Dichtungselemente

Berühungslose Dichtungen für Spindellager

Für den Schutz von Spindellagern gegen Verunreinigungen gibt es keine etablierte Standardlösung. Eine neue berührungslose Labyrinthdichtung schafft Abhilfe.

| Redakteur: Jan Vollmuth

Die neue Labyrinthdichtung der Baureihe CF von GMN besteht aus einer optimierten Abfolge von Radial- und Axialspalten, die das Überwinden des Labyrinths extrem erschweren und darüber hinaus durch Ausnutzung der Fliehkraft in der Rotation eine rückfördernde Wirkung entfalten.
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Die neue Labyrinthdichtung der Baureihe CF von GMN besteht aus einer optimierten Abfolge von Radial- und Axialspalten, die das Überwinden des Labyrinths extrem erschweren und darüber hinaus durch Ausnutzung der Fliehkraft in der Rotation eine rückfördernde Wirkung entfalten. (Bild: GMN Paul Müller Industrie)

Für den zuverlässigen Schutz der hochwertigen Spindellager gegen Verunreinigungen und Kühlschmierstoffe aus dem Arbeitsbereich der Werkzeugmaschinen gibt es keine etablierte Standardlösung. Eine neue berührungslose Labyrinthdichtung schafft jetzt Abhilfe.

Um die globale Wettbewerbsfähigkeit aufrecht zu erhalten, müssen die Produktivität einer Werkzeugmaschine sowie die Qualität gefertigter Werkstücke stetig gesteigert werden. Darüber hinaus treten im Zuge des stärkeren Umweltbewusstseins Forderungen nach höherer Energieeffizienz sowie besserer Umweltverträglichkeit des Bearbeitungsprozesses immer mehr in den Vordergrund.

Aus diesen typischen Rahmenbedingungen lassen sich konkrete Anforderungen an moderne Werkzeugmaschinen ableiten. Eine Leistungssteigerung erfordert beispielsweise höhere Bearbeitungskräfte oder höhere Drehzahlen und daraus ergeben sich wiederum anspruchsvolle Anforderungen an die Lagerung und die Abdichtung.

Keine etablierte Standardlösung

Für den zuverlässigen Schutz der hochwertigen Spindellager gegen Verunreinigungen und Kühlschmierstoffe aus dem Arbeitsbereich der Werkzeugmaschinen gibt es keine etablierte Standardlösung. Abgedichtete bzw. gedeckelte Spindellager bieten eine einfache und kompakte Lösung, sie können aber in vielen Fällen wegen der geringeren Tragzahl ebenso wenig eingesetzt werden wie herkömmliche berührende Systeme. Daher treiben viele Hersteller durch eine Labyrinthdichtung der „Marke Eigenbau“ – oftmals mit Sperrluftunterstützung – enormen Aufwand, um zu einer zuverlässigen Abdichtung zu kommen.

GMN Paul Müller Industrie hat sich nun mit dieser konkreten Aufgabenstellung intensiv auseinander gesetzt. Unter Berücksichtigung der Konstruktionsrichtlinien für Labyrinthdichtungen des Instituts für Maschinenelemente (IMA) der Universität Stuttgart entstand zunächst ein leistungsfähiger Prototyp, der dann in der Folgezeit in einem Design-to-standards-Prozess optimiert wurde. Das Ergebnis dieser Entwicklung ist die neue Labyrinthdichtung von GMN der Baureihe CF.

Optimierte Abfolge von Radial- und Axialspalten

Das Labyrinthprofil der CF-Dichtung besteht aus einer optimierten Abfolge von Radial- und Axialspalten, die das Überwinden des Labyrinths extrem erschweren und darüber hinaus durch Ausnutzung der Fliehkraft in der Rotation eine rückfördernde Wirkung entfalten. Schließlich sorgt eine Fangrinne am Ende des Labyrinths für hohe Dichtheit – sogar im Stillstand bei stehender Welle.

Die CF-Labyrinthdichtung zeigt im Versuch hervorragende Ergebnisse. Zur Überprüfung der Wirksamkeit der Dichtwirkung wird dazu der Dichtspalt mit einer öligen Emulsion mit 6 bar Druck aus nächster Nähe direkt beaufschlagt (s.a. Video über QR-Code). Sowohl im Stillstand als auch in der Rotation wird bei diesem Versuch ohne Sperrluft absolute Dichtheit erzielt.

Neben der Dichtwirkung standen bei der Entwicklung auch immer die konstruktiven Randbedingungen eines Spindellagers im Fokus:Die CF-Labyrinthdichtung wird aus einem Nitrierstahl gefertigt, gehärtet und plangeschliffen und lässt sich daher direkt im Pressverbund neben dem Spindellager anordnen. Die Vorspannkraft des Spindellagers kann somit direkt über die Dichtung auf das Lager aufgebracht werden. Darüber hinaus kommt die CF-Labyrinthdichtung in allen Abmessungen mit einer konstanten Baubreite von lediglich 6 mm aus. Durch diese kompakte und platzsparende Lösung kann der Lagerabstand vergrößert und damit die Steifigkeit der Maschinenspindel erhöht werden.

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