Gleitringdichtungen benötigen spezielle Flüssigkeiten (häufig Öle oder ölbasierte Flüssigkeiten) zur Schmierung und Kühlung der Dichtflächen, wodurch übermäßige Reibung und Verschleiß verhindert werden. Diese Flüssigkeiten erfüllen unterschiedliche Funktionen in Dichtungsunterstützungssysteme, von Sperr- und Pufferflüssigkeiten, die in Doppeldichtungsanordnungen verwendet werden, bis hin zu allgemeinen Schmier-/Umlaufölen in verschiedenen Spül- oder Stützplänen.
Arten von Gleitringdichtungsflüssigkeiten
Gleitringdichtung Stützflüssigkeiten können nach ihrer Funktion im Dichtungssystem kategorisiert werden:
Sperrflüssigkeiten (Dichtungsöle)
Bei einer druckbeaufschlagten Doppeldichtung (oft auch Doppeldichtung genannt) steht eine externe Flüssigkeit unter höherem Druck als die Prozessflüssigkeit. Diese Sperrflüssigkeit isoliert die gepumpte Prozessflüssigkeit vollständig von der Umgebung. Sie schmiert die inneren und äußeren Dichtungsflächen und leitet Wärme ab. Sperrflüssigkeiten werden in API-Plan-53/54-Systemen verwendet (z. B. Plan 53A mit Druckbehälter, Plan 54 mit externem Zirkulationssystem).
Eine Sperrflüssigkeit ist typischerweise ein sauberes, stabiles Öl (oder eine ölbasierte Mischung), das den Betriebsbedingungen standhält. Es muss mit dem Prozess kompatibel sein und Dichtungsmaterialien, sorgen für gute Schmierung und Kühlung und stellen keine Sicherheits- oder Umweltrisiken dar. Da der Druck über dem Prozessdruck liegt, tritt kein Prozessfluid an der inneren Dichtung aus; eventuelle Leckagen treten eher außerhalb der äußeren Dichtung aus.
Pufferflüssigkeiten
Bei einer drucklosen Doppeldichtung (Tandem) wird das externe Fluid auf oder unter Prozessdruck gehalten. Dieses Pufferfluid sorgt für Schmierung und Kühlung zwischen den beiden Dichtungen, ist aber nicht dazu gedacht, das Prozessfluid vollständig zu enthalten. Pufferfluidsysteme (z. B. API-Plan 52 Bei einem drucklosen Behälter kann es zu einer geringen Leckage des Prozesses in die Pufferflüssigkeit kommen oder umgekehrt. Daher muss die Pufferflüssigkeit mit der Prozessflüssigkeit kompatibel sein, da es zu einer gewissen Vermischung kommen kann.
Wie Sperrflüssigkeiten sollten auch Pufferflüssigkeiten sicher, stabil und ein gutes Schmier-/Wärmeübertragungsmedium sein. Da der Druck der Pufferflüssigkeit jedoch niedriger ist, isolieren sie den Prozess nicht. Sie dienen in erster Linie dazu, Leckagen in die Atmosphäre zu reduzieren und die Dichtungsflächen zu schmieren. Pufferflüssigkeiten erfordern häufig eine häufigere Wartung, da sie durch den Prozess verunreinigt werden können.
Schmieröle
Nicht alle Gleitringdichtungen verfügen über einen eigenen externen Vorratsbehälter. Viele Einzeldichtungen werden durch die Prozessflüssigkeit oder eine Spülung geschmiert. Ist die Prozessflüssigkeit schlecht schmierend oder enthält sie Schleifmittel, kann ein externes Schmieröl oder eine Spülflüssigkeit zugeführt werden (z. B. API-Plan 32 injiziert eine saubere Flüssigkeit, beispielsweise ein Öl, in die Dichtungskammer).
Diese Schmieröle dienen zum Spülen und Schmieren der Dichtflächen von Einzeldichtungen oder löschen die atmosphärische Seite einer Dichtung (Plan 62), wodurch die Zuverlässigkeit verbessert wird. Sie werden im Allgemeinen aus einem separaten System versorgt und können, müssen aber nicht, umgewälzt werden.
