Sealing – unterschiedliche Techniken für eine sichere Abdichtung

Das Sealing – auf Deutsch auch als Dichtungstechnik bezeichnet – sorgt dafür, dass Stoffe in einem Behälter oder in einer Leitung nicht austreten können. Diese Technik spielt bei der Herstellung von Maschinen und Versorgungsleitungen eine wichtige Rolle. Dabei ist es wichtig, die verwendete Dichtung genau auf die entsprechende Aufgabe abzustimmen. Dafür kommen ganz unterschiedliche Techniken infrage. Deshalb ist es bei der Konstruktion von Maschinen und bei der Planung von Leitungssystemen sehr wichtig, eine passende Lösung für das Sealing auszuwählen.

Dichtungstechnik: unverzichtbar für den Betrieb von Maschinen und Leitungen

Eine Dichtung zu erzeugen, stellt auf den ersten Blick eine sehr einfache Aufgabe dar. Die meisten Menschen haben in ihrem Haushalt bereits häufig Dichtungen verwendet, ohne sich dabei viele Gedanken über das Sealing zu machen. Schraubverschlüsse für Flaschen oder Klemmverschlüsse für Einmachgläser sind beispielsweise häufig mit einem Dichtungsring ausgestattet. Deren Verwendung ist einfach und intuitiv.

Bei der Erstellung von Dichtungen für Leitungssysteme oder Maschinen ist es jedoch wichtig, sich intensiver mit dem Sealing zu befassen. Das ist notwendig, da in diesem Bereich deutlich umfangreichere Anforderungen an das verwendete Dichtungsverfahren bestehen. Beispielsweise arbeiten viele Leitungssysteme mit einem hohen Druck. Die verwendete Dichtung muss diesem standhalten. Es kommt hinzu, dass in vielen industriellen Leitungssystemen aggressive Chemikalien befördert werden. Es ist unbedingt notwendig, diesen Aspekt bei der Auswahl der Materialien für das Sealing zu berücksichtigen. Darüber hinaus muss die Dichtung in vielen Fällen die beweglichen Teile einer Maschine abdichten. Das stellt eine besondere Herausforderung dar, sodass die Auswahl eines passenden Verfahrens häufig schwierig ist.

Diese Beispiele zeigen, dass das Sealing nicht so einfach und intuitiv ist, wie es auf den ersten Blick erscheint. Daher stellt die Dichtungstechnik einen unverzichtbaren Bestandteil vieler Ingenieurstudiengänge dar. Die Wahl einer passenden Technik für das Sealing ist für eine erfolgreiche Umsetzung von Projekten im Bereich des Maschinenbaus oder der Versorgungstechnik daher von großer Bedeutung.

Sealing: statische und dynamische Dichtungen

Besonders häufig kommen statische Dichtungen zum Einsatz. Diese zeichnen sich dadurch aus, dass sich die beiden Dichtflächen, die miteinander verbunden werden sollen, nicht gegeneinander bewegen. Das erleichtert das Sealing deutlich. Bei der Verlegung von Leitungen kommen hierbei häufig nicht lösbare Verbindungen zum Einsatz. Dabei handelt es sich beispielsweise um Schweiß-, Löt-, Press- oder Klebeverbindungen. Diese werden oftmals überhaupt nicht als Dichtung aufgefasst, da ihre wesentliche Aufgabe in der Verbindung der entsprechenden Leitungselemente besteht. Doch haben sie auch eine dichtende Wirkung.

Häufig ist es jedoch auch notwendig, die Dichtung bei Bedarf wieder zu öffnen. Das macht ganz andere Techniken für das Sealing erforderlich. Oftmals kommen hierfür Flansche, Klemmen oder Schraubverbindungen zum Einsatz. Diese lassen sich dann mit einem Dichtungsring zuverlässig abdichten. Dieser besteht aus einem flexiblen Material und liegt zwischen den beiden Dichtflächen. Hierbei ist es wichtig, einen hohen Druck anzuwenden. Dieser muss dafür sorgen, dass sowohl die Poren des Dichtstoffs als auch der kleine Spalt zwischen Dichtfläche und Dichtungsmasse geschlossen werden. Um für eine ausreichende Dichtheit zu sorgen, muss der angelegte Druck außerdem mindestens so groß sein wie der Druck im Inneren des Leitungssystems. Ist dies nicht der Fall, kann der Inhalt entweichen.

In vielen Anwendungsfällen lässt sich jedoch keine statische Dichtung umsetzen. Stattdessen ist eine dynamische Dichtung erforderlich. Das ist häufig im Maschinen- und im Fahrzeugbau der Fall. Als Beispiel hierfür sei eine Pumpe genannt – beispielsweise für Öl oder für Trinkwasser. Um die Flüssigkeit zu bewegen, muss sich das Förderrad oder die Förderschnecke darin drehen. Die Antriebseinheit befindet sich jedoch außerhalb, da die meisten Motoren nicht feucht werden dürfen. Daher ist es notwendig, die Drehbewegung von dem trockenen Bereich in den feuchten Bereich zu übertragen. Dabei muss das Sealing nicht nur verhindern, dass die zu bewegende Flüssigkeit austritt. Darüber hinaus dürfen keine Verunreinigungen in diesen Bereich eindringen. Hierfür ist eine dynamische Dichtung erforderlich.

