Kuhrobbe

Aus welchen Teilen besteht eine Gleitringdichtung?

Neugierig auf die Komponenten, aus denen eine Gleitringdichtung besteht?

In diesem Blogbeitrag analysieren wir die wichtigsten Teile einer Gleitringdichtung und erklären ihre Funktionen.

Am Ende haben Sie ein klares Verständnis von der Funktionsweise dieser wichtigen Versiegelungsgeräte.

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Primäre Dichtungskomponenten

Die wichtigsten Dichtungskomponenten einer Gleitringdichtung sind die Dichtungsflächen, auch Dichtungsringe genannt. Diese präzisionsgefertigten Komponenten bilden die Hauptdichtungsschnittstelle, die Flüssigkeitslecks zwischen der rotierenden Welle und dem stationären Gehäuse verhindert.

Die Gleitflächen bestehen aus zwei Hauptteilen:

  1. Stationäre Fläche (Primärring): Dieses Bauteil ist am stationären Gehäuse des Geräts befestigt, z. B. am Pumpengehäuse. Die stationäre Fläche bleibt in einer festen Position und dreht sich nicht mit der Welle.
  2. Rotierende Fläche (Gegenring): Dieses Bauteil ist an der Welle befestigt und dreht sich mit ihr. Die rotierende Fläche ist federbelastet, um den Kontakt mit der stationären Fläche aufrechtzuerhalten und kleine Wellenbewegungen oder Fehlausrichtungen auszugleichen.

Dichtungsflächenanordnungen

  • Ausgeglichene Dichtungen: Bei diesen ist die Fläche kleiner, die dem Flüssigkeitsdruck ausgesetzt ist. Dadurch verringert sich die Schließkraft, was zu einer geringeren Wärmeentwicklung und einem geringeren Verschleiß führt.
  • Unausgeglichene Dichtungen: Bei diesen ist eine größere Fläche dem Druck der abgedichteten Flüssigkeit ausgesetzt, wodurch eine höhere Schließkraft entsteht. Sie sind einfacher aufgebaut, können aber einen höheren Verschleiß aufweisen.
  • Tandemdichtungen: Diese verfügen über zwei in Reihe angeordnete Sätze von Dichtungsflächen und bieten eine Ersatzdichtung für den Fall, dass die Hauptdichtung versagt.
  • Doppelte Dichtungen: Diese bestehen aus zwei Sätzen von Dichtungsflächen mit einer Sperrflüssigkeit dazwischen, die die Prozessflüssigkeit von der Atmosphäre isoliert.

Fluid Film

Zwischen den Flächen wird ein dünner Flüssigkeitsfilm aufrechterhalten, der normalerweise aus der Prozessflüssigkeit selbst oder einer externen Quelle besteht, um Reibung, Wärmeentwicklung und Verschleiß zu verringern. Der Flüssigkeitsfilm trägt auch dazu bei, die durch den Kontakt zwischen den rotierenden und stationären Flächen entstehende Wärme abzuleiten.

Die Dichtungsflächen werden auf eine sehr hohe Ebenheit geläppt, oft innerhalb weniger Lichtbänder, um Leckagen zu minimieren. Der kleine Spalt zwischen den Flächen, normalerweise etwa 1 Mikrometer, lässt eine kontrollierte Menge Flüssigkeit zur Schmierung durch, während die Leckage auf ein Minimum von 10 Tropfen pro Stunde beschränkt bleibt.

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Sekundärdichtungskomponenten

O-Ringe

O-Ringe sind die am häufigsten verwendete Sekundärdichtung in Gleitringdichtungen. Der O-Ring sitzt in einer Nut und wird zwischen zwei Oberflächen zusammengedrückt, wodurch eine dichte Abdichtung entsteht, die Leckagen verhindert.

O-Ringe werden sowohl in statischen als auch in dynamischen Anwendungen innerhalb der Gleitringdichtung verwendet. Bei der statischen Abdichtung zwischen stationären Komponenten wird der O-Ring auf Null Spiel komprimiert, sodass keine Flüssigkeit durchdringen kann. Bei der dynamischen Abdichtung lässt der O-Ring eine gewisse Bewegung zu, während die Abdichtung erhalten bleibt.

Keile und V-Ringe

Keile und V-Ringe sind speziell geformte Elastomerdichtungen, die in einigen Gleitringdichtungskonstruktionen als Alternative zu O-Ringen verwendet werden. Wie der Name schon sagt, haben Keile einen dreieckigen Querschnitt, während V-Ringe wie ein „V“ aussehen.

