Herstellung von Polyurethan-Manschetten: Dichtung mit 10-facher Lebensdauer

Ein Hydraulikzylinder beginnt Flüssigkeit zu verlieren, wenn die Manschette ihre Elastizität verliert oder sich an der Stange abnutzt: der Druck fällt, die Linie steht still, und die Reparatur läuft auf die Suche nach einer Dichtung des richtigen Profils hinaus. Eine standardmäßige Gummimanschette ist oft nicht in der benötigten Größe zur Hand, und ihre Lebensdauer in einer dynamischen Baugruppe ist gering. Die Herstellung von Polyurethan-Manschetten löst beide Probleme: gegossenes Polyurethan hält eine Dichtung mehrmals länger als Gummi und wird nach Zeichnung für jedes Profil gegossen. Im Folgenden erkläre ich, warum eine Polyurethan-Manschette besser ist als eine aus Gummi oder PTFE, wie man die Härte wählt, mit welcher Technologie sie gefertigt wird und was für eine Bestellung im Werk nötig ist.

Warum eine Polyurethan-Manschette länger hält als eine aus Gummi

Polyurethan verbindet Verschleißfestigkeit mit hoher Reißfestigkeit, daher hält eine daraus gefertigte Manschette die Dichtheit in einer bewegten Baugruppe länger als eine aus Gummi und widersteht dem Auspressen in den Spalt unter Druck besser. Das ist der Hauptgrund für den Umstieg auf Polyurethan-Dichtungen in der Hydraulik.

Die Arbeitsfläche der Manschette reibt ständig an der Stange oder der Zylinderwand, und gerade der Verschleiß bestimmt die Lebensdauer. Der Abrieb von gegossenem Polyurethan nach DIN 53516 beträgt 38-39 mm³, während er bei NBR-Gummi, dem verbreitetsten Dichtungsmaterial, bis zu 80-150 mm³ erreicht. Unter sonst gleichen Bedingungen nutzt sich eine Polyurethan-Lippe mehrmals langsamer ab. Der zweite Faktor ist die Reißfestigkeit: bei Polyurethan beträgt sie 39-87 MPa gegenüber 10-25 MPa bei NBR-Gummi. Höhere Festigkeit bedeutet, dass die Manschette an der Lippe nicht reißt und nicht in den Spalt zwischen Stange und Führung unter pulsierendem Druck ausgepresst wird.

Polyurethan hält zudem Ölen und Hydraulikflüssigkeiten auf dem Niveau von ölbeständigem Gummi stand, übertrifft ihn aber deutlich beim Verschleiß. Der Arbeitsbereich von -60 bis +100 °C deckt die meisten industriellen Hydrauliksysteme ab, von Maschinen in der Kälte bis zu erwärmten Baugruppen.

Ein weiterer Vorteil ist die Weiterreißfestigkeit an der Lippe. Die Dichtlippe der Manschette arbeitet ständig an der Grenze und umschließt die Stange bei jedem Hub. Gummi mit geringer Reißfestigkeit reißt diese Zone schnell an, und die Manschette beginnt in einem dünnen Rinnsal zu lecken, selbst wenn der Hauptkörper intakt ist. Polyurethan hält mit seiner höheren Festigkeit die Lippe deutlich länger intakt, sodass die Dichtung allmählich und vorhersehbar versagt statt in einem plötzlichen Leck. Für Hydrauliksysteme, in denen ein plötzliches Versagen der Dichtung einen Notstopp bedeutet, ist diese Vorhersehbarkeit der Lebensdauer oft wichtiger als die Verschleißfestigkeitszahl selbst.

Vergleich der Materialien für Manschetten in Zahlen

Für Dichtungen sind drei Parameter gleichzeitig wichtig: Verschleißfestigkeit, Reißfestigkeit und Medienbeständigkeit. Im Folgenden sind die Referenzeigenschaften der Materialien zusammengefasst, aus denen am häufigsten Manschetten und Wellendichtringe gefertigt werden.

Die Zahlen erklären, warum Polyurethan bei dynamischen Dichtungen dominiert. Silikongummi hält einen breiten Temperaturbereich aus, aber sein Abrieb von 150-350 mm³ und eine Festigkeit von nur 5-12 MPa machen ihn für belastete bewegte Manschetten ungeeignet; es ist ein Material für statische hitzebeständige Dichtungen. PTFE ist chemisch inert und arbeitet bis +260 °C, doch sein Abrieb von 200-500 mm³ und das Kriechen unter Last begrenzen die Lebensdauer in Baugruppen mit Reibung. NBR-Gummi ist günstig und ölbeständig, steht dem Polyurethan aber beim Verschleiß um das 3- bis 4-Fache und bei der Festigkeit um das Doppelte nach. Polyurethan bietet gerade für bewegte Dichtungen unter Druck die beste Balance.

