Gleitringdichtungen

Gleitringdichtungen

Seit Mitte der 1950er Jahre haben sich Gleitrichtdichtungen gegenüber der traditionellen Stopfbuchse als Wellendichtung zunehmend durchgesetzt. Im Vergleich zu den Stopfbuchsen bieten die Gleitringdichtungen folgende Vorteile:

• Sie halten bei kleineren Verschiebungen und Vibrationen an der Welle dicht.
• Sie brauchen nicht eingestellt zu werden.
• Die Dichtungsflächen haben eine geringere Reibung und dadurch minimale Leistungsverluste.
• Die Welle gleitet nicht an den Dichtungskomponenten entlang und wird daher auch nicht durch Verschleiß beschädigt (geringere Reparaturkosten).

Die Gleitringdichtung ist der Teil der Pumpe, der das Medium von der Atmosphäre trennt. Abbildung 1.3.1 zeigt verschiedene Pumpentypen, die mit Gleitringdichtungen ausgerüstet sind. Die Mehrzahl der Gleitringdichtungen ist nach der Europäischen Norm EN 12756 gefertigt. Zur Auswahl einer bestimmten Gleitringdichtung müssen die folgenden Informationen über die Eigenschaften des Fördermediums und die Beständigkeit der Dichtung gegenüber dem Fördermedium bestimmt werden:

• Art des Fördermediums
• Druck, dem die Gleitringdichtung ausgesetzt ist
• Drehzahl, der die Gleitringdichtung ausgesetzt ist

Einbaumaße Auf den folgenden Seiten sind die Funktionsweise einer Gleitringdichtung, die verschiedenen Dichtungstypen, die Werkstoffe für Gleitringdichtungen und die Faktoren erläutert, die sich auf die Leistungsfähigkeit einer Gleitringdichtung auswirken.

Komponenten und Funktionsweise der Gleitringdichtung

Die Gleitringdichtung besteht aus zwei Hauptbaugruppen: einer rotierenden und einer stationären Gruppe. Diese Baugruppen bestehen aus den in Abbildung 1.3.2 aufgeführten Teilen. In Abbildung 1.3.3 ist dargestellt, wie die verschiedenen Teile der Gleitringdichtung angeordnet sind.

• Der stationäre Teil ist im Pumpengehäuse eingebaut. Der rotierende Teil der Dichtung sitzt auf der Pumpenwelle und dreht sich während des Pumpenbetriebs.
• Die beiden Primärdichtungsflächen werden durch den Federdruck und den Druck des Fördermediums gegeneinander gepresst. Während des Betriebs bildet sich in dem engen Spalt zwischen den beiden Dichtungsflächen ein Schmierfilm aus dem Fördermedium. Dieser Film verdampft, bevor er in die Atmosphäre gelangt und macht dadurch die Gleitrichtdichtung flüssigkeitsdicht (siehe Abbildung 1.3.4).
• Die Sekundärdichtungen dichten die Gleitringdichtung gegen die Welle ab.
• Die Dichtungsflächen werden von der Feder mechanisch zusammengepresst.
• Der Mitnehmer überträgt das Drehmoment von der Welle auf die Dichtung. Bei Balgdichtungen wird das Drehmoment direkt über den Balg übertragen.

Dichtungsspalt

Beim Betrieb bildet das Fördermedium einen Schmierfilm zwischen den Dichtungsflächen. Dieser Schmierfilm besteht aus einem hydrostatischen und einem hydrodynamischen Element.

• Das hydrostatische Element wird durch das gepumpte Fördermedium erzeugt, das in den Spalt zwischen den Dichtungsflächen gepresst wird.
• Der hydrodynamische Schmierfilm entsteht durch den Druck, der durch die Rotation der Welle erzeugt wird.

Die Dicke des Schmierfilms hängt von der Pumpendrehzahl, der Flüssigkeitstemperatur, der Viskosität des Fördermediums und den Axialkräften der Gleitringdichtung ab. Der ständige Austausch des Fördermediums im Dichtungsspalt wird durch zwei Effekte gewährleistet:

• das Verdampfen des Fördermediums in die Atmosphäre
• die Umlaufbewegung des Fördermediums.

In Abbildung 1.3.5 wird das optimale Verhältnis zwischen guter Schmierung und geringer Leckrate dargestellt. Das optimale Verhältnis wird erreicht, wenn der Schmierfilm den gesamten Dichtungsspalt benetzt, bis auf eine sehr enge Verdampfungszone dicht an der atmosphärischen Seite der Gleitringdichtung.

Häufig treten Undichtigkeiten durch Ablagerungen auf den Dichtungsflächen auf. Bei der Verwendung von Kühlmitteln bilden sich schnell Ablagerungen durch Verdampfung auf der atmosphärischen Seite der Dichtung. Wenn das Fördermedium in der Verdampfungszone verdampft, verbleiben mikroskopisch kleine Feststoffpartikel aus dem Fördermedium als Ablagerungen im Dichtungsspalt und verursachen dort Verschleiß. Diese Ablagerungen werden in Verbindung mit den meisten Flüssigkeitstypen beobachtet. Problematisch sind Fördermedien mit einer Tendenz zum Auskristallisieren. Um übermäßigen Verschleiß zu vermeiden, sollten am besten Dichtungsflächen aus hartem Werkstoff (z. B. Wolframkarbid (WC) oder Siliziumkarbid (SiC)) gewählt werden.

Der schmale Dichtungsspalt zwischen diesen Werkstoffen (ca. 0,3 μm) minimiert die Gefahr, dass Feststoffpartikel in den Dichtungsspalt eindringen, und minimiert damit auch die Ablagerungen.

