Die Wahrheit der Dichtung

Dichtungstechnik - Die Ansprüche an Dichtungen steigen permanent, und trotz zunehmender Belastungen erwarten die Anwender lange Standzeiten. Handfeste Unterstützung für Maschinenbauer leisten Wissenschaftler der Universität Stuttgart.

02. April 2007

Ein zunehmend anspruchsvolles Gebiet der Ingenieurwissenschaften ist die Dichtungstechnik: Einerseits wachsen die Belastungen für das Dichtungsmaterial immer weiter, andererseits erwarten die Anwender zunehmend längere Standzeiten bei zugleich geringstem Serviceaufwand. Das hehre Ziel bleibt dabei die berührungslose Dichtung, die nach wie vor ein wichtiges Forschungsgebiet ist. In der Zukunft wird die kontaktfreie Dichtungstechnik vermehrt Verwendung finden, prophezeit deshalb Professor Dr.-Ing. habil. Werner Haas vom Institut für Maschinenelemente der Universität Stuttgart. Er leitet dort die Abteilung für Dichtungstechnik und ist sicher: »Wer glaubt, die Entwicklung von Dichtungen, bei denen kein Kontakt zwischen Dichtung und Wellen stattfindet, sei Schnee von gestern, der irrt.«

Ein Problem bei vielen Anwendungen sei die geringe Beachtung, die den Dichtungen oft zuteil wird, sagt der Wissenschaftler: »Die Bedeutung von Dichtungen wird regelmäßig unterschätzt«. Einen Grund für diese häufige Vernachlässigung eines wichtigen Themas sieht Haas in der Einkaufspolitik vieler Hersteller von Fahrzeugen, Getrieben und Baumaschinen, die oft nur nach dem Preis pro Stück fragen und erst in zweiter Linie nach der erwarteten Lebensdauer einer Dichtung. Der Wissenschaftler ist jedoch Realist genug, zu erkennen, dass diese kurzfristige Denkweise nicht so schnell aussterben wird, und stellt fest: »Ob sich das durch die viel diskutierten Life-Cycle-Cost-Betrachtungen kurzfristig ändert, wage ich zu bezweifeln.«

Rat und Hilfe für Unternehmen

Dabei muss guter Rat in dichtungstechnischen Fragen gar nicht teuer sein. Dies beweist Haas’ Institut unter anderem durch produkt- und herstellerneutrale Beratungsleistungen für interessierte Unternehmen. Zudem stehen die Stuttgarter Wissenschaftler den Industrieunternehmen auch als Partner für gemeinsame Entwicklungsprojekte zur Verfügung. Eine Möglichkeit zur schnellen Vorabinformation über die Grundlagen oder zur Klärung eines Fachbegriff es bietet zudem die Internetseite www.fachwissendichtungstechnik.de, die Haas’ Vorgänger Prof. em. Dr. Heinz Konrad Müller gemeinsam mit dem englischen Dichtungstechnikforscher Dr. Bernard S. Nau betreibt.

Das Stuttgarter Institut besitzt reichhaltige Erfahrung in Forschung und Entwicklung zur berührungsfreien Dichtungstechnik. Bevor dieses Verfahren entwickelt wurde, versagten immer wieder Dichtungen durch Verschleiß. Die Probleme betrafen beispielsweise Getriebe für Schienenfahrzeuge, in denen früher Radialwellendichtungen eingesetzt waren, erinnert sich Haas: »Dabei konnten wir nachweisen, dass sich die Wartungsintervalle der Getriebe vergrößern und der Wartungsaufwand außerdem minimieren lässt, wenn eine Konstruktionslösung zum Tragen kommt, bei der berührungsfreie Dichtungen den Austritt des Getriebeöls verhindern.«

Heute ist die Technik so weit entwickelt, dass auch bei einer unsanften Fahrt der Lokomotive über eine Weiche keine Leckagen auftreten. »Voraussetzung dafür sind allerdings profunde Erfahrungen hinsichtlich der Gestaltung der Dichtstelle«, weiß Haas. Wichtig ist es dabei vor allem, eine dauerhafte Überflutung von berührungsfrei gestalteten Dichtstellen grundsätzlich zu vermeiden. Maschinenbau-Unternehmen sollten deshalb bereits am Anfang von Gestaltungsprozessen ein Dichtungskonzept in der Schublade haben, rät Haas: Nachträgliche Änderungen seien nämlich oft nur sehr eingeschränkt möglich.

