Einbaufertige Problemlösungen zur Abdichtung rotierender Wellen

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11.12.2009 Neben Entwicklungen zur Gestaltung der Lippengeometrie gehört die Suche nach neuartigen Lippenwerkstoffen zu den wichtigsten Zielen in dem Bestreben, die Leistungsfähigkeit radialer Abdichtung zu steigern. Allerdings wird die Dichtfunktion nur perfekt erfüllt, wenn die Gegenlauffläche der Lippe auf die Anforderung bezüglich der Materialauswahl und Oberflächengestaltung optimal abgestimmt wird.

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Entscheider-Facts Für Anwender


Die einbaufertigen Systeme zur Abdichtung rotierender Wellen bieten folgende Vorteile:
  • anwendungsoptimierte einbaufertige Dichtsysteme mit wenigen Bauteilen;
  • sehr gute Dichtwirkung auch bei Trockenlauf, Chargenbetrieb und Neigung zum Verkleben;
  • exzellente Reinigungsmöglichkeiten durch totraumfreie Gestaltung;
  • metallfreie Ausführungen lieferbar.

Die funktionsbestimmenden Merkmale der Wellenlippendichtungssysteme lassen sich wie folgt zusammenfassen:

  • Lippengeometrie,
  • Lippenwerkstoff,
  • Werkstoff der Lauffläche auf der Welle und deren
  • Oberflächenstruktur.

Standard-Radialwellendichtringe besitzen typischerweise eine Dichtkante als geometrisches Element zur Abdichtung. Dies hat sich bewährt, wenn kein bzw. nur geringer Druck besteht. Bei höheren Drücken benötigt man jedoch eine größere Fläche zur Abstützung, um die spezifische Flächenpressung zu reduzieren. Zur Unterstützung der Dichtfunktion kann diese Fläche zur Gestaltung von feinen Strukturen genutzt werden. Sie lassen das Eindringen des Mediums zu; dies vermindert die Reibung zwischen den Flächen. Im Gegensatz dazu wird das Medium auch wieder zurückgefördert und die Dichtwirkung verbessert. Durch diesen Effekt erfährt die Lippe eine zusätzliche Kühlung und damit eine Verlängerung der Standzeit.

Elastomere als Werkstoff bieten durch ihre elastischen Eigenschaften gute Möglichkeiten zur Anpassung der Geometrie in der eingebauten Position. Höhere Drücke und eine geringe Abriebfestigkeit führen dagegen schnell zu Schäden, so dass bei erhöhten Anforderungen speziell abgestimmte PTFE-Werkstoffmischungen zum Einsatz kommen. Durch Beimischungen können die Eigenschaften angepasst werden, wobei immer Kompromisse zwischen Leichtlauf, Abriebfestigkeit und Druckstabilität gefunden werden müssen.

Wellenhülse ist wichtigerFunktionsträger der Abdichtung

Generell sind folgende Produkteigenschaften immer vorhanden: Geringe Adhäsionskräfte verhindern Verkleben und sorgen für geringe Reibbeiwerte; daraus ergeben sich Trockenlaufeignung, sehr gute chemische Beständigkeit, Lebensmittelverträglichkeit und hohe Temperaturstabilität.

Die Wellenhülse, auf der die Dichtlippe abdichtet, muss als wichtiger Funktionsträger der Abdichtung entsprechend gestaltet werden. Bei der Werkstoffwahl sind hohe Härte, gute Gleiteigenschaften sowie eine gute Wärmeleitung von großer Bedeutung. Bei aggressiver Umgebung ist darüber hinaus eine gute chemische Beständigkeit gefordert, damit die Lauffläche unter der Dichtlippe nicht korrodiert. Dies kann durch verschiedene Beschichtungswerkstoffe erreicht werden. Als sehr gut geeigneter Werkstoff hat sich jedoch solides Siliziumkarbid erwiesen, bei dem die gefordertenEigenschaften optimal kombiniert vorliegen. Eine gute Oberflächengüte wird bei allen harten Werkstoffen durch spezielle Bearbeitung erreicht.
Bei ausgewählter Zusammensetzung aller Einflussparameter stehen Wellenlippendichtungssysteme für folgende Grenzwerte zur Verfügung:

  • Druck: Vakuum bis 20bar;
  • Gleitgeschwindigkeit: bis 100m/s;
  • pv-Wert: bis 90bar*m/s;
  • Temperatur: -130 bis 300°C.

Neben der optimalen Gestaltung ist es jedoch sehr wichtig, die konstruktiven Grenzen dieser Systeme zu erkennen. Viele Maschinen besitzen aufgrund ihrer Konstruktion Wellen, die sich an der Dichtstelle radial verlagern und den Ausgleich dieser Fehlstellung durch das Dichtelement fordern. Radiale Dichtelemente verfügen in der Regel nur über eingeschränkte Möglichkeiten des Ausgleichs und sind auf eine gute Lagerung der Welle angewiesen. Durch Federelemente aus Metall oder aus Elastomeren können größere Verlagerungen aufgenommen werden. Ist dies nicht ausreichend, muss die Führung der Dichtelemente durch eine zusätzliche Lagerung sichergestellt werden.

Perfekt abgestimmte Alternative

Eine weitere Möglichkeit zum Ausbau der Dichtsysteme besteht darin, innerhalb einer vormontierten Einheit mehrere Lippendichtelemente mit angepasster Gestaltung anzuordnen. Zum Beispiel können damit folgende Aufgaben abgedeckt werden:

  • Systeme mit Leckage-Überwachung oder Leckage-Abfuhr;
  • Systeme mit Sperrmedium (erhöhter Sperrdruck möglich);
  • Anordnungen für Vakuumabdichtungen;
  • System mit Anschluss zur Reinigung (CIP) und totraumfreier Gestaltung der Dichtlippe.

Durch die konsequente Umsetzung der beschriebenen Merkmale in einem System bieten sich dem Anwender Problemlösungen. Als Beispiel können imBereich der Misch- und Rührtechnik kompakte und kostengünstige Rührorgane konstruiert werden. Unter Ausnutzung der guten Trockenlaufeigenschaften des Systems kann bei vielen Anwendungen auf ein Sperrmedium verzichtetwerden. Eine Verunreinigung des Herstellungsprozesses wird damit ausgeschlossen und zusätzlich eine Senkung der Systemkosten erreicht. Komplette Systeme können bei Bedarf auch die Anforderungen nach Atex oder TA-Luft erfüllen.

Perfekt abgestimmte Wellenlippendichtungssysteme stellen somit eineAlternative zu Gleitringdichtungen, Packungen und Standard-Lippendichtungen dar. Gegenüber Packungen wird eine wartungsfreie Abdichtung ohne Leckage erreicht. Im Vergleich zur Gleitringdichtung bedeutet ein dynamisches Dichtelement: keine verschiebbaren O-Ringe, keine klebenden Dichtflächen, keine Federn und keine Verdrehsicherungselemente und somit eine Reduktion der möglichen Ausfallursachen.

Optimal angepasste Wellenlippendichtungssysteme funktionieren langlebig, nahezu ohne Leckage währendihrer Betriebszeit und servicefreundlich, weil sie das Ende ihrer Standzeit durch einen Anstieg der Leckage anzeigen und dem Anwender Zeit für einen geplanten Service geben.

Heftausgabe: November 2009
Harald Tobies ,Vertriebsleitung Metax

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