Wellen in Werkzeugmaschinen, Turbinen und Getrieben sowie Motorspindeln stellen die Dichtungstechnik vor eine große Herausforderung. Die Rotationsbewegungen setzen gewöhnliche, schleifende Lagerisolatoren einer rapiden Abnutzung aus, während beim Einsatz kontaktfreier Varianten oft Abstriche bei der Dichtheit hingenommen werden müssen. Um diesem Dilemma zu entgehen, entwickelte Inpro/Seal, der US-amerikanische Erfinder der ersten Lagerschutzdichtung, das patentierte Konzept seiner berührungslosen Labyrinthdichtungen.

Sie bestehen nur aus zwei bis drei Komponenten, sind vollkommen verschleißfrei und zugleich in horizontaler Lage von innen und außen sowohl im statischen als auch im dynamischen Betriebszustand nach der Schutzklasse IP66 zu 100 % fremdkörper- sowie wasserdicht. Bei besonders hohem Staub- oder Druckaufkommen kann zusätzlich eine Sperrluftunterstützung integriert werden, während optionale Erdungsringe auch bei elektrischen Motoren einen sicheren Betrieb gewährleisten. Als technischer Servicepartner vertreibt KTN Kugellagertechnik Neely die hochwertigen Dichtungen im deutschsprachigen Raum und entwickelt individuelle Anwendungslösungen für ihre Kunden.

„Laut einschlägigen, vom Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) publizierten Studien ist ein durch unzuverlässige Dichtungen hervorgerufenes Lagerversagen die häufigste Ursache für industrielle Motor- und Pumpenausfälle“, so Herbert Neely-Skirde, Geschäftsführer der Firma KTN Kugellagertechnik Neely. „Die meisten Dichtungen an Wellen von Werkzeugmaschinen, Prozesspumpen und an Motorspindeln sind aufgrund der hohen Drehzahlen entweder extrem verschleißbehaftet oder können im Falle einer berührungsfreien Konstruktion keine hundertprozentige Dichtheit während des Stillstands garantieren.“

Hinzu kommt, dass sich die Installation aufwändiger und massiver Lagerisolatoren häufig sehr kompliziert gestaltet und diese sich für viele spezifische oder platzsparende Anwendungen schlichtweg nicht eignen. Mit den patentierten Labyrinthdichtungen von Inpro/Seal bietet KTN dagegen hochwertige Lösungen, die sowohl nach Schutzklasse IP66 absolut zuverlässig gegen Staub und Flüssigkeiten abdichten als auch in unterschiedlichen Größen, Varianten und Materialien verfügbar sind. So kann speziellen Anforderungen wie besonders kleinen Maßen, sehr hohen Drehzahlen, Korrosionsbeständigkeit, Sperrluftintegration, ATEX-Eignung oder Lagerstromschutz individuell begegnet werden.

Verschleiß- und wartungsfreie Konstruktion
Bei den patentierten Lagerisolatoren aus dem Hause Inpro/Seal handelt es sich um sogenannte Fliehkraftdichtungen. Dies bedeutet, dass eingedrungene Schmierstoffe, Flüssigkeiten und Stäube durch ein Zusammenwirken des komplexen Aufbaus mit der Zentrifugalkraft innerhalb der Dichtung in Kammern gedrückt und über Nuten wieder zurück ins System geführt bzw. nach außen weggeschleudert werden. Zwischen den beiden einander nicht berührenden Komponenten der Labyrinthdichtung befindet sich ein O-Ring aus VBX, der an Rotor und Stator anliegt und den Zwischenraum so im bewegungslosen Zustand zu 100 % abdichtet. Auf eine Schmierung der Oberflächen kann gänzlich verzichtet werden, sodass die Anwendung auch nicht durch die Eigenschaften der Schmierstoffe und die zulässige Temperaturspanne eingeschränkt wird. „Neben dem gegenüber herkömmlichen Lagerschutzdichtungen wegfallenden Wartungsaufwand liegt ein großer Vorteil der berührungslosen Systeme von Inpro/Seal darin, dass sie nicht heiß laufen“, erläutert Neely-Skirde. „Es gibt also keinen Wärmeeintrag in die Spindel und damit weder eine Materialausdehnung im System noch maßliche Änderungen in der Fertigung.“

