Axiale Dichtungen

Bei axialen Dichtungen liegt ein Reib-/Gleitpartner axial angeordnet zum anderen. Die Kontaktfläche ist eine ebene Ringfläche und trennt den inneren vom äußeren Raum. Radiale Relativbewegungen der Ringe zueinander bleiben in begrenztem Maß ohne Funktionsbeeinträchtigung. Verschleißnachstellungen erfolgen durch axiale Verschiebung mindestens eines Ringes. Die Ringgeometrie bleibt dabei erhalten, so dass auch harte Werkstoffe eingesetzt werden können. Axiale Dichtungen werden im allgemeinen als Gleitringdichtungen bezeichnet.

Eine Gleitringpaarung besteht aus einem stehenden und einem rotierenden Gleitring, deren Kontaktflächen hohe Ebenheiten besitzen (<1 µm). Dadurch kann sich in jeder Position der Ringe zueinander am ganzen Umfang ein entsprechend kleiner Spalt ausbilden, der eine Leckage behindert. Die Gleitringe selbst sind mit statischen Sekundärdichtelementen zu entsprechend gestalteten Gehäuseteilen abgedichtet.

Die Relativgeschwindigkeit der Ringe zueinander bedingt Reibung. Die erzeugte Wärme ist dabei von den Reibverhältnissen im Dichtspalt und der Wellendrehzahl abhängig. Hohe Temperaturen des abzudichtenden Mediums können weitere thermische Belastungen ergeben. Es ist deshalb vielfach notwendig, die tribologischen Eigenschaften der Reibpartner durch geeignete Schmierung zu unterstützen.

Gleitfilmaufbau
Bei geschmierten Dichtungen muss zur mechanischen Entlastung ein hydrostatischer oder ein hydrodynamischer Druck aufgebaut werden. Abhängig von abzudichtender Druckdifferenz und Drehzahl kann bei entsprechender konstruktiver Gestaltung und Auswahl des Fluids ein sich stabil ausbildender hydrodynamischer Druck im Dichtspalt erzeugt werden. Der Druckverlauf kann in erster Näherung linear angenommen werden, siehe Abb. 2.

Der Belastungsfaktor K als das Verhältnis der mit dem abzudichtenden Druck belasteten Fläche A2 zur gemeinsamen Dichtfläche beider Gleitringe A1 , siehe Abb. 3, ist eine wesentliche Größe für die Beurteilung der hydrostatischen Schließkräfte, welche ein Abheben der Gleitringe wegen der Öffnungskräfte im Dichtspalt verhindern.

Man unterscheidet belastete Gleitringdichtungen mit K > 1 (in der Praxis 1,1 und 1,2) von entlasteten Gleitringdichtungen mit K < 1 (in der Praxis 0,6 und 0,9). Mit sinkenden K-Werten erhöht sich die Sicherheit gegen thermische Überlastung, jedoch sind Maßnahmen gegen das Abheben der Gleitflächen erforderlich.

Auf die Gleitringe wirken die Drücke der abzudichtenden Räume; an den Dichtstellen ergibt sich ein entsprechender Druckverlauf. Weitere Kräfte ergeben sich aus der Reibung am O-Ring, auf der Dichtfläche und an der Verdrehsicherung. Bei geringen Druckdifferenzen an der Gleitfläche werden die Schließkräfte außerdem noch durch drehrichtungsabhängige oder -unabhängige Befederungen verstärkt. Eine sichere Funktion der Gleitringdichtung ist gewährleistet, wenn die Schließkräfte die Öffnungskräfte stets leicht übersteigen.

Die obengenannten Kräfte sowie Temperaturgradienten in den Bauteilen verformen die Gleitringe. Diese Verformungen nehmen Einfluss auf die Geometrie und damit auf den Druckverlauf im Dichtspalt. Damit stabile Verhältnisse an der Gleitfläche erreicht werden, ist insbesondere bei hohen Anforderungen der Einsatz von harten Werkstoffen zum Erreichen steifer Gleitringe unerläßlich.

Einflussparameter auf die Dichtungsauswahl
Die Auswahl der Dichtungsanordnung, der Werkstoffe sowie Zusatzeinrichtungen hängt von verschiedenen Parametern ab. Der Druck und die Temperatur des abzudichtenden Mediums sowie Durchmesser und Drehzahl der abzudichtenden Welle sind wichtige Größen für die Auslegung im Hinblick auf die Funktionssicherheit. Zur Beurteilung wird oft das Produkt aus Druck und Gleitgeschwindigkeit als p·v-Wert herangezogen.

Weitere Randbedingungen sind die Einbaulage sowie Produkteigenschaften wie chemischer Angriff, Agglomerationsneigung und der Anteil an Feststoffen. Handelt es sich um Produkte mit hohen Feststoffanteilen oder um Slurries, bestimmen diese sogar grundlegend das Dichtungsdesign.