Zusammenfassung
Wellendichtringe zählen zu den Schlüsselkomponenten von Dichtungssystemen in rotierenden Anlagen und spielen eine wesentliche Rolle bei der Aufrechterhaltung stabiler Schmierbedingungen, der Verhinderung des Eindringens von Verunreinigungen sowie der Erhöhung der Zuverlässigkeit industrieller Anlagen. Dennoch erfolgt die Auswahl dieser Komponente in vielen industriellen Anwendungen häufig primär auf Basis der Anschaffungskosten, während die langfristigen Auswirkungen auf Ausfallrate, inneren Verschleiß und Instandhaltungskosten weniger berücksichtigt werden.
In der vorliegenden Untersuchung wurde der Einfluss der Qualität von Wellendichtringen auf die Leistung industrieller Getriebe im Rahmen einer vergleichenden Feldstudie über einen Zeitraum von einem Jahr analysiert. Die Studie wurde an Polyethylen-Extrusionslinien der Produktionswerk Bespar Behin Ab Kerman durchgeführt. Dabei wurden zwei baugleiche Parallel-Shaft-Getriebe unter identischen Betriebsbedingungen, mit identischem Antriebssystem und identischem Schmierstoff überwacht. In der Kontrollgruppe wurde ein konventioneller TTO-Wellendichtring aus NBR eingesetzt, während in der Versuchsgruppe ein hochwertiger SKF HMSA10 RG Wellendichtring gemäß DIN 3760 mit zusätzlicher Dust Lip verwendet wurde.
Die Ergebnisse zeigten, dass der Zeitpunkt des Leckagebeginns beim SKF-Wellendichtring etwa 4,5-mal später lag als beim konventionellen Vergleichsprodukt und zudem ein stabileres Leckageverhalten aufwies. Demgegenüber war der konventionelle Wellendichtring mit einer fortschreitenden Zunahme der Leckagerate, Umweltverschmutzung, reduzierter Lebensdauer benachbarter Komponenten sowie dem Auftreten von Sekundärschäden verbunden. Die Analyse des PQ-Index des Schmieröls zeigte, dass die Zunahmerate ferromagnetischer Partikel im mit dem konventionellen Wellendichtring ausgestatteten Getriebe deutlich höher war und auf eine stärkere innere Verschleißintensität hinweist, während der Verlauf der PQ-Werte in der SKF-Gruppe langsam und nahezu linear blieb.
Die Überwachung der Getriebetemperaturen zeigte keinen signifikanten Unterschied zwischen den beiden Gruppen und verdeutlichte, dass die Temperatur allein kein empfindlicher Indikator zur Erkennung von Schäden infolge mangelhafter Dichtungssysteme ist. Die wirtschaftliche Analyse der Studie ergab zudem, dass trotz eines anfänglichen Preisunterschieds von etwa 10,5 USD zwischen den beiden Wellendichtringen die direkten Reparaturkosten des Getriebes in der mit dem hochwertigeren Wellendichtring ausgestatteten Gruppe deutlich reduziert wurden. Die Ergebnisse dieser Untersuchung zeigen, dass die Qualität des Dichtungssystems neben der Leckagekontrolle auch die innere Verschleißrate, die Anlagenzuverlässigkeit, Sekundärschäden, Sicherheitsrisiken sowie die Lebenszykluskosten industrieller Anlagen signifikant beeinflussen kann.
Einleitung
In der Prozess- und Fertigungsindustrie gilt die Zuverlässigkeit rotierender Anlagen als einer der wesentlichen Faktoren zur Sicherstellung stabiler Produktionsprozesse, zur Reduzierung ungeplanter Stillstände sowie zur Kontrolle von Wartungs- und Instandhaltungskosten. Viele kostenintensive und schleichende Schäden gehen nicht von Hauptkomponenten wie Zahnrädern oder Lagern aus, sondern beginnen bei scheinbar einfachen und kostengünstigen Bauteilen, deren Aufgabe im Schutz der Betriebsbedingungen des Systems besteht. Wellendichtringe gehören zu diesen Komponenten, deren Funktion bei der Rückhaltung des Schmierstoffs, der Verhinderung des Eindringens von Verunreinigungen und der Stabilisierung der Betriebsbedingungen einen direkten Einfluss auf die langfristige Betriebsgesundheit der Anlagen hat.
