Dynamische Dichtungen sind wichtige Komponenten in Maschinen, da sie Leckagen verhindern und optimale Leistung gewährleisten. Die Wahl des falschen Dichtungstyps für eine Anwendung kann jedoch zu vorzeitigem Ausfall, kostspieligen Ausfallzeiten und sogar Sicherheitsrisiken führen. Dynamische Dichtungen sind in einer Vielzahl von Typen, Materialien und Ausführungen erhältlich, um unterschiedlichen Drücken, Temperaturen, Geschwindigkeiten und anderen anspruchsvollen Betriebsbedingungen standzuhalten.
In diesem Leitfaden 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 mit Relativbewegungen zwischen Teilen verhindern soll. Im Gegensatz statische Dichtungen Dynamische Dichtungen werden zwischen stationären Oberflächen eingesetzt und kommen bei Anwendungen mit linearen, rotierenden oder oszillierenden Bewegungen zum Einsatz. Die Hauptfunktion einer dynamischen Dichtung besteht darin, Flüssigkeiten (Flüssigkeiten oder Gase) in einem System zu halten und gleichzeitig vor externen Verunreinigungen zu schützen.
Arten dynamischer Dichtungen
Dynamische Dichtungen werden grob in zwei Haupttypen unterteilt:
- Kontaktdichtungen: Kontaktdichtungen funktionieren durch die Aufrechterhaltung direkter physikalischer Kontakt zwischen der Dichtung Element und der beweglichen Oberfläche. Dieser kontinuierliche Kontakt verhindert Flüssigkeitslecks und das Eindringen von Verunreinigungen.
- Freigabedichtungen: Spaltdichtungen, auch als berührungslose Dichtungen bekannt, halten eine kleiner Spalt zwischen der Dichtung Element und der beweglichen Oberfläche. Diese Konstruktion minimiert Reibung und Verschleiß und sorgt dennoch für eine effektive Abdichtung.
Kolbendichtungen
Kolbendichtungen dienen zum Abdichten der Schnittstelle zwischen Kolben und Zylinderwand bei Hubkolbenanwendungen. Sie verhindern, dass Flüssigkeit beim Kompressions- und Ausfahrhub am Kolben vorbei austritt.
Stangendichtungen
Stangendichtungen dienen zur Abdichtung der Schnittstelle zwischen einer beweglichen Stange und dem stationären Gehäuse bzw. Zylinderkopf. Sie verhindern Flüssigkeitslecks entlang der Stange und schützen gleichzeitig vor äußerer Verschmutzung.
Rotationsdichtungen
Rotationsdichtungen dienen zur Abdichtung der Schnittstelle zwischen rotierenden Wellen und stationären Gehäusen. Sie verhindern Flüssigkeitslecks und das Eindringen von Verunreinigungen bei Anwendungen mit Rotationsbewegungen. Rotationsdichtungen können entweder Berührungsdichtungen (z. B. Lippendichtungen) oder Spaltdichtungen (z. B. Labyrinthdichtungen).
Abstreiferdichtungen
Wischerdichtungen dienen dazu, Verunreinigungen wie Schmutz, Staub und Feuchtigkeit von der Oberfläche beweglicher Bauteile zu entfernen. Sie werden häufig in Verbindung mit anderen Dichtungen eingesetzt, um zusätzlichen Schutz vor äußeren Verunreinigungen zu bieten.
Hydraulik- und Pneumatikdichtungen
Hydraulische und pneumatische Dichtungen 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 gewährleisten.
Öl- und Fettdichtungen
Öl- und Fettdichtungen dienen dazu, Schmiermittel im System zu halten 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 effektive 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 zeichnen sich durch geringe Reibung, hohe Druckbeständigkeit und gute chemische Verträglichkeit aus.
O-Ringe
O-Ringe sind einfache, vielseitige Dichtungen mit kreisförmigem Querschnitt. Obwohl sie hauptsächlich als statische Dichtungen eingesetzt werden, können O-Ringe auch in dynamischen Anwendungen mit relativ niedrigen Geschwindigkeiten und Drücken eingesetzt werden.
Isolatordichtungen für Lager
Isolatordichtungen, auch Lagerisolatoren genannt, schützen Lager vor Verschmutzung und Schmiermittelverlust. Sie bestehen aus einem stationären und einem rotierenden Bauteil, die zusammen eine berührungslose, labyrinthartige Dichtung bilden.
Lippendichtungen
Lippendichtungen gehören zu den gängigsten 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
Metallindustrie
- Edelstahl: Edelstahl ist für seine hervorragende Korrosionsbeständigkeit bekannt und wird häufig in der Lebensmittelverarbeitung sowie in der Pharma- und Chemieindustrie eingesetzt. Er behält seine Festigkeit auch bei hohen Temperaturen und lässt sich gut verformen.
