Was ist eine Gleitringdichtung?

Eine Gleitringdichtung ist ein wichtiges Bauteil in rotierenden Geräten, das Flüssigkeitslecks verhindert und Druck hält. Diese Dichtungen werden in zahlreichen Branchen eingesetzt, darunter Öl und Gas, chemische Verarbeitung und Wasseraufbereitung, wo sie den zuverlässigen und effizienten Betrieb von Pumpen, Kompressoren und anderen Maschinen gewährleisten.

Das Design und die Funktion von Gleitringdichtungen haben sich im Laufe der Jahre erheblich weiterentwickelt. Fortschritte in der Materialwissenschaft und im Maschinenbau haben zu verbesserter Leistung und Langlebigkeit geführt. In diesem Blogbeitrag werden wir uns mit den Feinheiten von Gleitringdichtungen befassen und ihre grundlegenden Prinzipien, Schlüsselkomponenten und Funktionen untersuchen.

Was ist eine Gleitringdichtung?

Eine Gleitringdichtung ist eine Art Dichtungsvorrichtung, die dazu dient, das Austreten von Flüssigkeiten entlang rotierender Wellen zu verhindern, insbesondere in Kreiselpumpen und andere rotierende Geräte. Es besteht aus zwei Hauptkomponenten: einem stationären Dichtungsring, der im Pumpengehäuse montiert ist, und einem rotierenden Dichtungsring, der an der Welle befestigt ist. Diese beiden Ringe bilden eine Dichtungsschnittstelle und bilden eine Barriere zwischen der Prozessflüssigkeit und der Atmosphäre.

Gleitringdichtungen sind eine hervorragende Alternative zu herkömmlichen Stopfbuchspackungen, da sie eine bessere Dichtleistung und einen geringeren Wartungsaufwand bieten. Sie sind so konzipiert, dass sie Flüssigkeiten in der Pumpe halten, die Welle jedoch frei rotieren lassen, wodurch Reibung und Verschleiß minimiert werden. Durch die effektive Abdichtung der Pumpenwelle tragen Gleitringdichtungen dazu bei, Flüssigkeitslecks zu verhindern, die zu Produktverlusten, Umweltverschmutzung und Sicherheitsrisiken führen können.

Die Dichtwirkung einer Gleitringdichtung beruht auf der exakten Ebenheit und Glätte der Dichtungsflächen. Die rotierenden und stationären Dichtungsflächen werden durch eine Kombination aus Hydraulik- und Federkräften zusammengepresst, wodurch zwischen ihnen ein dünner Flüssigkeitsfilm entsteht. Dieser Flüssigkeitsfilm wirkt als Barriere, die Leckagen verhindert und gleichzeitig die Dichtungsflächen schmiert, um Verschleiß und Reibung zu minimieren.

Funktionsweise von Gleitringdichtungen

Gleitringdichtungen sind dafür ausgelegt, Flüssigkeiten in einem Pumpengehäuse oder -behälter einzuschließen, indem sie eine Abdichtung zwischen den stationären und rotierenden Teilen der Anlage herstellen. Die primären Dichtungsflächen, bestehend aus einem stationären und einem rotierenden Dichtungsring, stehen senkrecht zur Welle und bilden eine Dichtungsschnittstelle. Diese Dichtungsflächen werden durch eine Kombination aus hydraulischen Kräften der abgedichteten Flüssigkeit und Federdruck vom Federmechanismus der Dichtung zusammengedrückt.

Die primären Dichtungsflächen bestehen normalerweise aus harten, verschleißfesten Materialien wie Siliziumkarbid, Wolframkarbid oder Kohlenstoffgraphit. Diese Materialien werden präzise bearbeitet, um eine flache, glatte Dichtungsoberfläche zu erzeugen. Wenn sich die Welle dreht, wird ein dünner Flüssigkeitsfilm zwischen die Dichtungsflächen gezogen, der sie schmiert und direkten Kontakt verhindert. Dieser Flüssigkeitsfilm trägt zusammen mit den Hydraulik- und Federkräften dazu bei, die Integrität der Dichtung aufrechtzuerhalten und Leckagen zu verhindern.

