Was ist die Öffnungskraft einer Gleitringdichtung

Die Öffnungskraft ist ein entscheidender Parameter bei der Konstruktion und Auswahl von Gleitringdichtungen. Dieser Blogbeitrag bietet einen detaillierten Einblick in die Faktoren, die die Öffnungskraft beeinflussen, und erläutert die Berechnungen, die zur Ermittlung der Gesamtöffnungskraft für eine Gleitringdichtung erforderlich sind.

Wir werden die vier Hauptkomponenten untersuchen, die zur Öffnungskraft beitragen: Federkraft, Hydraulikkraft, Reibungskraft und Haftkraft. Für jeden Faktor werden wir die zugrunde liegenden Prinzipien erläutern und detaillierte Formeln und Beispielberechnungen bereitstellen, um zu veranschaulichen, wie ihre Auswirkungen auf die Gesamtöffnungskraft quantifiziert werden können.

Was ist Öffnungskraft?

Die Öffnungskraft, auch Abhebekraft genannt, ist ein kritischer Parameter bei der Konstruktion und dem Betrieb von Gleitringdichtungen. Sie bezeichnet die Kraft, die erforderlich ist, um die auf die Dichtungsflächen wirkenden Schließkräfte zu überwinden, damit diese sich trennen und zwischen den Flächen einen Flüssigkeitsfilm bilden können. Dieser Flüssigkeitsfilm ist für den ordnungsgemäßen Betrieb der Dichtung unerlässlich, da er den direkten Kontakt zwischen den Flächen verhindert, den Verschleiß minimiert und zur Wärmeableitung beiträgt.

Faktoren, die die Öffnungskraft beeinflussen

Federkraft

Die Federkraft ist eine der Hauptkomponenten der Öffnungskraft einer Gleitringdichtung. Gleitringdichtungen verwenden normalerweise Federn, wie Schraubenfedern oder Faltenbälge, um eine konstante Schließkraft auf die Dichtungsflächen auszuüben. Die Federkraft hilft dabei, den Kontakt zwischen den Flächen während des Betriebs aufrechtzuerhalten und gleicht jeglichen Verschleiß oder jegliche Wärmeausdehnung aus.

Die Stärke der Federkraft hängt von der Federkonstruktion, dem Material und der Kompression ab. Dichtungshersteller geben für ihre Produkte häufig Daten zur Federkraft an, die bei der Berechnung der Öffnungskraft verwendet werden können.

Hydraulische Kraft

Die hydraulische Kraft, auch Flüssigkeitsdruckkraft genannt, ist ein weiterer wesentlicher Faktor für die Öffnungskraft. Diese Kraft wird durch den Flüssigkeitsdruck erzeugt, der auf die Dichtungsflächen wirkt. Die hydraulische Kraft neigt dazu, die Flächen auseinanderzudrücken, wirkt den Schließkräften entgegen und unterstützt die Bildung des Flüssigkeitsfilms.

Die Größe der hydraulischen Kraft hängt vom Flüssigkeitsdruck, der Geometrie der Dichtungsflächen und dem Ausgleichsverhältnis der Dichtung ab. Das Ausgleichsverhältnis ist ein Konstruktionsparameter, der den Anteil der Dichtfläche Fläche, die dem Flüssigkeitsdruck ausgesetzt ist.

Reibungskraft

Reibungskraft ist eine Widerstandskraft, die der Relativbewegung zwischen den Dichtungsflächen entgegenwirkt. Bei Gleitringdichtungen entsteht die Reibungskraft durch den Kontakt zwischen rotierenden und stationären Dichtungsflächen. Diese Kraft hängt von der Oberflächenbeschaffenheit, den Materialeigenschaften und dem Kontaktdruck zwischen den Flächen ab.

Die Reibungskraft trägt zur Schließkraft einer Gleitringdichtung bei und ihre Stärke muss durch die Öffnungskraft überwunden werden, um eine ordnungsgemäße Funktion der Dichtung zu erreichen.

Adhäsionskraft

Die Adhäsionskraft, auch Haftreibungskraft genannt, ist eine Anziehungskraft, die zwischen den Dichtungsflächen entsteht, wenn diese in engem Kontakt stehen. Diese Kraft ist das Ergebnis molekularer Wechselwirkungen, wie etwa Van-der-Waals-Kräfte, und wird von den Oberflächeneigenschaften und dem Vorhandensein von Verunreinigungen oder Flüssigkeitsfilmen beeinflusst.

Bei bestimmten Anwendungen kann die Haftkraft erheblich sein, insbesondere bei stark polierten Dichtungsflächen oder bei der Verarbeitung viskoser Flüssigkeiten.

Berechnung der Öffnungskraft

Federkraftberechnung

Die Federkraft (F_S) wird nach dem Hookeschen Gesetz berechnet:

F_S = k × x

Wo:

• k ist die Federkonstante (N/m)
• x ist die Federkompression (m)

Beispiel:

• Federkonstante (k) = 10.000 N/m
• Federkompression (x) = 0,005 m

F_S = 10.000 N/m × 0,005 m = 50 N

Hydraulische Kraftberechnung

Die hydraulische Kraft (F_H) wird nach folgender Formel berechnet:

F_H = P × A × B

Wo:

• P ist der Flüssigkeitsdruck (Pa)
• A ist die Dichtungsfläche (m²)
• B ist das Bilanzverhältnis (ohne Einheit)

Beispiel:

• Flüssigkeitsdruck (P) = 1.000.000 Pa (10 bar)
• Dichtungsflächenfläche (A) = 0,0001 m²
• Bilanzverhältnis (B) = 0,8

F_H = 1.000.000 Pa × 0,0001 m² × 0,8 = 80 N

Reibungskraftberechnung

Die Reibungskraft (F_F) wird nach folgender Formel berechnet:

F_F = μ × F_C

Wo:

• μ ist der Reibungskoeffizient (ohne Einheit)
• F_C ist die Schließkraft (N), die die Federkraft und alle anderen Schließkräfte beinhaltet

Beispiel:

• Reibungskoeffizient (μ) = 0,1
• Schließkraft (F_C) = 100 N (einschließlich der zuvor berechneten Federkraft)

F_F = 0,1 × 100 N = 10 N

Abschätzung der Haftkraft

Haftkraft (F_A) ist schwierig genau zu berechnen, da sie von verschiedenen Faktoren wie Oberflächeneigenschaften, Flüssigkeitseigenschaften und Umgebungsbedingungen abhängt. In der Praxis wird die Adhäsionskraft häufig anhand experimenteller Daten oder empirischer Formeln geschätzt.

Für dieses Beispiel gehen wir von einer geschätzten Haftkraft von 5 N aus.

F_A = 5 N

Gesamtöffnungskraft

Die Gesamtöffnungskraft (F_O) ist die Summe aus hydraulischer Kraft und Adhäsionskraft abzüglich Federkraft und Reibungskraft:

F_O = F_H + F_A - F_S - F_F

Verwenden Sie die Werte aus den vorherigen Beispielen:

• Hydraulische Kraft (F_H) = 80 N
• Haftkraft (F_A) = 5 N
• Federkraft (F_S) = 50 N
• Reibungskraft (F_F) = 10 N

F_O = 80 N + 5 N – 50 N – 10 N = 25 N

In diesem Beispiel beträgt die gesamte Öffnungskraft 25 N. Dieser Wert gibt die Mindestkraft an, die erforderlich ist, um die Schließkräfte zu überwinden und einen Flüssigkeitsfilm zwischen den Dichtungsflächen zu erzeugen.