Seit Jahrzehnten werden die Zylinder in Hochleistungspressen auf dieselbe Weise abgedichtet: mit einem geformten Stapel aus Gummi und Gewebe, der nach einem festgelegten Zeitplan ausgetauscht und selten hinterfragt wird. System Seals machte es sich zur Aufgabe, zu verstehen, warum dieser Standard bei alternden Anlagen immer wieder versagte, und entwickelte eine Dichtungsplattform, die auf einer Diagnose und nicht auf einem Katalog basiert.
Die Betriebszeit ist die wichtigste Kennzahl in einer Schmiede- oder Extrusionshalle. Jede Stunde, in der eine Presse aufgrund eines Ausfalls der Hydraulikdichtung
stillsteht, bedeutet eine Stunde entgangenen Durchsatzes, eine vom Zeitplan abgezogene Wartungsmannschaft und in manchen Betrieben ein Produkt, das verschrottet werden muss, weil Flüssigkeit in das Werkstück eingedrungen ist. Die Stößeldichtung ist eine kritische Komponente, und ihre Kosten sind nur im Vergleich zur Presse selbst gering. Die Kosten eines Ausfalls sind es hingegen nicht.
Und doch hat sich die Dichtung selbst kaum verändert. Die überwiegende Mehrheit der heute im Einsatz befindlichen Hochleistungspressen dichtet ihre Stempel nach wie vor mit geformten NBR- oder NBR/Gewebe-V-Dichtungen ab – eine Konstruktion, die seit fast sechs Jahrzehnten der Branchenstandard ist. Sie ist kostengünstig, weit verbreitet und jedem Wartungsteam in
der Branche vertraut. In einer neuen Presse, die unter sauberen Bedingungen betrieben wird, funktioniert sie gut.
Das Problem ist, dass Pressen nicht ewig neu bleiben. Buchsen nutzen sich ab. Die Oberflächen der Stößel weisen Riefen und Vertiefungen auf. Die Geometrie verliert ihre Rundheit. Und Standarddichtungen, die für fabrikneue Toleranzen ausgelegt sind, können sich daran nicht anpassen. Mit zunehmendem Alter einer Presse vergrößert sich die Lücke zwischen dem, wofür die Dichtung ursprünglich ausgelegt war, und dem, was sie tatsächlich abdichten muss, immer weiter – und der Wartungsplan gleicht diese Differenz aus.
Warum herkömmliche V-Dichtungen bei älteren Druckmaschinen ihre Grenzen erreichen
Wir haben defekte Dichtungssätze aus Schmiede- und Strangpressen unterschiedlichen Alters und mit unterschiedlichen Betriebszyklen untersucht, wobei sich immer wieder dieselben drei Bedingungen als eigentliche Ursachen für vorzeitige Ausfälle herausstellten – Bedingungen, für deren Bewältigung Standard-V-Dichtungen nie ausgelegt waren.
Durch den Verschleiß der Buchse vergrößert sich der Extrusionsspalt. Die Hauptkolben laufen auf Bronzebuchsen, die nur selten ausgetauscht werden. Mit zunehmendem Verschleiß vergrößert sich das Spiel zwischen Kolben und Stopfbuchse, und herkömmliche NBR-/Gewebe-Adapter verfügen nicht über die erforderliche Steifigkeit, um diesen Spalt zu überbrücken. Unter Druck drückt sich die Stopfbuchse in den Spalt hinein, anstatt diesem Widerstand zu leisten.
Die Geometrie des Ram-Elements weicht von der Rundheit ab. Durch jahrelange Belastungszyklen kann sich an einem Kolben ein kaum wahrnehmbares Sanduhrprofil abnutzen. Diese unebene Oberfläche beeinträchtigt einen Dichtungssatz, der für eine gleichmäßige Lauffläche ausgelegt ist, und führt zur Entstehung von Leckagewegen, die über den gesamten Hub hinweg variieren.
