Werkstoffkombinationen für Gleitringdichtungen

Gleitringdichtungen sind auf zwei sehr flache Passflächen angewiesen – eine ist normalerweise an der rotierenden Welle befestigt, die andere stationär – um Flüssigkeitslecks zu verhindern. Die Wahl der Flächenmaterialkombination ist entscheidend für die Langlebigkeit und Leistung der Dichtung.

Diese Kombinationen werden oft als „weich vs. hart“ (eine weichere, selbstschmierende Fläche gegen eine harte Fläche) oder „hart vs. hart“ (zwei harte Flächen) kategorisiert. Weich-/Hartpaarungen (typischerweise Kohlenstoff gegen eine harte Keramik) sind üblich, wenn ein gewisser Flächenkontakt oder eine schlechte Schmierung zu erwarten ist, da der Kohlenstoff eine opfernde, gleitfähige Oberfläche bietet.

Hart/Hart-Paare (z. B. zwei Hartmetalle) werden verwendet, wenn ein robuster Flüssigkeitsfilm aufrechterhalten werden kann (z. B. bei abrasiven oder hochviskosen Anwendungen), sodass der Flächenkontakt minimiert wird. Im Allgemeinen wird eine Fläche härter als die andere gefertigt, damit „etwas verschleißt“ – eine Opferfläche verhindert schwere Schäden an beiden Flächen.

Kohlenstoff vs. Keramik (Aluminiumoxid)

Diese Paarung besteht aus einer Kohlenstoff-Graphit-Gleitfläche, die gegen eine technische Keramik (üblicherweise hochreines Aluminiumoxid) läuft. Kohlenstoff-Graphit-Gleitflächen sind weiche, poröse Verbundwerkstoffe aus amorphem Kohlenstoff und Graphit, die häufig mit Harz oder Metall imprägniert sind, um Festigkeit und Dichtheit zu verbessern. Aluminiumoxidkeramik ist ein hartes, sprödes Material mit guter Verschleißfestigkeit, aber begrenzter Stoßfestigkeit.

Empfohlene Medien und Anwendungsfälle:

• ✅ Sauberes oder aufbereitetes Wasser: Ideal für Frischwasser-, Kühlwasser-, Trinkwassersysteme und Heiz-/Kühlkreisläufe.
• ✅ Leichte Öle und Kühlmittel: Geeignet für Schmieröle, Kerosin und Kühlmittel/Frostschutzmittel auf Glykolbasis.
• ❌ Schleif- oder Schlammflüssigkeiten: Nicht empfohlen für Abwasser, Schlämme oder Flüssigkeiten mit erheblichem Feststoffanteil (Sand, Schlamm usw.).
• ❌ Starke Säuren/Laugen: Vermeiden Sie den Einsatz in säurehaltigen oder ätzenden Chemikalien.
• ❌ Hochgeschwindigkeits- oder Hochdruckpumpen: Unter hohen PV-Bedingungen (Druck-Geschwindigkeit) läuft diese Kombination heiß.

Kohlenstoff vs. Siliziumkarbid

Diese äußerst beliebte Kombination besteht aus einer Kohlenstoff-Graphit-Scheibe und einer Siliziumkarbid-Scheibe. Siliziumkarbid (SiC) ist ein Keramikwerkstoff, der für seine außergewöhnliche Härte (fast so hart wie Diamant) und Verschleißfestigkeit geschätzt wird. Es gibt zwei Varianten: reaktionsgebundenes SiC (enthält ca. 10 % freies Silizium) und gesintertes α-SiC (nahezu reines SiC), wobei letzteres chemisch neutraler ist. Die Kohlenstoff-Scheibe in dieser Kombination besteht typischerweise aus hochwertigem, harz- oder antimonimprägniertem Kohlenstoff-Graphit, oft in der Premium-Qualität, um Blasenbildung zu vermeiden. Dieser weiche Kohlenstoff sorgt für die Gleitfähigkeit gegenüber der superharten SiC-Gegenfläche.

