Arten von Wellendichtungen

Kontaktsiegel

Berührende Dichtungen sind eine beliebte Wahl für viele rotierende Anwendungen, da sie durch den direkten Kontakt zwischen der Dichtungsfläche und der rotierenden Welle eine effektive Abdichtung gewährleisten. Diese Dichtungen sind so konzipiert, dass sie Wellendurchbiegungen, Rundlaufabweichungen und Wärmeausdehnungen ausgleichen und gleichzeitig eine konstante Dichtungsschnittstelle aufrechterhalten. Die gängigsten Arten berührender Dichtungen sind Radiallippendichtungen, Gleitringdichtungen und Kompressionspackungen.

Radiallippendichtungen

Radiallippendichtungen, auch als Rotationswellendichtungen oder Öldichtungen bekannt, sind die am häufigsten verwendete Art von Wellendichtungen. Sie verfügen über eine flexible Dichtlippe, die Kontakt mit der Wellenoberfläche hält und Flüssigkeitslecks verhindert. Die Dichtlippe besteht normalerweise aus Elastomermaterialien wie NBR, FKM oder PTFE und kann eine Zugfeder enthalten, um einen konstanten Dichtdruck sicherzustellen.

Radiallippendichtungen sind in verschiedenen Ausführungen erhältlich, darunter Einzellippen-, Doppellippen- und Mehrlippenausführungen, die den unterschiedlichen Anwendungsanforderungen gerecht werden. Sie werden häufig in Automobil-, Industrie- und Schiffsanwendungen wie Motorkurbelwellen, Getriebewellen und Pumpenwellen eingesetzt.

Gleitringdichtungen

Gleitringdichtungen sind hochentwickelte Dichtungslösungen, die aus zwei flachen Dichtungsflächen bestehen – einer stationären und einer rotierenden –, die durch Federdruck und Flüssigkeitsdruck in Kontakt gehalten werden. Die Dichtungsflächen bestehen normalerweise aus harten, verschleißfesten Materialien wie Siliziumkarbid, Wolframkarbid oder Keramik.

Gleitringdichtungen bieten im Vergleich zu Lippendichtungen eine bessere Dichtleistung und eignen sich daher für anspruchsvolle Anwendungen mit hohen Drücken, Temperaturen und Drehzahlen. Sie werden häufig in Pumpen, Kompressoren, Mischern und anderen rotierenden Geräten in Branchen wie Öl und Gas, chemischer Verarbeitung und Stromerzeugung verwendet.

Stopfpackungen

Kompressionspackungen sind traditionelle Dichtungslösungen, die aus geflochtenen oder gedrehten Strängen von Packungsmaterial wie PTFE, Graphit oder Aramidfasern bestehen. Das Packungsmaterial wird in die Stopfbuchse gepresst und erzeugt so eine Abdichtung zwischen der rotierenden Welle und dem Gehäuse.

Obwohl Stopfpackungen größtenteils durch modernere Dichtungstechnologien ersetzt wurden, werden sie in bestimmten Anwendungen immer noch verwendet, insbesondere in älteren Geräten oder in Situationen, in denen einfache Wartung und niedrige Kosten im Vordergrund stehen. Stopfpackungen müssen jedoch häufig angepasst und ausgetauscht werden, um eine wirksame Abdichtung aufrechtzuerhalten.

Berührungslose Dichtungen

Berührungslose Dichtungen sind, wie der Name schon sagt, nicht auf direkten Kontakt zwischen den Dichtungskomponenten und der rotierenden Welle angewiesen. Stattdessen nutzen sie Labyrinthwege, Strömungsdynamik oder Magnetfelder, um eine Dichtwirkung zu erzielen. Berührungslose Dichtungen werden bevorzugt in Anwendungen eingesetzt, bei denen geringe Reibung, hohe Drehzahlen oder minimaler Verschleiß erforderlich sind. Die gängigsten Arten berührungsloser Dichtungen sind: Labyrinthdichtungen, Schwimmringdichtungen und Magnetflüssigkeitsdichtungen.

Labyrinthdichtungen

Labyrinthdichtungen bestehen aus einer Reihe enger Abstände und komplizierter Durchgänge, die einen gewundenen Weg für die Flüssigkeit schaffen und Leckagen erschweren. Die Dichtwirkung wird durch eine Kombination aus Zentrifugalkraft, Fluiddynamik und Druckabfall über der Dichtung erreicht.

Labyrinthdichtungen eignen sich für Hochgeschwindigkeitsanwendungen und können einen weiten Temperatur- und Druckbereich bewältigen. Sie werden häufig in Gasturbinen, Kompressoren und Dampfturbinen eingesetzt, wo ihr berührungsloses Design Reibung und Verschleiß minimiert.