In der Praxis basiert die Auswahl von Wellendichtringen in vielen Industrieanlagen überwiegend auf dem anfänglichen Beschaffungspreis. Der vergleichsweise geringe Preisunterschied zwischen verschiedenen Produkten führt häufig zur Entscheidung zugunsten kostengünstigerer Ausführungen, während die tatsächlichen Kosten minderwertiger Komponenten üblicherweise erst im Verlauf des Betriebs sichtbar werden. Diese Kosten äußern sich oftmals in Form zunehmender Sekundärschäden, verstärkten inneren Verschleißes, Umweltverschmutzung am Arbeitsplatz, erhöhter Reparaturhäufigkeit sowie sinkender Systemzuverlässigkeit.
Bei Industriegetrieben kann eine Schwäche des Dichtungssystems zu schleichendem Ölaustritt, dem Eindringen von Umgebungsverunreinigungen, einer verminderten Stabilität des Schmierfilms sowie zu erhöhtem innerem Verschleiß führen. Diese Schadensarten besitzen in der Regel einen progressiven Charakter und sind in frühen Stadien durch konventionelle Condition-Monitoring-Indikatoren wie beispielsweise die Betriebstemperatur oftmals nicht eindeutig erkennbar. Gleichzeitig kann anhaltender Ölaustritt erhebliche Folgewirkungen verursachen, darunter Umweltverschmutzung, reduzierte Lebensdauer benachbarter Komponenten sowie erhöhte Sicherheitsrisiken.
Obwohl zahlreiche Studien die Bedeutung von Schmierung und Zustandsüberwachung von Getrieben untersucht haben, wurde die Rolle der Qualität des Dichtungssystems bei der Entstehung von Kettenschäden sowie deren Einfluss auf die Lebenszykluskosten von Anlagen bislang nur selten im Rahmen praxisnaher Feldstudien auf Basis realer Industriedaten analysiert. Vor diesem Hintergrund wurde die vorliegende Untersuchung mit dem Ziel durchgeführt, den Einfluss der Qualität von Wellendichtringen auf die Zuverlässigkeit industrieller Getriebe im Rahmen einer einjährigen Feldstudie unter realen Betriebsbedingungen zu bewerten.
In dieser Untersuchung wurden neben dem Zeitpunkt des Leckagebeginns und dem Degradationsverhalten der Dichtungen auch Indikatoren des inneren Verschleißes, Sekundärschäden, sicherheitsrelevante Auswirkungen sowie Reparaturkosten analysiert. Um den Einfluss wirtschaftlicher Schwankungen zu minimieren und die Vergleichbarkeit der Ergebnisse zu gewährleisten, wurden sämtliche wirtschaftlichen Analysen dieser Studie auf Basis des US-Dollars (USD) dargestellt. Das Hauptziel dieser Untersuchung besteht darin, praxisnahe Nachweise dafür zu liefern, dass die Auswahl eines Wellendichtrings keine rein beschaffungsorientierte Entscheidung darstellt, sondern vielmehr Teil einer Strategie zur Erhöhung der Zuverlässigkeit, zur Reduzierung der Lebenszykluskosten sowie zur Verbesserung der Leistungsfähigkeit des Wartungs- und Instandhaltungssystems ist.
Bedeutung des Dichtungssystems für die Zuverlässigkeit rotierender Anlagen
Bei industriellen rotierenden Anlagen beschränkt sich die Zuverlässigkeit nicht ausschließlich auf die Qualität der Hauptkomponenten; vielmehr spielt auch die ordnungsgemäße Funktion von Schutz- und Regelkomponenten eine entscheidende Rolle für die Stabilität des Gesamtsystems. Dichtungssysteme gehören zu den wichtigsten dieser Komponenten, deren Aufgabe in der Aufrechterhaltung des Schmiergleichgewichts sowie in der Verhinderung des Eindringens von Verunreinigungen in die Anlage besteht. Jede Störung der Dichtfunktion kann die Grundlage für schleichende und teilweise verborgene Schäden an rotierenden Anlagen bilden.
