Dichtungslösungen für Industrielager

Um ordnungsgemäß und dauerhaft zu funktionieren, müssen die Lager vor Schmierverlust und äußerer Verschmutzung geschützt werden. Herkömmliche Kontaktöldichtungen können jedoch Geräte schwer beschädigen. Dieses Rätsel kann gelöst werden, indem berührungslose Isolatoren verwendet werden, die sowohl die Lager als auch die Ausrüstung, in die sie eingebaut sind, schützen.

Öldichtungen werden weiterhin verwendet, obwohl normalerweise mindestens zwei und manchmal drei solcher Dichtungen erforderlich sind, um die gleiche Leistung wie ein einzelner Lagerisolator zu erzielen.

Lagerisolatoren bestanden ursprünglich aus Metallkomponenten mit einfachen Bahnen zur dynamischen Abdichtung und O-Ringen zur statischen Abdichtung von Welle und Bohrungsgehäuse. Seitdem haben sie sich zu hochentwickelten Geräten mit engen Toleranzen und komplexen Pfaden mit scharfen Richtungsänderungen entwickelt.

Zu den Bedingungen, die zu einem Lagerausfall führen, gehören das Abwaschen der Ausrüstung, unzureichende Labyrinthdichtungen (LER) und chemischer Angriff. Diese können mit handelsüblichen Lagerisolatoren verhindert werden.

Obwohl Größe und Temperatur im Allgemeinen als ausreichende Informationen für eine effektive Dichtungslösung gelten, müssen auch die Anwendung selbst, Medien, Druck, Geschwindigkeit und alle erforderlichen speziellen Eigenschaften bekannt sein. Anwendungsdatenblätter sollten ausgefüllt und den Anwendungs- und Produktingenieuren zur Überprüfung vorgelegt werden, um sicherzustellen, dass alle relevanten Informationen bereitgestellt wurden.

Lagerisolatorkonstruktion

Industriestandards schränken die Auswahl an brauchbaren Lagerisolatoren weiter ein. Zum Beispiel spezifiziert das American Petroleum Institute funkenfreie Materialien für Lagerisolatoren, die in der Erdöl-, chemischen Hochleistungs- und Gasindustrie verwendet werden.

Diese Anforderung wurde auch von anderen Industrien übernommen, was Bronze zum Material der Wahl für Lagerisolatoren macht. Wenn keine Metallkonstruktion erforderlich ist, können PTFE-Mischungen verwendet werden, um chemikalienbeständige Lagerisolatoren für den Einsatz in pharmazeutischen und anderen Anwendungen geeignet zu machen.

Standardlagerisolatoren sind in der Regel mit O-Ringen ausgestattet, die bei unsachgemäßer Spezifikation als erste Komponente bei chemischem Angriff und extremen Temperaturen versagen. Anstelle der standardmäßigen braunen FKM-O-Ringe kann je nach Anwendung auch PTFE-ummanteltes FKM, AFLAS oder Silikon verwendet werden.

Lagerisolatoren halten bis zu siebenmal länger als herkömmliche Öldichtungen und bieten sowohl Schmiermittelrückhalt als auch den Ausschluss von Verunreinigungen. Darüber hinaus können sie jetzt auch elektrisch abdichten. Das Drehmoment und die Leistung von elektrischen Induktionsmotoren, die durch Pulsbreitenmodulations-(PMW-)Variable-Frequenz-Antriebe (VFDs) gesteuert werden, können so eingestellt werden, dass sie mit 40 % niedrigerer Drehzahl laufen, um erhebliche Energieeinsparungen zu erzielen.

Ungeregelte Induktionsmotoren arbeiten nach einem dreiphasigen Sinuswellen-Leistungsschema, bei dem sich Frequenz, Phase und Amplitude der Eingangsleistung für einen symmetrischen Stromkreis zu Null addieren. Wenn VFDs verwendet werden, wird die Leistung in kontrollierten Impulsen geliefert, die als Rechteckwellen- oder Sechsstufenspannung bezeichnet werden.

