Was ist der Unterschied zwischen einfachen und doppelten Gleitringdichtungen?

Die Wahl der richtigen Gleitringdichtung ist entscheidend für den zuverlässigen und sicheren Betrieb von Pumpenanlagen. Die Wahl des falschen Dichtungstyps kann zu Leckagen, Anlagenschäden und Gefahren führen. Dieses Dokument bietet einen detaillierten Vergleich von Einfach- und Doppelgleitringdichtungen und untersucht deren Konstruktion, Funktionsprinzipien und Anwendungen, um fundierte Entscheidungen für verschiedene industrielle Szenarien zu ermöglichen.

Einfache Gleitringdichtungen

Das Merkmal einer einfachen Gleitringdichtung ist ihr relativ einfacher Aufbau. Sie besteht aus zwei Hauptkomponenten: einem rotierenden Ring, der auf der rotierenden Welle des Geräts befestigt ist, und einem stationären Ring, der fest am Gerätegehäuse montiert ist. Diese Ringe werden mit sehr flachen, präzise geschliffenen Oberflächen gefertigt, die die primäre Dichtungsschnittstelle bilden.

Um einen konstanten Kontakt zwischen diesen Flächen zu gewährleisten, übt ein Federmechanismus (bei manchen Ausführungen auch ein Balg) Kraft aus, um die rotierenden und stationären Ringe zusammenzupressen. Die Feder befindet sich typischerweise auf der atmosphärischen Seite der Dichtung und ist vor dem Prozessmedium geschützt. Sekundäre Dichtelemente wie O-Ringe oder Dichtungen dienen zur Abdichtung zwischen den stationären Teilen und dem Dichtungsgehäuse.

Funktionsweise einfacher Gleitringdichtungen

Das Funktionsprinzip einer einfachen Gleitringdichtung beruht auf der Bildung eines extrem dünnen, typischerweise nur wenige Mikrometer dicken Films aus Prozessflüssigkeit zwischen den präzise geschliffenen Dichtflächen. Im Betrieb dreht sich der rotierende Ring mit der Welle, während der stationäre Ring am Gehäuse befestigt bleibt.

Die Dichtwirkung entsteht durch ein Gleichgewicht zwischen der Schließkraft von Feder und Hydraulik und der Öffnungskraft, die durch den Druck des Flüssigkeitsfilms selbst erzeugt wird. Die Federkraft presst die Flächen zusammen, während der Flüssigkeitsdruck im dünnen Film sie auseinanderzudrücken versucht. Das Gleichgewicht ist erreicht, wenn sich ein stabiler Flüssigkeitsfilm gebildet hat.

Wenn Flüssigkeit von der Hochdruckseite zur Niederdruckseite wandert, tritt typischerweise ein minimaler Dampfaustritt an den Dichtflächen auf. Dieser geringe Austritt ist normal und notwendig, um die Dichtflächen zu schmieren und zu kühlen. Dichtungsfehler können auftreten, wenn die Dichtflächen zu heiß und trocken werden oder wenn der Film aufgrund von Verunreinigungen oder dem Verlust der Flüssigkeitseigenschaften zusammenbricht.

Anwendungen von einfachen Gleitringdichtungen

Einzel Gleitringdichtungen Werden vorwiegend dort eingesetzt, wo die gepumpte Flüssigkeit nur ein minimales Risiko für die Umwelt oder das Bedienpersonal darstellt. Sie eignen sich gut für allgemeine Industrieanwendungen mit Flüssigkeiten, die mit den Dichtungsmaterialien kompatibel, relativ sauber und nicht als ernsthaft gefährlich gelten.