Wellendichtringe als die gebräuchlichste Dichtungsart in Getrieben übernehmen gleichzeitig die Aufgabe, den Austritt von Schmierstoff zu verhindern und das Eindringen von Umgebungsverunreinigungen zu unterbinden. Selbst begrenzte und scheinbar unbedeutende Leckagen können im Laufe der Zeit zu einem Absinken des Ölstands, zur Instabilität des Schmierfilms sowie zu verstärktem metallischem Kontakt zwischen internen Komponenten führen. Das Eindringen von Staubpartikeln und Verunreinigungen über mangelhafte Dichtungen führt ebenfalls zu einer Erhöhung abrasiver Partikel im Schmieröl und verstärkt den inneren Verschleiß.
Eine der wesentlichen Eigenschaften von Schäden im Zusammenhang mit Dichtungssystemen ist deren progressiver Charakter. Im Gegensatz zu plötzlichen Ausfällen beginnt eine Schwächung der Dichtwirkung in der Regel ohne signifikante Veränderungen von Parametern wie der Anlagentemperatur. Die Felddaten dieser Studie zeigten ebenfalls, dass trotz erheblicher Unterschiede hinsichtlich Leckagezustand und innerem Verschleiß die durchschnittliche Betriebstemperatur der beiden Getriebe nahezu identisch blieb.
(Vergleichsdiagramm der Temperaturverläufe der Getriebe der Kontrollgruppe und der Versuchsgruppe)
Wie in Abbildung 1 dargestellt, war das Temperaturverhalten beider Getriebe während des Betriebszeitraums sehr ähnlich, und es bestand kein signifikanter Unterschied zwischen ihnen. Dies zeigt, dass die Temperaturüberwachung allein kein geeigneter Indikator zur Identifizierung von Schäden infolge eines mangelhaften Dichtungssystems ist und ergänzende Indikatoren wie Ölanalyse und Leckagerate ebenfalls berücksichtigt werden müssen.
Aus Sicht des Reliability Engineering kann eine Schwäche des Dichtungssystems neben erhöhtem innerem Verschleiß auch zu Sekundärschäden an benachbarten Komponenten und sogar zu erhöhten Sicherheitsrisiken führen. In der vorliegenden Studie führte der Ölaustritt am mit einem konventionellen Wellendichtring ausgestatteten Getriebe zu Umweltverschmutzung, einer verkürzten Lebensdauer der Riemen sowie zur Registrierung eines Sicherheitsvorfalls. Diese Erkenntnis zeigt, dass die Auswirkungen eines Dichtungsausfalls über rein mechanische Aspekte hinausgehen und ebenfalls sicherheits- und betriebsrelevante Dimensionen beeinflussen.
Mechanismen von Schäden infolge minderwertiger Wellendichtringe
Der Ausfall eines Wellendichtrings wird in vielen Fällen als geringfügiger Defekt betrachtet, obwohl er in der Praxis den Ausgangspunkt einer Schadenskette im gesamten System darstellen kann. Minderwertige Wellendichtringe sind aufgrund von Schwächen in Konstruktion, Materialqualität, Maßgenauigkeit oder Funktionsstabilität häufig nicht in der Lage, über einen längeren Zeitraum einen gleichmäßigen und stabilen Kontakt zur Welle aufrechtzuerhalten.
Unter kontinuierlichen Betriebsbedingungen ist die Dichtlippe thermischen Belastungen, Reibung sowie dynamischem Verschleiß ausgesetzt. Bei einer Verschlechterung der Elastomerqualität oder einer Verringerung der Federstabilität nimmt die auf die Welle wirkende Radialkraft ab, wodurch mikroskopische Durchtrittswege für Schmieröl entstehen. Diese Leckagen beginnen in der Regel schleichend und nehmen mit fortschreitendem Verschleiß an Intensität zu.
Eine unzureichende Verhinderung des Eindringens von Umgebungsverunreinigungen stellt ebenfalls einen wesentlichen Faktor für die Verschärfung von Schäden dar. Das Fehlen einer Staublippe (Dust Lip) oder deren unzureichende Funktion kann zum Eindringen abrasiver Partikel in den Kontaktbereich sowie zu erhöhtem Verschleiß an Welle und Dichtung führen. Diese Partikel verursachen nicht nur Schäden an der Dichtung selbst, sondern gelangen auch in das Schmieröl und erhöhen die innere Verschleißrate des Getriebes.