In Gleitringdichtungen verwendete Ölarten
In Dichtungssystemen wird eine große Bandbreite an Öltypen verwendet, von traditionellen Mineralölen bis hin zu modernen synthetischen Ölen. Jeder Typ bietet unterschiedliche Leistungsmerkmale:
Mineralöle
Hierbei handelt es sich um aus Erdöl gewonnene Öle, die traditionell in vielen Dichtungssystemen verwendet werden. Mineralöle sind leicht verfügbar und kostengünstig und bieten unter moderaten Bedingungen eine gute Schmierung. Ihre Temperaturbeständigkeit ist jedoch begrenzt – bei hohen Temperaturen oxidieren und zersetzen sie sich, wodurch Ablagerungen entstehen und die Schmierfähigkeit verloren geht.
Ihr Viskositätsindex ist moderat (d. h. die Viskosität ändert sich erheblich mit der Temperatur). Mineralöle können für allgemeine Zwecke geeignet sein Dichtungsschmierung wenn die Betriebstemperaturen nicht extrem sind und die Wartungsintervalle relativ kurz sind.
Synthetische Öle
Eine breite Kategorie, die Öle umfasst, die aus chemischen Grundstoffen hergestellt und nicht direkt aus Rohöl raffiniert werden. Synthetische Öle bieten im Vergleich zu Mineralölen überlegene Eigenschaften wie einen größeren Temperaturbereich, eine höhere Oxidationsstabilität und eine verbesserte Schmierfähigkeit. Zu den für Gleitringdichtungen relevanten Untertypen gehören:
- PAO (Polyalphaolefin)-Öle: PAOs sind synthetische Kohlenwasserstoffe, die die Struktur hochraffinierter Mineralöle nachahmen, jedoch einheitliche Moleküle und keine unerwünschten Verbindungen aufweisen. Sie zeichnen sich durch ausgezeichnete thermische Stabilität, geringe Flüchtigkeit, einen hohen Viskositätsindex und gute Materialverträglichkeit aus.
- PAG-Öle (Polyalkylenglykol): PAGs sind Polymere aus Ethylen- oder Propylenoxid (oder beiden). Sie haben einen sehr hohen Viskositätsindex, d. h. sie behalten ihre Viskosität bei Temperaturschwankungen außergewöhnlich gut bei und können wasserlöslich oder wasserunlöslich formuliert werden.
- Silikonöle: Flüssigkeiten auf Silikonbasis (typischerweise Polydimethylsiloxan oder ähnliches) sind hochinert und über einen sehr großen Temperaturbereich stabil. Sie bleiben bei extrem niedrigen Temperaturen flüssig und vertragen hohe Temperaturen (einige bis zu ~250–300 °C), ohne wie Kohlenwasserstoffe zu oxidieren.
- Synthetische Stoffe auf Esterbasis: Zu dieser Kategorie gehören Diester und Polyolester, synthetische Öle, die durch die Reaktion von Alkoholen mit Carbonsäuren entstehen. Esteröle werden aufgrund ihrer hervorragenden Schmierfilmstärke und thermischen Stabilität seit Jahrzehnten in der Hochtemperaturschmierung (z. B. Triebwerksöle, Kompressoröle) eingesetzt. Sie sind zudem biologisch leichter abbaubar als PAOs und daher für umweltsensible Anwendungen interessant.
- Fluorierte Öle (PFPE): Für die anspruchsvollsten chemischen und Temperaturextreme werden Perfluorpolyetheröle (PFPE) oder ähnliche fluorierte Flüssigkeiten verwendet. Diese Öle sind vollständig fluoriert und daher gegenüber praktisch allen Chemikalien und oxidierenden Umgebungen chemisch inert.
- Andere Nischenflüssigkeiten: In einigen Fällen wurden leichte Kohlenwasserstoffe wie Kerosin oder Diesel als Dichtungsöle verwendet. Diese Flüssigkeiten haben eine niedrige Viskosität (~2 cSt) und eine gute Schmierfähigkeit, was sie für Dichtungsflächen gut geeignet macht. Sie sind jedoch offensichtlich entflammbar und haben relativ niedrige Flammpunkte, sodass ihre Verwendung auf Systeme beschränkt ist, in denen diese Flüssigkeiten bereits gehandhabt werden und Sicherheitsmaßnahmen vorhanden sind.
