Prüflabor, Bild: FST

Um das Potenzial der eigenen Dichtungen zu ermitteln, untersucht Freudenberg Sealing Technologies im eigenen Prüflabor auch Dichtungen anderer Anbieter im Langzeittest. Bild: FST

Hydraulikzylinder leisten Schwerstarbeit, ob im Gabelstapler, in Traktoren oder in schweren Baumaschinen. Das stellt die eingebauten Dichtungen vor große Herausforderungen. Bei ihrer Auswahl spielen daher Systemdruck, Größe des Zylinders und Arbeitstemperatur eine zentrale Rolle. So muss beispielsweise die Stangendichtung für eine Maschinenhydraulik in der Bauindustrie einem Betriebsdruck von bis zu 400 bar standhalten. Häufig werden sie aber nur Standardtests wie der ISO 7986 unterzogen, deren Prüfdruck gerade mal halb so groß und die Prüftemperatur weitaus niedriger ist, als sie in Maschinen auftreten kann. Gravierend in diesem Zusammenhang ist, dass Dichtungen in Datenblättern zwar explizit für Einsatzbedingungen bis 400 bar und 100 °C ausgewiesen sind, bei einem Dauertest mit diesem Druck und dieser Temperatur aber bereits nach ein paar hundert Zyklen versagen. Und das gilt nicht nur für sogenannte Billiganbieter, sondern auch für renommierte Unternehmen.

Die Folgen: kürzere Wartungsintervalle und steigende Betriebskosten. Ein Totalausfall kann sogar zu einer Gefährdung von Mensch und Maschine führen.

Leistungspotenzial von Hydraulikdichtungen erfassen

Freudenberg Sealing Technologies legt stets einen hohen Prüfmaßstab an, um das Leistungspotenzial der eigenen Hydraulikdichtungen genauer zu erfassen: 400 bar, 100 °C und 50.000 Prüfzyklen. Bei diesen Parametern zeigt sich sehr schnell, ob eine Dichtung für die mittlere bis schwere Mobilhydraulik geeignet ist. Im Vergleich dazu sind die üblichen Tests mit 200 bar, 85 °C und 1 Millionen Zyklen nicht nur zeitlich deutlich aufwändiger, sie verfälschen durch die geringen Belastungen auch das Prüfergebnis für die Leistungsfähigkeit der Dichtung.

Um das Potenzial der eigenen Dichtungen zu ermitteln, hat das Unternehmen auch Dichtungen anderer Anbieter im Markt im Langzeittest untersucht. Getestet wurden Stangen- und Kolbendichtungen, die der Hersteller in seinem Katalog beziehungsweise Datenblatt für einen Einsatzbereich bis 400 bar und 100 °C spezifiziert hat. Auf dem ersten Prüfstand mit vier Hydraulikzylindern (acht Stangendichtungen) wurden die Auswirkungen bei jedem Ein- und Ausfahren gemessen; die eine Dichtung wird in Druckrichtung (stemmend), die andere entgegen der Druckrichtung (ziehend) belastet.

Sowohl die geprüfte Stangendichtung T20 von Freudenberg Sealing Technologies als auch die eines anderen Anbieters haben die Abmessungen 50-65-10 (Innendurchmesser, Außendurchmesser und Breite im mm). Die Prüfparameter im Test sind 400 bar, 100 °C, 50.000 Zyklen, eine Kolbengeschwindigkeit von 0,3 m/s und ein Hydrauliköl mit einer 46er Viskosität als Medium

Grafik Bewegung Kolbenstange, Bild: FST
Versuchsaufbau für die Prüfung der Stangendichtungen. Bild: FST

Verglichen wurden Länge der Extrusionsfahnen, Abrasionsgrad und mittlerer Leckagewert. Vor und nach den Versuchen wurde die Radialkraft und die Interferenz als Maß der Überdeckung zwischen Dichtung und Einbauraum erfasst. Eine der häufigsten Ursachen für den Ausfall von Dichtungen in Hydraulikzylindern ist die Spaltextrusion. Bei diesem Vorgang wird die Dichtung durch den Systemdruck in den Gleitspalt gepresst. Dadurch bilden sich Extrusionsfahnen an der Dichtung, die mit steigender Betriebsdauer immer länger werden oder abbröckeln können. Reduziert wird die Lebensdauer zusätzlich durch den ständigen Abrieb, was zum Beispiel die Vorspannung oder Überdeckung senkt.

Hauptursache hierfür, neben der Rauheit der Laufflächen, ist die mangelnde Verschleißfestigkeit des Dichtungswerkstoffes. Die Leckage einer Stangendichtung steigt ebenfalls mit zunehmender Lebensdauer an. Das hängt von der Veränderung der Dichtungsgeometrie im Kontaktbereich zur Stange ab, was wiederum sowohl mit der Spaltextrusion als auch mit dem Verschleiß der Dichtkante zusammenhängt und letztendlich die Ölrückförderung und damit die Dichtigkeit beeinflusst.