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Kugellager abdichten - Dichtungen, Dichtscheiben und Deckscheiben
Kugellager sind entscheidende Komponenten in vielen Maschinen und Geräten und spielen eine zentrale Rolle für die reibungsarme Bewegung von Teilen. Der konstruktive Schutz von Wälzlagern vor Überlastung und Ausfall durch Überhitzung, Verunreinigung und äußeren Einflüssen ist daher eine der grundlegenden Aufgaben eines Konstrukteurs. So kann man Kugellager abdichten oder bereits werkseitig abgedichtete Wälzlager verwenden, um eine möglichst lange Nutzungsdauer zu ermöglichen. Zur Minimierung von Reibung und Verschleiß ist es notwendig, eine ausreichende Schmierung der eingesetzten Lager sicherzustellen. Im Rahmen der Wartung sind die Kugellager daher zu kontrollieren und ggf. nachzuschmieren. In der modernen Industrietechnik werden jedoch zunehmend selbstschmierende bzw. lebensdauergeschmierte Wälzlager eingesetzt, die bereits herstellerseitig über entsprechende Dichtelemente und Schmiermitteldepots verfügen.
Was sind Dichtungen und Deckscheiben für Kugellager?
Dichtungen und Deckscheiben sind speziell entworfene Komponenten, die dazu dienen, das Innere von Lagern im Allgemeinen vor externen Verunreinigungen zu schützen und gleichzeitig zu verhindern, dass Schmiermittel austritt. Deckscheiben zählen zu den nicht schleifenden (kontaktlosen) Wälzlagerdichtungen. In der Regel werden Deckscheiben im Außenring des Kugellagers verpresst. Zwischen Innenring und Außenring bleibt ein Spalt bestehen, weshalb keine vollständige Abdichtung möglich ist. Nicht zu verwechseln sind Deckscheiben mit Dichtscheiben (auch Dichtscheiben aus Gummi) und Stauscheiben. Dichtscheiben gibt es in diversen Ausführungen. In Abhängigkeit von dem verwendeten Werkstoff und der Form der Dichtscheiben können diese auch als anliegende Dichtung ausgeführt sein. Daraus ergibt sich meist eine bessere Abdichtung des Lagers. Allerdings führt eine anliegende Dichtung zu Reibung und damit zu reibungsbedingten Energieverlusten und höheren Lagertemperaturen.
- 1 - Bohrung
- 2 - Stauscheibe
- 3 - Welle
Im Gegensatz zu Deckscheiben werden Stauscheiben in der Regel nicht direkt im Wälzlager integriert, sondern stillstehend neben dem Lager platziert. Sie halten das Fett in Lagernähe und vermindern den Fettaustritt auch bei höheren Umfangsgeschwindigkeiten oder bei sich verringernden Viskositäten des Schmierstoffs in hohen Temperaturbereichen.
Warum sind Dichtungen wichtig?
Offene Lager sind nicht in allen Situationen einsetzbar, z.B. nicht in Umgebungen, wo starke Verunreinigungen vorhanden sind. In diesen Fällen bieten sich Lager mit Gummi-Dichtungen an. Im Falle von Kugellagern haben die Dichtungen und Deckscheiben die Hauptfunktion, das Innere vor eindringendem Staub, Fremdpartikeln und Feuchtigkeit zu schützen, wodurch Drehbehinderungen durch festsitzende oder rostende Fremdkörper reduziert und die Haltbarkeit verbessert werden. Außerdem schützen Dichtungen vor ungewolltem Austritt von Schmiermitteln und erhalten so die Schmierwirkung im Kugellager aufrecht.