Der schleichende Schmierölaustritt führt zu einer Verringerung der Stabilität der Schmierbedingungen sowie zu einer Reduzierung der Schmierfilmdicke in den Kontaktbereichen. Dieser Prozess äußert sich in frühen Stadien üblicherweise lediglich durch einen langsamen Anstieg von Verschleißpartikeln, kann jedoch im weiteren Verlauf zu schwerwiegenderen Schäden und steigenden Reparaturkosten führen. Die Felddaten dieser Untersuchung zeigten, dass beim konventionellen Wellendichtring die Leckage nach ihrem Beginn progressiv zunahm und nicht zum Stillstand kam.
Neben den internen Auswirkungen kann ein Dichtungsausfall auch erhebliche Umwelt- und Sicherheitsfolgen verursachen. Zu diesen Folgen zählen die Verunreinigung des Arbeitsumfelds, eine verringerte Lebensdauer benachbarter Komponenten sowie ein erhöhtes Unfallrisiko. Diese Erkenntnisse zeigen, dass der Ausfall eines Wellendichtrings kein isoliertes Phänomen darstellt, sondern als Kettenausfall das gesamte System beeinflussen kann.
Methodik und Aufbau der Feldstudie
Diese Untersuchung wurde als vergleichende Feldstudie in der Polyethylenrohr-Produktionsanlage der Bespar Behin Ab Kerman Factory über einen Zeitraum von einem Jahr durchgeführt. Hauptziel der Studie war die Untersuchung des Einflusses der Qualität von Wellendichtringen auf das Betriebsverhalten, die Ausfallrate, den inneren Verschleißzustand sowie die Lebenszykluskosten industrieller Getriebe unter realen Betriebsbedingungen.
Zu diesem Zweck wurden zwei vollständig baugleiche Parallel-Shaft-Getriebe mit einem Übersetzungsverhältnis von 22:1 ausgewählt. Beide Getriebe verfügten über drei Zahnräder und wurden durch 22-kW-Elektromotoren mit Softstarter und Drehzahlregelungssystem angetrieben. Betriebsbedingungen, Lastniveau, Betriebszyklen, Umgebungsbedingungen sowie die Art des Schmierstoffs wurden bei beiden Anlagen identisch gehalten, um den Einfluss anderer Variablen zu minimieren.
In beiden Getrieben wurde das Industrieöl Behran Bordbar 100 verwendet. Der einzige wesentliche Unterschied bestand im Typ des eingesetzten Wellendichtrings. In der Kontrollgruppe wurde ein konventioneller TTO-Wellendichtring mit einem ungefähren Preis von 13,5 USD verwendet, während in der Versuchsgruppe ein SKF HMSA10 RG Wellendichtring gemäß DIN 3760 mit Dust Lip zu einem Preis von 24 USD eingesetzt wurde.
Während des Untersuchungszeitraums wurden Parameter wie der Zeitpunkt des Leckagebeginns, die Leckagerate, der Zustand von Sekundärschäden, die Betriebstemperatur, der innere Verschleißzustand des Schmieröls sowie Reparaturkosten erfasst und analysiert. Darüber hinaus wurde zur Bewertung des inneren Verschleißzustands der PQ-Index des Schmieröls in regelmäßigen Intervallen gemessen.
Zur Eliminierung des Einflusses wirtschaftlicher Schwankungen und zur Verbesserung der Vergleichbarkeit der Daten wurden sämtliche wirtschaftlichen Analysen auf Basis des US-Dollars (USD) dargestellt.
Betriebsergebnisse und Schadensanalyse
Die Ergebnisse der Untersuchung zeigten, dass die Qualität des Wellendichtrings einen direkten Einfluss auf das Betriebsverhalten des Getriebes sowie auf den Degradationsverlauf des Systems hat. In der Kontrollgruppe, in der ein konventioneller TTO-Wellendichtring eingesetzt wurde, trat die erste Ölleckage im ersten Zyklus nach 43 Tagen und im zweiten Zyklus nach 51 Tagen auf. Demgegenüber erhöhte sich beim mit einem SKF-Wellendichtring ausgestatteten Getriebe der Zeitpunkt des Leckagebeginns auf etwa 194 Tage, was einer ungefähr 4,5-fachen Erhöhung der Betriebslebensdauer des Dichtungssystems entspricht.
