Was ist eine dynamische Dichtung

Dynamische Dichtungen sind wichtige Komponenten in Maschinen, die Leckagen verhindern und optimale Leistung gewährleisten. Die Wahl des falschen Dichtungstyps für eine Anwendung kann jedoch zu vorzeitigem Versagen, kostspieligen Ausfallzeiten und sogar Sicherheitsrisiken führen. Dynamische Dichtungen gibt es in einer Vielzahl von Typen, Materialien und Ausführungen, um unterschiedlichen Drücken, Temperaturen, Geschwindigkeiten und anderen anspruchsvollen Betriebsbedingungen standzuhalten.

In diesem Handbuch werden die wichtigsten Arten dynamischer Dichtungen, Materialien und Leistungsfaktoren erläutert, um Ihnen bei der Auswahl von Dichtungen zu helfen, die den zuverlässigen Betrieb Ihrer kritischen Maschinenanlagen gewährleisten.

Was ist eine dynamische Dichtung

Eine dynamische Dichtung ist eine spezielle mechanische Komponente, die Leckagen oder Verunreinigungen in Systemen verhindern soll, in denen es zu einer Relativbewegung zwischen Teilen kommt. Im Gegensatz zu statische Dichtungen Dynamische Dichtungen werden in Anwendungen mit linearen, rotierenden oder oszillierenden Bewegungen eingesetzt, die zwischen stationären Oberflächen arbeiten. Die Hauptfunktion einer dynamischen Dichtung besteht darin, Flüssigkeiten (Flüssigkeiten oder Gase) in einem System zurückzuhalten und gleichzeitig vor externen Verunreinigungen zu schützen.

Arten dynamischer Dichtungen

Dynamische Dichtungen werden grob in zwei Haupttypen unterteilt:

• Kontaktdichtungen: Kontaktdichtungen funktionieren, indem sie direkten physischen Kontakt zwischen dem Dichtungselement und der beweglichen Oberfläche aufrechterhalten. Dieser kontinuierliche Kontakt hilft, Flüssigkeitslecks und das Eindringen von Verunreinigungen zu verhindern.
• Dichtungen für Spielräume: Spaltdichtungen, auch berührungslose Dichtungen genannt, halten einen kleinen Spalt zwischen dem Dichtungselement und der beweglichen Oberfläche aufrecht. Diese Konstruktion minimiert Reibung und Verschleiß und sorgt dennoch für eine effektive Abdichtung.

Kolbendichtungen

Kolbendichtungen werden verwendet, um die Schnittstelle zwischen einem Kolben und der Zylinderwand bei Hubkolbenanwendungen abzudichten. Sie verhindern, dass Flüssigkeit während des Kompressions- und des Ausdehnungshubs am Kolben vorbei austritt.

Stangendichtungen

Stangendichtungen dienen zum Abdichten der Schnittstelle zwischen einer beweglichen Stange und dem stationären Gehäuse oder Zylinderkopf. Sie verhindern Flüssigkeitslecks entlang der Stange und schützen gleichzeitig vor äußerer Verschmutzung.

Rotationsdichtungen

Rotationsdichtungen werden verwendet, um die Schnittstelle zwischen rotierenden Wellen und stationären Gehäusen abzudichten. Sie verhindern Flüssigkeitslecks und das Eindringen von Verunreinigungen bei Anwendungen mit Drehbewegungen. Rotationsdichtungen können entweder Kontaktdichtungen (z. B. Lippendichtungen) oder Spaltdichtungen (z. B. Labyrinthdichtungen).

Wischerdichtungen

Wischerdichtungen sind dafür ausgelegt, Verunreinigungen wie Schmutz, Staub und Feuchtigkeit von der Oberfläche eines beweglichen Bauteils zu entfernen. Sie werden häufig in Verbindung mit anderen Dichtungen verwendet, um eine zusätzliche Schutzschicht gegen äußere Verunreinigungen zu bieten.

Hydraulik- und Pneumatikdichtungen

Hydraulik- und Pneumatikdichtungen sind speziell für den Einsatz in Fluidtechniksystemen konzipiert. Sie sind so konstruiert, dass sie hohen Drücken, Temperaturen und Flüssigkeitsgeschwindigkeiten standhalten und gleichzeitig eine optimale Dichtleistung bieten.