Schwimmringdichtungen

Gleitringdichtungen, auch Buchsendichtungen oder Ringdichtungen genannt, bestehen aus einem Gleitring, der sich zwischen der rotierenden Welle und dem stationären Gehäuse befindet. Der Ring besteht normalerweise aus einem verschleißfesten Material wie Kohlenstoffgraphit oder PTFE und ist so konstruiert, dass er in radialer Richtung frei schwimmt.

Die Dichtwirkung wird durch eine Kombination aus Zentrifugalkraft und Fluiddynamik erreicht, wobei der Schwimmring als Barriere gegen Flüssigkeitsleckage. Gleitringdichtungen eignen sich für Hochgeschwindigkeitsanwendungen und können Wellendurchbiegungen und Fehlausrichtungen ausgleichen.

Magnetische Flüssigkeitsdichtungen

Magnetische Flüssigkeitsdichtungen verwenden ein Ferrofluid, eine Suspension magnetischer Partikel in einer Trägerflüssigkeit, um einen flüssigen O-Ring um die Welle zu bilden. Das Ferrofluid wird durch einen Permanentmagneten an Ort und Stelle gehalten und bildet eine dichte Abdichtung, die Leckagen verhindert.

Magnetflüssigkeitsdichtungen bieten mehrere Vorteile, darunter geringe Reibung, hohe Dichtleistung und die Fähigkeit, Wellenfehlstellungen und Rundlauffehler zu tolerieren. Sie werden häufig in Hochvakuumanwendungen eingesetzt, beispielsweise in der Halbleiterfertigung und in der Weltraumtechnologie.

Überlegungen zur Dichtungsauswahl

Betriebsbedingungen

Druck: Die Dichtung muss dem maximalen Druck im System standhalten können, sowohl statisch als auch dynamisch.
Temperatur: Das Dichtungsmaterial muss mit dem Betriebstemperaturbereich kompatibel sein, damit seine Eigenschaften und Leistung erhalten bleiben.
Drehzahl: Die Dichtungskonstruktion muss auf die Drehzahl der Welle abgestimmt sein, wobei Faktoren wie Zentrifugalkraft und Wärmeentwicklung zu berücksichtigen sind.
Rundlauf: Die Dichtung muss alle Wellenschlag oder Fehlausrichtung, ohne dass die Dichtwirkung beeinträchtigt wird.

Fluideigenschaften

Viskosität: Die Dichtung muss mit der Viskosität der Flüssigkeit zurechtkommen, um eine ordnungsgemäße Schmierung und Dichtleistung sicherzustellen.
Sauberkeit: Bei der Dichtungskonstruktion muss die Sauberkeit der Flüssigkeit berücksichtigt werden, wobei Faktoren wie Partikelverunreinigung und Filtrationsanforderungen zu berücksichtigen sind.
Abrasivität: Wenn die Flüssigkeit abrasive Partikel enthält, muss das Dichtungsmaterial verschleißfest sein, um übermäßigen Verschleiß und Leckagen zu vermeiden.
Chemische Reaktivität: Das Dichtungsmaterial muss chemisch mit der Flüssigkeit kompatibel sein, um eine Zersetzung zu verhindern und eine langfristige Leistung sicherzustellen.

Umweltfaktoren

Staub: In staubigen Umgebungen können Dichtungen mit zusätzlichen Staublippen oder Labyrinthkonstruktionen erforderlich sein, um das Eindringen von Partikeln und vorzeitigen Verschleiß zu verhindern.
Feuchtigkeit: Dichtungen, die Feuchtigkeit oder Wasser ausgesetzt sind, müssen so konstruiert sein, dass sie Korrosion verhindern und auch bei Nässe ihre Dichtwirkung behalten.
Vibration: Bei Anwendungen mit hohen Vibrationspegeln muss die Dichtungskonstruktion robust genug sein, um den Kontakt aufrechtzuerhalten und Leckagen zu verhindern.

Schnittstelle zwischen Welle und Gehäuse

Oberflächenbeschaffenheit: Die Oberflächenbeschaffenheit der Welle muss für den Dichtungstyp geeignet sein, um einen ordnungsgemäßen Kontakt sicherzustellen und den Verschleiß zu minimieren.
Konzentrizität: Das Dichtungsgehäuse und die Welle müssen konzentrisch sein, um ungleichmäßigen Verschleiß und Leckagen zu vermeiden.
Wärmeausdehnung: Um die Dichtwirkung aufrechtzuerhalten, muss die Dichtungskonstruktion etwaige Unterschiede in der Wärmeausdehnung zwischen den Materialien Welle und Gehäuse berücksichtigen.