Durch die Oberflächenbeschaffenheit wirkt der Stempel wie ein Schleifmittel. Riefen, Vertiefungen und Korrosion an der Stirnfläche des Kolbenstempels reiben bei jedem Zyklus an den Dichtungszwischenlagen. NBR/Gewebe weist eine begrenzte Abriebfestigkeit auf, und bei einem verschlissenen Kolbenstempel sinkt die Lebensdauer rapide.
wodurch sie ihre Dichtlippen verloren hatten.
Eine vierte Bedingung ist subtiler: Hauptzylinder laufen während des Positionierhubs in der Regel ohne Arbeitsdruck.
Standardmäßige Presspassungen erfordern einen Mindestdrucksystemdruck, um wie vorgesehen zu funktionieren; unterhalb dieses Schwellenwerts fließt die Flüssigkeit daher am Packungsstapel vorbei. Dies äußert sich darin, dass Öl am Kolben herunterläuft, und wird routinemäßig fälschlicherweise als verschlissene Packung diagnostiziert, obwohl es sich in Wirklichkeit um eine Lücke in der ursprünglichen Konstruktion handelt.
Elite V-Packing: Die Anpassung des Stapels erfolgt an die Presse, nicht an die Teilenummer
Unsere Lösung bestand nicht in einer verbesserten Version desselben Formteils. Vielmehr handelte es sich um eine grundlegende Änderung der Art und Weise, wie die Dichtung von vornherein spezifiziert wird. Elite V-Packing ist eine modulare Dichtungsplattform, die für jede Presse auf der Grundlage einer Diagnose ihres tatsächlichen Zustands konfiguriert wird: Verschleiß der Buchsen, Geometrie des Stößels, Oberflächenbeschaffenheit und Art des Versagens der aktuellen Dichtung – anstatt allein anhand der Größe aus einem Katalog ausgewählt zu werden.
Sofern gebrauchte Dichtungen verfügbar sind, gehen wir noch einen Schritt weiter und untersuchen den ausgebauten Satz direkt. Extrusionsschäden zeigen sich als Verformung am Fuß des Aufnahmestücks. Abriebverschleiß durch einen zerkratzten Stößel hinterlässt gleichmäßigen Materialverlust an den Zwischenlippen. Eine Druckverformungsrest ohne Oberflächenverschleiß deutet eher auf einen Niederdruck-Bypass-Zustand als auf mechanische Beschädigungen hin. Diese Befunde – und nicht eine Bauteilzeichnung – bestimmen die Konfiguration und fließen nach jedem Wartungsintervall weiterhin in deren Anpassung ein.
JÄHRLICHER AUSTAUSCH VON DICHTUNGEN, ALTERUNG DER „
“-PRESSEFLOTTE
VERRINGERUNG DER JÄHRLICHEN AUSFALLZEITEN UND DER BELASTUNG DURCH DAS „
“
WARTUNGSINTERVALL: MONATLICH BIS
VIERTELJÄHRLICH
Aufbau des Stapels (gefräst, nicht gegossen)
Die Plattform basiert auf drei funktionalen Auslegungsvarianten, deren jeweilige Konstruktionsoptionen auf die Ausfallmodi einer bestimmten Presse abgestimmt sind. Da jede Komponente gefräst und nicht gegossen wird, bleiben die Toleranzen über den gesamten Produktionslauf hinweg eng eingehalten – ein Unterschied, der, wie wir im Folgenden erläutern werden, weit über die Dichtungsleistung hinaus von Bedeutung ist.
Elite-V-Packing-Stapel, von oben nach unten
| TOP: Stecknippel: W-Profil Die aktive Dichtlippe sorgt bei niedrigem Druck für zusätzliche Dichtkraft, unabhängig vom Systemdruck. |
| MITTEL: Zwischenprodukte: H-Polyurethan Primäre Dichtkraft; Abriebfestigkeit weit über der von NBR/Gewebe. |
| BASIS: Weiblicher Adapter: POM / PA Starre Extrusionsbarriere; optionaler Spaltring gleicht verschlissene oder sanduhrförmige Bohrungen aus. |
Am Sockel ersetzt ein POM- oder PA-Innengewindeadapter das geformte NBR/Gewebe und bietet eine weitaus höhere Steifigkeit gegen Auspressen. Ist die Bohrung selbst beschädigt oder hat der Stößel seine Rundheit verloren, dehnt sich ein geteilter, keilförmiger Zentrierring
unter Druck radial aus, um dies aktiv auszugleichen – eine Eigenschaft, über die kein einzelnes Formteil verfügt.
