Inhaltsverzeichnis
Abdichtung der Lagerstelle
Die Abdichtung bestimmt die Funktion und Gebrauchsdauer eines Lagers maßgeblich mit
Um das Lebensdauerpotenzial eines Wälzlagers optimal zu nutzen, muss der Austritt des Schmierstoffs (Fett, Öl) zuverlässig vermieden und das Lager vor dem Eindringen fester und flüssiger Verunreinigungen (z. B. Staub, Schlamm, Wasser, Reinigungsflüssigkeit) sicher geschützt werden ➤ Bild.
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Prinzip einer Dichtstelle
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Schmutzpartikel können das Lager schädigen
Dringen Schmutzpartikel in das Lager ein, entstehen durch das Überrollen der Partikel im Wälzkontakt Eindrückungen, die Laufgeräusche verursachen und Initialstellen für eine schnell fortschreitende Materialermüdung sein können.
Abrasiv wirkende Verunreinigungen
Bei abrasiv wirkenden Verunreinigungen im Lager verschleißen die Wälzpartner und es kommt zur fortschreitenden Vergrößerung des Lagerspiels. Mit zunehmender Betriebsdauer reduziert sich dadurch insbesondere die Laufgenauigkeit des Lagers, bis hin zu seinem Ausfall.
Flüssige und dampfförmige Medien
Gelangen flüssige oder dampfförmige Medien in das Lager, werden die Schmierbedingungen in den Wälzkontakten gestört. Zusätzlich kommt es bei korrosiven Medien zur oxidativen Schädigung der Oberflächen. Beides verringert die Gebrauchsdauer der Lager erheblich.
Die wirksame Abdichtung der Lagerstelle ist somit entscheidend für die lange Gebrauchsdauer eines Wälzlagers.
Berührungsfreie oder berührende Dichtungen
Es wird prinzipiell zwischen berührungsfreien und berührenden Dichtungen in der Anschlusskonstruktion und im Lager unterschieden.
Berührungsfreie Dichtungen
Berührungsfreie Dichtungen sind reibungsfrei
Berührungsfreie Dichtungen eignen sich bevorzugt für Anwendungen mit hohen Drehzahlen sowie bei hohen Anforderungen an die Reibungsfreiheit und niedrige Eigenerwärmung. Sie sind, abgesehen von einer geringen Schmierstoffreibung im Dichtspalt, reibungsfrei. In der Regel sind berührungsfreie Dichtungen verschleißfrei und haben eine nahezu unbegrenzte Gebrauchsdauer.
Maßnahmen, die das Eindringen von Flüssigkeiten in das Lager im Stillstand verhindern
Um das Eindringen von Flüssigkeiten im Stillstand zu vermeiden, sind zusätzliche Dichtmaßnahmen notwendig, z. B. die Versorgung mit Sperrmedien. Für höhere Dichtheitsanforderungen wird ein relativ großer Bauraum für Labyrinthkonstruktionen benötigt.
Fettabdichtung durch Stau- und Deckscheibe
Still stehende Stauscheiben verhindern den Fettaustritt
Bei fettgeschmierten Lagern lässt sich am still stehenden Lagerring ein Fettaustritt in vielen Fällen durch einfache Stauscheiben verhindern. Je nach Einbau- und Betriebssituation werden die Scheiben an ihrem äußeren oder inneren Rand verspannt ➤ Bild. Der Fettkragen, der sich am Dichtspalt bildet, schützt bei geringem Schmutzanfall von außen.
Bauraumsparende Lösungen sind Lager mit ein- oder beidseitig integrierten Deckscheiben
Für Konstruktionen, bei denen neben dem Lager kein Platz für die Dichtung ist, gibt es Wälzlager mit integrierten Deckscheiben auf beiden Seiten ➤ Bild; siehe Produktkapitel. Diese Lager werden mit einer Fettfüllung geliefert. Lager mit nur einer Deckscheibe auf einer Seite sind ebenfalls handelsüblich.
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Stauscheiben und integrierte Deckscheiben
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Spaltdichtungen
Enger Spalt zwischen Welle und Gehäuse
Ein enger Spalt zwischen der Welle und dem Gehäuse ist eine einfache und in vielen Fällen ausreichende Abdichtung gegen den Austritt von Fett und bei leichtem Schmutzanfall von außen ➤ Bild. Der Dichtspalt kann relativ eng gehalten werden.