Sekundärdichtungen wie O-Ringe, Keildichtungen oder Elastomerbälge werden zur Abdichtung zwischen den stationären und rotierenden Komponenten der Gleitringdichtungsanordnung verwendet. Diese Sekundärdichtungen verhindern Leckagen zwischen den Dichtungsflächen und dem Pumpengehäuse oder der Wellenhülse. Sie gleichen auch kleinere Wellenbewegungen und Fehlausrichtungen aus und stellen sicher, dass die primären Dichtungsflächen in ordnungsgemäßem Kontakt bleiben.

Bei einigen Gleitringdichtungskonstruktionen, wie Doppeldichtungen oder Tandemdichtungen, werden zusätzliche Dichtungen verwendet, um einen verbesserten Leckageschutz zu bieten oder eine Sperrflüssigkeit abzudichten. Die Sperrflüssigkeit, die normalerweise sauber und mit der Prozessflüssigkeit kompatibel ist, wird unter einem höheren Druck als die Prozessflüssigkeit gehalten, um Verunreinigungen zu verhindern und die Dichtungsflächen zu schmieren.

Komponenten von Gleitringdichtungen

Gleitringdichtungen bestehen aus mehreren Schlüsselkomponenten, die zusammenwirken, um eine wirksame Abdichtung zu gewährleisten und Leckagen vorzubeugen. Zu diesen Komponenten gehören:

• Primäre Dichtungsflächen: Die primären Dichtungsflächen sind das Herzstück einer Gleitringdichtung. Diese präzisionsgeschliffenen Oberflächen aus Materialien wie Siliziumkarbid, Wolframkarbid oder Kohlenstoffgraphit bilden eine dynamische Dichtungsschnittstelle, die verhindert, dass Flüssigkeit entlang der rotierenden Welle entweicht. Die stationäre Fläche ist normalerweise in der Stopfbuchse oder im Dichtungsgehäuse montiert, während die rotierende Fläche an der Welle oder der Wellenhülse befestigt ist.
• Sekundärdichtungen: Sekundärdichtungen, auch bekannt als statische Dichtungen, sind für die Abdichtung zwischen stationären Komponenten und die Verhinderung von Leckagen in die Atmosphäre verantwortlich. Diese Dichtungen können aus Elastomermaterialien wie O-Ringen, V-Ringen oder PTFE-Keilen bestehen. Bei einigen Konstruktionen werden Metallbälge oder Elastomerbälge als Sekundärdichtungen verwendet, um Wellenbewegungen aufzunehmen und für zusätzliche Abdichtung zu sorgen.
• Federmechanismus: Der Federmechanismus übt eine konstante Kraft auf die primären Dichtungsflächen aus und sorgt so für ordnungsgemäßen Kontakt und Abdichtung. Diese Kraft ist wichtig, um den Dichtungsflächenspalt beizubehalten und jegliche Wellenfehlausrichtung oder axiale Wellenanpassungen auszugleichen. Zu den üblichen Federtypen gehören Schraubenfedern, Wellenfedern und Metallbälge.
• Stützteile: Gleitringdichtungen sind für ihre einwandfreie Funktion auf verschiedene Stützteile angewiesen. Dazu gehören Dichtungsstopfbuchsen, Sicherungsringe, Antriebsringe und Verdrehsicherungsstifte. Die Dichtungsstopfbuchse bietet eine Montagefläche für die stationäre Dichtungsfläche und hilft bei der Ausrichtung der Dichtungskomponenten. Sicherungsringe und Antriebsringe sichern die rotierenden Komponenten an der Welle, während Verdrehsicherungsstifte eine ungewollte Drehung der Dichtungsfläche verhindern.