Neben den Unterschieden beim Zeitpunkt des Schadensbeginns zeigte auch das Leckageverhalten der beiden Gruppen erhebliche Unterschiede. In der Kontrollgruppe nahm die Leckage nach ihrem Beginn progressiv zu, wobei die Leckagerate von etwa 1 Liter pro Monat auf ungefähr 3 Liter pro Monat anstieg. Dieser Verlauf weist auf eine instabile Funktion der Dichtung sowie auf eine fortschreitende Verschlechterung der Kontaktfläche hin. Demgegenüber blieb die Leckagerate in der Versuchsgruppe bei etwa 1 Liter pro Monat konstant, wobei ein stabileres und besser kontrollierbares Verhalten beobachtet wurde.
Die Felduntersuchungen zeigten zudem, dass der Ausfall des Dichtungssystems in der Kontrollgruppe nicht auf den Schmierölaustritt beschränkt blieb, sondern mehrere Sekundärfolgen verursachte. Die fortlaufende Verunreinigung des Bereichs um das Getriebe führte zu einer Verringerung der Lebensdauer der Riemenscheibenriemen sowie zu einem erhöhten Bedarf an Nebenwartungen. Darüber hinaus wurde infolge der Ölansammlung im Arbeitsbereich ein Rutschunfall von Personal registriert, was die sicherheitsrelevanten Folgen eines mangelhaften Dichtungssystems verdeutlicht. Demgegenüber wurden in der mit dem SKF-Wellendichtring ausgestatteten Gruppe keine Sekundärschäden oder leckagebedingten Vorfälle gemeldet.
Die Überwachung der Betriebstemperaturen der beiden Getriebe zeigte, dass kein signifikanter Unterschied zwischen ihren thermischen Betriebsbedingungen bestand. Die durchschnittliche Betriebstemperatur in der warmen Jahreszeit betrug in der Kontrollgruppe etwa 58 °C und in der Versuchsgruppe etwa 59 °C. In der kalten Jahreszeit lagen die Durchschnittstemperaturen bei etwa 42 °C beziehungsweise 39 °C. Diese Ergebnisse zeigen, dass Schäden infolge eines mangelhaften Dichtungssystems nicht zwangsläufig mit einem deutlichen Anstieg der Betriebstemperatur einhergehen und dass die Temperaturüberwachung allein kein geeigneter Indikator zur Erkennung dieser Schadensart ist.
Analyse des PQ-Index und des inneren Verschleißzustands
Zur Bewertung des inneren Verschleißes der Getriebe wurde der Verlauf der Änderungen des PQ-Index des Schmieröls während des Untersuchungszeitraums analysiert. Der PQ-Index (Particle Quantifier) gibt die Menge ferromagnetischer Partikel an, die infolge inneren Verschleißes im Öl entstehen, und gilt als einer der wichtigen Indikatoren im Condition Monitoring rotierender Anlagen. Ein Anstieg dieses Index weist in der Regel auf eine Zunahme des Verschleißes an Zahnrädern, Lagern und anderen inneren metallischen Oberflächen hin.
Die Messergebnisse zeigten, dass der Anstieg des PQ-Index im mit dem konventionellen Wellendichtring ausgestatteten Getriebe beschleunigt verlief. Der PQ-Wert stieg in dieser Gruppe von etwa 24 im vierten Monat auf ungefähr 48 im sechsten Monat an, was auf ein schnelles Wachstum von Verschleißpartikeln und eine Intensivierung des inneren Verschleißes hinweist. Dieses Verhalten stimmt mit dem zunehmenden Leckageverlauf sowie dem schrittweisen Eindringen von Verunreinigungen in das System überein.
