Contactloze labyrintafdichtingen voor lagers: ontwerp, selectie en echt gebruik

Een transportbandaandrijving bij een gieterij heeft acht maanden gedraaid voordat de lagers het begaven. De originele opstelling gebruikte rubberen lipafdichtingen die tegen de as drukten. Schurend stof baande zich een weg onder de lip, droeg een groef in de as en vervuilde uiteindelijk het vet. Onderhoud heeft de lagers twee keer vervangen voordat er werd overgeschakeld op een contactloze labyrintafdichting. De nieuwe afdichting had geen wrijvende delen, waardoor de as niet versleten was, en het kronkelige pad hield het meeste stof buiten. Die verandering verlengde de levensduur van de lagers tot meer dan drie jaar.

Contactloze labyrintafdichtingen zijn geen universele oplossing. Ze werken het beste als u lage wrijving, hoge snelheid of een lange levensduur nodig heeft in een vuile maar relatief droge omgeving. In dit artikel wordt uitgelegd hoe ze werken, welke ontwerpdetails belangrijk zijn en waar ze passen bij de keuze van lagers.

Wat een contactloos labyrint eigenlijk doet

Een labyrintafdichting creëert een lange, kronkelende spleet tussen de roterende as en de stationaire behuizing. In plaats van een enkele rechte doorgang zigzagt het pad door een reeks groeven en richels. Verontreinigingen zoals stof, gruis of waternevel moeten dat pad afleggen om het lager te bereiken. Elke beurt dwingt deeltjes om van richting te veranderen, en velen vallen uit of verliezen hun momentum voordat ze erdoorheen komen.

Omdat er geen fysiek contact is tussen de afdichtingsdelen, is er geen glijdende wrijving en geen slijtage. Dat is het kernvoordeel. Het betekent ook dat de afdichting geen warmte genereert, zodat de assnelheid niet wordt beperkt zoals een lipafdichting dat doet. Het nadeel is dat een labyrint niet helemaal strak is. Het laat een kleine hoeveelheid lekkage toe en kan een stroom vloeistof of fijn poeder onder druk niet tegenhouden. Zie het als een krachtig afschrikmiddel en niet als een absolute barrière.

Waarom lagers profiteren van contactloze labyrintafdichtingen

Lagers falen om twee belangrijke redenen: verlies van smering en vervuiling. Contactafdichtingen pakken verontreiniging aan, maar voegen weerstand en slijtage toe. Labyrintzegels pakken besmetting aan zonder deze straffen. In de praktijk betekent dat:

• Lager wrijvingskoppel, waardoor vermogensverlies en warmteontwikkeling worden verminderd.
• Hogere toegestane snelheid, vaak beperkt door lagerkooi of smering in plaats van door de afdichting.
• Er is geen elastomeer dat uithardt, barst of opzwelt, waardoor de afdichting over een breed temperatuurbereik werkt.
• Geen wrijvingsslijtage, waardoor de onderhoudsintervallen langer kunnen zijn.

Deze voordelen zijn het belangrijkst bij hogesnelheidsmotoren, versnellingsbakken, pompen en rollen die in stoffige fabrieken draaien. Ze zijn ook van belang bij toepassingen waarbij het asoppervlak niet kan worden gehard of waar een lipafdichting de as zou beschadigen.

Ontwerpdetails die de prestaties bepalen

Een contactloos labyrint is slechts zo goed als zijn afmetingen. De radiale speling is het meest kritisch. Te strak en de rotor kan de stator raken tijdens thermische groei of trillingen. Te los en de afdichting verliest zijn effectiviteit. Voor kleine en middelgrote lagers is een radiale speling van 0,1 mm tot 0,3 mm gebruikelijk. Grotere lagers kunnen 0,3 mm tot 0,5 mm gebruiken. De axiale speling moet thermische uitzetting mogelijk maken zonder de opening te dichten.

Het aantal groeven is ook van belang. Een enkele groef helpt, maar drie tot vijf fasen zijn typisch voor veeleisende omgevingen. Meer trappen betekenen een kronkeliger pad, maar vereisen ook meer axiale ruimte. De vorm van de groef kan vierkant, driehoekig of afgerond zijn. Vierkante groeven zijn gemakkelijker te bewerken en werken in de meeste gevallen goed.

Materiaalkeuze is afhankelijk van de omgeving. Aluminium is licht en gemakkelijk te bewerken, maar kan corroderen in natte of chemische omgevingen. Messing en roestvrij staal zijn beter bestand tegen corrosie. Bij sommige ontwerpen worden inzetstukken van polymeer of PTFE gebruikt om de kans op asschade bij contact te verkleinen.

Waar contactloze labyrintafdichtingen passen en waar niet

Gebruik een labyrint als de omgeving stoffig is, de snelheid hoog is en de blootstelling aan vloeistoffen minimaal is of kan worden afgevoerd. Typische voorbeelden zijn onder meer elektromotoren, versnellingsbakken, transportbanden, ventilatoren, blowers en looprollen in de industriële automatisering. Ze werken ook goed in staalfabrieken en papiermachines waar hitte en snelheid contactafdichtingen onpraktisch maken.

Vermijd een labyrint wanneer het lager ondergedompeld is, wordt blootgesteld aan water onder hoge druk of op zeer lage snelheid draait, waarbij een contactafdichting eenvoudig en effectief is. Vermijd dit ook als de beschikbare ruimte te klein is voor het juiste aantal groeven. In die gevallen kan een lipafdichting of een combinatieafdichting de betere keuze zijn.