Empfohlene Medien und Anwendungsfälle:

• ✅ Chemikalien und ätzende Flüssigkeiten: Eine Top-Empfehlung für Säuren, Laugen und Lösungsmittel.
• ✅ Kohlenwasserstoffe und Leichtöle: Geeignet für Pumpen, die Benzin, Diesel, Rohöl und andere Kohlenwasserstoffe fördern.
• ✅ Heißes Wasser und leichte Schlämme: Wird in Kesselspeisewasserpumpen verwendet (die Härte von SiC widersteht der leichten Abrasivität von Kesselstein und die chemische Inertheit bewältigt die Wasserchemie), vorausgesetzt, die Pumpenkonstruktion verträgt Thermoschocks.
• ❌ Große Partikelschlämme / Starker Abrieb: Bei Bergbauschlämmen, Bohrschlamm oder mit Sand gefüllten Flüssigkeiten kann es zu einem zu schnellen Verschleiß von Kohlenstoff im Vergleich zu SiC kommen, da die Kohlenstoffoberfläche erodiert.
• ❌ Dienste mit starken Vibrationen oder Stößen: Wenn die Pumpenumgebung sehr rau ist (z. B. erhebliche Wellenvibrationen, häufiges Hämmern beim Starten und Stoppen), kann die SiC-Oberfläche reißen.
• ❌ Trockenes Gas oder schlechte Schmierbedingungen: Wenn es sich bei der abgedichteten Flüssigkeit um ein Gas oder eine Flüssigkeit mit extrem niedriger Viskosität handelt (die fast keine Schmierung bietet), reicht ein weiches/hartes Paar möglicherweise nicht aus.

Kohlenstoff vs. Wolframkarbid

Bei dieser Kombination wird eine Kohlenstoff-Graphit-Schlagfläche mit einer Wolframkarbid-Schlagfläche (WC) kombiniert. Wolframkarbid ist ein gesinterter Verbundwerkstoff: sehr harte Wolframkarbidpartikel, die mit einem Metallbinder (früher Kobalt, heute oft Nickel für bessere chemische Beständigkeit) verbunden sind. WC wird manchmal auch als „Hartmetall“ und ist fast so hart wie SiC, weist jedoch einen entscheidenden Unterschied auf: Es hat eine höhere Bruchzähigkeit (es ist „zäher“ und aufgrund des duktilen Metallbinders weniger spröde). Der Kohlenstoff weist typischerweise ähnliche Qualitäten auf wie bei SiC (mit Harz oder Antimon imprägniert usw.).

Empfohlene Medien und Anwendungsfälle:

• ✅ Kohlenwasserstofföle und Kraftstoffe: Ideal für Rohöl, Schmieröl, Diesel usw.
• ✅ Mäßig verschmutzte oder abrasive Flüssigkeiten: Wird in produziertem Wasser, saurem Wasser und einigen Bergbauschlämmen mit geringem bis mäßigem Feststoffgehalt verwendet.
• ✅ Hochdruck- oder Hochgeschwindigkeitspumpen: Bei Hochdruck-Kesselspeise- oder Ladepumpen werden Kohlenstoff-/WC-Oberflächen häufig aufgrund ihrer Festigkeit ausgewählt.
• ❌ Starke Säure- oder Laugenbehandlungen: Nicht empfohlen für Säuren wie HCl, H₂SO₄ oder starke Natronlauge.
• ❌ Schlecht schmierende Flüssigkeiten / Trockengas: Bei Anwendungen wie Warmwasser mit sehr geringer Viskosität oder Pumpen, die trocken laufen könnten, ist Carbon/WC immer noch riskant.
• ❌ Extrem abrasive Schlämme: In sehr abrasiven Schlämmen (z. B. schweren Mineralschlämmen, Sandschlämmen) reicht möglicherweise selbst die Verschleißfestigkeit von Wolfram nicht aus (und Kohlenstoff verschleißt schnell).

Siliziumkarbid vs. Siliziumkarbid

Beide Dichtungsflächen bestehen aus Siliziumkarbid, oft der gleichen Qualität (üblicherweise sind beide direkt gesintertes SiC, oder eine ist graphitbeladenes SiC für eine leichte Schmierung). Es handelt sich um eine Hart-auf-Hart-Kombination: zwei extrem harte, verschleißfeste Keramikoberflächen, die aufeinander laufen. Da keine der Flächen selbstschmierend ist, benötigen SiC/SiC-Dichtungen einen robusten Flüssigkeitsfilm oder zusätzliche Oberflächenbehandlungen (wie hydrodynamische Rillen oder diamantähnliche Beschichtungen), um Trockenreibung zu vermeiden.

