So berechnen Sie die Wärmeentwicklung in einer trockenlaufenden Dichtung

Die grundlegende Gleichung Q = μ × P × V × A gibt die Wärmeerzeugung in Watt an.

• Der Reibungskoeffizient (μ) liegt typischerweise zwischen 0.05 und 0.3 für TrockenlaufdichtungenNiedrigere Werte bedeuten Materialien wie PTFE oder Kohlenstoffgraphit, während höhere Werte auf härtere Materialien unter schlechten Bedingungen hinweisen.
• Kontaktdruck (P) wird in Pascal oder PSI gemessen. Diesen Wert finden Sie in den Angaben Ihres Dichtungsherstellers oder können ihn aus der Federkraft geteilt durch die Kontaktfläche berechnen.
• Gleitgeschwindigkeit (V) entspricht π × D × N / 60, wobei D der Wellendurchmesser in Metern und N die Drehzahl in U/min ist. Höhere Drehzahlen bedeuten immer mehr Wärme.

Schritt-für-Schritt-Berechnungsprozess

Beginnen Sie mit der Erfassung der Betriebsparameter Ihrer Dichtung: Wellendurchmesser, Drehzahl, Kontaktdruck und Materialkombination.

Berechnen Sie zunächst die Gleitgeschwindigkeit. Bei einer 50-mm-Welle mit 3,000 U/min beträgt Ihre Geschwindigkeit 3.14 × 0.05 × 3000 / 60 = 7.85 m/s.

Bestimmen Sie Ihren Reibungskoeffizienten anhand von Materialdatentabellen. Kohlenstoff gegen Edelstahl ergibt typischerweise einen Wert von 0.1 bis 0.15.

Messen oder berechnen Sie die Dichtungskontaktfläche. Bei einer Gleitringdichtung ergibt sich diese aus π × (R² außen – R² innen), wobei R der Radius der Dichtflächen ist.

Multiplizieren Sie alle Werte miteinander: Q = 0.12 × 100,000 Pa × 7.85 m/s × 0.0003 m² = 28.3 Watt.

Umwandlung von Wärmeerzeugung in Temperaturanstieg

Die Wärmeentwicklung allein gibt keinen Aufschluss darüber, ob Ihre Dichtung den Temperaturanstieg übersteht. Sie müssen die Wattzahl in den tatsächlichen Temperaturanstieg umrechnen.

Die Formel für den Temperaturanstieg lautet ΔT = Q / (m × c × Kühlfaktor), wobei m die Dichtungsmasse, c die spezifische Wärmekapazität und der Kühlfaktor die Wärmeableitung berücksichtigt.

Ohne Kühlung beträgt ein typischer Kohlenstoffdichtung Bei der Erzeugung von 30 Watt kann es zu einem Temperaturanstieg von 50 °C kommen. Bei entsprechender Kühlung sinkt dieser Wert auf 10–15 °C.

Häufige zu vermeidende Fehler

• Verwenden Sie für Trockenlaufberechnungen niemals Reibungswerte für nasse Dichtungen. Trockenreibungskoeffizienten sind typischerweise 5-10 Mal höher.
• Vergessen Sie nicht, mehrere Dichtflächen zu berücksichtigen. Tandemdichtungen erzeugen an jeder Schnittstelle Wärme.
• Berücksichtigen Sie immer einen Sicherheitsfaktor von 1.5 bis 2. Die realen Bedingungen entsprechen selten den idealen Berechnungen.
• Die Temperaturmessungen müssen an der Dichtfläche und nicht am Gehäuse erfolgen. Die eigentliche Dichtfläche ist deutlich heißer als die umgebenden Bauteile.

Häufig gestellte Fragen

Was ist der typische Wärmeentwicklungsbereich für trockenlaufende Dichtungen?

Die meisten trockenlaufenden Dichtungen erzeugen zwischen 10 und 100 Watt Wärme. Anwendungen mit niedriger Geschwindigkeit bleiben unter 20 Watt, während Anwendungen mit hoher Geschwindigkeit oder Hochdruckdichtungen kann ohne Kühlung 75 Watt überschreiten.

Wie messe ich den Reibungskoeffizienten, wenn er nicht angegeben ist?

Lassen Sie die Dichtung unter bekannten Bedingungen laufen und messen Sie das Drehmoment. Berechnen Sie rückwärts mit τ = μ × F × r, wobei τ das Drehmoment, F die Normalkraft und r der Radius ist.

Kann ich die gleiche Formel für Gasdichtungen verwenden?

Ja, die Grundformel gilt auch für Gasdichtungen, allerdings benötigen Sie andere Reibungskoeffizienten. Gasdichtungen haben typischerweise μ-Werte zwischen 0.02 und 0.08.

Soll ich die Wärme für die Startbedingungen berechnen?

Ja, beim Anfahren entsteht aufgrund der höheren Reibung vor dem Einlaufen die meiste Wärme. Verwenden Sie für Ihre Anfahrberechnungen um 50 % höhere Reibungskoeffizienten.