Bei Gleitringdichtungen sind die Dichtungsflächen die primären Dichtungselemente, die Flüssigkeitslecks zwischen rotierenden und stationären Komponenten verhindern. Die Materialien, die Geometrie und die Oberflächeneigenschaften dieser Flächen wirken sich direkt auf die Leistung und Lebensdauer der Dichtung aus.
Was ist das Seal Face
Bei einer Gleitringdichtung sind zwei Dichtungsflächen senkrecht zur Welle angeordnet, wobei eine Fläche normalerweise stationär ist und die andere sich mit der Welle dreht.
Dichtungsflächen sind präzisionsgefertigte Komponenten mit hochglanzpolierten Oberflächen, die beim Zusammenpressen eine dichte Abdichtung bilden. Die Flächen werden so bearbeitet, dass sie außergewöhnlich flach und glatt sind, oft mit nur wenigen leichten Ebenheitsstreifen.
Die Dichtungsflächen sind so konstruiert, dass zwischen ihnen ein kleiner Spalt von normalerweise 0,1 bis 1 Mikrometer verbleibt. Dieser Spalt wird mit der Prozessflüssigkeit gefüllt, wodurch ein Flüssigkeitsfilm entsteht, der den direkten Kontakt zwischen den Flächen verhindert. Der Flüssigkeitsfilm trägt dazu bei, den Verschleiß zu minimieren, die Reibung zu verringern und die während des Betriebs erzeugte Wärme abzuleiten.
Arten von Dichtungsflächen
Flache vs. speziell behandelte Flächen
Flache Dichtungsflächen sind die am häufigsten verwendeten Dichtungsflächen in Gleitringdichtungen. Diese Flächen sind präzisionsgefertigt, um eine glatte, flache Oberfläche zu gewährleisten, die eine optimale Dichtleistung ermöglicht. Flache Flächen werden typischerweise in Anwendungen mit mittleren bis niedrigen Druck- und Temperaturanforderungen verwendet.
Im Gegensatz dazu werden speziell behandelte Dichtungsflächen zusätzlichen Oberflächenbehandlungen unterzogen, um ihre Leistung und Haltbarkeit zu verbessern. Einige gängige Oberflächenbehandlungen sind:
- Läppen: Ein feiner Schleifvorgang, der die Oberflächenbeschaffenheit und Ebenheit verbessert.
- Polieren: Ein Prozess, der die Oberflächenrauheit verringert und die Reflektivität der Oberfläche erhöht.
- Beschichtungen: Aufbringen spezieller Beschichtungen, wie beispielsweise diamantähnlicher Kohlenstoff (DLC) oder Wolframkarbid, um die Verschleißfestigkeit zu verbessern und die Reibung zu verringern.
Speziell behandelte Flächen werden häufig in anspruchsvollen Anwendungen mit hohem Druck, hohen Temperaturen oder korrosiven Medien eingesetzt, da sie im Vergleich zu flachen Flächen eine bessere Leistung bieten.
Rotierende vs. stationäre Flächen
Bei einer Gleitringdichtung ist eine Dichtungsfläche normalerweise stationär, während sich die andere mit der Welle dreht. Die stationäre Fläche ist normalerweise in der Dichtungsstopfbuchse oder im Gehäuse montiert, während die rotierende Fläche an der Welle oder der Wellenhülse befestigt ist.
Die stationäre Fläche bleibt an ihrer Position fixiert und besteht häufig aus einem härteren, verschleißfesteren Material wie Siliziumkarbid oder Wolframkarbid. Diese Fläche fungiert als primäre Dichtfläche und sorgt für eine dichte Abdichtung gegenüber der rotierenden Fläche.
Die rotierende Fläche hingegen besteht normalerweise aus einem etwas weicheren Material wie Kohlenstoffgraphit oder Siliziumkarbid. Dadurch kann sich die rotierende Fläche an die stationäre Fläche anpassen und so eine wirksamere Abdichtung erzielen. Die rotierende Fläche ist federbelastet, um auch unter wechselnden Betriebsbedingungen konstanten Kontakt mit der stationären Fläche aufrechtzuerhalten.
Werkstoffe für Dichtungsflächen
| Material | Eigenschaften | Anwendungen |
|---|---|---|
| Kohlenstoffgraphit | – Selbstschmierend – Gute Wärmeleitfähigkeit – Beständig gegen Thermoschock – Spröde | – Wasser und andere wässrige Lösungen – Flüssigkeiten mit niedriger Viskosität – Hochtemperaturanwendungen |
| Siliziumkarbid (SiC) | – Extrem hart – Verschleißfest – Chemisch inert – Hohe Wärmeleitfähigkeit | – Abrasive und korrosive Flüssigkeiten – Hochdruckanwendungen – Öl- und Gasindustrie |
| Wolframkarbid (WC) | – Sehr hart – Verschleißfest – Hohe Wärmeleitfähigkeit – Gute Korrosionsbeständigkeit | – Abrasive und korrosive Flüssigkeiten – Hochdruckanwendungen – Öl- und Gasindustrie |
| Aluminiumoxidkeramik (Al2O3) | – Hart und verschleißfest – Chemisch inert – Elektrisch isolierend – Spröde | – Ätzende Flüssigkeiten – Hochtemperaturanwendungen – Elektrische Isolierung erforderlich |
| Edelstahl | – Korrosionsbeständig – Zäh und dehnbar – Relativ weich im Vergleich zu anderen Gleitflächenmaterialien | – Nicht korrosive Flüssigkeiten – Anwendungen mit niedrigem bis mittlerem Druck – Lebensmittel- und Pharmaindustrie |
| Bronze | – Gute Schmierfähigkeit – Mäßige Verschleißfestigkeit – Relativ weich im Vergleich zu anderen Gleitflächenmaterialien | – Niederdruckanwendungen – Nicht korrosive Flüssigkeiten – Stützringe und Drosselbuchsen |
Was ist der Gleitringspalt einer Gleitringdichtung?
Der Gleitspalt, auch Flüssigkeitsfilmdicke genannt, ist der mikroskopische Raum zwischen den rotierenden und stationären Flächen einer Gleitringdichtung. Dieser Spalt wird normalerweise in Mikrometern (μm) gemessen und spielt eine entscheidende Rolle für die ordnungsgemäße Funktion der Dichtung. Durch den Gleitspalt kann ein dünner Film der abgedichteten Flüssigkeit eindringen und die Dichtungsflächen schmieren, wodurch Reibung und Verschleiß verringert werden.
Bei einer ordnungsgemäß funktionierenden Gleitringdichtung bleibt der Gleitspalt stabil und konstant und behält eine optimale Dicke für die Schmierung bei, ohne dass es zu übermäßigen Leckagen kommt.
Die Dichtungsflächen werden auf eine hohe Ebenheit geläppt, typischerweise innerhalb von 2 bis 3 Heliumlichtbändern (0,58 bis 0,87 μm), um einen gleichmäßigen Spalt zu gewährleisten. Die auf die Dichtungsflächen wirkende Federkraft und der Hydraulikdruck tragen dazu bei, den optimalen Flächenspalt während des Betriebs aufrechtzuerhalten.
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