Empfohlene Medien und Anwendungsfälle:

• ✅ Aggressive Chemikalien (Säuren, Ätzmittel, Lösungsmittel): Für Pumpen, die rauchende Säuren, starke Salpetersäure-/Fluorwasserstoff-Gemische (Vorsicht bei HF) oder hochreine Chemikalien fördern, ist SiC/SiC oft die einzige praktikable Wahl für eine lange Lebensdauer.
• ✅ Schleifschlämme (mit Spülung): Im Bergbau (z. B. beim Pumpen von Mineralschlamm oder Bodenasche) wird SiC/SiC mit einer Spülplan ist eine erstklassige Lösung zur Abriebfestigkeit.
• ✅ Hochtemperatur-Öl- oder nicht-wässriger Service: Bei einigen speziellen Hochtemperaturpumpen (Thermoöl, geschmolzenes Salz usw.) ist Kohlenstoff aufgrund der Oxidationsgefahr möglicherweise nicht geeignet.
• ❌ Einsatzgebiete mit der Gefahr einer Trocken- oder Mischschmierung: Wenn die Anwendung keinen vollständigen Flüssigkeitsfilm garantieren kann (beispielsweise beim Pumpen einer nahezu gesättigten Flüssigkeit, die über die Dichtung hinweg zu Dampf werden könnte, oder wenn ein zeitweiser Trockenlauf möglich ist), wird SiC/SiC ohne besondere Konstruktionsüberlegungen nicht empfohlen.
• ❌ Umgebungen mit starken Vibrationen oder Stößen: Vermeiden Sie SiC/SiC in Geräten mit erheblichen Vibrationen, Kavitation oder möglicher Aufprallgefahr auf die Dichtung.

Wolframkarbid vs. Wolframkarbid

Sowohl die rotierenden als auch die stationären Flächen bestehen aus Wolframkarbid, typischerweise der gleichen Qualität (oft nickelgebunden für den chemischen Einsatz). Es handelt sich um eine Hart-auf-Hart-Metall-Karbid-Kombination. Wolframkarbid vs. Wolframkarbid (oft abgekürzt WC/WC) ergibt eine extrem harte Grenzfläche, ähnlich der Härteklasse von SiC/SiC, jedoch mit etwas Metall in jeder Fläche. Jede Fläche ist mechanisch sehr robust, und zusammen bilden sie eine der verschleißfestesten Dichtungspaarungen auf dem Markt (abgesehen von exotischen Optionen wie diamantbeschichteten Dichtungen).

Empfohlene Medien und Anwendungsfälle:

• ✅ Schwere Schlämme und Schleifmittel: Bestens geeignet für Bergbauschlämme (Gestein, Rückstände, Sand), Baggerarbeiten und das Pumpen von Flugasche oder Sand.
• ✅ Viskose Flüssigkeiten: Bei hochviskosen Ölen, Sirups oder Polymeren, bei denen der Flüssigkeitsfilm dick ist und die Kohlenstoffoberflächen überhitzen (Blasenbildung) könnten, kann WC/WC eine Lösung sein.
• ✅ Einige Abwasseranwendungen: Bei Abwasserpumpen bieten einige Hersteller WC/WC-Gesichter standardmäßig oder optional an.
• ❌ Stark ätzende Flüssigkeiten: Verwenden Sie WC/WC nicht in Säuren, Bleichmitteln oder anderen Umgebungen, die eine hohe Korrosionsbeständigkeit erfordern. Es führt zu Korrosion oder Lochfraß.
• ❌ Schlechte Schmierung / zeitweise Trockenheit: Wenn Sie keine vollständig benetzte Dichtung garantieren können (z. B. könnte die Pumpe trocken laufen oder Flüssigkeit könnte austreten), ist WC/WC unsicher.

Wolframkarbid vs. Siliziumkarbid

Ein Gesicht ist Wolframkarbid (WC) und das andere ist Siliziumkarbid (SiC) – eine hybride Hart-auf-Hart-Kombination. Typischerweise besteht die rotierende Fläche aus Wolframkarbid (für Zähigkeit) und die stationäre Fläche aus Siliziumkarbid (für Härte und Korrosionsbeständigkeit), wobei beide Konfigurationen möglich sind. Diese Kombination vereint die Eigenschaften von WC und SiC: Das Besondere daran: Die beiden Hartstoffe weisen leicht unterschiedliche Eigenschaften auf und bieten so ein ausgewogenes Verhältnis von Zähigkeit und Härte.