Rillen im Gehäuse erhöhen die Dichtwirkung bei Fettschmierung
Durch mehrere in die Durchgangsbohrung des Gehäuses eingebrachte Rillen kann die Dichtwirkung des Spaltes bei Fettschmierung erhöht werden ➤ Bild. Die Rillen wirken als Stauräume und erschweren das Eindringen von Verunreinigungen sowie den Austritt des Schmierstoffs.
Spiralförmige Rillen dienen zur Ölrückförderung
Bei Ölschmierung und waagerechter Welle erhalten manche Gehäusedurchgangsbohrungen eine spiralförmige Rille ➤ Bild. Entsprechend der Drallrichtung im Verhältnis zur Drehrichtung der Welle wird das an der Welle entlang kriechende Öl in das Gehäuse zurückgefördert oder es werden Verunreinigungen aus dem Spalt nach außen transportiert. Eine ähnliche Abdichtwirkung erreicht man, wenn die spiralförmige Rille auf der Welle angebracht ist.
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Spaltdichtungen
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Spritzkanten und Schleuderscheiben
Die Dichtwirkung erfolgt durch Rotation und Fliehkraftförderung
Bei Spritzkanten und Schleuderscheiben wird durch Rotation und Fliehkraftförderung eine Dichtwirkung erzielt ➤ Bild und ➤ Bild. Spritzkanten können z. B. bei Ölschmierung und waagerechter Welle wirksam abdichten ➤ Bild. Das an der Buchse entlang kriechende Öl wird von den Spritzkanten abgeschleudert und fließt unten durch eine Ablaufbohrung in das Gehäuse zurück.
Die äußere Schleuderscheibe schirmt den Dichtspalt ab
Ist an der Dichtstelle mit starker Schmutzbelastung oder direkter Beaufschlagung von Flüssigkeiten zu rechnen, kann der Dichtspalt von außen mit einer Schleuderscheibe abgeschirmt werden ➤ Bild. Den gleichen Zweck erfüllt eine einfache Gummischeibe, die – ohne zusätzliche Befestigung – unter Spannung auf der Welle oder der Wellenbüchse sitzt ➤ Bild. Bei höheren Drehzahlen besteht jedoch bei der Gummischeibe die Gefahr, dass sie sich unter dem Fliehkrafteinfluss von der Welle löst. Deshalb gibt es auf Blecharmierungen vulkanisierte Schleuderscheiben, die sehr wirkungsvoll, z. B. bei Pkw-Radlagereinheiten der 1. Generation oder Wellenstützlagern, eingesetzt werden ➤ Bild.
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Spritzkanten
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Schleuderscheiben
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Labyrinthdichtungen
Schutz- oder Fanglabyrinthe liefern sehr gute Abdichtergebnisse
Eine erheblich höhere Dichtwirkung als Spaltdichtungen haben Labyrinthe, deren Spalten mit Fett gefüllt sind. Unterschieden wird zwischen Schutz- und Fanglabyrinthen.
Schutzlabyrinthe
Schutzlabyrinthe sind Fliehkraftdichtungen. Sie schützen Dichtstellen mit geringer äußerer Belastung durch Flüssigkeiten vor austretendem Fett und eindringendem Schmutz.
Fanglabyrinthe
Fanglabyrinthe sind sehr komplex gestaltete Labyrinthe mit Fangrinnen und Abführbohrungen im Gehäuse, die sich auch zur Abdichtung sehr stark mit Flüssigkeit beaufschlagter Dichtstellen eignen.
Die Ausbildung der Labyrinthe erfolgt mit radial oder axial gerichteten Stegen
Je nach Schmutzbelastung werden die Labyrinthe mit einem Steg oder mehreren Stegen ausgebildet ➤ Bild. Labyrinthe mit mehreren radial gerichteten Stegen kommen aus Einbaugründen nur bei geteilten Gehäusen in Betracht ➤ Bild. Ihr Vorteil liegt darin, dass das nach außen geschleuderte Fett in U-förmigen Gehäusenuten gehalten wird und so die Dichtwirkung verbessert.