Öl- und Fettdichtungen

Öl- und Fettdichtungen sind dafür ausgelegt, Schmierstoffe in einem System zurückzuhalten und gleichzeitig das Eindringen von Verunreinigungen zu verhindern. Öl- und Fettdichtungen verfügen häufig über eine flexible Dichtlippe, die den Kontakt mit der rotierenden Oberfläche aufrechterhält und so eine wirksame Abdichtung und Schmierung gewährleistet.

Ausschlusssiegel

Ausschlussdichtungen, auch Staubdichtungen oder Schmutzdichtungen genannt, sollen das Eindringen externer Verunreinigungen in ein System verhindern. Sie werden typischerweise in Umgebungen eingesetzt, in denen Schmutz, Staub oder Feuchtigkeit ein Problem darstellen.

X-Ringe

X-Ringe sind vierlappige, X-förmige Dichtungen, die sowohl in statischen als auch in dynamischen Anwendungen eine hervorragende Dichtleistung bieten. Sie bieten geringe Reibung, hohe Druckbeständigkeit und gute chemische Verträglichkeit.

O-Ringe

O-Ringe sind einfache, vielseitige Dichtungen mit kreisförmigem Querschnitt. Obwohl sie hauptsächlich als statische Dichtungen verwendet werden, können O-Ringe auch in dynamischen Anwendungen mit relativ niedrigen Geschwindigkeiten und Drücken eingesetzt werden.

Isolatordichtungen für Lager

Isolatordichtungen, auch Lagerisolatoren genannt, dienen zum Schutz von Lagern vor Verschmutzung und Schmierverlust. Sie bestehen aus einem stationären und einem rotierenden Bauteil, die zusammen eine berührungslose, labyrinthartige Dichtung bilden.

Lippendichtungen

Lippendichtungen sind eine der häufigsten Arten dynamischer Dichtungen. Sie verfügen über eine flexible Dichtlippe, die den Kontakt mit der beweglichen Oberfläche aufrechterhält und so für eine effektive Abdichtung und minimale Leckage sorgt.

In dynamischen Dichtungen verwendete Materialien

Metalle

• Edelstahl: Edelstahl ist für seine hervorragende Korrosionsbeständigkeit bekannt und wird häufig in der Lebensmittelverarbeitung sowie in der Pharma- und Chemieindustrie verwendet. Er behält seine Festigkeit auch bei hohen Temperaturen und ist gut verformbar.
• Gusseisen: Gusseisen wird wegen seiner hohen Druckfestigkeit und Verschleißfestigkeit häufig in schweren Industrieanwendungen eingesetzt. Es ist relativ preiswert, weist jedoch eine begrenzte Korrosionsbeständigkeit auf.
• Bronze: Bronze wird wegen ihres niedrigen Reibungskoeffizienten und ihrer guten Verschleißfestigkeit häufig bei Anwendungen mit rotierenden Wellen verwendet. Ihre hervorragende Wärmeleitfähigkeit hilft bei der Wärmeableitung bei Hochgeschwindigkeitsanwendungen.

Polymere und Kautschuke

• Polytetrafluorethylen (PTFE): PTFE, auch als Teflon bekannt, ist für seine hervorragende chemische Beständigkeit, geringe Reibung und seinen großen Temperaturbereich bekannt. Seine selbstschmierenden Eigenschaften machen es ideal für Anwendungen, bei denen eine externe Schmierung nicht möglich ist.
• Polyurethan (PU): PU bietet eine hohe Abriebfestigkeit, gute mechanische Festigkeit und ausgezeichnete Ölbeständigkeit. Es wird häufig in hydraulischen und pneumatischen Dichtungen verwendet, da es hohen Drücken und hohen Gleitgeschwindigkeiten standhält.
• Nitrilkautschuk (NBR): NBR, auch als Buna-N bekannt, wird wegen seiner hervorragenden Beständigkeit gegen Öle, Kraftstoffe und Hydraulikflüssigkeiten geschätzt. Es funktioniert gut bei gemäßigten Temperaturen und hat eine gute Abriebfestigkeit.
• Ethylen-Propylen-Dien-Monomer (EPDM): EPDM bietet außergewöhnliche Hitze-, Ozon- und Wetterbeständigkeit. Seine gute chemische Beständigkeit und sein breiter Temperaturbereich machen es für Außen- und Automobilanwendungen geeignet.