- Gusseisen Kochgeschirr: Gusseisen wird aufgrund seiner hohen Druckfestigkeit und Verschleißfestigkeit häufig in der Schwerindustrie 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 eingesetzt. Ihre hervorragende Wärmeleitfähigkeit trägt zur Wärmeableitung bei Hochgeschwindigkeitsanwendungen bei.
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. Aufgrund seiner Fähigkeit, hohen Drücken und schnellen Gleitgeschwindigkeiten standzuhalten, wird es häufig in hydraulischen und pneumatischen Dichtungen verwendet.
- Nitrilkautschuk (NBR): NBR, auch bekannt als Buna-N, wird für seine hervorragende Beständigkeit gegen Öle, Kraftstoffe und Hydraulikflüssigkeiten geschätzt. Es funktioniert gut bei mittleren Temperaturen und weist eine gute Abriebfestigkeit auf.
- Ethylen-Propylen-Dien-Monomer (EPDM): EPDM bietet außergewöhnliche Hitze-, Ozon- und Witterungsbeständigkeit. Seine gute chemische Beständigkeit und der breite Temperaturbereich machen es für Außen- und Automobilanwendungen geeignet.
Faktoren, die die dynamische Dichtungsleistung beeinflussen
Druck und Belastung
Höhere Drücke erfordern einen größeren Kontakt zwischen Dichtung und Gegenfläche, um Leckagen zu vermeiden. Eine erhöhte Kontaktkraft führt jedoch auch zu höherer Reibung und Verschleiß.
Neben dem Flüssigkeitsdruck können auch externe mechanische Belastungen die Dichtungsleistung erheblich beeinträchtigen. Radiale oder axiale Belastungen durch Fehlausrichtung, Vibrationen oder andere Ursachen können die Dichtungsgeometrie verzerren und so zu ungleichmäßigem Verschleiß und potenziellen Leckagen führen. Die Dichtungskonstruktion muss alle zu erwartenden Belastungsbedingungen berücksichtigen, um über den gesamten Betriebsbereich hinweg eine optimale Kontakt- und Dichtkraft zu gewährleisten.
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 Dichtung und Gegenfläche berücksichtigen. Rotationswellendichtungen hingegen müssen mit der kontinuierlichen Rotation und der möglichen Exzentrizität der Welle zurechtkommen.
Auch die Art der Bewegung beeinflusst das Schmiersystem und die Verschleißmechanismen der Dichtung. Bei Hin- und Herbewegungen kann es zu Grenzflächen- oder Mischschmierung kommen, während rotierende Anwendungen oft mit einer vollständigen Flüssigkeitsfilmschmierung arbeiten.
Bewegungsgeschwindigkeit
Bei niedrigen Drehzahlen muss die Dichtung ausreichend Kontakt halten, um Leckagen zu verhindern, selbst bei möglicherweise eingeschränkter Schmierung. Höhere Drehzahlen können die Schmierung durch die Bildung eines Flüssigkeitsfilms verbessern, bringen aber auch Probleme wie erhöhte Reibung, Wärmeentwicklung und Verschleiß mit sich.
Temperaturen
Erhöhte Temperaturen können zu einer thermischen Zersetzung des Dichtungsmaterials führen, was zu Verhärtung, Versprödung oder Verlust der elastischen Eigenschaften führen kann. Diese Zersetzung kann zu Leckagen, erhöhtem Verschleiß oder vollständigem Dichtungsfehler.
Auch niedrige Temperaturen können eine Herausforderung darstellen, insbesondere für Elastomere DichtungsmaterialienKalte Temperaturen können zu Versteifung und Flexibilitätsverlust führen, wodurch die Kontakt- und Dichtkraft der Dichtung beeinträchtigt wird. In extremen Fällen kann die Versprödung durch niedrige Temperaturen zu Rissen oder Brüchen der Dichtung führen.
Oberflächenfinish
Raue oder unregelmäßig bearbeitete Oberflächen können zu beschleunigtem Dichtungsverschleiß, Leckagen und einer verringerten Dichtwirkung führen. Um eine zuverlässige Abdichtung zu gewährleisten, muss sich das Dichtungsmaterial an die Gegenfläche anpassen und den Kontakt mit ihr aufrechterhalten können.
Für die meisten dynamischen Dichtungsanwendungen ist eine glatte, gleichmäßige Oberflächenbeschaffenheit wünschenswert. Härtere Dichtungsmaterialien erfordern im Allgemeinen glattere Passflächen, während weichere, anpassungsfähigere Materialien eine etwas rauere Oberfläche vertragen.
Druckscheiben
Hohe Druckdifferenzen erfordern eine höhere Dichtkraft und können zu erhöhtem Verschleiß und Verformung des Dichtungsmaterials führen. Schnelle Druckänderungen oder Druckpulsationen können zu Ermüdung und Verlust des Dichtkontakts führen.
Bei der Dichtungskonstruktion müssen der maximal zu erwartende Druckunterschied sowie etwaige zyklische Druckbelastungen berücksichtigt werden.