Empfohlene Medien und Anwendungsfälle:

• ✅ Kies- oder sandhaltiges Wasser, Abwasser: Für Pumpen in Schmutzwasserservice – zB Abwasser mit Sand, Regenwasser mit Splitt – WC/SiC wird oft empfohlen.
• ✅ Gemischtphasenflüssigkeiten: In der Öl- und Gasindustrie fördern Pumpen, die Öl-, Wasser- und Gasgemische (wie bestimmte Mehrphasenpumpen oder Rohöltransferpumpen mit Sand) profitieren von WC/SiC.
• ✅ Mäßig chemische Schlämme: Bei chemischen Prozessen, bei denen eine Aufschlämmung von Feststoffen in einer chemischen Lösung vorliegt – beispielsweise eine Kristallisationspumpe mit festen Kristallen in einer etwas sauren Mutterlauge – würde WC/SiC den Abrieb der Kristalle und der Chemikalie bis zu einem gewissen Grad bewältigen.
• ❌ Starke Säuren oder hochreine Chemikalien: Wenn Sie Bedenken hinsichtlich chemischer Angriffe auf WC haben, vermeiden Sie diese Kombination.
• ❌ Fälle, in denen die Schmierung unzuverlässig ist: Wenn das Spülwasser ausfallen könnte oder die Flüssigkeit zu Phasen neigt (Flüssigkeit zu Dampf), die die Schmierung beeinträchtigen könnten, wird WC/SiC darunter leiden (wenn auch wohl nicht so schnell wie WC/WC).