Arten von Dichtungen
Ganz allgemein lassen sich Dichtungen in zwei Kategorien einteilen: berührende und nicht berührende Dichtungen. Je nachdem, wie sich die zu versiegelnden Teile zueinander bewegen, werden außerdem die folgenden Arten von Dichtungen unterschieden: Statische Dichtungen (keine Bewegung), translatorische Dichtungen (geradlinige Bewegung) und rotatorische Dichtungen (drehende Bewegung). Die nachfolgende Tabelle gibt einen Überblick über Vor- und Nachteile von berührenden und nicht berührenden Dichtungen sowie einige Beispiele:
| Nicht berührend (kontaktlos) | Berührend (schleifend) | |
|---|---|---|
| Vorteile | Erzeugt keine Reibung, reduziert den Verschleiß und erhöht die Energieeffizienz geringere Anfälligkeit gegenüber Überhitzung und Abrieb für höhere Drehmomente geeignet |
Einfache Konstruktion resistent gegenüber Verschmutzungen liegen direkt an der abzudichtenden Stelle an und haben daher eine hohe Dichtungswirkung |
| Nachteile | empfindlich gegenüber Verschmutzungen | erzeugte Reibung kann zu Energieverlust führen |
- 1 - Offenes Rillenkugellager
- 2 - Einseitige Deckscheibe (z.B. Z)
- 3 - Beidseitige Deckscheibe (z.B. ZZ / 2Z)
- 4 - Kontaktlose Dichtung (z.B. VV oder 2RZ)
- 5 - Berührende Dichtung (z.B. DDU oder 2RS)
Für Kugellager können verschiedene Dichtungen eingesetzt werden. MISUMI bietet in diesem Zusammenhang ein breites Sortiment an Wellendichtringen und Rillenkugellagern mit unterschiedlichen Dichtungsoptionen. Bei der Auswahl helfen spezielle Wellendichtring-Tabellen.
Rillenkugellager mit verschiedenen Dichtungen
Rillenkugellager werden nach Art ihrer Dichtung mit unterschiedlichen Buchstabenkombinationen bezeichnet. Der nachfolgende Überblick stellt Rillenkugellager mit verschiedenen Dichtungsarten sowie ihre Vor- und Nachteile vor:
Z / 2Z (ZZ)
Z- bzw. 2Z-Rillenkugellager haben eine einseitige (Z) bzw. beidseitig (2Z) verbaute, berührungslose Deckscheibe. Rillenkugellager mit dieser Bezeichnung werden vorwiegend dort eingesetzt, wo Reibungsfreiheit im Vordergrund steht und die Verschmutzungsgefahr relativ gering ist. ZZ-Kugellager sind werkseitig mit Fett gefüllt und somit einbaufertig.
RS / 2RS
RS bzw. 2RS steht für eine Ausführung des Lagers mit berührenden Dichtscheiben, wobei RS für die einseitige und 2RS für die Ausführung mit beidseitiger Dichtscheibe steht. Auch andere Bezeichnungen zu Kugellagern mit berührenden Dichtscheiben sind üblich. Aufgrund der Vielfältigkeit der Formen von Dichtscheiben möchten wir hier nur auf einige davon eingehen. Lager mit schleifender Dichtscheibe auf einer Seite des Lagers werden z.B. auch mit DU gekennzeichnet. Die Ausführung mit schleifender Dichtscheibe auf beiden Seiten des Lagers beschreibt die Kennzeichnung DDU. Kurzzeitige Temperaturen von bis zu 120 °C sind möglich. Durch eine sehr einfache Montage und Demontage gibt es keine Gefahr für Lagerschäden. Nachteile sind ein erhöhter Reibungswiderstand und eine Reduzierung der maximalen Drehbelastung.
RZ / 2RZ
RZ bzw. 2RZ steht für eine Ausführung des Lagers mit berührungsarmen oder berührungsfreien und armierten Dichtscheiben. Die einseitige Ausführung heißt RZ, die 2RZ ist die Ausführung mit beidseitiger Dichtscheibe. Berührungsarme Dichtscheiben haben ebenfalls weitere Bezeichnung, beispielsweise die Ausführung V bzw. VV, hier steht V für die einseitige berührungsfreie Dichtscheibe und VV für die beidseitige Ausführung.