Im mittleren Bereich übernehmen H-Polyurethan-Zwischenringe die Hauptdichtlast und halten einer zerkratzten oder narbigen Stempelplatte deutlich besser stand. Bei Pressen, bei denen während des Niederdruck-Positionierhubs Flüssigkeit austritt, kann ein Hochleistungsring durch eine Reihe dünnerer V-Ringe ersetzt werden, die so abgestimmt sind, dass sie eine angemessenere Dichtkraft erzeugen.
Im oberen Bereich ersetzt ein firmeneigener W-Profil-Steckadapter die in Standardkonfigurationen verwendete flache Bauweise. Er fungiert eher als aktive Dichtlippe denn als passive Kappe, sorgt für eine vom Systemdruck unabhängige Dichtkraft und behebt direkt das Problem der Leckagen bei niedrigem Druck, für dessen Lösung Standarddichtungen nie ausgelegt waren.
Ein maschinell bearbeiteter Stapel verändert auch die Wartungskalkulation
Aus der spanenden Bearbeitung anstelle des Formgusses ergeben sich zwei praktische Auswirkungen, die beide nicht im Datenblatt zur Dichtungsleistung aufgeführt sind.
Herkömmliche NBR-/Gewebedichtungen müssen unter Druck eingebaut werden, um ihre Dichtwirkung zu entfalten, und da sie im Betrieb eine Druckverformung erfahren, werden Ausgleichsscheiben eingesetzt, um die Dichtkraft wiederherzustellen. Im Laufe der Zeit verbindet sich das komprimierte Material mit den Stopfbuchsenwänden. Der Ausbau beim Austausch kann pro Zylinder mehrere Stunden in Anspruch nehmen. Die Dichtkraft der Elite V-Packing ist in der Querschnittsgeometrie selbst integriert, sodass der Packungsstapel direkt nach dem Einbau einwandfrei funktioniert, ohne dass eine Kompression erforderlich ist. In der Praxis hat diese „
“ die Ausbauzeit auf Stunden statt auf ganze Schichten verkürzt.
Formgepresste Dichtungen weisen zudem große Maßtoleranzen auf: Drei nominell identische Sätze können unterschiedliche Maße aufweisen. Bei einer Presse, bei der mehrere Zylinder im Tandembetrieb laufen, führt diese Abweichung zu einer ungleichmäßigen Dichtungskraft über die Zylinder hinweg, was einen Stick-Slip-Effekt erzeugt, der zusätzliche mechanische Belastungen verursacht und den Verschleiß der Buchsen beschleunigt. Da die Elite V-
-Dichtung maschinell bearbeitet wird, ist die Stapelhöhe von Satz zu Satz gleichbleibend – wir bezeichnen dies als kalibrierte Stapelhöhe. Bei Mehrzylinderpressen wird eine gleichmäßige Dichtkraft gewährleistet, wodurch der Stick-Slip-Zustand vollständig beseitigt wird.
„Die Standarddichtung ist für eine Presse in neuwertigem Zustand ausgelegt. Kaum eine der Pressen, zu denen wir gerufen werden, befindet sich jedoch in neuwertigem Zustand. Diese Diskrepanz – und nicht etwa ein Materialfehler – ist die eigentliche Ursache für die meisten vorzeitigen Ausfälle, die wir beobachten.“
Ergebnisse bei einer alternden Flotte
Bei einer alternden Maschinenflotte, bei der von herkömmlichen NBR-/Gewebedichtungen auf Elite V-Packing umgestellt wurde, sank die Anzahl der jährlichen Dichtungswechsel von zwölf auf vier, was einer Verdreifachung des Wartungsintervalls von monatlich auf vierteljährlich entspricht. Die geschätzten jährlichen Ausfallkosten sanken von rund 600.000 US-Dollar auf 400.000 US-Dollar. Die Einsparungen variieren je nach Presse: Bei Anlagen mit starken Riefen im Stößel oder fortgeschrittenem Verschleiß der Buchsen sind die Verbesserungen geringer als bei Pressen in besserem mechanischem Zustand. In fast allen Fällen überwiegen jedoch die Einsparungen durch die Reduzierung ungeplanter Stillstände die höheren Stückkosten der Dichtung selbst um ein Vielfaches.