Diese kundenspezifischen Profile ermöglichen Keilen und V-Ringen in bestimmten Situationen eine effektivere Abdichtung als O-Ringe. Die abgewinkelten Oberflächen sorgen bei Kompression für eine dichtere Abdichtung. Keile werden häufig für unidirektionale Abdichtungen verwendet, bei denen sie durch den abgedichteten Druck selbst aktiviert werden. V-Ringe können bidirektionale Abdichtungen bieten.

Dichtungen

Flachdichtungen sind die einfachste Art von Sekundärdichtungen. Normalerweise sind sie nur flache Stücke aus Dichtungsmaterial, die zwischen zwei stationären Oberflächen zusammengedrückt werden.

Dichtungen werden aus Plattenmaterial gestanzt und für größere Dichtungsflächen verwendet. Dichtungen werden häufig zum Abdichten der äußeren Verbindungen einer Gleitringdichtung verwendet.

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Mechanische Belastungs- und Antriebskomponenten

Federn

Federn werden häufig in Gleitringdichtungen verwendet, um die Schließkraft zu erzeugen, die die Dichtungsflächen in Kontakt hält. Es gibt einige Haupttypen:

  • Einzelne Schraubenfedern: Eine einfache Konstruktion, bei der die Dichtung mit einer großen Schraubenfeder belastet wird. Einzelne Federn sind zwar kostengünstig, können jedoch verstopfen und sorgen nicht für eine gleichmäßige Belastung.
  • Mehrere Schraubenfedern: Anstelle einer großen Feder werden mehrere kleinere Federn verwendet. Dies ermöglicht eine gleichmäßigere Belastung der Dichtungsflächen und verringert das Risiko von Verstopfungen. Die Federn können außerdem aus korrosions- und chemikalienbeständigen Materialien hergestellt werden.
  • Wellenfedern: Eine einzelne wellenförmige Feder, die axial weniger Platz einnimmt als Schraubenfedern. Wellenfedern sorgen für eine gleichmäßigere Belastung, erfordern jedoch eine spezielle Herstellung.

Balg

Faltenbälge sind eine weitere Option zum Belasten von Gleitringdichtungen. Metallbälge sind geschweißte Baugruppen, die wie eine Feder wirken, aber auch als Sekundärdichtung zwischen den rotierenden und stationären Komponenten dienen.

Faltenbälge reagieren hervorragend auf Wellenbewegungen und machen dynamische O-Ringe überflüssig, die sich verklemmen und Schäden verursachen können. Sie sind ideal für Umgebungen mit hohen Temperaturen, hohem Druck und aggressiven Chemikalien.

Antriebsmechanismen

Zusätzlich zu Federn oder Bälgen, die die Schließkraft erzeugen, benötigen Gleitringdichtungen eine Möglichkeit, die Rotation der Dichtungskomponenten anzutreiben. Zu den üblichen Antriebsmechanismen gehören:

  • Elastomer-Antrieb: Verwendet ein flexibles Gummiteil zur Übertragung der Drehung. Einfach und wirtschaftlich, aber auf niedrigere Geschwindigkeiten und Temperaturen beschränkt.
  • Positiver Antrieb: Stifte, Ösen oder Keile verriegeln die Dichtungskomponenten zur Drehung miteinander. Ermöglicht höhere Geschwindigkeiten und Temperaturen als Elastomerantriebe.
  • Federantrieb: Antriebsstifte oder -ösen sind in die Federn selbst integriert. Dadurch entfallen separate Antriebskomponenten, es ist jedoch eine sorgfältige Konstruktion erforderlich.
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Metallbeschläge und Strukturbauteile

Stopfbuchse und Dichtungskammer

Die Stopfbuchse ist das Metallbauteil, das die stationären Teile der Gleitringdichtung an der Dichtungskammer oder dem Pumpengehäuse festhält. Die Stopfbuchse hat Öffnungen, um die Zirkulation einer Sperrflüssigkeit zu ermöglichen oder eine Spülvorrichtung an die Dichtungskammer anzuschließen.