Demgegenüber verlief die Änderung des PQ-Index im mit dem SKF-Wellendichtring ausgestatteten Getriebe deutlich langsamer und nahezu linear. Der PQ-Wert stieg in dieser Gruppe im Verlauf des einjährigen Untersuchungszeitraums von etwa 20 auf 37 an, was auf eine bessere Kontrolle der Schmierbedingungen und eine reduzierte innere Verschleißrate hinweist. In der Kontrollgruppe wurde aufgrund des Anstiegs des PQ-Index auf einen Wert von über 48 im sechsten Monat das Getriebeöl vollständig gewechselt. Im Zuge dieses Ölwechsels wurden ebenfalls die Wellendichtringe ersetzt. In der Versuchsgruppe wurde das Öl während des Untersuchungszeitraums lediglich nachgefüllt, während die Wellendichtringe nicht ausgetauscht wurden.
Diese Ergebnisse zeigen, dass die Qualität des Dichtungssystems nicht nur Einfluss auf die Leckagekontrolle hat, sondern auch eine direkte Rolle bei der Stabilität der Schmierbedingungen sowie der Reduzierung der Erzeugungsrate abrasiver Partikel spielt. Darüber hinaus wurde festgestellt, dass die Ölanalyse und die Überwachung des PQ-Index bei der frühzeitigen Erkennung von Schäden infolge mangelhafter Dichtungssysteme deutlich effektiver sein können als der Temperaturindikator. Ebenso führte der Einsatz hochwertiger Wellendichtringe zu einer signifikanten Veränderung der MTBF (Mean Time Between Failures) sowie der MTTR (Mean Time To Repair).
(Vergleichsdiagramm des Verlaufs der PQ-Index-Änderungen in den Getrieben der Kontrollgruppe und der Versuchsgruppe während des einjährigen Untersuchungszeitraums)
Analyse des Ölvolumens im Getriebe
Zur Untersuchung der Stabilität der Schmierbedingungen und deren Zusammenhang mit der Leistung des Dichtungssystems wurden die Veränderungen des Ölvolumens innerhalb des Getriebes während des Untersuchungszeitraums überwacht. Das aufgezeichnete Diagramm des Ölvolumens in den beiden Getrieben zeigt sehr deutliche Unterschiede im Verhalten der beiden Wellendichtringe.
Es ist darauf hinzuweisen, dass am Schauglas des Getriebes für Werte über 15000 Milliliter keine spezifische Skalierung vorhanden war. Daher wurde der maximale Ölstand im Vollzustand mit 15000 angegeben, obwohl der tatsächliche Wert bis zu 25 cm³ höher gewesen sein könnte.
Darüber hinaus lag bei beiden Getrieben die Abnahme des Ölstands im Vergleich zu den Standards auf einem erhöhten Niveau. Dies wurde als konstruktionsbedingter Mangel der Anlage betrachtet, der zu einem späteren Zeitpunkt überprüft und gegebenenfalls durch Änderungen am System behoben werden sollte. Im Rahmen dieser Untersuchung wurde jedoch ausschließlich der Leistungsvergleich der beiden Wellendichtringe betrachtet. Es ist weiterhin anzumerken, dass die chronischen Probleme mit Ölverlusten in diesen Getrieben den ursprünglichen Anlass für die Durchführung dieser Studie darstellten.
Im Getriebe der Kontrollgruppe zeigte das Ölvolumen starke Schwankungen, wiederholte Abfälle sowie plötzliche Reduzierungen. Diese abrupten Absenkungen des Ölstands bis in sehr niedrige Bereiche (etwa 12000 Milliliter) zeigen, dass die Leckage in diesem Getriebe nicht nur kontinuierlich, sondern auch progressiv war. Dieses Verhalten weist auf erhebliche Schwächen des Dichtungssystems und dessen Unfähigkeit hin, die Stabilität des Ölvolumens aufrechtzuerhalten. Die starken Schwankungen des Ölstands bestätigen außerdem, dass in dieser Gruppe häufige und außerplanmäßige Ölkompensationen erforderlich waren. Wiederholte und starke Ölstandsabfälle führen in der Praxis zu einer Instabilität des Schmierfilms, einer Verringerung der hydrodynamischen Schmierung sowie zu einer erhöhten Wahrscheinlichkeit metallischen Kontakts und inneren Verschleißes.