Standardmäßig werden die Inpro/Seal-Dichtungen aus Bronze gefertigt, die sich durch ihre hohe Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit auszeichnet. Je nach individueller Anwendung – etwa bei hochdrehenden Spindeln, besonders starken Temperaturspitzen, im ATEX- oder Lebensmittelbereich sowie bei Anforderungen an ein möglichst geringes Eigengewicht – kann das Material jedoch variieren. So sind neben Bronze oder Messing auch Aluminium, NIRO-Stähle, Titan, spezielle O-Ringmaterialien oder Kombinationen dieser Werkstoffe möglich. Bei hohen Drehzahlen muss das Rotormaterial angepasst werden und bspw. aus einem speziellen Stahl bestehen, damit er während des Betriebs nicht aufweitet. „So vielfältig wie die individuellen Ausführungen der Inpro/Seal-Dichtungen sind auch die Einbaumöglichkeiten“, fügt Neely-Skirde hinzu. „Man kann sie verschrauben, einpressen oder einkleben, das müssen wir stets im Einzelfall bewerten und mit dem Kunden abstimmen.“ Aus diesem Grund sind die Spezialisten von KTN üblicherweise bei der ersten Installation vor Ort und stellen den korrekten Einbau sowie die optimale Anwendung sicher.

Integration von Sperrluft und schützenden Erdungsringen
Steht die Dichtung unter großem Druck von außen, kann zusätzlich Sperrluft in das System integriert werden. Dies geschieht durch eine radiale Bohrung, die bei Nichtbenutzung einfach mit einem Stopfen verschlossen werden kann. Für eine effektive Sperrluftunterstützung genügt bei den Labyrinthdichtungen von Inpro/Seal ein Druck von lediglich 0,3 bar über Atmosphärendruck. Insbesondere für den Betrieb an elektrischen Motorspindeln können überdies spezielle Erdungsringe (CDR) angebracht werden – entweder nachträglich von außen oder als sogenannte Motor Grounding Seal (MGS) in die kompakte Konstruktion der Dichtung integriert. Der CDR hält einen kontinuierlichen Erdungskontakt und leitet auftretende Wellenströme auf diese Weise zuverlässig ab; Motorlager und gekoppelte Maschinen bleiben vor zerstörerischen Wälzlagerschäden wie Schäden an Getriebeverzahnungen durch Entladungen geschützt. Die als einzige Komponente verschleißbehafteten Kohlestifte sind dabei von außen zugänglich und können über eine Verschraubung unkompliziert ausgetauscht werden.

„Um jegliche Zweifel an den Dichtungen aus dem Weg zu räumen, bietet KTN eine Performancegarantie“, erläutert Neely-Skirde abschließend. „Falls das System spätestens nach einer Nachbesserung unsererseits nicht einwandfrei funktioniert, erhält der Kunde sein Geld zurück. Bisher laufen jedoch alle Inpro/Seal-Anwendungen, die wir installiert haben, optimal.“

 

DIE UNTERNEHMEN
Nach der Erfindung der ersten Lagerschutzdichtung (Bearing Isolator) durch David C. Orlowski (1935 – 2021) wurde Inpro/Seal 1977 in Rock Island, Illinois, gegründet. 2009 wurde das Unternehmen von der ­Waukesha Bearings Corporation übernommen und ist seit 2018 Teil der Dachfirma Dover Precision Components, einem integrierten Anbieter von leistungskritischen Lösungen für rotierende und Kolbenmaschinen. Inpro/Seal ist weltweit führend in der Konstruktion und Herstellung von dauerhaftem Lagerschutz und kompletten Wellendichtungslösungen, welche die Lagerlebensdauer verlängern und Leckagen an rotierenden Anlagen in zahlreichen Branchen verhindern.

Die in Würzburg ansässige KTN Kugellagertechnik Neely GmbH & Co. KG entwickelt und vermarktet Miniatur­kugellager, Wälzlagersysteme sowie individuelle Lösungen für ihre Kunden. Das Unternehmen verfügt über eine zwanzigjährige Erfahrung in der Wälzlagertechnologie und bringt sich mit einem hohen Maß an technischem Sachverstand frühzeitig in den gesamten Prozess von der Herstellung bis zur Anwendung ein. Dabei profitiert KTN von weltweiten Kontakten und ihrem Spezialwissen in allen Wälzlagerfragen. Das Unternehmen ist seit 2008 deutscher Vertriebspartner von Inpro/Seal.