Leckagerate und Lebenserwartung

Leckrate: Die Dichtungsart und -material muss unter Berücksichtigung von Faktoren wie Fluideigenschaften und Betriebsbedingungen ausgewählt werden, um die gewünschte Leckagerate zu erreichen.
Lebenserwartung: Dichtungskonstruktion und -material müssen so gewählt werden, dass sie die erwartete Lebensdauer gewährleisten. Dabei sind Faktoren wie Verschleiß, Abnutzung und Wartungsintervalle zu berücksichtigen.

Einfache Installation und Wartung

Installation: Das Dichtungsdesign sollte eine einfache und genaue Installation ermöglichen, bei der nur minimale Spezialwerkzeuge oder Schulungen erforderlich sind.
Wartung: Die Dichtung sollte so konzipiert sein, dass sie leicht überprüft, gereinigt und ausgetauscht werden kann, um Ausfallzeiten und Wartungskosten zu minimieren.

Dichtungsmaterialoptionen

Elastomere

Elastomere werden aufgrund ihrer Flexibilität, Elastizität und Dichteigenschaften häufig in Wellendichtungen verwendet. Zu den am häufigsten in Dichtungsanwendungen verwendeten Elastomeren gehören:

Nitril-Butadien-Kautschuk (NBR): NBR ist ein vielseitiges Elastomer mit guter Beständigkeit gegen Öle, Kraftstoffe und Hydraulikflüssigkeiten und eignet sich daher für allgemeine Dichtungsanwendungen.
Fluorelastomer (FKM): FKM bietet eine hervorragende Beständigkeit gegen hohe Temperaturen, Chemikalien und aggressive Flüssigkeiten und ist daher ideal für anspruchsvolle Anwendungen in der Chemie- und Erdölindustrie.
Ethylen-Propylen-Dien-Monomer (EPDM): EPDM ist bekannt für seine Ozon-, Witterungs- und Hochtemperaturbeständigkeit und eignet sich daher für Außen- und Hochtemperaturanwendungen.
Polytetrafluorethylen (PTFE): PTFE ist ein äußerst chemikalienbeständiges und reibungsarmes Material, das häufig in Kombination mit Elastomeren verwendet wird, um die Dichtungsleistung zu verbessern und den Verschleiß zu verringern.

Duroplaste

Duroplaste sind eine weitere Materialklasse, die in Wellendichtungen verwendet wird. Sie bieten hohe Festigkeit, Verschleißfestigkeit und thermische Stabilität. Zu den üblichen Duroplasten zählen:

Polyurethan: Polyurethandichtungen bieten hervorragende Abriebfestigkeit, Reißfestigkeit sowie Beständigkeit gegen Öle und Lösungsmittel und sind daher für anspruchsvolle industrielle Anwendungen geeignet.
Polyacrylat: Polyacrylatdichtungen bieten eine gute Beständigkeit gegen Hitze, Öle und Chemikalien und werden häufig in Umgebungen mit hohen Temperaturen und aggressiven Flüssigkeiten verwendet.

Thermoplaste

Thermoplastische Werkstoffe werden aufgrund ihrer hervorragenden chemischen Beständigkeit, geringen Reibung und Hochtemperaturstabilität zunehmend in Wellendichtungen eingesetzt. Zu den am häufigsten in Dichtungsanwendungen verwendeten Thermoplasten gehören:

Polytetrafluorethylen (PTFE): PTFE ist ein äußerst chemikalienbeständiges und reibungsarmes Material, das häufig in Kombination mit Elastomeren oder als festes Dichtungsmaterial in anspruchsvollen Anwendungen verwendet wird.
Polyetheretherketon (PEEK): PEEK bietet hervorragende mechanische Festigkeit, Verschleißfestigkeit und chemische Beständigkeit und ist daher für Umgebungen mit hohen Temperaturen und aggressiven Flüssigkeiten geeignet.
Polyphenylensulfid (PPS): PPS ist für seine hohe Festigkeit, Steifigkeit und chemische Beständigkeit bekannt und eignet sich daher für anspruchsvolle Anwendungen in der Chemie- und Automobilindustrie.