Die Dichtungskammer ist der Hohlraum im Pumpengehäuse oder eine separate Komponente, in der die Gleitringdichtung eingebaut ist. Sie enthält die Prozessflüssigkeit auf einer Seite der Dichtungsflächen. Die Dichtungskammer muss so ausgelegt sein, dass die Prozessflüssigkeit an den Dichtungsflächen richtig zirkulieren kann, um Wärme und eventuelle Feststoffe abzutransportieren.

Hülse und Welle

Die Hülse ist ein zylindrisches Bauteil, das über die Pumpenwelle in dem Bereich passt, in dem die Gleitringdichtung installiert ist. Ihr Zweck besteht darin, die Welle vor Verschleiß und Korrosion durch die Prozessflüssigkeit zu schützen. Sie verfügt über eine präzisionsgefertigte Oberfläche, um eine glatte Lauffläche für die rotierende Dichtungsfläche zu bieten.

Bei einigen Konstruktionen ist die rotierende Gleitringdichtung direkt auf der Pumpenwelle und nicht auf einer Hülse montiert. Hülsen werden jedoch häufiger verwendet, da sie eine einfachere Wartung der Dichtung ermöglichen, ohne dass die Welle entfernt werden muss.

Manschetten, Flansche und Sicherungsringe

Manschetten, Flansche und Sicherungsringe dienen zur axialen Positionierung und Sicherung der rotierenden Teile des Gleitringdichtung auf der Welle bzw. Hülse.

Ein Kragen ist ein zylindrisches Bauteil, das über die Hülse oder Welle geschoben und normalerweise mit Stellschrauben an Ort und Stelle gehalten wird. Er bietet eine Oberfläche für die Montage der rotierenden Stirnfläche und überträgt außerdem das Drehmoment zum Antrieb der rotierenden Stirnfläche.

Flansche sind ringförmige Komponenten, die beim Positionieren und Antreiben der rotierenden Dichtungskomponenten eine ähnliche Funktion wie Manschetten erfüllen. Sie werden normalerweise mit O-Ringen an der Welle oder Hülse abgedichtet.

Sicherungsringe werden verwendet, um Komponenten wie die Stopfbuchse axial auf der Welle zu positionieren. Sie passen in bearbeitete Nuten auf der Welle oder Hülse und verriegeln sie an Ort und Stelle, um eine axiale Bewegung zu verhindern.

Dichtungskartuschen und vormontierte Einheiten

Viele Gleitringdichtungen werden heute als vormontierte Patronen und nicht als Einzelkomponenten geliefert. Eine Dichtungspatrone enthält alle Dichtungsteile, einschließlich Stopfbuchse, Hülse, Gleitflächen, Sekundärdichtungen und Hardware, die im Werk vormontiert und eingestellt wurden.

Patronendichtungen ermöglichen eine einfachere und präzisere Installation, da die kritischen Dichtungsabmessungen und die Flächenbelastung voreingestellt sind. Die komplette Einheit kann als einzelne Komponente auf der Welle installiert werden.

Einige Gleitringdichtungen sind auch als komplett vormontierte Einheiten mit Pumpengehäuse erhältlich, sogenannte Dichtungskammerbaugruppen oder SCAs. Diese Drop-in-Einheiten enthalten die Gleitringdichtung und die Dichtungskammer mit allen vorinstallierten Rohrleitungen und Zubehörteilen.

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Dichtungsteilmaterialien und Auswahlkriterien

Gleitwerkstoffe und tribologische Eigenschaften

Die Dichtungsflächen sind die primären Dichtflächen, die Leckagen verhindern. Sie bestehen normalerweise aus harten, verschleißfesten Materialien. Die beiden Haupttypen von Dichtungsmaterialkombinationen sind:

  1. Hart-Hart-Gesichtskombinationen : Bei diesem Aufbau bestehen sowohl die stationären als auch die rotierenden Flächen aus harten Materialien wie Siliziumkarbid, Wolframkarbid oder Keramik. Hart-Hart-Kombinationen bieten hervorragende Verschleißfestigkeit und Wärmeableitung. Sie eignen sich für Anwendungen mit hoher Geschwindigkeit, hohem Druck und hohen Temperaturen.
  2. Kombinationen aus harten und weichen Flächen: Hier besteht eine Seite aus einem harten Material, während die andere aus einem weicheren Material wie Kohlenstoffgraphit besteht. Die weiche Seite passt sich der harten Seite an und sorgt so für eine dichte Abdichtung. Hart-weiche Kombinationen erzeugen weniger Wärme und eignen sich besser für Anwendungen mit niedrigem Druck und niedriger Geschwindigkeit.