Demgegenüber zeigte das Ölvolumen im Getriebe der Versuchsgruppe, in dem der SKF HMSA10 RG Wellendichtring eingesetzt wurde, ein deutlich stabileres Verhalten. Die Ölstandsabfälle waren geringer, schrittweiser und begrenzter, und der Ölstand blieb während des überwiegenden Teils der Betriebszeit innerhalb eines sicheren Bereichs. Dieses Verhalten zeigt, dass das hochwertigere Dichtungssystem den Ölaustritt wirksam kontrollieren, die Stabilität der Schmierung aufrechterhalten und die Abhängigkeit von Ölkompensationen reduzieren konnte.
Diese Daten stimmen mit den Ergebnissen des PQ-Abschnitts überein, da wiederholte Ölstandsabfälle zu erhöhtem Verschleiß und folglich zu einem Anstieg ferromagnetischer Partikel führen. Darüber hinaus bestätigt das Diagramm des Ölvolumens, dass trotz ähnlicher Temperaturen in beiden Anlagen erhebliche Unterschiede hinsichtlich Schmierzustand und Leckage bestehen können, die nur durch Ölanalyse und Überwachung des Ölstands erkennbar sind.
(Diagramm der Änderungen des Ölvolumens in den Getrieben der Kontrollgruppe und der Versuchsgruppe)
Wirtschaftlichkeitsanalyse und Lebenszykluskosten
Eines der wichtigsten Ziele dieser Untersuchung bestand in der Bewertung des Einflusses der Qualität von Wellendichtringen auf die Lebenszykluskosten der Getriebe. Obwohl der anfängliche Preisunterschied zwischen den beiden eingesetzten Wellendichtringen lediglich etwa 10,5 USD betrug, zeigten die Ergebnisse, dass dieser geringe Unterschied bei den Anschaffungskosten einen erheblichen Einfluss auf die Betriebs- und Reparaturkosten hatte.
Die Analyse der direkten Reparaturkosten zeigte, dass sich die gesamten jährlichen Kosten des mit dem SKF-Wellendichtring ausgestatteten Getriebes auf etwa 710 USD beliefen, während dieser Wert beim mit dem konventionellen Wellendichtring ausgestatteten Getriebe ungefähr 1180 USD erreichte. Dieser Unterschied war hauptsächlich auf häufigere Reparaturen, den Austausch von Nebenkomponenten, die Reinigung ölbedingter Verschmutzungen sowie die Behebung von Sekundärschäden zurückzuführen.
Darüber hinaus wurden die gesamten jährlichen Kosten der Produktionslinie unter Berücksichtigung anderer nicht damit zusammenhängender mechanischer und elektrischer Störungen für die SKF-Gruppe auf etwa 2530 USD und für die Kontrollgruppe auf etwa 2400 USD geschätzt. Beispielsweise wurde in der Produktionslinie der Versuchsgruppe während des Untersuchungszeitraums ein PLC-Modul ausgetauscht. Obwohl der Gesamtunterschied der Linienkosten relativ gering erscheint, ist zu berücksichtigen, dass die einzige in dieser Studie vorgenommene Änderung die Auswahl des Wellendichtringtyps war.
Die wirtschaftlichen Ergebnisse der Untersuchung zeigen, dass Entscheidungen auf Grundlage des anfänglichen Komponentenpreises nicht zwangsläufig zu einer Reduzierung der tatsächlichen Kosten führen. Demgegenüber kann die Auswahl hochwertigerer Komponenten durch eine erhöhte Zuverlässigkeit, die Reduzierung von Sekundärschäden, die Verringerung von Stillstandszeiten sowie die Kontrolle des inneren Verschleißes die Lebenszykluskosten von Anlagen signifikant senken.
Parameter für die korrekte Auswahl von Wellendichtringen
Die korrekte Auswahl von Wellendichtringen in industriellen Anlagen muss auf den tatsächlichen Betriebsbedingungen und den Anforderungen an die Zuverlässigkeit basieren. Einer der wichtigsten Faktoren sind die Betriebsbedingungen der Anlage, einschließlich Drehzahl, Betriebstemperatur, Innendruck und Art des Schmierstoffs. Jeder dieser Parameter kann einen direkten Einfluss auf die geeignete Konstruktion und das geeignete Material des Dichtungselements haben.