Funktionen von Gleitringdichtungen

Primäre Dichtfunktion

Die Hauptfunktion einer Gleitringdichtung besteht darin, Prozessflüssigkeit in der Pumpe oder im Gerät zu halten und Leckagen entlang der rotierenden Welle zu verhindern. Die primären Dichtungsflächen bilden eine dynamische Dichtungsschnittstelle, die einen dünnen Flüssigkeitsfilm zwischen den stationären und rotierenden Flächen aufrechterhält. Dieser Flüssigkeitsfilm, der durch die Pumpwirkung und die Dichtungsflächengeometrie erzeugt wird, verhindert den direkten Kontakt zwischen den Flächen und minimiert den Verschleiß, während gleichzeitig eine effiziente Abdichtung gewährleistet wird.

Wellenabdichtung und -ausrichtung

Gleitringdichtungen sorgen für eine effektive Abdichtung um rotierende Wellen, passen sich den Wellengeschwindigkeiten an und erlauben eine begrenzte Wellenbewegung. Die Dichtungskomponenten, wie die Sekundärdichtungen und der Federmechanismus, ermöglichen ein gewisses Maß an Wellenfehlausrichtung und axialer Wellenanpassung, während gleichzeitig eine ordnungsgemäße Dichtungsumgebung aufrechterhalten wird.

Flüssigkeitskompatibilität und Eindämmung

Gleitringdichtungen sind für die Handhabung einer Vielzahl von Flüssigkeiten ausgelegt, darunter Wasser, Kohlenwasserstoffe, Chemikalien und abrasive Flüssigkeiten. Die Dichtungsflächenmaterialien und Sekundärdichtungen werden auf Grundlage ihrer Kompatibilität mit der Prozessflüssigkeit ausgewählt, um optimale Dichtungsleistung und Langlebigkeit sicherzustellen.

Druck- und Temperaturmanagement

Gleitringdichtungen können in einem breiten Druck- und Temperaturbereich eingesetzt werden. Die Dichtungskomponenten, wie die primären Dichtungsflächen, sekundären Dichtungen und die Stützteile, sind so ausgelegt, dass sie den spezifischen Druck- und Temperaturanforderungen der Anwendung standhalten. Bei Hochdruckanwendungen werden häufig ausgeglichene Dichtungskonstruktionen verwendet, um die Schließkraft auf die Dichtungsflächen zu minimieren, den Verschleiß zu verringern und die Lebensdauer der Dichtung zu verlängern.

Vorteile der Verwendung von Gleitringdichtungen

Reduzierte Leckageraten

Einer der Hauptvorteile der Verwendung von Gleitringdichtungen besteht darin, dass sie die Leckageraten im Vergleich zu herkömmlichen Dichtungsmethoden deutlich reduzieren können. Die dynamische Dichtungsschnittstelle, die durch die primären Dichtungsflächen entsteht, minimiert den Flüssigkeitsaustritt und sorgt so für eine effiziente Eindämmung der Prozessflüssigkeit. Diese Leckagereduzierung verbessert nicht nur die Gesamteffizienz des Pumpensystems, sondern minimiert auch die Umweltbelastung und erhöht die Sicherheit am Arbeitsplatz.

Geringere Wartungskosten

Gleitringdichtungen bieten im Vergleich zu anderen Dichtungsmethoden, wie z. B. Stopfbuchsenpackungen, geringere Wartungskosten. Die präzisionsgefertigten Komponenten und fortschrittlichen Dichtungsflächenmaterialien von Gleitringdichtungen führen zu einer längeren Lebensdauer und geringerem Verschleiß, sodass Dichtungen seltener ausgetauscht werden müssen. Darüber hinaus tragen die geringeren Leckageraten von Gleitringdichtungen dazu bei, Schäden an Lagern und anderen Pumpenkomponenten zu vermeiden, was den Wartungsaufwand und die Kosten weiter reduziert.

Höhere Betriebseffizienz

Der Einsatz von Gleitringdichtungen trägt zu einer höheren Betriebseffizienz in Pumpensystemen bei. Durch die Aufrechterhaltung einer geeigneten Dichtungsumgebung und die Minimierung von Leckagen reduzieren Gleitringdichtungen den Stromverbrauch und verbessern die Gesamtleistung der Pumpe. Die effiziente Abdichtung durch Gleitringdichtungen trägt auch dazu bei, eine Verunreinigung der Prozessflüssigkeit zu verhindern, die Produktqualität aufrechtzuerhalten und das Risiko von Prozessstörungen zu verringern.