Trotz der großen Vorteile der berührungsfreien Dichtungstechnik ist im Alltag jedoch die kontaktierende Dichtung nach wie vor der Standard der meisten Praktiker. Die größte Herausforderung für Konstrukteure ist dabei heute der Wunsch der Maschinenbauunternehmen, ihren Kunden einen möglichst geringen Wartungsbedarf zu bieten. Verschärfend hinzu kommen dabei die immer längeren Gewährleistungsfristen für die Hersteller, weiß Haas und erklärt: »In dieser Phase will der Maschinenbauer möglichst keinen Instandsetzungsbedarf haben, weil sonst regelmäßig eine Diskussion in Gang gesetzt wird, ob der Wechsel einer verschlissenen Dichtung eine Garantieleistung darstellt oder ob sie vom Anwender getragen werden muss.«

Die Anforderungen an die Dichtungshersteller sind nicht zuletzt deshalb so hoch, weil geringfügige Modifikationen an den Maschinen oft die Betriebsbedingungen für die Dichtung entscheidend verändern. Verwendet beispielsweise ein Baumaschinenhersteller bei seinen Hydraulikzylindern anstelle der bisher unbeschichteten Kolbenstangen jetzt hartverchromte oder keramisch beschichtete Kolbenstangen, kann es passieren, dass an einer bisher problemlosen Dichtstelle plötzlich Leckagen auftreten - während der Maschinenbauer aber vermutet, dass die Dichtungen verändert wurden.

Kleine Änderung, große Folgen

Probleme bereiten den Dichtungsherstellern häufig auch eine unvorhergesehene Änderung der Fluide oder deren Additive, weiß der Stuttgarter Professor: »Hier müssen die Dichtungshersteller oft wirklich akribische Detailarbeit leisten.« Diese Komplexität der Materie mache es deshalb erforderlich, dass alle beteiligten Partner an einem Strang ziehen. Ziel sei es dabei, sogenannte Verträglichkeitsgruppen zu definieren, von denen man mit an Sicherheit grenzender Wahrscheinlichkeit annehmen dürfe, dass an den entsprechenden Dichtstellen systemtechnische Harmonie herrscht. Zwar sieht Haas einen höheren Handlungsbedarf bei axialer Gleitreibung als bei rotativen Systemen, dennoch sollte auch die Abdichtung an rotierenden Wellen in die gemeinsame Forschungsaktivität einbezogen werden. Beachtet werden müssten zudem auch das Einbauumfeld und die Betriebsbedingungen - ob also beispielsweise eine Welle waagrecht liegt oder senkrecht aus dem Getriebegehäuse herausgeführt wird.

Beim Thema Dichtungswerkstoff e beansprucht Haas für sein Institut, »dass es keinen Trend gibt, den wir nicht erkennen oder meist sogar mit vorbereitet haben«. Der Umstellung vieler anspruchsvoller Anwendungen mit Dichtungskörpern aus Polyurethan werde ein weiterer Hightech- Kunststoff folgen, sagt Haas voraus. Den Universal-Dichtungswerkstoff werde es allerdings nie geben: »Je diffiziler die Anforderungen sind, mit denen die Dichtungshersteller konfrontiert werden, desto unwahrscheinlicher wird es, die Aufgabe mit Standard-Dichtungswerkstoff en lösen zu können.« Angesichts der hohen Kosten werden die großen Hersteller sich jedoch ebenso wenig darauf einlassen, für geringe Bedarfe kundenspezifische Formulierungen zu entwickeln. Als Alternative sieht Haas kleine Reaktoren, mit denen manche Dichtungshersteller dann ihre Ausgangsmaterialien selbst cracken und eigene Blends in kleinen Mengen produzieren können und so in der Frage der Zutaten oder des Vernetzungssystems sehr flexibel bleiben.

Gerhard Vogel

Erschienen in Ausgabe: 02/2007