Entlastete und nicht entlastete Dichtungen

Um einen ausgewogenen Druck zwischen den Primärdichtungsflächen zu erreichen, werden zwei Dichtungstypen angeboten: entlastete und nicht entlastete Dichtungen.

Entlastete Dichtung

Abbildung 1.3.6 zeigt eine entlastete Dichtung und die darauf einwirkenden Kräfte.

Nicht entlastete Dichtung

Abbildung 1.3.7 zeigt eine nicht entlastete Dichtung und die darauf einwirkenden Kräfte.

In Axialrichtung wirken mehrere Kräfte auf die Dichtungsflächen ein. Federkraft und hydraulische Kraft des Fördermediums drücken die Dichtung zusammen, während die Kraft des Schmierfilms im Dichtungsspalt dem entgegenwirkt. Bei hohem Druck des Fördermediums treten möglicherweise so große hydraulische Kräfte auf, dass der Schmierfilm im Dichtungsspalt den Kontakt zwischen den Dichtungsflächen nicht verhindern kann. Da die hydraulische Kraft proportional zu der Fläche ist, auf die der Druck des Fördermediums wirkt, kann die Belastung in Axialrichtung nur durch Verkleinerung der Druckfläche reduziert werden.

Der Belastungsfaktor (K) einer Gleitringdichtung ist definiert als das Verhältnis zwischen Fläche (A) und Fläche (B): K = A/B K = Belastungsfaktor A = Fläche, die hydraulischem Druck ausgesetzt ist B = Kontaktfläche der Dichtungsflächen Bei entlasteten Dichtungen liegt normalerweise der Belastungsfaktor etwa um K = 0,8, bei nichtentlasteten etwa um K = 1,2.

Gleitringdichtungstypen

In diesem Abschnitt werden die wichtigsten Typen von Gleitringdichtungen beschrieben: O-Ringdichtung, Balgdichtung und Patronendichtung.

O-Ringdichtungen

In einer O-Ringdichtung wird die Abdichtung zwischen rotierender Welle und rotierender Dichtungsfläche durch einen O-Ring erreicht (Abbildung 1.3.9). Der O-Ring muss in der Lage sein, in Axialrichtung frei zu gleiten, um die Axialverschiebung durch Temperaturänderungen und Verschleiß aufnehmen zu können. Eine falsche Position des stationären Sitzes kann zu Abrieb führen und unnötigen Verschleiß an O-Ring und Welle verursachen. ORinge sind entsprechend ihrer Betriebsbedingungen aus verschiedenen Elastomeren gefertigt (z. B. NBR, EPDM und FKM).

Vorteile und Nachteile einer O-Ringdichtung

Vorteile:

• Geeignet für heiße
• Fördermedien und hohe
• Drücke

Nachteile:

• Ablagerungen an der Welle (z. B. Rost) behindern möglicherweise
• die Bewegung
• der O-Ringdichtung in Axialrichtung

Abb. 1.3.9: O-Ringdichtung

Balgdichtungen

Ein allgemeines Merkmal von Balgdichtungen ist der aus Gummi oder Metall bestehende Balg, der als dynamisches Dichtungselement zwischen dem rotierenden Ring und der Welle fungiert.

Gummibalgdichtungen

Der Balg einer Gummibalgdichtung (siehe Abbildung 1.3.10) kann aus verschiedenen Elastomeren gefertigt werden (z. B. NBR, EPDM und FKM) – je nach Betriebsbedingungen. Bei der Konstruktion von Gummibälgen werden zwei geometrische Prinzipien angewendet:

• Faltenbalg
• Rollbalg

Abb. 1.3.10: Gummibalgdichtung

Metallfaltenbalgdichtungen

Bei einer herkömmlichen Gleitrichtdichtung erzeugt die Feder die erforderliche Kraft zum Schließen der Dichtungsflächen. Bei einer Metallfaltenbalgdichtung (Abbildung 1.3.11) ist die Feder durch einen Metallbalg mit gleicher Kraft ersetzt. Der Metallbalg fungiert als dynamische Dichtung zwischen dem umlaufenden Gleitring und der Welle sowie als Feder. Der Balg besitzt mehrere Falten, mit denen die erforderliche Anpresskraft erzeugt wird.

Vorteile und Nachteile von Metallfaltenbalg-Patronendichtungen

Vorteile:

• Unempfindlich gegenüber Ablagerungen (z. B. Rost und Kalk) auf der Welle
• Geeignet für heiße Fördermedien und hohe Drücke
• Geringer Belastungsfaktor führt zu geringem Verschleiß und längerer Lebensdauer

Nachteile:

• Möglicher Ermüdungsbruch der Gleitringdichtung bei nicht korrekt ausgerichteter Pumpe
• Mögliche Ermüdung durch übermäßige Temperaturen oder Drücke

Patronendichtungen

Bei der Patronen-Gleitringdichtung bilden alle Teile eine kompakte Einheit, die einbaufertig auf einer Wellenschutzhülse befestigt ist. Eine Patronendichtung bietet gegenüber einer herkömmlichen Gleitringdichtung viele Vorteile (Abbildung 1.3.12).

Vorteile der Patronendichtung:

• Einfacher und schneller Service
• Bauweise schützt die Dichtungsflächen
• Vorgespannte Feder
• Sichere Handh

"Mit freundlicher Freigabe der GRUNDFOS GMBH"

Quelle: GRUNDFOS INDUSTRIE PUMPENHANDBUCH