| Öl-/Flüssigkeitstyp | Zusammensetzung/Basis | Schlüsseleigenschaften | Typische Anwendungen / Hinweise |
|---|---|---|---|
| Mineralöl | Aus Erdöl gewonnen (hochraffiniert) | Gute Schmierfähigkeit; moderater Viskositätsindex; wirtschaftlich. Begrenzte Hochtemperaturstabilität (oxidiert, bildet Lack); kann Additive enthalten (EP-Additive vermeiden). | Allzweck-Dichtungsöl für moderate Bedingungen. Wird verwendet, wenn die Temperaturen nicht extrem sind und ein kostengünstiges Schmiermittel akzeptabel ist. Bei hohen Temperaturen sind tendenziell häufigere Wechsel erforderlich. |
| PAO Synthetik | Polyalphaolefin (synthetischer Kohlenwasserstoff) | Ausgezeichnete thermische Stabilität und Oxidationsbeständigkeit; hoher Viskositätsindex (flache Viskosität vs. T); sehr niedriger Pourpoint. Keine polaren Bestandteile – benötigt keine Zusatzstoffe (wird oft unverdünnt verwendet); kompatibel mit gängigen Dichtungsmaterialien. | Weit verbreitete Sperr-/Pufferflüssigkeit in modernen Systemen. Erhältlich in leichten Qualitäten (ISO VG 5–20), ideal für Dichtungen. Auch in lebensmittelechter* Ausführung (NSF H1) erhältlich. Geeignet für Öl und Gas, Chemie und die allgemeine Industrie – die erste Wahl für Zuverlässigkeit und lange Lebensdauer. |
| PAG Synthetik | Polyalkylenglykol (Etherpolymer) | Sehr hoher Viskositätsindex (hervorragend für einen weiten Temperaturbereich); ausgezeichnete Schmierfähigkeit (geringe Reibung); kann wasserlöslich oder wasserunlöslich formuliert werden. Hygroskopisch (absorbiert Wasser) in vielen Fällen; nicht kompatibel mit Mineralöl; kann bestimmte Farben oder Polymere aufweichen. | Wird in Spezialanwendungen eingesetzt, die extreme Temperaturbereiche oder eine sehr hohe Filmfestigkeit erfordern. Einige lebensmittelechte und feuerbeständige Flüssigkeiten basieren auf PAG. Weniger verbreitet als Siegeltopf Flüssigkeiten aufgrund von Mischproblemen, können aber andere übertreffen in Hochtemperatur oder extrem niedrige Temperaturen, wenn sie sorgfältig ausgewählt werden. |
| Silikonöl | Polydimethylsiloxan oder ähnliches | Extrem breite Temperaturbeständigkeit (stabil von großer Kälte bis ~250 °C); chemisch inert gegenüber den meisten Materialien; hoher Flammpunkt; geringe Flüchtigkeit. Untere Grenzschmierfähigkeit unter Belastung; kann harte Kieselsäurepartikel bilden, die Dichtungen abschleifen; hohe Gaslöslichkeit. | Wird aufgrund der Gefahr von Verschmutzung und Abrieb selten zur Dichtungsschmierung verwendet. Kann in einigen Hochtemperatur-Wärmeübertragungsfunktionen oder dort eingesetzt werden, wo chemische Inertheit entscheidend ist (z. B. Sauerstoffbetrieb), wird aber im Allgemeinen nicht als Direktdichtungsöl verwendet, sofern keine Alternative besteht. |
| Synthetische Ester-basierte | Diester oder Polyolester (organisch) | Starker Schmierfilm; hohe thermische Stabilität (widersteht Verkokung); höhere biologische Abbaubarkeit als PAO; gute Lösungskraft für Additive bei Bedarf. Kann mit Wasser hydrolysieren (unter Bildung von Säuren); kann bei Unverträglichkeit zum Aufquellen bestimmter Elastomere führen; bei manchen Produkten mäßig hohe Pourpoints. | Wird in einigen Hochtemperatur- oder Hochgeschwindigkeitsmaschinen verwendet, bei denen Mineral-/PAO-Öle versagen (z. B. in einigen Dichtungssystemen von Kompressoren oder Vakuumpumpen). Wird manchmal mit PAOs in handelsüblichen Flüssigkeiten gemischt, um die Gesamteigenschaften zu verbessern. Wird auch in ökologisch sensiblen Bereichen eingesetzt, wenn die Formulierung biologisch abbaubar ist. |
