Initiiert durch ein Treffen der langjährigen Partner Flender und Freudenberg Sealing Technologies (FST) im Jahr 2023, hat der Dichtungsspezialist der Freudenberg-Gruppe Simmerringe für Industriegroßgetriebe von Flender weiterentwickelt. Die Fortschritte sind enorm und durch aufwendige Prüfstandtests validiert. Durch die Produktmodifikation lässt sich die Lebensdauer der Simmerringe um bis zu 50 Prozent erhöhen.
Kompakt
Innovative Weiterentwicklung: Durch die Zusammenarbeit von Flender und Freudenberg Sealing Technologies (FST) wurden Simmerringe für Industriegroßgetriebe weiterentwickelt, die eine bis zu 50 Prozent längere Lebensdauer ermöglichen.
Wettbewerbsvorteil: Die neue Lösung reduziert Ausfallrisiken, Wartungs- und Instandhaltungskosten und verschafft Flender und FST einen klaren Wettbewerbsvorteil im Maschinenbau.
Technischer Fortschritt: Eine speziell entwickelte Feder von FST sorgt für geringere Temperaturen und weniger Verschleiß im tribologischen System, was die Effizienz und Lebensdauer der Dichtungen deutlich erhöht.
Nachhaltigkeit und Effizienz: Die Optimierung der Dichtungstechnik trägt zur Energieeinsparung und höheren Betriebssicherheit bei, was angesichts steigender Energiepreise und Nachhaltigkeitsanforderungen relevant ist.
Wellendurchmesser und Umfangsgeschwindigkeiten in Großgetrieben steigen. Gleichzeitig soll das tribologische System aus sich drehender Welle, Dichtung und Schmierstoff immer länger einsatzfähig bleiben. Zu diesen wachsenden Anforderungen an Leistungskraft, Verlässlichkeit und Betriebssicherheit gesellt sich das Thema Nachhaltigkeit: Getriebe müssen effizienter werden. Höhere Effizienz bedeutet einen sinkenden Energieverbrauch, was angesichts steigender Energiepreise immer stärker in den Fokus rückt.
Angesichts dessen waren sich die langjährigen Partner Flender und FST bei einem Technologieaustausch im Jahr 2023 einig: Jahrelang eingesetzte Standardlösungen stoßen angesichts der wachsenden Herausforderungen an die Grenzen ihrer Leistungsfähigkeit. Dies gilt auch für die Dichtungstechnik. FST hat sich dieser Aufgabe gestellt und sich systematisch auf die Suche nach Verbesserungen gemacht – nachweislich mit Erfolg.
Reibung reduzieren
Im tribologischen System stellt die durch Reibung verursachte Verlustleistung den größten Hebel in Richtung verbesserter Lebensdauer und Energieeffizienz dar. Um diese Reibungsreduktion zu erzielen, bieten sich verschiedene Ansatzpunkte. Dazu zählen – abgesehen von der Dichtung – zum Beispiel leistungsstärkere Industrie-Schmierstoffe. In punkto Dichtung bieten Modifikationen von Dichtungsmaterial und -design Potenzial für Verbesserungen.
Bei Radialwellendichtringen wie dem Simmerring kommt eine Besonderheit hinzu. Hier birgt die Stahlfeder, die die Dichtlippe auf die Wellenoberfläche drückt, Möglichkeiten für Effizienzsteigerung. FST fertigt diese Federn selbst und kann sie exakt auf die jeweiligen Anforderungen auslegen.
Die Feder macht den Unterschied
In einer groß angelegten Versuchsreihe hat FST nun nachgewiesen, dass sich in Flender-Großgetrieben durch den Einsatz einer hauseigenen Sonderfeder enorme Fortschritte in Sachen Lebensdauer der Simmerringe erzielen lassen: ein Plus von zirka 50 Prozent bei ansonsten unveränderten Rahmenbedingungen wie Dichtungsdesign und -material sowie dem Einsatz herkömmlichen Mineralöls zur Schmierung. Kurzum: Kleine Modifikation – große Wirkung.
Bei den Tests im hauseigenen Simmerringe-Prüffeld, einem der größten und modernsten Prüffelder für Radialwellendichtringe der Welt, stellte FST herkömmliche Getriebe-Simmerringe sowie die neuen mit Sonderfeder ausgestatteten Ringe vergleichend auf die Probe. Jede einzelne Dichtung war auf einer Welle mit Durchmesser 120 Millimeter 504 Stunden im Dauereinsatz. Und zwar nicht nur bei einer Wellendrehzahl, sondern jeweils bei 1.000, 1.500, 2.000, 2.500 und 3.000 Umdrehungen pro Minute (U/min). Dies entspricht Geschwindigkeiten von 6,28, 9,42, 12,56, 15,7 sowie 18,8 Meter pro Sekunde (m/s).