Dieser letzte Punkt sollte ausdrücklich hervorgehoben werden, da er im Widerspruch zur üblichen Vorgehensweise beim Kauf von Dichtungen steht. Elite V-Packing kostet pro Satz mehr als eine Standardkonfiguration aus NBR und Gewebe und ist nicht als kostengünstiger Ersatz positioniert. Wenn ungeplante Stillstandszeiten den größten Kostenfaktor bei einem Dichtungsausfall darstellen – wie dies bei den meisten Schmiede- und Extrusionsanlagen der Fall ist –, ist der Preis der Dichtung selbst selten der entscheidende Faktor.
Ein Argument für Nachhaltigkeit – neben dem wirtschaftlichen Argument
Die Verdreifachung eines Wartungsintervalls hat neben den Kosten auch ökologische Auswirkungen. Weniger Austauschvorgänge bedeuten, dass über die gesamte Lebensdauer einer Presse hinweg weniger Dichtungssätze hergestellt, versandt und entsorgt werden müssen. Die Verhinderung von Flüssigkeitsumläufen schützt zudem das Endprodukt selbst: Material, das andernfalls verunreinigt und entsorgt würde, verbleibt im Produktionsfluss
. Und da ein kalibrierter Dichtungssatz die Stick-Slip-Belastung beseitigt, die den Verschleiß der Buchsen beschleunigt, verlangsamt er die mechanische Alterung der Presse selbst und verlängert damit die Lebensdauer der Anlage – die oft bereits Jahrzehnte alt ist – und nicht nur die der darin befindlichen Dichtung.
Das Argument, dass eine Aufarbeitung einer Neuanschaffung vorzuziehen ist, spielt eine immer größere Rolle bei der Wartung von Druckmaschinen – und zwar nicht nur im Hinblick auf deren Abdichtung.
Eine neue Norm, keine neue Artikelnummer
Traditionelle Anbieter konkurrieren hinsichtlich Preis, Verfügbarkeit und Lieferzeit: Dies ist durchaus gerechtfertigt, solange eine Druckmaschine in gutem Zustand läuft und lediglich ein gleichwertiger Ersatz benötigt wird. Eine Lücke entsteht jedoch, sobald eine Druckmaschine ein Alter erreicht, für das die Standard-Katalogkonfiguration nicht ausgelegt ist. Die übliche Reaktion bestand bislang darin, die Dichtungen häufiger auszutauschen. Wir sind der Ansicht, dass diese Vorgehensweise eine konstruktive Einschränkung als routinemäßige Wartungsmaßnahme behandelt.
Elite V-Packing ist keine schrittweise Weiterentwicklung von geformten NBR-/Gewebedichtungen: eine härtere Mischung, eine engere Toleranz, ein geringfügig besseres Profil. Es handelt sich um eine andere Art der Spezifizierung einer Dichtung: Ausgehend vom gemessenen Zustand der Presse anstelle ihres Bohrungsdurchmessers wird diese Spezifikation kontinuierlich verfeinert, sobald aus dem Einsatz zurückgesandte Sätze eintreffen. Für eine Branche, die ihre Kolben seit sechzig Jahren auf dieselbe Weise abdichtet, ist dies die eigentliche Innovation – nicht ein neues Material, sondern ein neuer Ausgangspunkt.
Sollte sich Ihre Flotte dem Punkt nähern, an dem herkömmliche V-Dichtungen mit der tatsächlichen Alterung der Anlagen nicht mehr Schritt halten können, können unsere Ingenieure Ihnen erläutern, wie eine diagnostikgestützte Konfiguration für Ihre Pressen aussehen würde. Sprechen Sie mit unseren Ingenieuren oder sehen Sie sich die vollständigen Ergebnisse einer alternden Flotte in unserer Fallstudie „Wiederherstellung der Betriebszeit bei alternden Schmiedepresszylindern“ an.