Zur Verbesserung der Abdichtung erhalten die Labyrinthe häufig eine Fettfüllung
In der Praxis werden häufig auch mit Fett befüllte Labyrinthe zur besseren Schmutzabdichtung eingesetzt. Bei sehr schmutziger Umgebung wird von Zeit zu Zeit frisches Fett in die Dichtspalte nachgepresst und damit verschmutztes Fett aus der Dichtstelle herausgedrückt.
Ist z. B. bei Pendelrollenlagern mit größeren Winkelabweichungen der Welle zu rechnen, so besteht bei Labyrinthen nach ➤ Bild die Gefahr, dass die Stege aneinander streifen. Hier werden dann Labyrinthe mit abgeschrägten Stegen eingesetzt. Die Schräge ist der Bewegung um den Lagermittelpunkt angepasst ➤ Bild.
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Beispiele für Labyrinthdichtungen
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In das Lager integrierte Labyrinthdichtungen
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Fanglabyrinthe
Bei starker Flüssigkeitsbeaufschlagung und schwallartig überfluteten Dichtstellen werden sogenannte Fanglabyrinthe eingesetzt. Diese Dichtungen halten wirkungsvoll Flüssigkeiten ab, sofern die Dichtstelle nicht im Stillstand anhaltend überflutet wird.
Berührende Dichtungen
Durch den Anpressdruck auf der Gleitfläche entsteht bei berührenden Dichtungen Reibung im Dichtkontakt
Berührende Dichtungen liegen mit einem bestimmten Anpressdruck an ihrer Gleitfläche an. Sie stellen in vielen Fällen die bauraum- und kostengünstigste Lösung dar. Genereller Nachteil ist jedoch der Energieverlust durch die Reibung im Dichtkontakt.
Filzringdichtungen
Filzringe sind einfache Dichtungselemente bei Fettschmierung
Filzringe sind einfache Dichtungselemente, die sich vor allem bei Fettschmierung bewähren ➤ Bild. Der Filz bildet nach kurzer Laufzeit eine vorspannungsfrei anliegende Dichtfläche mit sehr guter Dichtwirkung gegen Staub. Die Ringe werden vor dem Einbau mit Öl getränkt.
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Filzringdichtungen
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Es sind auch mehrere Filzringe nebeneinander möglich
Bei nicht zu starker Verschmutzung genügt ein Filzring. Sind die Umweltverhältnisse ungünstiger, können mehrere Filzringe nebeneinander angeordnet werden.
Betriebstemperaturen bis +100 °C sind möglich. Bei höheren Temperaturen sind Dichtringe aus gewickelten Garnen erforderlich, die aus PTFE-, Graphit- oder Aramid- und Glasfasern bestehen und mit PTFE oder Graphit imprägniert sind.
Die Abmessungen der Filzringe und Ringnuten sind genormt und in DIN 5419 angegeben.
Metallische Dichtscheiben
Dichtbleche aus dünnem Blech sind eine gute Abdichtung bei Fettschmierung
Eine wirkungsvolle Abdichtung bei Fettschmierung lässt sich auch mit axial federnden, metallischen Dichtblechen erreichen ➤ Bild. Diese Dichtungen aus dünnem Blech werden an der Stirnfläche des Innen- oder Außenrings verspannt und liegen am anderen Lagerring federnd an. Um ein Fressen der Dichtzungen beim Einlaufen zu vermeiden, werden diese Scheiben vor dem Einbau gefettet.
Metallische Dichtbleche eignen sich, wenn keine statische oder druckfeste Abdichtung nötig ist
Im Dichtkontakt schleift sich die federnde Dichtscheibe während des Einlaufvorganges in den Lagerring ein und die Vorspannung baut sich ab. Es entsteht dabei eine Rille im Lagerring, die zusammen mit der Dichtkante ein kleines „Mikrolabyrinth“ mit leichtem Kontakt bildet. Prinzipbedingt eignen sich diese Dichtungen für Lagerstellen, die keine statische oder druckfeste Abdichtung des Lagers benötigen.
Bei doppelt angeordneten Blechen wird der Zwischenraum mit Fett gefüllt
Außer einfachen, federnden Dichtblechen gibt es auch doppelt angeordnete Bleche. Der Zwischenraum wird beim Einbau zusätzlich mit Fett gefüllt. Durch ihre geringe Baubreite lassen sich diese Dichtungen meist nachträglich und ohne konstruktive Änderungen der Umgebungskonstruktion einbauen.