Zu den typischen Anwendungen für einfache Gleitringdichtungen zählen:

• Wasser- und Abwasserpumpen
• Lebensmittelverarbeitung (Milch, Getränke, tierische Fette)
• HVAC- und Kühlturmpumpen
• Allgemeiner chemischer Transfer mit harmlosen Flüssigkeiten
• Niederdruck-Kohlenwasserstoffdienste

In der chemischen Verarbeitung, der Erdöl- und Petrochemieindustrie werden einfache Gleitringdichtungen häufig für eine Vielzahl von Anwendungen eingesetzt, bei denen die zu verarbeitenden Flüssigkeiten hinsichtlich potenzieller Gefahren oder Umweltauswirkungen weniger kritisch sind. Für anspruchsvollere Aufgaben mit gefährlichen, brennbaren oder umweltempfindlichen Flüssigkeiten doppelte Gleitringdichtungen werden oft angegeben, um eine zusätzliche Schutz- und Redundanzebene bereitzustellen.

Doppelte Gleitringdichtungen

Doppelte Gleitringdichtungen stellen im Vergleich zu einfachen Dichtungen eine fortschrittlichere und robustere Dichtungslösung dar. Sie bestehen aus zwei in Reihe angeordneten einfachen Gleitringdichtungen und bieten so zusätzlichen Schutz vor Leckagen und Ausfällen.

Die beiden Hauptkomponenten einer Doppeldichtung sind die innere (primäre) Dichtung und die äußere (sekundäre) Dichtung. Die innere Dichtung befindet sich näher am abzudichtenden Prozessmedium, während sich die äußere Dichtung auf der atmosphärischen Seite der Baugruppe befindet. Zwischen diesen beiden Dichtungen befindet sich ein Hohlraum, der entweder mit einem Pufferflüssigkeit oder eine Sperrflüssigkeit.

Das Vorhandensein dieses flüssigkeitsgefüllten Hohlraums ist ein charakteristisches Merkmal doppeltwirkender Gleitringdichtungen. Er erfüllt mehrere wichtige Funktionen, wie die Schmierung der Dichtungsflächen, die Wärmeableitung und den Schutz vor Verunreinigungen. Die Flüssigkeit wird üblicherweise über ein externes Versorgungssystem, das einen Behälter, Pumpen, Wärmetauscher und Überwachungsgeräte umfassen kann, zirkuliert und aufrechterhalten.

Wie funktionieren doppeltwirkende Gleitringdichtungen?

Die Funktionsweise von Doppelgleitringdichtungen basiert auf einem zweistufigen Dichtungsmechanismus. Die Hauptaufgabe der inneren Dichtung besteht darin, das Prozessfluid im Pumpen- oder Gerätegehäuse zu halten und dessen Austreten zu verhindern. Sie dient als erste Schutzmaßnahme gegen Leckagen und ist so ausgelegt, dass sie dem vollen Druck und der vollen Temperatur des Prozessfluids standhält.

Die äußere Dichtung hingegen erfüllt zwei Hauptfunktionen. Erstens dient sie dazu, die Sperrflüssigkeit im Hohlraum zwischen den Dichtungen zu halten. Zweitens fungiert sie als Reservedichtung, die eventuelle kleinere Leckagen an der inneren Dichtung auffängt und deren Austritt in die Atmosphäre verhindert.

Der Druck der Flüssigkeit im Hohlraum spielt eine entscheidende Rolle für die Dichtleistung von Doppeldichtungen. Bei Verwendung einer Pufferflüssigkeit wird deren Druck typischerweise niedriger gehalten als der Druck der Prozessflüssigkeit. In dieser Konfiguration fängt die Pufferflüssigkeit Leckagen der inneren Dichtung auf und verhindert, dass diese die äußere Dichtung oder die Umgebung erreichen.

Alternativ wird bei Verwendung einer Sperrflüssigkeit deren Druck üblicherweise höher gehalten als der Druck der Prozessflüssigkeit. Dadurch entsteht eine vollständige physikalische Barriere zwischen der Prozessflüssigkeit und der Atmosphäre. Tritt eine Leckage durch die innere Dichtung auf, wird sie zurück in die Prozessflüssigkeit geleitet, anstatt nach außen zu entweichen.

