Mechanische Dichtungen benötigen eine geringe Leckage, um ordnungsgemäß zu funktionieren. Dieses kleine Leck trägt tatsächlich zur Schmierung und Kühlung der Dichtflächen, wodurch sie länger halten.

Die grundlegende Leckratenformel

Die gebräuchlichste Formel zur Berechnung der Leckrate von Gleitringdichtungen lautet:

Q = (π × h³ × ΔP) / (6 × η × ln(r₂/r₁))

Wo:

• Q = Leckrate (m³/sec oder in³/sec)
• r₁ = Innenflächenradius (mm oder Zoll)
• r₂ = Außenflächenradius (mm oder Zoll)
• H = Spalthöhe zwischen den Flächen (μm oder μin)
• ΔP = Druckunterschied über der Dichtung (Pa oder psi)
• η = dynamische Viskosität der Flüssigkeit (Pa·s oder lbf-sec/in²)
• ln = natürlicher Logarithmus

Diese Formel funktioniert am besten, wenn die Dichtungsflächen auf einem dünnen Flüssigkeitsfilm mit minimalem Kontakt laufen.

Beispielrechnung

Lassen Sie uns ein reales Beispiel durcharbeiten:

Gegebene Werte:

• Innenradius (r₁) = 26,98 mm
• Außenradius (r₂) = 31,75 mm
• Spalthöhe (h) = 0,254 μm
• Druckdifferenz (ΔP) = 1,8 MPa (1.800.000 Pa)
• Viskosität (η) = 0,001 Pa·s (Wasser bei 20 °C)

Schritt 1: Berechnen Sie ln(r₂/r₁)

ln(31,75/26,98) = ln(1,177) = 0,163

Schritt 2: h³ berechnen

(0,254 × 10⁻⁶)³ = 1,638 × 10⁻²⁰ m³

Schritt 3: Alles zusammenfügen

Q = (3,14159 × 1,638 × 10⁻²⁰ × 1.800.000) / (6 × 0,001 × 0,163)

Q = 9,26 × 10⁻¹⁵ / 9,78 × 10⁻⁴

Q = 9,47 × 10⁻¹² m³/s

Umrechnung in praktischere Einheiten:

9,47 × 10⁻¹² m³/s = 0,34 ml/Stunde

Alternative Formel für Sonderfälle

Bei Dichtungen mit externem Druck sehen Sie möglicherweise diese komplexere Formel:

Q = 7,5 × 10⁻¹⁵ × (1 + 0,0013 × D)³ × n¹·⁹ × h⁻⁰·¹ × (k + pf)⁻⁰·⁹ × Dp⁰·¹

Diese Formel berücksichtigt zusätzliche Faktoren wie Wellendurchmesser (D), Drehzahl (n) und Flächendruck (pf).

Normale vs. übermäßige Leckage

Was gilt als normal? Die meisten Gleitringdichtungen lecken im Normalbetrieb zwischen 5 und 10 cm³/Stunde (Kubikzentimeter pro Stunde). Das entspricht etwa 1 bis 2 Teelöffeln pro Stunde.

Wenn Ihre berechnete oder gemessene Leckrate viel höher ist, könnte das bedeuten:

• Beschädigte Dichtungsflächen
• Unsachgemäße Installation
• Falsche Materialien für Ihre Flüssigkeit
• Übermäßige Vibration oder Fehlausrichtung

Wenn Formeln nicht funktionieren

Manchmal lässt sich die Leckrate aus folgenden Gründen nicht genau berechnen:

• Dichtungsflächen sind beschädigt oder ungleichmäßig abgenutzt
• Es gibt keinen stabilen Flüssigkeitsfilm zwischen den Flächen
• Die Dichtung läuft trocken oder halbtrocken
• Es gibt mehrere Leckpfade

In diesen Fällen müssen Sie die tatsächliche Leckage messen oder die Dichtung ersetzen.

Messung der tatsächlichen Leckrate

Wenn Sie Ihre Berechnungen überprüfen müssen:

1. Leckage über einen festgelegten Zeitraum erfassen
2. Messen Sie das gesammelte Volumen
3. Berechnen Sie die Rate = Volumen / Zeit

Denken Sie daran, bei der Arbeit mit flüchtigen Flüssigkeiten die Verdunstung zu berücksichtigen.