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Dichtbleche aus Metall
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Dichtscheiben mit Elastomerdichtlippe
Im Lager integrierte Dichtscheiben werden bei geringem Bauraum eingesetzt
Bei geringem Bauraum werden häufig Wälzlager (z. B. Kugellager, Rollenlager, Pendelrollenlager, Toroidalrollenlager) mit integrierten Dichtscheiben eingesetzt; siehe Produktkapitel. Diese Dichtscheiben bestehen aus einer Blechscheibe zur Versteifung und haben eine anvulkanisierte Elastomerdichtlippe.
Zur Wahl stehen unterschiedliche Elastomere
Entsprechend den chemischen und thermischen Anforderungen können unterschiedliche Elastomere gewählt werden. In der Regel finden Nitril-Butadien-Kautschuke NBR Verwendung. Für Anwendungen mit höheren Temperaturen oder Drehzahlen werden häufig Dichtscheiben mit Dichtlippen aus Fluor-Elastomeren FKM eingesetzt.
Die Dichtlippe kann radial oder axial berührend sein
Dichtscheiben sind mit radial oder axial berührenden Dichtlippen verfügbar ➤ Bild. Sie eignen sich zur Abdichtung gegen Fettverlust und Schmutzeintritt bei geringen Druckunterschieden.
Dichtscheiben mit ein oder mehreren radialen Dichtlippen eignen sich auch zum Abdichten von Wälzlagern mit axialer Relativbewegung zwischen Innen- und Außenring (z. B. bei Pendelrollen- oder Toroidalrollenlagern).
Dichtscheiben mit axial anlaufenden Dichtlippen werden vor allem in Lagern mit geringerem axialem Betriebsspiel verwendet (z. B. in Rillenkugellagern).
Radial dichtende Dichtscheibe RSD
Dichtscheiben RSD haben eine radial abdichtende Dichtlippe und zeichnen sich durch geringe Dichtungsreibung aus ➤ Bild. Die Dichtlippe berührt initial sehr leicht die Welle (geringer oder kein Anpressdruck). Nach dem Einlaufen stellt sich ein minimaler Dichtspalt ein.
Radial berührende Dichtscheibe RSR
Radial berührende Dichtungen RSR sind mit einer Dichtlippengeometrie ähnlich einem Radialwellendichtring ausgeführt ➤ Bild. Die Winkel der Dichtkante sind so gewählt, dass die Förderwirkung im Dichtkontakt Flüssigkeiten von außen abweist und zur Schmierung der Dichtlippe eine geringe Menge Fett unter die Dichtkante gefördert wird.
Dichtscheibe axial innen abdichtend
Bei axial abdichtenden Dichtscheiben ist oft eine zusätzliche äußere Dichtlippe angebracht ➤ Bild. Die äußere Dichtlippe (Schutzlippe) ist berührungslos und bildet zusammen mit dem Einstich am Innenring ein zusätzliches Schutzlabyrinth gegen den Eintritt von Schmutz.
Dichtscheibe axial außen abdichtend
Eine Dichtungsgeometrie, die besonders für Anwendungen mit drehendem Außenring und hohen Anforderungen an das Rückhaltevermögen des Fetts ausgelegt ist, ist die Dichtscheibe mit axial berührender Dichtlippe nach ➤ Bild. Diese Dichtung hat eine erhöhte Dichtwirkung gegen Fettaustritt. Eine zusätzliche, berührungslose Abweislippe für das Fett sorgt für einen beruhigten Fettraum vor der axial nach außen abdichtenden Hauptdichtlippe.
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Dichtscheiben mit Elastomerdichtlippen
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Lippendichtungen
Lippendichtungen dichten radial oder axial ab
Lippendichtungen sind Dichtungen mit einer oder mehreren Dichtlippen, die axial oder radial abdichten. Diese Dichtungen sind überwiegend Elastomerdichtungen. Typische Bauformen zeigen ➤ Bild bis ➤ Bild.
Zweilippendichtung: Die innere Dichtlippe verhindert Schmierstoffaustritt, die äußere Schmutzeintritt
➤ Bild bildet eine Zweilippendichtung aus NBR für den Einsatz in Standard-Stehlagergehäusen ab. Die radial geteilte Dichtung lässt sich leicht in die Ringnut des Gehäuses einlegen. Den Eintritt von Schmutz verhindert die äußere Dichtlippe, die innere den Austritt von Schmierstoff. Fett zwischen den beiden Dichtlippen unterstützt die Dichtwirkung.