Arten von doppelten Gleitringdichtungen

Back-to-Back-Anordnung

Bei einer Back-to-Back-Anordnung sind die rotierenden Flächen der beiden Dichtungen voneinander weggerichtet. Dadurch entsteht ein Hohlraum zwischen den Dichtungen, in dem eine Sperrflüssigkeit mit einem höheren Druck als die Dichtungskammer Druck, zirkulieren kann.

Die Sperrflüssigkeit schmiert die Dichtungsflächen und fängt eventuell auftretende Leckagen auf. Diese Anordnung eignet sich besonders für Anwendungen mit flüchtigen, gefährlichen oder teuren Prozessflüssigkeiten, da sie Leckagen im Sperrflüssigkeitssystem effektiv eindämmt.

Back-to-back-Dichtungen bieten hervorragende Dichtleistung und volle Drucksicherungsfähigkeit bei relativ kompakter axialer Länge. Sie können jedoch im Vergleich zu Einzel- oder Tandemdichtungen teurer sein und benötigen bei bestimmten Installationen mehr axialen Platz.

Wichtig zu beachten: Ein Verlust der Sperrflüssigkeit hält zwar beide Dichtungen geschlossen, ein Ausfall der inneren Dichtung kann jedoch zu einer Verunreinigung der Prozessflüssigkeit durch die Sperrflüssigkeit führen. Zudem haben die äußeren Dichtungsflächen in einer Back-to-Back-Konfiguration typischerweise eine geringere Druckfestigkeit als die inneren Dichtungsflächen.

Tandem-Anordnung (von Angesicht zu Angesicht)

Bei einer Tandem-Anordnung, auch Face-to-Face-Anordnung genannt, sind beide Dichtungen in die gleiche Richtung ausgerichtet und in Reihe installiert. Die innere (primäre) Dichtung bewältigt den vollen Druck des Prozessmediums, während die äußere (sekundäre) Dichtung als Reserve dient.

Bei dieser Konfiguration zirkuliert eine Sperrflüssigkeit, die unter einem niedrigeren Druck als die Prozessflüssigkeit steht, zwischen den beiden Dichtungen. Tandemdichtungen werden bevorzugt zur Abdichtung giftiger, gefährlicher Flüssigkeiten und Gase sowie zur Handhabung von Feststoffen und kontaminierten Medien eingesetzt. Im Vergleich zu anderen Anordnungen weisen sie zudem eine bessere Toleranz gegenüber Wellenfehlstellungen auf.

Tandemdichtungen benötigen jedoch in der Regel mehr axialen Platz und erhöhen die Gesamtsystemkomplexität sowie die Kosten. Versagt die innere Dichtung, wird die äußere Dichtung zur einzigen Barriere gegen Leckagen, und ihre Dichtleistung kann im Vergleich zu einer Back-to-Back-Anordnung schlechter sein.

Persönliche Vereinbarung

Bei der Face-to-Face-Anordnung sind die rotierenden Flächen der beiden Dichtungen einander zugewandt, wodurch eine abgedichtete Kammer zwischen ihnen entsteht. Diese Konstruktion kann entweder mit Puffer- oder Sperrflüssigkeit arbeiten und verwendet häufig eine gemeinsame stationäre Komponente für beide Dichtungen.

Face-to-Face-Dichtungen eignen sich besonders für Anlagen mit beengten Platzverhältnissen und können Feststoffe und verunreinigte Medien effektiv verarbeiten. Sie sind auch gegen Druckschwankungen beständig. Die kompakte und einfache Konstruktion ermöglicht einen größeren axialen Weg, und in manchen Fällen kann die Sperrflüssigkeit als Kühlmittel dienen.

Ein wesentlicher Nachteil von Face-to-Face-Dichtungen besteht darin, dass die äußere Dichtung keine volle Drucksicherung bieten kann. Zudem bedeutet die Abhängigkeit von einer gemeinsamen stationären Komponente, dass ein Ausfall dieser Komponente zum Ausfall beider Dichtungen führen kann.

Die Unterschiede zwischen einfachen und doppelten Gleitringdichtungen