Auch das im Wellendichtring verwendete Elastomermaterial ist von hoher Bedeutung. NBR-, FKM- und PTFE-Verbindungen verfügen jeweils über unterschiedliche Temperaturbereiche, chemische Beständigkeiten und Verschleißeigenschaften. Eine falsche Auswahl des Dichtungsmaterials kann zu einer schnellen Reduzierung der funktionalen Lebensdauer sowie zu einer erhöhten Leckagewahrscheinlichkeit führen.
Zu den weiteren wichtigen Faktoren zählen Fertigungsqualität, Maßgenauigkeit, Federqualität sowie das Vorhandensein einer Staublippe (Dust Lip). Der Einsatz einer Dust Lip in kontaminierten Umgebungen kann eine wirksame Rolle bei der Verhinderung des Eindringens abrasiver Partikel sowie bei der Verlängerung der Lebensdauer der Dichtung spielen. Darüber hinaus kann die Einhaltung von Standards wie DIN 3760 die Leistungsqualität und Stabilität der Dichtung in hohem Maße gewährleisten.
Der Zustand der Wellenoberfläche, die Qualität der Bearbeitung, das Spiel sowie die Art der Montage zählen ebenfalls zu den entscheidenden Faktoren für die ordnungsgemäße Funktion des Dichtungssystems. Selbst hochwertige Wellendichtringe liefern bei unsachgemäßer Montage oder bei Einsatz auf beschädigten Oberflächen keine zufriedenstellende Leistung.
Letztlich sollte die Auswahl eines Wellendichtrings auf Grundlage des Lebenszykluskostenansatzes (Life Cycle Cost – LCC) erfolgen. Bei kritischen Anlagen mit hohen Stillstandskosten kann der Einsatz hochwertigerer Komponenten sowohl aus wirtschaftlicher Sicht als auch hinsichtlich der Zuverlässigkeit vollständig gerechtfertigt sein.
Schlussfolgerung
Die Ergebnisse dieser Feldstudie zeigten, dass die Qualität des Wellendichtrings einen direkten Einfluss auf die Zuverlässigkeit, die innere Verschleißrate sowie die Lebenszykluskosten industrieller Getriebe hat. Der Einsatz des SKF-Wellendichtrings führte zu einer signifikanten Erhöhung der funktionalen Lebensdauer des Dichtungssystems, sodass der Zeitpunkt des Leckagebeginns etwa 4,5-mal später als beim konventionellen Vergleichsprodukt registriert wurde. Darüber hinaus war das Leckageverhalten in dieser Gruppe stabiler, wodurch eine fortschreitende Verschlechterung des Schadens verhindert wurde.
Die Analyse des PQ-Index zeigte, dass Schwächen des Dichtungssystems zu einer erhöhten Erzeugungsrate von Verschleißpartikeln und zu einer Intensivierung des inneren Verschleißes führen können. Demgegenüber ermöglichte die stabilere Leistung des hochwertigeren Wellendichtrings eine bessere Kontrolle der Schmierbedingungen sowie eine Verringerung des inneren Verschleißverlaufs.
Weiterhin wurde festgestellt, dass die Betriebstemperatur allein kein geeigneter Indikator zur Erkennung dieser Schadensart ist und dass die Verwendung von Ölanalysen sowie Verschleißindikatoren präzisere Informationen über den tatsächlichen Anlagenzustand liefern kann.
Aus wirtschaftlicher Sicht führte der begrenzte Unterschied bei den anfänglichen Anschaffungskosten der Wellendichtringe zu einer erheblichen Reduzierung der Reparaturkosten und Sekundärschäden. Dies zeigt, dass die Auswahl von Komponenten ausschließlich auf Grundlage des Anschaffungspreises langfristig zu erhöhten Betriebskosten führen kann.
Insgesamt führte der Einsatz hochwertigerer Wellendichtringe zu einer Erhöhung der MTBF (Mean Time Between Failures), einer Verringerung der MTTR (Mean Time To Repair), einer Reduzierung von Sekundärschäden, einer Verbesserung der Sicherheitsbedingungen sowie zu einer Senkung der Lebenszykluskosten der Anlagen. Die Ergebnisse dieser Untersuchung unterstreichen, dass die Auswahl des Dichtungssystems als Bestandteil der Zuverlässigkeitsstrategie und des Physical Asset Managements in der Industrie betrachtet werden sollte.