Wellendichtringe
Neben den Dichtungen und Dichtscheiben gibt es weitere konstruktive Lösungen wie Wellendichtringe, auch Simmerringe genannt (nach ihrem Entwickler Walther Simmer). Wellendichtringe schützen Wellen und Lager vor Staub, Flüssigkeiten und weiteren Verunreinigungen. Zusätzlich verhindern sie das Austreten von Flüssigkeiten oder Schmiermitteln aus einer rotierenden Welle oder Achse. Es gibt unterschiedliche Wellendichtring-Bauformen, z.B.:
- Radialwellendichtring
- Axialwellendichtring
- Labyrinthdichtung
- Teflondichtung
Radialwellendichtring
Ein Radialwellendichtring ist eine Lippendichtung für die Abdichtung von rotierenden Wellen. Sie werden mit festem Sitz im Gehäuse oder Gehäusedeckel verbaut. Ein Radialwellendichtring besteht in der Regel aus einer Dichtlippe, einem metallischen Versteifungsring und einer ringförmigen Schraubenzugfeder.
- 1 - Dichtlippe
- 2 - Schraubenzugfeder
- 3 - Metallring
Die Dichtlippe wird zusammen mit dem Federring beim Aufschieben auf die Welle aufgeweitet. Die Dichtlippe liegt direkt auf der Oberfläche der rotierenden Welle. Radialwellendichtringe werden häufig für Lager mit zweiteiligem Gehäuse eingesetzt.
In der Regel sind Radialwellendichtringe berührende Dichtungen, können aber bei hohen Drehzahlen auch berührungslos konstruiert sein.
Kriterien für die Auswahl von Dichtungen und Deckscheiben
Folgende Kriterien sollten bei der Auswahl von Dichtungen und Deckscheiben berücksichtigt werden:
- Art der Abdichtung oder Abdeckung: Den Hauptzweck bestimmen (Eindringen von Flüssigkeiten verhindern oder lediglich Öffnung abdecken). Reicht eine nicht berührende Dichtung oder erfüllt nur eine berührende Dichtung den Zweck?
- Umgebungsbedingungen: Parameter wie Temperatur, Feuchtigkeit, Chemikalienexposition und Druck müssen bestimmt werden.
- Materialauswahl: Die Materialauswahl hängt von den Medien ab, denen die Dichtung ausgesetzt ist, wie z.B. Öl, Wasser, Säuren, Laugen oder aggressive Chemikalien. Gängige Materialien umfassen Gummi, Elastomere, Teflon, Metalle und Kunststoffe.
- Mechanische Belastungen: Zu beachten sind mechanische Belastungen wie Vibrationen, Stoßbelastungen und Bewegungen, die auf die Dichtung oder Deckscheibe wirken könnten. Die Dichtungen sollten in der Lage sein, diese Belastungen ohne Beschädigung oder Leckagen zu bewältigen.
- Wirtschaftlichkeit: Kostenfaktoren (z.B. Stückzahlen, erwartete Wartungsaufwände) sind zu berücksichtigen.
Materialwahl für Dichtungen
MISUMI bietet Dichtungen z.B. aus folgenden Materialien:
- Nitrilkautschuk (NBR): NBR ist besonders ölbeständig (v.a. gegen Hydrauliköle, Mineralöle u.a.), witterungsbeständig und bietet eine gute allgemeine Beständigkeit gegen viele Chemikalien. Der Einsatzbereich liegt bei -40 bis 108 °C. NBR wird häufig in Flachdichtungen verwendet (sind statische Dichtungen, die als Dichtelement z.B. zwischen zwei Flanschen verbaut werden).
- Fluor-Kautschuk (FKM - auch als Viton bekannt): FKM zeichnet sich durch eine ausgezeichnete Beständigkeit gegenüber Chemikalien, hohen Temperaturen und verschiedenen Ölen und Brennstoffen aus. Außerdem hat FMK eine geringe Gasdurchlässigkeit. Spezielle FKM-Dichtungen sind besonders beständig gegenüber Säuren u.a.
- Polytetrafluorethylen (PTFE - auch als Teflon bekannt): PTFE zeichnet sich durch niedrige Reibung und eine sehr hohe Temperaturbeständigkeit aus (200 bis 260 °C, kurzzeitig bis zu 300 °C). Es kann aggressiven Chemikalien ausgesetzt werden.