Langlebigkeit und Haltbarkeit

Gleitringdichtungen sind auf Langlebigkeit und Haltbarkeit ausgelegt und bieten eine verlängerte Lebensdauer in anspruchsvollen Anwendungen. Die hochwertigen Materialien, die für die Dichtungskonstruktion verwendet werden, wie Siliziumkarbid, Wolframkarbid und technische Kunststoffe, bieten hervorragende Verschleißfestigkeit und chemische Verträglichkeit. Das robuste Design von Gleitringdichtungen gewährleistet in Verbindung mit ordnungsgemäßer Installation und Wartung eine zuverlässige Dichtungsleistung über einen längeren Zeitraum und reduziert so Ausfallzeiten und Austauschkosten.

Arten von Gleitringdichtungen

Einzeldichtungen

Einfache Gleitringdichtungen, auch Komponentendichtungen genannt, bestehen aus einem einzigen Satz Dichtungsflächen, die eine dynamische Dichtungsschnittstelle zwischen der rotierenden Welle und dem stationären Gehäuse bilden. Diese Dichtungen werden typischerweise in Anwendungen mit sauberen, nicht abrasiven Flüssigkeiten und moderaten Temperatur- und Druckbedingungen eingesetzt.

Einzeldichtungen können je nach Druckverteilung über die Dichtungsflächen entweder ausgeglichen oder unausgeglichen sein. Ausgeglichene Dichtungen haben auf beiden Seiten der Dichtungsflächen den gleichen Druck, was den Verschleiß verringert und die Lebensdauer der Dichtung verlängert. Unausgeglichene Dichtungen haben auf einer Seite einen höheren Druck, was zu erhöhtem Verschleiß und kürzerer Lebensdauer der Dichtung führen kann.

Doppelte Dichtungen

Doppelte Gleitringdichtungen verfügen über zwei Sätze Dichtungsflächen, die einen zusätzlichen Schutz gegen Leckagen bieten. Der Raum zwischen den beiden Dichtungsflächensätzen ist mit einer Sperrflüssigkeit gefüllt, die entweder flüssig oder gasförmig sein kann. Die Sperrflüssigkeit dient zum Schmieren und Kühlen der Dichtungsflächen und verhindert, dass Prozessflüssigkeit in die Atmosphäre gelangt.

Doppeldichtungen werden häufig bei Anwendungen mit gefährlichen, giftigen oder teuren Flüssigkeiten verwendet, bei denen Leckagen minimiert werden müssen. Sie können auch bei Hochdruck- oder Hochtemperaturanwendungen eingesetzt werden, bei denen eine einzelne Dichtung möglicherweise keine ausreichende Dichtleistung bietet.

Pusher- vs. Nicht-Pusher-Dichtungen

Drückerdichtungen, auch als konventionelle Dichtungen bekannt, verwenden einen Federmechanismus, um den Kontakt zwischen den Dichtungsflächen aufrechtzuerhalten. Die Feder drückt die rotierende Dichtungsfläche gegen die stationäre Dichtungsfläche und sorgt so für eine dichte Abdichtung. Drückerdichtungen werden aufgrund ihrer Einfachheit und Kosteneffizienz häufig verwendet.

Nichtdrückende Dichtungen, wie Balgdichtungen und Metallbalgdichtungen, verwenden ein flexibles Element, um den Kontakt zwischen den Dichtungsflächen aufrechtzuerhalten. Das flexible Element, das normalerweise aus Elastomer- oder Metallmaterialien besteht, fungiert sowohl als Feder als auch als Sekundärdichtung. Nichtdrückende Dichtungen bieten eine bessere Leistung bei Anwendungen mit hohem Wellenschlag oder Fehlausrichtung, da das flexible Element diese Unregelmäßigkeiten ausgleichen kann.