Die Prüfergebnisse sprechen eine eindeutige Sprache. Bei herkömmlicher Befederung sind schon bei moderaten Drehzahlen wie 1.500 U/min große Laufspurbreiten zu erkennen, die starken Verschleiß anzeigen. Bei steigenden Drehzahlen treten zudem chemische Wechselwirkungen und harte Ablagerungen auf. Diese Abbauprodukte des Schmierstoffs Mineralöl erhöhen das Leckagerisiko.
Augenfällig ist bei der herkömmlichen Befederung zudem das hohe Temperaturniveau im Ölsumpf der Prüfkammer, das schon bei 1.500 U/min bei mehr als 100 Grad Celsius (°C) liegt. Der Ölsumpf ist der Bereich, in dem das Schmieröl gesammelt wird und in direktem Kontakt mit den Dichtungen steht. Die Bedingungen im Ölsumpf – insbesondere Temperatur, Ölqualität und eventuelle Verunreinigungen – haben einen maßgeblichen Einfluss auf die Lebensdauer der Dichtungen. Die hohen Temperaturen darin sind ein beträchtlicher Stressfaktor fürs tribologische System und gehen zu Lasten der Lebensdauer. Die Gesetzmäßigkeit in Sachen Temperatur lässt sich plakativ auf eine Faustformel bringen: Eine Temperaturabsenkung von 10 °C genügt, um die Lebensdauer eines tribologischen Systems zu verdoppeln.
Serieneinsatz empfohlen
Daher ist es von hoher Relevanz, dass bei den Testläufen der mit Sonderfeder bestückten Simmerringe deutlich niedrigere Temperaturen gemessen wurden. Die Differenz beträgt ab einer Drehzahl von 1.500 U/min stattliche 15 °C und mehr. Zudem lässt sich klar erkennen, dass die Laufspurbreite und damit der Verschleiß bei der neuen Lösung wesentlich geringer ausfallen.
Das heißt: Die Prüfungen belegen die Überlegenheit der neuen, auf der verbesserten Befederung beruhenden Lösung. Das Resultat sind eine höhere Lebensdauer durch weniger Verschleiß dank niedriger Temperaturen im tribologischen System verbunden mit einer höheren Energieeffizienz.
Die Prüfstandtests legen nahe, dass alle bei Flender in Großgetrieben eingesetzten Simmerringe serienmäßig mit der Sonderfeder ausgestattet werden sollten. Angesichts des enormen Zuwachses an Performance und dem damit verbundenen Wettbewerbsvorteil ließe sich die Umstellung mit sehr geringem Aufwand und vergleichsweise moderaten Kosten bewerkstelligen.
Weitere Lösungen in petto
Das Ende der Fahnenstange ist damit nicht erreicht. FST ist bereit, darüber hinaus weitere enorm verbesserte Dichtungslösungen für Großgetriebe zu entwickeln, deren Leistungsmerkmale die aktuellen Grenzen des technisch Machbaren verschieben.
In hohem Maße erfolgversprechend erscheint es in dem Zusammenhang, den Premium Sine Seal (PSS) von FST für Anwendungen in industriellen Großgetrieben zu optimieren. Der PSS ist eine Weiterentwicklung des erfolgreichen MSS1 (Modular Sealing Solution). Er bietet mehr Leistung in kompakterem Design, eine 100-Prozent-Abdichtung bei weniger Reibung und sehr langer – wartungsfreier – Lebensdauer. In extrem anspruchsvollen Robotik- und Automationsanwendungen ist er gefragt; im Getriebebau kommt er bislang nur in kleineren Abmessungen zum Einsatz.
Schließlich kann auch der Ersatz von Mineralölen durch synthetische Öle die Themen Effizienz und Lebensdauer im Industriegetriebebau voranbringen. FST verfügt über kompatible Dichtungswerkstoffe und kann das Zusammenspiel von Dichtung und – synthetischem – Schmierstoff im eigenen Prüffeld verlässlich testen, bis die ideale Kombination gefunden ist.
„Wenn Premium-Partner zusammenwirken, können sie Trends setzen und sich gemeinsam als Innovationsführer Wettbewerbsvorteile verschaffen. Wir stehen dafür bereit“, unterstreichen unisono die Projektverantwortlichen Benjamin Kohl, Head of Product Development – Oil Seals Industry, Erich Prem, Design Engineer – Senior Expert Product Engineering Industry, und Daniel Schlick, Key Account Manager – Sales General Industry Sector Power.