Dichtungsflächenkombination	Relative Haltbarkeit (Lebensdauer)	Relative Kosten	Reibung und Wärmeentwicklung	Chemische Verträglichkeit und Korrosionsbeständigkeit
Kohlenstoff vs. Keramik (Al₂O₃)	Niedrig bei abrasivem Einsatz (am besten nur für saubere Flüssigkeiten). Hält in sauberem Wasser lange, Feststoffe verursachen jedoch schnell Verschleiß.	Unterste (sehr günstige Anschaffungskosten). Keramik und Kohlenstoff sind kostengünstige, gängige Materialien.	Mäßige Reibung: Kohlenstoff sorgt für Schmierung, aber die schlechte Wärmeleitfähigkeit von Keramik kann zu einer höheren Oberflächenerwärmung führen als bei Kohlenstoff/SiC. Im Allgemeinen glatt im Wasserbetrieb.	Begrenzt: Geeignet für neutrale Flüssigkeiten (Wasser, Leichtöl, Glykole). Nicht für starke Säuren/Laugen (Keramik wird durch aggressive Chemikalien angegriffen). Kohlenstoffimprägniermittel (Harze) schränken den Chemikalieneinsatz ebenfalls ein.
Kohlenstoff vs. Siliziumkarbid	Mittelhoch: Hohe Verschleißfestigkeit in den meisten Anwendungen. Die Härte von SiC sorgt für eine lange Lebensdauer, obwohl harte Schlämme die Kohlenstoffoberfläche mit der Zeit erodieren können. Deutlich längere Lebensdauer als Kohlenstoff/Keramik in Schleifmitteln.	Medium: Höhere Kosten als C/Keramik (SiC ist teuer), aber billiger als zwei harte Flächen. Oft gerechtfertigt durch längere Lebensdauer und Energieeinsparungen.	Geringe Reibung: Hervorragende tribologische Paarung – selbstschmierender Kohlenstoff + ultraglattes SiC sorgen für geringe Reibung und minimale Wärmeentwicklung. Läuft kühler und effizienter als Kohlenstoff/Keramik.	Breit: Behandelt eine große Bandbreite an Chemikalien. SiC ist hochinert (beständig gegen Säuren, Basen, Lösungsmittel). Kohlenstoff ist im Allgemeinen inert; wählen Sie die richtige Qualität für starke Säuren (z. B. harzfrei in Säure verwenden). Gut für Wasser, Kohlenwasserstoffe, Chemikalien. Vermeiden HF-Säure (greift SiC an).
Kohlenstoff vs. Wolframkarbid	Mittelhoch: Sehr langlebig in vielen Anwendungen. Die Härte von WC schützt vor mäßigen Abriebstoffen, während Kohlenstoff unter schweren Feststoffen verschleißt. Kann die Lebensdauer im Vergleich zu Kohlenstoff/Keramik bei schmutzigem Einsatz erheblich verlängern.	Medium: Ähnlicher Bereich wie Kohlenstoff/SiC. WC ist teuer, aber eine Seite besteht immer noch aus Kohlenstoff. Der Preis ist bei anspruchsvolleren Leistungen oft gerechtfertigt.	Geringe Reibung: Kohlenstoff bildet einen Schmierfilm, und die hohe Wärmeleitfähigkeit von WC trägt zur Wärmeableitung bei. Läuft normalerweise reibungslos. Etwas höhere Reibung als bei Kohlenstoff/SiC (WC hat einen etwas höheren Koeffizienten), aber immer noch niedrig.	Mäßig: Kompatibel mit Wasser, Ölen und milden Chemikalien. Nicht für starke Säuren/Oxidationsmittel es sei denn, es wird Ni-gebundenes WC verwendet (selbst dann begrenzt). Bindemittelkorrosion ist die Schwachstelle. Die chemische Beständigkeit ist insgesamt gut, aber nicht so universell wie bei SiC.
Siliziumkarbid vs. Siliziumkarbid	Sehr hoch: Außergewöhnliche Lebensdauer bei Schleifmitteln – beide Flächen extrem hart. Im Schlammbetrieb mit entsprechender Schmierung ist diese Kombination deutlich langlebiger als jede Kombination mit Kohlenstoff (Referenz: 5-fache Lebensdauer im Vergleich zu C/Keramik bei Schleifmitteln).	Hoch: Zwei hochwertige SiC-Schlagflächen machen es teuer. Wird nur verwendet, wenn seine Stärken benötigt werden.	Hohe Reibung bei Grenzkontakt: Geschmiertes SiC/SiC hat eine geringe Reibung, aber keine Selbstschmierung bedeutet, dass jeder Kontakt mit der Oberfläche erhebliche Hitze erzeugen kann. Erfordert einen vollständigen Flüssigkeitsfilm, da die Oberfläche sonst überhitzen oder reißen kann.	Ausgezeichnet: Nahezu universelle chemische Beständigkeit – Beide Oberflächen bestehen aus Keramik und sind gegenüber fast allen Flüssigkeiten (Säuren, Laugen usw.) inert. Kein Kontakt mit Metall (bei ordnungsgemäßer Montage), daher ideal für korrosive Medien. Thermoschocks können ein Problem darstellen, Korrosion jedoch nicht.
Wolframkarbid vs. Wolframkarbid	Sehr hoch (unter idealen Bedingungen): Das verschleißfesteste Paar für starken Abrieb. Hält jahrelangem Einsatz in Schlamm stand, wenn es geschmiert ist. Ohne ausreichende Schmierung können die Gleitflächen jedoch trotz Härte versagen.	Hoch: Zwei WC-Flächen sind sehr kostspielig. Normalerweise nur für kritische abrasive Anwendungen gerechtfertigt.	Hohe Reibungsneigung: Kein weicher Film – Metallkarbid auf Metallkarbid kann ohne vollständige Schmierung heiß werden. Bei unzureichender Schmierung neigt es zu Quietschen oder Hitzerissen. Benötigt Spülung oder einen ausreichenden Flüssigkeitsfilm, um kühl zu laufen.	Begrenzt: Vermeiden Sie ätzende Stoffe. Beide Oberflächen haben ein metallisches Bindemittel, das empfindlich auf Säuren und Meerwasser reagiert. Am besten geeignet für nicht korrosive Flüssigkeiten (Öle, sauberes Wasser oder Schlammwasser). Die chemische Verträglichkeit ist geringer als bei SiC/SiC – bei unsachgemäßer Handhabung besteht die Gefahr der Korrosion des Bindemittels.
Wolframkarbid vs. Siliziumkarbid	Sehr hoch: Hervorragende Verschleißfestigkeit bei abrasivem/erosivem Einsatz. Zwei harte Oberflächen sorgen für eine lange Lebensdauer, und die Kombination aus WC und SiC verringert die Sprödigkeit – geringere Rissgefahr als bei SiC/SiC und geringerer Verschleiß als WC/WC bei korrosivem Sand. Hervorragende Leistung bei sandigem Abwasser und Schlämmen (mit Spülung).	Hoch: Beide Flächen bestehen aus hartem Material (teuer), vergleichbar mit anderen Hart/Hart-Kombinationen. Oftmals aufgrund der verbesserten Zuverlässigkeit bei anspruchsvollen Einsätzen gerechtfertigt.	Mittlere bis hohe Reibung: Es handelt sich immer noch um eine Hart/Hart-Grenzfläche, aber unterschiedliche Materialien reduzieren den Stick-Slip-Effekt. Viele finden, dass WC/SiC kühler läuft als WC/WC (SiC verringert die Reibung). Dennoch muss die Schmierung aufrechterhalten werden; bei Trockenlauf kann es zu Überhitzung kommen.	Weit (ohne Extreme): Die SiC-Seite bietet Korrosionsschutz; die WC-Seite ist der limitierende Faktor. Verträgt mäßig korrosive Flüssigkeiten besser als WC/WC (nur eine Seite kann korrodieren). Nicht für sehr säurehaltige/chlorhaltige (WC-Oberfläche würde angreifen). Ideal für Schlamm in leicht ätzendem Wasser usw.