Die Flächen müssen einen niedrigen Reibungskoeffizienten und eine hohe Verschleißfestigkeit aufweisen, um die Wärmeentwicklung zu minimieren und die Lebensdauer der Dichtung zu verlängern.

Die PV-Grenze (Druck-Geschwindigkeits-Grenze) ist ein wichtiger Parameter, der die maximale Kombination aus Druck und Geschwindigkeit angibt, der die Oberflächenmaterialien ohne übermäßigen Verschleiß oder Wärmeentwicklung standhalten können.

Sekundärdichtungselastomere und Kompatibilität

Elastomere wie Nitrilkautschuk (NBR), Fluorelastomer (FKM) und Ethylen-Propylen-Dien-Monomer (EPDM) werden häufig für Sekundärdichtungen verwendet.

Die Auswahl des Elastomers hängt von seiner Kompatibilität mit der Prozessflüssigkeit, dem Temperaturbereich und der chemischen Beständigkeit ab.

Beispielsweise eignet sich EPDM für Wasser und milde Chemikalien, während FKM sich besser für Anwendungen mit hohen Temperaturen und aggressiven Chemikalien eignet.

Werkstoffe und Korrosionsbeständigkeit von Metallkomponenten

Die Metallkomponenten bestehen typischerweise aus Edelstahl, Messing oder anderen korrosionsbeständigen Legierungen.

Die Wahl des Metalls hängt von der Korrosivität des Prozessmediums und der Betriebsumgebung ab. Beispielsweise ist Edelstahl 316 eine gängige Wahl für allgemeine Anwendungen, während Hastelloy oder Titan für hochkorrosive Chemikalien erforderlich sein können.

Überlegungen zu Temperatur, Druck, Geschwindigkeit und Medien

Hohe Temperaturen können Elastomere zersetzen und eine Wärmeausdehnung von Metallteilen verursachen.

Hohe Drücke können bei unzureichender Materialfestigkeit zu Verformungen und Leckagen führen.

Die Geschwindigkeit der rotierenden Teile beeinflusst die PV-Grenze und die Wärmeentwicklung der Dichtungsflächen.

Auch die chemische Zusammensetzung, Viskosität und Abrasivität des Mediums beeinflussen die Materialverträglichkeit und Verschleißfestigkeit.

Was sind die Vorteile einer Gleitringdichtung

Eine Gleitringdichtung verfügt über drei Hauptdichtungsstellen: zwischen den stationären und rotierenden Dichtungsflächen, zwischen der stationären Dichtungskomponente und dem Pumpengehäuse und zwischen der rotierenden Dichtungskomponente und der Welle.

Kann eine Tantalfeder in einer Gleitringdichtung verwendet werden?

Ja, Tantalfedern können in Gleitringdichtungen verwendet werden. Tantal ist ein starkes, korrosionsbeständiges Metall, das seine Elastizität auch bei hohen Temperaturen behält und sich daher als Federmaterial in Gleitringdichtungen eignet.

Bleibt ein stationäres oder rotierendes Teil in einer Gleitringdichtung mit der Pumpenflüssigkeit in Kontakt?

Bei einer Gleitringdichtung bleibt der stationäre Teil in ständigem Kontakt mit der Pumpenflüssigkeit. Der rotierende Teil hingegen ist mit der rotierenden Welle verbunden und kommt nicht direkt mit der Flüssigkeit in Berührung.

Warum wird in einer Pumpe auf der Laufradseite eine Gleitringdichtung verwendet?

Um ein Austreten von Flüssigkeit entlang der rotierenden Welle zu verhindern, ist auf der Laufradseite einer Pumpe eine Gleitringdichtung angebracht.

Die Dichtung hält die Druckgrenze zwischen dem Pumpeninneren und der Atmosphäre aufrecht, sorgt so für einen effizienten Betrieb und verhindert Verunreinigungen.

Abschluss

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das Verständnis der Teile einer Gleitringdichtung von entscheidender Bedeutung ist, um die Integrität und Effizienz eines Dichtungssystems in verschiedenen Anwendungen sicherzustellen.

Erfahren Sie in unserem ausführlichen Leitfaden zu Gleitringdichtungen mehr darüber, wie diese Komponenten zusammenarbeiten, um Leckagen zu verhindern und den Systemdruck aufrechtzuerhalten.

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