Lagers selecteren voor labyrintafdichting

Veel standaardlagers kunnen worden gebruikt met een contactloos labyrint, maar de behuizing en as moeten daarvoor worden ontworpen. Groefkogellagers zijn een veel voorkomende keuze omdat ze radiale en middelmatige axiale belastingen aankunnen en verkrijgbaar zijn in maten die passen in labyrintbehuizingen. Voor hogere axiale belastingen of gecombineerde belastingen bieden dubbelrijige hoekcontactkogellagers een grotere contacthoek en betere stijfheid. Looprollen en lineaire geleidingsrollen maken vaak gebruik van labyrintafdichtingen omdat ze in vuile, snelle lineaire bewegingssystemen lopen.

Groefkogellagers voor labyrintafdichtingen Ontdek deze lagercategorie bij het selecteren van standaardlagers voor contactloze labyrintafdichtingen, met opties uit de 42- en 43-serie voor radiale en middelmatige axiale belastingen. Bekijk Product →

Wanneer u een lager specificeert, beslis dan of het labyrint in het lager of in de behuizing wordt geïntegreerd. Geïntegreerde afdichtingen besparen ruimte, maar worden vervangen door het lager. Behuizingsafdichtingen kunnen afzonderlijk worden onderhouden en kunnen voordeliger zijn voor grote apparatuur. In beide gevallen moeten de toleranties van de lagerboring en de buitendiameter overeenkomen met die van de afdichtingsdrager. Een slingering van meer dan 0,05 mm kan een ongelijkmatige speling veroorzaken en de levensduur van de afdichting verkorten.

32, 33-serie hoekcontactkogellagers met dubbele rij Deze 32/33-serie ondersteunt grote radiale en axiale belastingen met een hoge stijfheid en is geschikt voor spindels van werktuigmachines, auto-onderdelen en precisie-instrumenten. Bekijk Product →

Voor looprollen en lineaire bewegingen omvat het afdichtingsontwerp vaak een metalen labyrint dat de rollende elementen beschermt tegen spanen en stof. Deze rollen worden gebruikt in werktuigmachines, geautomatiseerde opslagsystemen en verpakkingslijnen. Een contactloos labyrint helpt hen een soepele beweging te behouden zonder de wrijving van een lipafdichting.

LFR gotische booggroeflooprollen Deze LFR-looprollen maken gebruik van een gotische booggroef voor spanningsspreiding, stabiel lopen op hoge snelheid of zware belasting, en soepele lineaire beweging in automatiseringssystemen. Bekijk Product →

Als u toepassingsspecifieke begeleiding nodig heeft, vindt u het artikel op het kiezen van het juiste looprollager behandelt de afwegingen tussen belasting, snelheid en afdichting in meer detail.

Installatie- en onderhoudspraktijken

Zelfs een goed ontworpen labyrint kan falen als het slecht wordt geïnstalleerd. Volg deze stappen:

1. Reinig de as-, behuizing- en afdichtingscomponenten vóór montage. Eén enkele zandkorrel kan de afdichting openhouden.
2. Controleer de radiale en axiale speling met een voelermaat of meetklok. Noteer de waarden voor toekomstig gebruik.
3. Breng een dun laagje compatibel vet aan op de labyrintgroeven om stof op te vangen tijdens de eerste bedrijfsuren.
4. Zorg ervoor dat de afvoergaten open zijn en naar beneden wijzen. Opgesloten vloeistof kan de afdichting overstromen.
5. Inspecteer na de eerste 100 bedrijfsuren de afdichting op slijtage of schuurplekken. Pas indien nodig de uitlijning aan.

Spuit tijdens routineonderhoud geen water onder hoge druk rechtstreeks op het labyrint. Gebruik een zachte borstel of lucht onder lage druk om stof te verwijderen. Als de afdichting in het lager is geïntegreerd, vervang dan het lager als de afdichting beschadigd is.

Veelvoorkomende fouten die u moet vermijden

• De speling is te klein ingesteld om de afdichting te verbeteren. Dit veroorzaakt wrijving, hitte en voortijdig falen.
• Het negeren van thermische groei. Een as die bij bedrijfstemperatuur 0,2 mm groeit, kan een koude opening afsluiten.
• Een labyrint gebruiken in een ondergelopen toepassing. Het zal lekken.
• Vetsoorten mengen. Sommige vetten scheiden zich af en blokkeren het labyrintpad met olie of verdikkingsmiddel.
• Een afvoer vergeten. Zonder drainage kunnen water en olie de groeven vullen en verontreinigingen naar binnen transporteren.

Elk van deze problemen is eenvoudig te voorkomen met een eenvoudige ontwerpbeoordeling en een paar metingen tijdens de montage.

Een contactloze labyrintafdichting is een praktische manier om lagers te beschermen bij toepassingen met hoge snelheden, stoffige omstandigheden of hoge temperaturen. Het vervangt geen contactafdichting in natte of ondergedompelde omstandigheden, maar waar het past, vermindert het de wrijving, vermijdt het slijtage van de as en verlengt het de levensduur van de lagers. De sleutel is om de speling, het aantal groeven, het materiaal en de drainage als een systeem te behandelen in plaats van geïsoleerde details. Wanneer deze elementen aansluiten bij de toepassing, doet de afdichting stil en langdurig zijn werk.