Rotationsdichtungen Rotierende Wellen abdichten – Worauf es ankommt

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Im Maschinen- und Fahrzeugbau sowie in der Schwerindustrie kommen häufig rotierende Wellen und Gehäuse zum Einsatz. Die Herausforderung besteht darin, Komponenten so abzudichten, dass Öl oder Fett nicht raus, Schmutz, Staub und Wasser aber nicht rein kommen.

Rotationsdichtungen wie beispielsweise Radialwellenringe sind so konzipiert, dass sie bei Rotationen Flüssigkeiten von innen sowie Schmutz und Wasser von außen sicher und dauerhaft trennen.

Welche Dichtung ist die richtige?

Diese Aufgabe übernehmen spezielle Rotationsdichtungen: ringförmige Dichtelemente aus Elastomeren wie Fluorkautschuk (FKM) und NBR (Acrylnitrilbutadien-Kautschuk) oder aus PTFE (Polytetrafluorethylen), besser bekannt unter dem Handelsnahmen Teflon. Die Wahl des Werkstoffs hängt vom jeweiligen Einsatzgebiet und den herrschenden Betriebsbedingungen ab.

Entscheidende Faktoren sind die Umfangsgeschwindigkeit (Durchmesser und Drehzahl der Welle), die Temperatur und der Druck sowie der Schmutz- und Staubanfall von außen und innerhalb des abzudichtenden Aggregats. So eignet sich der Werkstoff NBR nicht zum Abdichten rotierender Wellen etwa in einem Kieswerk, da er Kies und Betonstaub, die zu Defekten der Welle führen können, nicht dauerhaft abhält.

Weitere Einflussfaktoren sind die Schwingungen, die bei der Rotation entstehen, sowie die Art der abzudichtenden Medien. So haben Schmieröle auf Mineralöl- und synthetischer Basis andere Anforderungen als flüssige, pastöse und gasförmige Medien. Chemische Wechselwirkungen wie die Ausdiffundierung von Weichmachern etwa können zu Defekten im Dichtkantenbereich führen.

Die Oberflächenbeschaffenheit der abzudichtenden Gegenlauffläche ist ebenfalls von entscheidender Bedeutung– sowohl für die Qualität der Abdichtung als auch für die Lebensdauer der Dichtung. Im Prinzip gilt: Je höher die Umfangsgeschwindigkeit, desto härter muss die Welle sein. Rundlaufabweichungen sollten grundsätzlich vermieden oder zumindest in Grenzen gehalten werden. Vor allem bei hohen Geschwindigkeiten besteht die Gefahr, dass die Dichtlippe der Welle nicht mehr folgen kann.

Vielfach bewährt: Radialwellenringe

Zur Abdichtung von rotierenden Standardanwendungen mit durchschnittlichen Umfangsgeschwindigkeiten haben sich vor allem so genannte Radialwellendichtringe (RWD) bewährt. Diese Rotationsdichtungen verfügen über eine gute statische Abdichtung und ein geringes Korrosionsrisiko. Und sie funktionieren auch dann noch, wenn die abzudichtenden Oberflächen eine gewisse Rauhigkeit aufweisen. Ein RWD setzt sich aus der Außenfläche, einem Versteifungsring sowie einer Feder zum Spannen der Dichtlippe zusammen. Der Versteifungsring gibt Stabilität.

Durch die Struktur der Dichtlippe im Kontaktbereich zur Welle kann kein Fluid austreten, Leckagen sind damit ausgeschlossen. Sichergestellt ist auch, dass es bei der Rotation immer ausreichend Schmierstoff im Dichtspalt gibt, so dass ein dauerhaftes Trockenlaufen der Dichtung vermieden wird. Das schützt vor einem vorzeitigen Verschleiß der Dichtlippe und verlängert die Lebensdauer der gesamten Dichtung.

Die Montage von Radialwellendichtringen ist verhältnismäßig einfach. Wichtig ist, die Einbauräume zu reinigen, scharfkantige Übergänge zu beseitigen und die Dichtung zentrisch sowie rechtwinklig zur Welle anzubringen. Zu beachten ist zudem, dass ein einmal demontierter Radialwellendichtring – etwa nach einer Wartung – aus Sicherheitsgründen nicht erneut verbaut werden sollte, auch wenn er äußerlich unbeschädigt ist.

Alternativen zu Radialwellenringen

Aufgrund der Verwendung von Schmierstoffen eigenen sich Radialwellenringe allerdings nicht für jeden Einsatz. Maschinen und Anlagen in der Lebensmittelindustrie – etwa die Drehdurchführung einer Getränkeabfüllanlage – sollten aus hygienischen Gründen nicht damit abgedichtet werden.

Auch bezüglich Temperatur, Umfangsgeschwindigkeit, Medium, Druck oder eine Kombination dieser Einflüsse sind die verschiedenen Elastomer-Qualitäten nicht für jeden Einsatzbereich geeignet. Die hohen Umfangsgeschwindigkeiten von Renngetrieben beispielsweise überfordern RWD-Dichtungen. Die hohe Reibungswärme führt zur Rissbildung an der Dichtkannte, eine verhinderte Wärmeabführung kann die Bildung von Ölkohle zur Folge haben. Hier sind spezielle Dichtlippen aus PTFE gefragt, die eine höhere physiologische und thermische Beständigkeit aufweisen. Für Einsätze unter Bedingungen, bei denen mit verstärktem Schmutz- oder Staubanfall von außen zu rechnen ist, werden Radialwellendichtringe mit spezieller Staublippe konzipiert. Diese verhindert, dass Partikel unter die Dichtkante gelangen und trägt damit zur Funktionssicherheit des gesamten Systems bei.

Langzeitprognose

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Bei kürzeren Einsätzen sind auch X-Ringe oder Quad-Ringe geeignet, um rotierende Wellen abzudichten. Bei Umfangsgeschwindigkeiten ab 0,5 m/s wirkt sich allerdings das so genannte Roto-Prinzip aus: Da sich ein gedehnter Elastomer-Ring durch die Reibungswärme zusammenzieht (Joule-Effekt), kommt es zu einer höheren Anpressung auf die rotierende Welle, was eine Schmierfilmbildung der Dichtung verhindert und damit eine erhöhte Reibung zur Folge hat.

Eines haben Quad-Ring, RWD sowie andere Arten von Rotationsdichtungen gemeinsam: Die Auswahl des geeigneten Werkstoffes erfolgt immer in Abhängigkeit vom jeweiligen Einsatzgebiet. Wichtigste Einflussfaktoren sind dabei Temperatur, Druck und das abzudichtende Medium.

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