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Zweilippendichtung für Stehlagergehäuse
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V-Ring-Dichtungen sind axial wirkende Lippendichtungen
Eine axial wirkende Lippendichtung ist die V-Ring-Dichtung ➤ Bild. Der Ring besteht aus elastischem Gummi NBR. Beim Einbau wird er aufgeweitet und so auf die Welle geschoben, dass die Dichtlippe an der Gehäusewand anliegt.
Bei Umfangsgeschwindigkeiten über 12 m/s muss erfahrungsgemäß der V‑Ring radial festgelegt werden, damit er sich durch die Fliehkraft nicht löst. Konkrete anwendungsbezogene Umfangsgeschwindigkeiten sind grundsätzlich mit dem Dichtringhersteller abzustimmen.
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V-Ring-Dichtung
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Dreiteilig aufgebaute Lippendichtungen
Dreiteilig aufgebaute, ein- und mehrlippige Lippendichtungen (zwischen zwei Stahlblechscheiben liegt ein NBR-Dichtelement ) werden z. B. in Spannlagern eingesetzt ➤ Bild.
Die äußere Blechscheibe schützt die Dichtlippen vor Beschädigungen
Die Sandwichbauweise ermöglicht bei der Montage eine konzentrische Einstellung der Gummidichtlippe zum Innenring. Die äußere Scheibe schützt die Dichtlippen wirkungsvoll vor Beschädigungen durch groben Schmutz.
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Lippendichtungen in Sandwichbauweise mit Dichtlippenschutz
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Radialwellendichtringe
Zur Ölabdichtung rotierender Wellen sind Radialwellendichtringe (RWDR) nach DIN 3760 und DIN 3761 mit Federvorspannung geeignet. Häufig eingesetzte Bauformen zeigt ➤ Bild. Die Dichtringe sind für Anwendungen mit geringen Druckunterschieden ausgelegt.
Drehzahlgrenzen für Radialwellendichtringe sind in der DIN 3760 angegeben.
Bei Ölschmierung
Durch die Geometrie der Dichtlippen bildet sich, abhängig vom Dichtungswerkstoff und der Oberflächenstruktur der Welle, eine Förderwirkung im Dichtspalt hin zur steilen Flanke der Dichtlippe. Der Dichtring wird deshalb mit der steilen Flanke in Richtung abzudichtendes Medium montiert.
Bei Fettschmierung
Bei Fettschmierung wird die steile Flanke des RWDR oft in Richtung des Fettaustritts platziert. Zur Schmierung der Dichtkante gelangt dadurch etwas Fett unter die Dichtlippe. Die Vorspannkraft der Dichtlippen – bezogen auf ihre Berührlänge – beträgt meist 80 N/m bis 150 N/m.
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Radialwellendichtringe
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Federlose Schaeffler-Dichtringe G, GR, SD
Schaeffler-Dichtringe eignen sich gut bei geringem radialem Bauraum und in Kombination mit Nadellagern
Zur reibungsarmen Abdichtung von Lagerstellen mit geringem radialem Bauraum, z. B. bei Lagerstellen mit Nadellagern, eignen sich gut die Dichtringe G, GR und SD; siehe Produktkapitel. Diese Dichtringe können einzeln oder in Doppelanordnung eingesetzt werden ➤ Bild. Zur Abdichtung des Schmiermediums zeigt bei der Doppelanordnung eine Dichtlippe nach innen, die zweite zum Schutz gegen Schmutz nach außen. Für die Verbesserung der Schutzfunktion kann der Raum zwischen den Dichtungen mit Fett gefüllt werden. Mit breiterem Innenring kann ein Dichtring mit gleichem Außendurchmesser wie der Außenring eingesetzt werden, die Dichtlippe läuft auf dem breiteren Innenring. Dichtringe schützen gut bei Schmutz und Spritzwasser sowie gegen den Austritt von Öl und Fett bei geringen Differenzdrücken. Zur Reduzierung der Reibung und zum Schutz der Dichtlippe vor Beschädigung muss die Dichtkante geschmiert werden.
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Schaeffler-Dichtringe
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