Diese Impulse erzeugen eine kapazitiv gekoppelte Gleichtaktspannung (CMV) auf der Welle, die dem Weg des geringsten Widerstands zur Erde folgt, normalerweise durch die Lager. Der Ölfilm bietet keine ausreichende Isolierung, um zu verhindern, dass diese übermäßige, unausgeglichene Spannung von den inneren zu den äußeren Laufringen des Lagers überschlägt. Diese Lichtbogenbildung wirkt als Heftschweißen, und Lochfraß durch Elektroerosion (EDM) führt zu Riffelschäden und schließlich zum Ausfall des Lagers. Dieser Schaden erzeugt ein hohes Geräusch, wenn die Lagerelemente über die geriffelten Laufringe rollen.

Wellenerdung

Um diesen Schaden zu vermeiden, wurden herkömmlichen Lagerisolatoren leitfähige Bürsten hinzugefügt, um zu verhindern, dass Spannung durch die Lager geleitet wird. Dadurch wird ein Pfad mit noch weniger Widerstand als die Lager bereitgestellt, sodass die Überspannung sicher zur Erde geleitet werden kann.

Jegliches CMV von der Welle wird von den Bürsten abgeleitet, wodurch EDM verhindert wird. Auf der Nichtantriebsseite eines Motors kann eine zusätzliche dynamische Abdichtung bereitgestellt werden, indem ein herkömmlicher Lagerisolator installiert wird. Für große Hochleistungsmotoren werden isolierte Lager empfohlen, um Streuspannungen durch die leitfähigen Bürsten zu drücken.

Außerdem müssen die Lager vor dem Eindringen von Verunreinigungen von außen geschützt werden. Industrien wie Bergbau, Stromerzeugung und Primärmetallerzeugung setzen Ausrüstungen rauen Bedingungen aus. In diesen Umgebungen halten Lagerisolatoren bis zu drei Jahre, verglichen mit nur drei bis sechs Monaten für eine typische Kontaktlippendichtung.

Filter für externe Verunreinigungen

Für besonders verschmutzte Anwendungen wie Kohlemühlen und Grubenwagen werden Luftfilter in Lagerisolatoren integriert. Diese Filter bestehen aus geschlossenzelligem Schaumstoff und verhindern, dass Verunreinigungen in die Dichtungswege gelangen. Der strapazierfähige Schaumstoff wird in eine Nut im Isolator eingesetzt und leitet Verunreinigungen zu einem Ablassanschluss.

Geteilte Öldichtungen werden seit langem verwendet, um die Demontage von Geräten für die Installation zu vermeiden. Lagerisolatoren sind mit einigen Einschränkungen auch in geteilten Ausführungen erhältlich, darunter nichtmetallische, überflutete und Hybridisolatoren, die aufgrund ihres Konstruktionsmaterials oder ihrer Anwendungsanforderungen nicht geteilt werden können.

Überflutete Anwendungen

Anwendungen, bei denen der Schmierstoffstand über der Ablassöffnung liegt, schließen die Verwendung herkömmlicher Lagerisolatoren aus, bei denen Schmiermittel durch die Labyrinthwege strömt und austritt.

Sie werden auch lecken, wenn sie mit ungelüfteten Zwangsschmiersystemen verwendet werden, die Druckunterschiede in den Leitungen erzeugen. Die Kanäle halten weder positiven noch negativen Druck, so dass diese Druckunterschiede dazu führen, dass Schmiermittel durch das Labyrinth austritt, wie es bei Überflutung der Fall wäre.

Dieses Problem wurde durch die Entwicklung einer Hybriddichtung mit Fähigkeiten gelöst, die über die herkömmlicher Isolatoren hinausgehen. Diese Dichtungen für überflutete Anwendungen können vollständig eingetaucht werden und halten so viel Druck wie die meisten Allzweck-Öldichtungen.

Die Vielfalt industrieller Dichtungsanwendungen erfordert eine individuelle Abstimmung mit Lagerisolatoren unter Erfassung und Berücksichtigung aller relevanten Daten. Dies erfordert Sorgfalt, belohnt aber mit einer optimalen Lösung zum Schutz der Lager und zur Verlängerung der Lebensdauer von Maschinen und Anlagen.

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Patrick Rhodes ist Anwendungsingenieur bei Garlock Sealing Technologies, Palmyra, NY.