Faktoren, die die dynamische Dichtungsleistung beeinflussen

Druck und Belastung

Höhere Drücke erfordern eine größere Passung zwischen Dichtung und Gegenfläche, um Leckagen vorzubeugen. Eine erhöhte Kontaktkraft führt jedoch auch zu höherer Reibung und Verschleiß.

Neben dem Flüssigkeitsdruck können auch von außen einwirkende mechanische Belastungen die Dichtungsleistung erheblich beeinträchtigen. Radiale oder axiale Belastungen durch Fehlausrichtung, Vibrationen oder andere Quellen können die Dichtungsgeometrie verzerren, was zu ungleichmäßigem Verschleiß und potenziellen Leckagepfaden führen kann. Die Dichtungskonstruktion muss alle erwarteten Belastungsbedingungen berücksichtigen, um im gesamten Betriebsbereich den richtigen Kontakt und die richtige Dichtkraft aufrechtzuerhalten.

Art der Bewegung

Dynamische Dichtungen werden in Anwendungen mit linearer Hin- und Herbewegung, Drehbewegung oder einer Kombination aus beidem eingesetzt. Die Art der Bewegung bestimmt die Dichtungsgeometrie und die Materialanforderungen. Beispielsweise müssen Stangen- oder Kolbendichtungen für lineare Bewegungen den Gleitkontakt und die Relativbewegung zwischen der Dichtung und der Gegenfläche berücksichtigen. Rotationswellendichtungen hingegen müssen mit der kontinuierlichen Rotation und der möglichen Exzentrizität der Welle zurechtkommen.

Die Art der Bewegung beeinflusst auch das Schmiersystem und die Verschleißmechanismen, denen die Dichtung ausgesetzt ist. Bei Hin- und Herbewegungen kann es zu Grenz- oder Mischschmierung kommen, während rotierende Anwendungen häufig mit vollständiger Flüssigkeitsfilmschmierung arbeiten.

Bewegungsgeschwindigkeit

Bei niedrigen Geschwindigkeiten muss die Dichtung ausreichend Kontakt halten, um Leckagen zu verhindern, selbst bei möglicherweise eingeschränkter Schmierung. Höhere Geschwindigkeiten können die Schmierung durch die Bildung eines Flüssigkeitsfilms verbessern, bringen aber auch Probleme wie erhöhte Reibung, Wärmeentwicklung und Verschleiß mit sich.

Temperatur

Erhöhte Temperaturen können zu einer thermischen Schädigung des Dichtungsmaterials führen, was zu Verhärtung, Versprödung oder Verlust der elastischen Eigenschaften führen kann. Diese Schädigung kann zu Undichtigkeiten, erhöhtem Verschleiß oder einem vollständigen Dichtungsversagen führen.

Niedrige Temperaturen können auch eine Herausforderung darstellen, insbesondere für elastomere Dichtungsmaterialien. Kalte Temperaturen können zu Versteifung und Verlust der Flexibilität führen, was die Fähigkeit der Dichtung, Kontakt und Dichtkraft aufrechtzuerhalten, beeinträchtigt. In extremen Fällen kann Versprödung durch niedrige Temperaturen zu Rissen oder Brüchen der Dichtung führen.

Oberflächenfinish

Raue oder unregelmäßig bearbeitete Oberflächen können zu beschleunigtem Dichtungsverschleiß, Leckagen und verringerter Dichtwirkung führen. Das Dichtungsmaterial muss sich an die Gegenfläche anpassen und den Kontakt mit ihr aufrechterhalten können, um eine zuverlässige Abdichtung zu gewährleisten.

Für die meisten dynamischen Dichtungsanwendungen ist eine glatte, gleichmäßige Oberflächenbeschaffenheit wünschenswert. Im Allgemeinen erfordern härtere Dichtungsmaterialien glattere Gegenflächen, während weichere, anpassungsfähigere Materialien etwas rauere Oberflächen vertragen.

Druck

Hohe Druckunterschiede erfordern eine höhere Dichtkraft und können zu erhöhtem Verschleiß und Verformung des Dichtungsmaterials führen. Schnelle Druckänderungen oder Druckpulsationen können zu Materialermüdung und Verlust des Dichtkontakts führen.

Bei der Dichtungskonstruktion müssen der maximal zu erwartende Druckunterschied sowie jegliche zyklische Druckbelastung berücksichtigt werden.