Oberflächenmaterialien

Bei Gleitringdichtungen sind die Gleitwerkstoffe entscheidend für eine effektive Abdichtung und langfristige Leistung. Die am häufigsten in Gleitringdichtungen verwendeten Gleitwerkstoffe sind:

Kohlenstoff: Kohlenstoffgraphit ist aufgrund seiner hervorragenden Schmierfähigkeit, chemischen Beständigkeit und Kompatibilität mit einer breiten Palette von Flüssigkeiten ein weit verbreitetes Oberflächenmaterial.
Siliziumkarbid: Siliziumkarbid bietet eine hohe Härte, Verschleißfestigkeit und chemische Beständigkeit und eignet sich daher für anspruchsvolle Anwendungen mit abrasiven Flüssigkeiten oder hohem Druck.
Wolframkarbid: Wolframkarbid ist für seine hohe Härte, Verschleißfestigkeit und Kompatibilität mit einer Vielzahl von Flüssigkeiten bekannt, wodurch es für Hochdruck- und Hochgeschwindigkeitsanwendungen geeignet ist.
Diamantbeschichtung: Diamantbeschichtete Oberflächen bieten außergewöhnliche Härte, Verschleißfestigkeit und geringe Reibung und sind daher für die anspruchsvollsten Anwendungen mit abrasiven Flüssigkeiten oder hohem Druck geeignet.

FAQs

Welche verschiedenen Arten von Schiffswellendichtungen gibt es?

Schiffswellendichtungen sollen verhindern, dass Wasser durch die Propellerwelle in das Schiff eindringt. Zu den gängigsten Arten von Schiffswellendichtungen gehören:

Lippendichtungen: Radiale Lippendichtungen mit einer flexiblen Lippe, die den Kontakt mit der Wellenoberfläche aufrechterhält und so das Eindringen von Wasser verhindert.
Gleitringdichtungen: Gleitringdichtungen, die aus einer stationären und einer rotierenden Fläche bestehen und durch Federdruck und Flüssigkeitsdruck in Kontakt gehalten werden.
Labyrinthdichtungen: Berührungslose Dichtungen, die durch eine Reihe enger Abstände und komplizierter Durchgänge einen gewundenen Weg für die Flüssigkeit schaffen und so das Eindringen von Wasser erschweren.
Balgdichtungen: Gleitringdichtungen mit einem flexiblen Balgelement, das Wellenbewegungen und Fehlausrichtungen ausgleicht und gleichzeitig die Dichtwirkung aufrechterhält.

Welche Arten von Öldichtungen gibt es?

Öldichtungen, auch Radiallippendichtungen genannt, sollen Flüssigkeitslecks verhindern und in verschiedenen Anwendungen vor Verunreinigungen schützen. Zu den gängigsten Öldichtungstypen gehören:

Einlippendichtungen: Dichtungen mit einer einzelnen Dichtlippe, die den Kontakt mit der Wellenoberfläche aufrechterhält und so ein Austreten von Flüssigkeit verhindert.
Doppellippendichtungen: Dichtungen mit zwei Dichtlippen bieten eine verbesserte Dichtleistung und Schutz vor Verunreinigungen.
Kassettendichtungen: Vormontierte Dichtungen, bestehend aus Metallgehäuse, Dichtlippe und Zugfeder, ermöglichen einen einfachen Einbau und Austausch.
Axialdichtungen: Dichtungen, die gegen axiale Bewegungen abdichten und typischerweise bei Anwendungen mit hin- und hergehenden Wellen oder Stangen verwendet werden.

Welche unterschiedlichen Arten von Rotationsdichtungen gibt es?

Rotationsdichtungen sind dafür ausgelegt, Flüssigkeitslecks zu verhindern und den Systemdruck in rotierenden Geräten aufrechtzuerhalten. Zu den gängigsten Arten von Rotationsdichtungen gehören:

Radiallippendichtungen: Dichtungen mit einer flexiblen Dichtlippe, die den Kontakt mit der rotierenden Wellenoberfläche aufrechterhält und so ein Austreten von Flüssigkeit verhindert.
Gleitringdichtungen: Gleitringdichtungen, die aus einer stationären und einer rotierenden Fläche bestehen und durch Federdruck und Flüssigkeitsdruck in Kontakt gehalten werden, bieten eine wirksame Abdichtung in anspruchsvollen Anwendungen.
Labyrinthdichtungen: Berührungslose Dichtungen, die eine Reihe enger Abstände und komplizierter Durchgänge nutzen, um einen gewundenen Weg für die Flüssigkeit zu schaffen und so Leckagen bei Hochgeschwindigkeitsanwendungen zu minimieren.
Gleitringdichtungen: Berührungslose Dichtungen, die aus einem Gleitring zwischen der rotierenden Welle und dem stationären Gehäuse bestehen und durch Zentrifugalkraft und Strömungsdynamik für die Abdichtung sorgen.