch die Dichtelemente in Mitleidenschaft gezogen. Kolbenführungsringe FK sind am Außen-, Stangenführungsringe FR sind am Innendurchmesser vorgespannt.

Im Vergleich zu thermoplastischen Kunstoffen und anderen Führungsbandmaterialien weisen duroplastische Kunststoffharze folgende Vorteile auf:

  • Hohe Druckfestigkeit
  • höhere zulässige Flächenpressung
  • extremer Verschleißwiderstand
  • verbesserte Gleiteigenschaften
  • hohe Beständigkeit bei aggressiven Medien
  • einfache Schnappmontage auf einteiligen Kolben, sowie in geschlossene und hinterschnittene Einbauräume.

Fazit

Das Parker-Tandem-Dichtsystem hat sich bereits in den verschiedensten Anwendungen und Umgebungsbedingungen bewährt. Durch die kontinuierliche Weiterentwicklung des Dichtungsdesigns und der Dichtungswerkstoffe werden die Dichtsysteme den wachsenden Anforderungen der Endanwender immer wieder angepasst. Neben der konstruktiven Dichtungsauslegung trägt auch die Wahl der Werkstoffe den jeweiligen Einsatzerfordernissen, gesetzlichen Vorschriften für Druckmedien in bestimmten Regionen wie auch besonderen klimatischen Bedingungen Rechnung. fa

Autor: Fabio Bueti, Engineered Materials Group Europe