Harald Tobies
Allgemein lassen sich Wellenlippendichtungssysteme durch die vier funktionsbestimmenden Merkmale Lippengeometrie, Lippenwerkstoff, Werkstoff der Lauffläche auf der Welle und die Oberflächenstruktur der Lauffläche charakterisieren (Bild 1). Zur Abdichtung hoher Drücke werden an der Dichtlippe größere Flächen zur Abstützung ausgebildet, um die spezifische Flächenpressung zu reduzieren (Bild 2). Durch die mechanische Bearbeitung dieser Lippen lassen sich präzise Konturen fertigen. Dazu gehören auch feine Strukturen an der Dichtfläche, die zum Beispiel das Eindringen des Mediums zulassen, was die Reibung zwischen den Flächen vermindert. Bei entsprechender Gestaltung kann auch erreicht werden, dass das Medium wieder zurück gefördert und die Dichtwirkung verbessert wird. Durch diesen Effekt wird die Lippe zusätzlich gekühlt und die Standzeit verlängert. Zu den modernen Lippenwerkstoffen zählt PTFE, das durch spezielle Beimischungen in seinen Eigenschaften modifiziert werden kann. Dabei ist eine
Einstellung der Produktanforderung wie Leichtlauf, Abriebfestigkeit oder Druckstabilität möglich. Generell sind folgende Produkteigenschaften immer vorhanden:
- geringe Adhäsionskräfte verhindern Verkleben und sorgen für geringe Reibbeiwerte
- Trockenlaufeignung
- sehr gute chemische Beständigkeit
- Lebensmittelverträglichkeit (entsprechende Zulassungen liegen vor)
- hohe Temperaturstabilität
Die Wellenhülse, auf der die Dichtlippe abdichtet, muss als wichtiger Funktionsträger der Abdichtung entsprechend gestaltet werden. Hohe Härte, gute Gleiteigenschaften sowie eine gute Wärmeleitung sind bei der Werkstoffwahl von großer Bedeutung. Bei aggressiver Umgebung ist außerdem eine gute chemische Beständigkeit gefordert, damit die Lauffläche unter der Dichtlippe nicht korrodiert. Dies kann durch verschiedene Beschichtungswerkstoffe erreicht werden. Als herausragender moderner Werkstoff hat sich jedoch solides Siliziumkarbid erwiesen, bei dem die geforderten Eigenschaften optimal kombiniert vorliegen. Durch eine spezielle Bearbeitung wird bei allen harten Werkstoffen eine optimale Oberfläche hergestellt. Mit dem Ansatz, die möglichen Werkstoffeigenschaften und die Gestaltungsmöglichkeiten optimal zu nutzen, liefert Metax Wellenlippendichtungssysteme für folgende Betriebsgrenzdaten:
- Druck: Vakuum bis 20 bar
- Gleitgeschwindigkeit: bis 100 m/s
- pv-Wert: bis 90 barm/s
- Temperatur: -130 bis +300 °C
Durch die Konstruktion der Lippen sind dem System Grenzen gegeben, die beim Einsatz zu beachten sind. Bei vielen Maschinen ist aufgrund des Aufbaus eine erhöhte radiale Verlagerung der Welle an der Dichtstelle zu beobachten, die den Ausgleich dieser Fehlstellung durch das Dichtelement fordern. Radiale Dichtelemente besitzen in der Regel nur eingeschränkte Möglichkeiten des Ausgleichs und sind auf eine gute Lagerung der Welle angewiesen. Durch Federelemente aus Metall oder aus Elastomeren (Bild 3) werden die Dichtlippen besser an die Welle gepresst und damit können auch größere Verlagerungen aufgenommen werden.
Wellenlippendichtungssysteme können durch entsprechende Anordnung in einer Einheit weiter ausgebaut werden und damit erhöhte Anforderungen an die Dichtstelle abdecken. So sind Systeme mit Leckage-Überwachung oder Leckage-Abfuhr, mit Sperrmedium (erhöhter Sperrdruck möglich) oder Anordnungen für Vakuumabdichtungen sowie mit Anschluss zur Reinigung (CIP) und totraumfreier Gestaltung der Dichtlippe möglich (Bild 4). Die Konfiguration weiterer Anordnungsvarianten ist bei Bedarf einfach zu realisieren.
Werden die aufgezeigten Merkmale in einem System konsequent umgesetzt, bieten sich dem Anwender einfallsreiche Problemlösungen. So können beispielsweise im Bereich der Misch- und Rührtechnik kompakte und kostengünstige Rührorgane konstruiert werden. Auf Wunsch bietet Metax auch Systeme an, die mit integrierter Lagerung ausgerüstet sind. Unter Nutzung der guten Trockenlaufeigenschaften des Systems kann bei vielen Anwendungen auf ein Sperrmedium verzichtet oder es kann ein gasförmiges Sperrmedium eingesetzt werden. Eine Verunreinigung des Herstellungsprozesses wird damit ausgeschlossen. Im Vergleich zu Systemen mit flüssigen Sperrmedien können zusätzlich die Systemkosten sowohl in der Beschaffung als auch im Betrieb gesenkt werden. Wenn entsprechend spezifiziert, erfüllen die kompletten Systeme auch die Anforderungen nach Atex oder TA-Luft. Perfekt abgestimmte Wellenlippendichtungssysteme stellen somit eine Alternative zu Gleitringdichtungen, Packungen und Standard-Lippendichtungen dar.
Durch die Lieferung eines kompletten Systems erhält der Anwender ein einbaufertiges Modul. Gegenüber Packungen wird mit ihnen 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. Außerdem können Lippensysteme einfach für wechselnde Drücke bis zum Betrieb unter Vakuum ausgelegt werden. Sie verhalten sich damit bei Fehlbedienung durch den Betreiber der Anlage oder Störung des Sperrsystems unkritischer und damit insgesamt sicherer. Optimal angepasste Wellenlippendichtungssysteme funktionieren somit langlebig, nahezu ohne Leckage während ihrer Betriebszeit und servicefreundlich, weil sie das Ende ihrer Lebensdauer durch einen Anstieg der Leckage anzeigen und dem Anwender Zeit für einen geplanten Service geben.
Online-Info www.dei.de/1109424