Patronendichtungen

Patronendichtungen sind vormontierte Einheiten, die alle Komponenten einer Gleitringdichtung in einem einzigen, einfach zu installierenden Paket vereinen. Sie bestehen aus Dichtungsflächen, Sekundärdichtungen, Federmechanismus und Stützteilen, die alle in einer einzigen Baugruppe untergebracht sind.

Patronendichtungen bieten gegenüber Komponentendichtungen mehrere Vorteile, darunter eine einfachere Installation, eine höhere Zuverlässigkeit und geringere Wartungskosten. Sie sind besonders nützlich bei Anwendungen, bei denen häufige Dichtungswechsel erforderlich sind, da sie schnell und einfach ohne Spezialwerkzeug oder Fachwissen installiert werden können.

Geteilte Dichtungen

Geteilte Dichtungen sind für die Installation um eine Welle herum konzipiert, ohne dass die Anlage komplett auseinandergebaut werden muss. Sie bestehen aus zwei oder mehr Teilen, die um die Welle herum montiert werden können. Damit sind sie ideal für Anwendungen, bei denen der Dichtungsaustausch schnell und mit minimalen Ausfallzeiten durchgeführt werden muss.

Geteilte Dichtungen werden häufig in großen, teuren Geräten wie Pumpen, Kompressoren und Rührwerken verwendet, bei denen eine vollständige Demontage zeitaufwändig und kostspielig wäre. Sie sind auch in Anwendungen nützlich, bei denen die Geräte nicht leicht bewegt oder erreicht werden können, wie z. B. bei unterirdischen oder Offshore-Installationen.

Anwendungen von Gleitringdichtungen

Öl und Gas

In der Öl- und Gasindustrie werden Gleitringdichtungen in Pumpen und Kompressoren verwendet, die Kohlenwasserstoffe, Bohrflüssigkeiten und andere Prozessmedien fördern. Diese Dichtungen sind so ausgelegt, dass sie den in diesem Sektor häufig auftretenden hohen Drücken, Temperaturen und abrasiven Bedingungen standhalten. Spezialisierte Gleitringdichtungen, wie z. B. Dichtungen nach API 682, sind so konstruiert, dass sie die strengen Anforderungen der Erdölindustrie erfüllen.

Chemische Verarbeitung

Chemische Verarbeitungsanlagen sind auf Gleitringdichtungen angewiesen, um das Austreten verschiedener Chemikalien, Lösungsmittel und Reagenzien einzudämmen und zu verhindern. Diese Dichtungen müssen mit den Prozessflüssigkeiten kompatibel und korrosions-, erosions- und chemikalienbeständig sein. Doppelte Gleitringdichtungen mit Sperrflüssigkeiten werden häufig eingesetzt, um einen zusätzlichen Schutz gegen Auslaufen zu bieten und die Einhaltung von Umweltvorschriften zu gewährleisten.

Wasseraufbereitung

Bei Wasseraufbereitungsanwendungen spielen Gleitringdichtungen eine entscheidende Rolle bei der Abdichtung von Pumpen und anderen Geräten, die mit Wasser, Abwasser und verschiedenen Aufbereitungschemikalien arbeiten. Diese Dichtungen müssen dem Kontakt mit Chlor, Säuren und anderen korrosiven Substanzen standhalten und gleichzeitig eine Verunreinigung der Wasserversorgung verhindern. In dieser Branche werden häufig Patronendichtungen verwendet, da sie einfach zu installieren und zu warten sind.

Nahrungsmittel und Getränke

Die Lebensmittel- und Getränkeindustrie benötigt Gleitringdichtungen, die strengen Hygiene- und Sanitärstandards entsprechen. Diese Dichtungen müssen so konstruiert sein, dass sie Bakterienwachstum verhindern, häufigen Reinigungs- und Sterilisationszyklen standhalten und die Reinheit des Produkts bewahren. Einfache und doppelte Gleitringdichtungen aus FDA-zugelassenen Materialien wie Edelstahl und speziellen Elastomeren werden in diesem Sektor häufig verwendet, um die Produktsicherheit und die Einhaltung von Vorschriften zu gewährleisten.