Rotationsdichtungen schützen bewegliche Bauteile vor externen Einflüssen, indem sie das Eindringen von Schmutz, Flüssigkeiten oder Gasen unterbinden. Ihre Anwendungsgebiete sind vielfältig, weshalb Bauformen und verwendete Materialien sich stark unterscheiden.
Einsatzgebiete
Dichtungen im Allgemeinen finden dort Einsatz, wo unerwünschte Stoffübergänge verhindert werden sollen. Sogenannte Rotationsdichtungen oder auch Wellendichtringe, in der Kraftfahrzeugtechnik Simmerdichtringe genannt, schützen rotierende Bauteile, meistens sich drehende Wellen oder Achsen. Am häufigsten findet der Radialwellendichtring als Bauteil von Nocken- und Kurbelwellen Anwendung, die sich beispielsweise in PKWs und verschiedenen Nutzfahrzeugen befinden. Weitere Anwendungsgebiete finden sich in der Elektrotechnik, in der Chemie- und Petrochemieindustrie, im Maschinenbau und überall dort, wo Getriebe, hydraulische und pneumatische Systeme, Pumpen und andere rotierende, schwenkende und bewegliche Bauteile Arbeit verrichten.
Aufbau eines Dichtungsrings
Wichtigstes Bauteil ist die Dichtlippe, die aus kompressiblem Material besteht, das zwischen Welle und Gehäuse zusammengedrückt wird und so für die Dichtung sorgt. Die Lippe wird über eine Feder an einem Gehäuse befestigt. Die Feder dient einer gleichmäßigen Kräfteverteilung. Je nach Bauart wird eine zusätzliche Staublippe benötigt, die als Schutz für die Dichtlippe dient, sowie ein Gehäusedichtring. Verschiedene Anforderungen können weitere Bauteile erfordern
Typische Bauformen
Aufgrund der breit gefächerten Einsatzmöglichkeiten haben sich verschiedene Bauformen herausgebildet, um den unterschiedlichsten Anforderungen gerecht zu werden.
Radial-Wellendichtringe: Zur Verhinderung des Eindringens ungewollter Stoffe zwischen rotierenden Wellen und Gehäusen werden meistens Radial-Wellendichtringe verwendet, die in einem Gehäuse angebracht werden. Die rotierende Welle drückt dann gegen die sogenannte Lippendichtung und dreht sich innerhalb des Dichtrings. Radialwellendichtringe verhindern das Eindringen in Umfangsrichtung der Welle. Je nach Ausführung handelt es sich um einlippige oder doppellippige Dichtungen. Auch spezielle Ausführungen sind möglich. Aufgrund ihrer Einfachheit und damit verbundenen geringen Herstellungskosten sowie ihrer hohen Effizienz werden Radial-Wellendichtringe häufig eingesetzt.
Axial-Wellendichtringe: Diese Form der Rotationsdichtungen schützt vor Stoffübergängen bei Wellenbewegungen in axialer Richtung. Auch Axial-Wellendichtringe gibt es in ein- und doppellippigen Ausführungen. Die Dichtringe werden in das Gehäuse eingebracht, sodass die Lippen bei axialer Wellenbewegung gegen die Wellenoberfläche drücken.
Labyrinthdichtungen: Eine spezielle Form des Wellendichtrings ist die Labyrinthdichtung, bei der das Prinzip des Druckausgleichs und der Verwirbelung angewendet wird, um das Eindringen verschiedener Stoffe zu verhindern. Die Dichtung besteht aus ineinandergreifenden Kanälen, die den namensgebenden Labyrinthpfad bilden. Bei Rotation der Welle erzeugt die Drehung Druckänderungen und Strömungen. Je nach Komplexitätsgrad steigt die Effizienz der Dichtung. Aufgrund der anspruchsvolleren Herstellungsverfahren gegenüber einfacher Wellendichtringe sind Labyrinthdichtungen teurer, können je nach Anwendung jedoch einen effizienteren Schutz bieten
Flachdichtungen: Sie wird zwischen zwei Flanschflächen installiert und verhindert das Eindringen mittels Kompression des Dichtungsmaterials, sodass der Raum zwischen den Flächen ausgefüllt wird.. Um eine optimale Dichtung zu gewährleisten, muss die Dichtung zentral zwischen den Flächen angebracht werden. Dadurch entsteht eine gleichmäßige Kräfteverteilung, wodurch sich die Lebenszeit der Dichtung verlängert.
Gleitringdichtung: Bei dieser Bauform werden sowohl Gehäuse als auch Welle mit Dichtungsringen versehen. Der am Gehäuse angebrachte stationäre Dichtungsring sowie der rotierende Dichtungsring an der Welle werden ineinander gedrückt, sodass Schmutz, Flüssigkeiten und Gase nicht eindringen können.
Neben diesen Bauformen gibt es noch zahlreiche weitere, wie etwa V-Ringdichtungen, metallgekapselte V-Dichtungen oder Gammaringe. Jeder Bautyp hat seine Daseinsberechtigung und bietet verschiedene Vor- und Nachteile, die je nach Anforderungen bedacht werden sollten.
Neben standardisierten Größen, Formen und Materialien können spezifische Eigenheiten eines Systems spezielle Rotationsdichtungen erfordern, die individuell hergestellt werden müssen.
Wichtige Faktoren bei der Wahl des richtigen Wellendichtrings
Bei der Wahl der Rotationsdichtung ist neben der Bauform auf weitere Merkmale zu achten. Auf die Dichtungsringe wirken verschiedene Drehkräfte, Reibungskräfte, Drücke, Umwelteinflüsse und weitere Faktoren ein.
Zu den am häufigsten verwendeten Materialien gehören Elastomere wie Nitrilkautschuk oder Polyurethan, die bei hoher Abriebfestigkeit und Beständigkeit eine große Flexibilität aufweisen. In Systemen, die mit aggressiven Stoffen umgehen müssen, hat sich Polytetrafluorethylen aufgrund hoher chemischer Beständigkeit und eines niedrigen Reibungskoeffizienten etabliert. Bei hohen Temperaturen sind Dichtungsringe aus Metall eine gute Wahl, die weiterhin gegen zahlreiche chemisch aggressive Stoffe sowie hohe Drücke eine gute Widerstandsfähigkeit vorweisen. Keramiken wie Siliziumkarbid weisen ähnliche Eigenschaften auf und finden somit ebenfalls bei extremen Betriebsbedingungen Anwendung. Kohlenstoffe bieten dagegen exzellente Gleiteigenschaften mit hoher Verschleißfestigkeit als Folge. Sie besitzen dementsprechend eine lange Haltbarkeit. Verschiedene Materialkombinationen und Beschichtungen können zu einer Verbesserung führen. Zur Erhöhung der Effizienz sind korrekte Abmessungen erforderlich, sodass einerseits optimale Reibungsverhältnisse vorliegen, andererseits die Abdichtung zwischen Gehäuse und Welle einwandfrei gewährleistet ist. Verschiedene Umweltfaktoren wie UV-Strahlung oder hohe Luftfeuchtigkeit können eine Rolle spielen.