Für Stangen- und Kolbendichtungen senken Sie die Härte nicht der Weichheit zuliebe. Eine zu weiche Lippe wird unter Druck in den Spalt zwischen Stange und Führung ausgepresst und zerstört sich schnell. Für bewegte Dichtungen nehmen Sie die höheren Härtewerte; das verlängert die Lebensdauer unmittelbar. Weiche Sorten überlassen Sie den statischen Kontaktdichtungen bei niedrigem Druck.

Technologie der Manschettenfertigung im Freiguss

Polyurethan-Manschetten werden mit der Freiguss-Technologie gegossen, die keine teure Druckform erfordert und daher selbst für ein einzelnes Reparaturteil wirtschaftlich gerechtfertigt ist. Das ist ein entscheidender Vorteil, wenn eine Manschette mit nicht standardmäßigem Profil für eine konkrete Baugruppe benötigt wird.

Der Prozess beginnt mit der Vorbereitung einer Form für das benötigte Manschettenprofil: Sitzdurchmesser, Höhe, Form der Dichtlippe. Polyurethan der vorgegebenen Härte wird in die Form gegossen und polymerisiert, danach wird das Teil bei Bedarf auf das genaue Maß gebracht. Da der Freiguss die Nachbildung komplexer Geometrie erlaubt, fertigt das Werk nicht nur Manschetten, sondern auch Wellendichtringe zum Abdichten von Wellen und Dämpferringe für Hydraulik und Pneumatik. Das Material hinterlässt keine Spuren auf den Gegenflächen und zieht keinen Schmutz an, sodass die Baugruppe länger sauber bleibt. Mehr über die Fertigungsleistung lesen Sie im Abschnitt Leistungen.

Die Wahl der Härte in der Gussphase ist entscheidend. Dasselbe Polyurethan verhält sich in unterschiedlicher Härte wie unterschiedliche Materialien: eine weiche Lippe legt sich besser an, hält aber den Druck schlechter, eine harte umgekehrt. Deshalb legt der Technologe die Härte für die konkreten Dichtungsbedingungen fest.

Der Freiguss ist auch deshalb vorteilhaft, weil er Reparaturmaße ermöglicht. Wenn die Stange oder der Zylinder bereits für die Reparatur nachgeschliffen sind und eine Standardmanschette im Durchmesser nicht passt, wird die Form auf das tatsächliche Maß der Gegenteile vorbereitet. Das rettet eine verschlissene Baugruppe, die andernfalls wegen des Fehlens einer Dichtung der richtigen Größe in den Katalogen ausgemustert werden müsste. Für alte oder seltene, aus der Produktion genommene Ausrüstung ist die Fertigung einer Manschette nach den tatsächlichen Maßen oft der einzige Weg, die Maschine wieder in Betrieb zu bringen.

Wo Polyurethan-Manschetten eingesetzt werden und wie man bestellt

Polyurethan-Manschetten, Wellendichtringe und Dichtringe arbeiten in hydraulischen und pneumatischen Anlagen, Pressen, Hydraulikpumpen, Zylinderstangen und Baugruppen mit rotierenden Wellen. Ihre Aufgabe ist es, eine Verbindung abzudichten, die Arbeitsflüssigkeit am Austritt zu hindern und die Baugruppe von außen vor Staub und Feuchtigkeit zu schützen, während gleichzeitig der freie Lauf der beweglichen Teile gewährleistet wird.

Der bequemste Weg, eine genaue Manschette zu erhalten, ist es, die Maße von der alten Dichtung und den Gegenteilen abzunehmen: den Durchmesser der Stange oder des Kolbens, den Sitzdurchmesser der Nut, ihre Breite und Tiefe, und außerdem das Profil der Lippe festzuhalten. Ist die alte Manschette erhalten, genügt es, sie als Muster zu übergeben, und das Werk bildet die Geometrie ohne separate Zeichnung nach. Versagt die Dichtung häufig, lohnt es sich, zugleich auch den Spalt in der Baugruppe zu prüfen: Manchmal liegt die Ursache nicht im Manschettenmaterial, sondern in einer verschlissenen Führung, die den Spalt vergrößert und das Auspressen der Lippe provoziert.

Um die Fertigung einer Manschette für Ihre Baugruppe zu bestellen, übergeben Sie dem Werk eine Zeichnung der Dichtung oder ein Muster der alten Manschette zusammen mit den Betriebsbedingungen: Art der Flüssigkeit, Temperatur, Bewegungscharakter und benötigte Härte. Anhand dieser Daten wählt der Technologe die Polyurethan-Sorte aus, und die Produktion bildet das Profil mit der Freiguss-Technologie nach. Verfügbare Standardgrößen der Dichtungen sehen Sie im Katalog, und für eine Berechnung zu einem nicht standardmäßigen Profil wenden Sie sich über die Seite Kontakt an das Werk TIMOL.