Allgemeines zur Schmierung

Ungeschmierte, trockenlaufende Gleitringdichtungen sind in ihren Einsatzbedingungen (Gleitgeschwindigkeit, Differenzdruck, Produkttemperatur) im Vergleich zu den flüssigkeitsgeschmierten stärker begrenzt. Sie unterliegen einem hohen Verschleiß, die erzeugte Wärme kann nur begrenzt abgeführt werden. Einsatzgebiet sind einfache Dichtungsanforderungen.

Geschmierte Gleitringdichtungen werden in gas-, produkt- und sperrflüssigkeitsgeschmierte Dichtungen eingeteilt.

Gasgeschmierte Gleitringdichtungen erfordern einen Gasdruck im Dichtspalt, der zum Abheben der Gleitringe führt. Das kann durch Druckbeaufschlagung oder bei hohen Drehzahlen durch ein geeignetes Gleitflächendesign erreicht werden. Das Gaspolster führt zur berührungsfreien Abdichtung, lässt aber auch eine vergleichsweise hohe und nur schwer zu beziffernde Leckage zu.

Der Einsatz von produktgeschmierten Gleitringdichtungen erfordert folgende Bedingungen:

• Das Rührwerk dreht sich nur bei Produktüberdeckung an der Dichtung.
• Die technischen Daten wie Produkttemperatur und -viskosität sowie Betriebsdruck müssen eine Schmierung (Flüssigkeiten) ermöglichen.
• Der Feststoffanteil zerstört die Gleitringe nicht.
• Das Produkt kühlt die Gleitringe ausreichend.

 
Dies schränkt die Anwendung auf »Unterniveau«-Einbaupositionen ein und macht die Dichtungsfunktion vom Füllstand abhängig.

Die in der Rührtechnik üblichen Einsatzbedingungen (Drehzahl, Druck, Temperatur) überfordern einerseits eine trockenlaufende Dichtung und reichen andererseits für eine dynamische Gasschmierung noch nicht aus. Eine Gasdruckbeaufschlagung bringt nur in bestimmten Sonderfällen Vorteile. Für die häufigste Einbaulage von Rührwerken, den Einbau von oben, scheidet eine Produktschmierung von vornherein aus. Aus den genannten Gründen werden deshalb die meisten Rührwerksgleitringdichtungen sperrflüssigkeitsgeschmiert betrieben.

Sperrflüssigkeitsgeschmierte Dichtungen werden mit einer geeigneten, prinzipiell aber frei zu wählenden Flüssigkeit gefüllt. Einsatzbeschränkungen wie bei den produktgeschmierten Dichtungen sind somit nicht gegeben.

Die Sperrflüssigkeit wird meist im geschlossenen Kreislauf gefahren und bietet so gezielte Kühlmöglichkeiten. Wesentliche Unterschiede ergeben sich dabei durch die Betriebsweise.

Drucklose Sperrflüssigkeit
Eine drucklose Sperrflüssigkeitsvorlage lässt sich während des Betriebes einfach nachfüllen. Die Sperrflüssigkeit schmiert die Gleitflächen durch den Kapillareffekt bis zu einem Gegendruck von ca. 7 bar (abs.).

Produktleckagen werden direkt von der Sperrflüssigkeit aufgenommen, so dass Geruchs- und Umweltbelastungen sowie eine Gefährdung des Bedienungs- personals ausgeschlossen sind. Entstandene Leckagemengen können durch einfachen Sperrflüssigkeitswechsel beseitigt werden; äußere Ablagerungen und Verkrustungen am Rührwerk durch entwichenes Produkt werden vermieden.

Druckbeaufschlagte Sperrflüssigkeit
Der Sperrflüssigkeitsdruck wird mit einer entsprechend gewählten Hydraulikkomponente auf einen Wert eingestellt, der über dem Betriebsdruck im Rührbehälter liegt. Hierdurch wird das Eindringen von Produkt in die Gleitringdichtung verhindert. Es können dadurch atmosphärenseitig auch Werkstoffe, die nicht produktbeständig sind, eingesetzt werden.

Bei Beaufschlagung mit konstantem Druck muss aus Sicherheitsgründen die Dichtung und das Sperrflüssigkeitssystem auf den maximalen Behälterdruck ausgelegt werden. Normale Betriebszustände führen damit zwangsläufig zu einer ungünstigen Belastung der Gleitringdichtung in Bezug auf Verschleiß, Sperrflüssigkeitsverbrauch, Wärmeentwicklung und Energieverbrauch.

Ein variabler Sperrflüssigkeitsdruck, der den aktuellen Behälterdruck stets leicht übersteigt, bietet dagegen ein Optimum bezüglich Sicherheit, Verschleiß und Wärmeentwicklung. Er verlagert die Druckbelastung auf die atmosphärenseitige Paarung und entkoppelt diese von der thermischen Belastung durch die Produkttemperatur, die auf die behälterseitige Paarung wirkt. Eine variable Drucküberlagerung kann mit entsprechenden Druckübersetzern erreicht werden.

Thermosyphoneffekt
Die Gleitringdichtung und die erforderlichen Hydraulikkomponenten werden zu einem Kreislaufsystem für die Sperrflüssigkeit zusammengeschlossen. Die in der Dichtung erzeugte Reibung erwärmt die Sperrflüssigkeit. Die hierdurch verringerte Dichte bewirkt eine natürliche Zirkulation der Sperrflüssigkeit über den oberhalb der Dichtung installierten Kühler und über eine separate Rücklaufleitung zurück zum Sperrflüssigkeitseinlass an der Dichtung. Die Umlaufmenge ist von der Viskosität der Sperrflüssigkeit abhängig. Bei richtiger Wahl der Flüssigkeit (Viskosität) sowie ausreichender Bemessung der Kühlflächen und Verbindungsleitungen wird durch den Thermosyphoneffekt eine ausreichende selbstregulierende Kühlung der Dichtung erreicht.

Zwangsumwälzung
Falls die Volumenströme des oben beschriebenen Thermosyphoneffektes nicht ausreichen, um die Wärmeabfuhr durch Strahlung und Konvektion am Dichtgehäuse zu unterstützen, so muss die Flüssigkeit zur externen Kühlung im Sperrflüssigkeitskreislauf zwangsumgewälzt werden.

Zur Zwangsumwälzung kann oft ein Pumpenrad in die Dichtung integriert werden, welches dann abhängig von der Rührwerksdrehzahl arbeitet. Da die generierte Wärme ebenfalls drehzahlabhängig ist, entsteht so ein entsprechend optimiertes System. Außerdem nutzt diese Vorrichtung das bestehende Gehäuse. Dies kann bei höheren Drücken die Kosten deutlich senken.

Ist aufgrund konstruktiver Gegebenheiten keine integrierte Pumpe möglich oder reicht deren Wirkung wegen geringer Drehzahlen bei hohen Drücken oder hoher Viskosität der Sperrflüssigkeit nicht aus, so muss eine selbständige Pumpe eingebaut werden. Pump- und Dichtfunktion sind dann in der Auslegung getrennt optimierbar.