| Fluoriertes Öl (PFPE) | Perfluorpolyether (vollständig fluoriert) | Chemisch inert gegenüber praktisch allen Substanzen; nicht entflammbar; extrem breiter Betriebstemperaturbereich (–40 °C bis 250 °C oder mehr); keine Oxidation oder Gummibildung. Sehr hohe Dichte (~1.8 g/ml); teuer; geringere Schmierfähigkeit als Kohlenwasserstofföle (aber ausreichend für die meisten Dichtungen); nicht mit anderen Ölen mischbar. | Die Wahl für aggressive Chemikalien und sauerstoffreiche Umgebungen. Wird in Dichtungen der chemischen Verarbeitung, Pharmazie oder Luft- und Raumfahrt eingesetzt, wo organische Öle reagieren oder Brandgefahr darstellen würden. Beispielsweise Halocarbons MSHV-Flüssigkeiten für reaktive Chemiepumpen. Aus Kostengründen nur bei Bedarf einsetzbar. |
| Wasser/Glykol (50/50) | Wasser + Ethylen- oder Propylenglykol | Kein Öl, sondern gängige Dichtungsflüssigkeit: Hervorragende Kühlleistung (hohe spezifische Wärmekapazität des Wassers); niedrige Viskosität für einfache Zirkulation; Glykol verhindert Einfrieren und Korrosion (mit Inhibitoren). Ungiftig (insbesondere Propylenglykolmischungen); nicht entflammbar. Bei hohen Temperaturen kann es zum Sieden/Verdampfen kommen; schlechte Schmierfähigkeit im Vergleich zu Ölen (für viele Doppeldichtungen jedoch ausreichend). | Häufig in Doppeldichtungen (Pläne 52, 53) für Pumpen mittlerer Temperaturen. Wird in der Lebensmittel-/Pharmaindustrie verwendet, wenn Ölverunreinigungen befürchtet werden (Propylenglykol verwenden). Frostschutzmittel für Kraftfahrzeuge vermeiden (Silikatinhibitoren verursachen Dichtungsverschleiß). Zum Schutz der Dichtungsmetalle ist die Verwendung von industriellem, ungehindertem oder ordnungsgemäß inhibiertem Glykol erforderlich. Nicht über ~80 °C Prozesstemperatur wegen Verdampfungsgefahr verwenden. |
| Kerosin / Diesel | Leichte Erdölfraktionen | Sehr niedrige Viskosität (~1–3 cSt) – fließt und kühlt leicht; gute natürliche Schmierfähigkeit auf Kohlenstoffoberflächen; leicht verfügbar. Brennbar (niedriger Flammpunkt); mäßige Toxizität; verdampft oder raucht bei höheren Temperaturen (was eine Gefahr darstellt). | Historisch als einfaches Sperrfluid in Raffinerien oder abgelegenen Gebieten verwendet (wenn diese Brennstoffe verfügbar waren). Schmiert Dichtungsflächen effektiv, aber aufgrund der Brandgefahr ist es im Allgemeinen nicht bevorzugt wenn andere, sicherere Flüssigkeiten verfügbar sind. |
| Pflanzenöle | Natürliche Öle (z. B. Raps, Soja) | Biologisch abbaubar, erneuerbar; gute Schmierfähigkeit (insbesondere einige modifizierte Triglyceride); milde EP-Eigenschaften. Bei hohen Temperaturen oxidationsanfällig (polymerisiert zu Gummi); begrenzter Temperaturbereich (kann bei Kälte trüb werden oder erstarren, sofern nicht winterfest gemacht); kann in Gegenwart von Wasser mikrobielles Wachstum fördern. | Wird gelegentlich in umweltsensiblen Anwendungen (z. B. in der Nähe von Wasserstraßen) verwendet, bei denen jegliche Leckage umweltfreundlich sein muss. Normalerweise nur für Dichtungen im niedrigen bis mittleren Temperaturbereich geeignet. Die Leistung ist synthetischen Ölen unterlegen; daher werden biologisch gewonnene synthetische Ester für Dichtungen oft gegenüber rohen Pflanzenölen bevorzugt. |