Während sich statische Dichtungen in der Regel vergleichsweise einfach umsetzen lassen, bringt das Sealing bei beweglichen Teilen eine besondere Herausforderung mit sich. Hierbei bewegt sich eine der Dichtflächen gegenüber der anderen. Wenn der verwendete Dichtstoff nun wie bei einer statischen Dichtung mit hohem Druck auf die Dichtflächen gepresst wird, erschwert dies die Bewegung deutlich. Deshalb sind hierbei Systeme notwendig, die auch bei einem geringeren Druck eine ausreichende Dichtheit gewährleisten.

Beim Sealing für dynamische Dichtungen unterscheidet man zusätzlich zwischen rotatorischen und translatorischen Abdichtungen. Beim zuvor vorgestellten Beispiel der Pumpe ist eine rotatorische Dichtung erforderlich. Diese muss eine sich drehende Welle abdichten. Eine translatorische Abdichtung ist hingegen bei zahlreichen hydraulischen Systemen sowie bei vielen weiteren technischen Anlagen erforderlich. Hierbei bewegt sich ein Kolben beziehungsweise eine Stange in einer Führung. Der Übergang zwischen dieser Führung und dem Kolben beziehungsweise der Stange stellt hierbei die Dichtfläche dar. Für das Sealing kommen ganz unterschiedliche Techniken zum Einsatz – je nachdem, ob es sich um eine rotatorische oder eine translatorische Dichtung handelt.

Häufige Lösungen für das Sealing

In den folgenden Abschnitten sollen einige beliebte Lösungen für das Sealing vorgestellt werden. Auf nicht lösbare Verbindungen soll dabei nicht weiter eingegangen werden, da diese in der Regel direkt vor Ort mit einem entsprechenden Gerät erstellt werden. Stattdessen sollen hier spezielle Produkte vorgestellt werden, die für das Sealing zum Einsatz kommen. Diese bieten sich für vielfältige Aufgaben im Bereich der Dichtungstechnik an.

O-Ringe

Alle weiteren Informationen finden Sie in dem Kapitel O-Ringe

Eines der beliebtesten Produkte für das Sealing ist der O-Ring. Dieser überzeugt durch geringe Herstellungskosten und durch vielfältige Anwendungsmöglichkeiten. Hierbei handelt es sich um einen Ring aus flexiblem Gummi mit einem kreisförmigen Querschnitt. Dabei besteht die Auswahl aus vielfältigen Größen – sowohl hinsichtlich des Ringdurchmessers als auch in Bezug auf die Schnurstärke. Daher lässt er sich für sehr vielfältige Anwendungen verwenden. Einer der großen Vorteile der runden Querschnittsfläche besteht darin, dass sich diese sowohl für radiale als auch für axiale Dichtungen eignet. Bei der Verwendung in Flanschen oder bei der Abdichtung von Schraubverschlüssen wird der O-Ring beispielsweise in axialer Richtung auf die Dichtfläche gepresst. Bei einem Pressfitting im Sanitärbereich wird der Druck hingegen seitlich – also in radialer Richtung – ausgeübt. Auf diese Weise lässt sich der O-Ring für vielfältige Aufgaben verwenden. Sogar eine dynamische Nutzung ist hierbei möglich – allerdings nur bei einer geringen Beanspruchung.

X-Ringe

Alle weiteren Informationen finden Sie in dem Kapitel X-Ringe

Eine weitere Möglichkeit für das Sealing stellt der X-Ring dar. Wie beim O-Ring handelt es sich hierbei um einen kreisförmigen Gummiring. Der Querschnitt ist hierbei jedoch nicht rund, sondern X-förmig. Das bringt einige Vorteile mit sich. Beispielsweise ist bei dieser Bauform die Kontaktfläche wesentlich größer. Das erhöht die Widerstandsfähigkeit der Dichtung. Darüber hinaus eignet sich diese Bauform etwas besser für das dynamische Sealing. Zwischen den beiden Ausläufern, die für eine zuverlässige Abdichtung sorgen, entsteht hierbei eine Vertiefung. Darin lässt sich Schmiermittel anbringen, um die Beweglichkeit der Bauteile zu verbessern. Allerdings ist die Herstellung von X-Ringen etwas aufwendiger, sodass die Kosten dafür meistens höher sind.

Flachdichtungen

Alle weiteren Informationen finden Sie in dem Kapitel Flachdichtungen

Eine besonders einfache und preiswerte Lösung für das Sealing stellt die Flachdichtung dar. Diese besteht aus einem dünnen Ring mit einem abgeflachten Querschnitt. Diese Bauform eignet sich jedoch ausschließlich für statische Dichtungen mit axial wirkenden Kräften. Besonders häufig kommt die Flachdichtung für Flansche zum Einsatz. Auch für Schraubverbindungen mit einer Überwurfmutter ist sie sehr beliebt.

Gleitringdichtungen

Alle weiteren Informationen finden Sie in dem Kapitel Gleitringdichtungen

Für dynamische Dichtungen mit etwas höheren Drücken kommen häufig Gleitringdichtungen zum Einsatz. Diese bestehen aus zwei Dichtungsringen, die sich gegeneinander bewegen. Einer der Ringe wird fest in das Maschinengehäuse eingebaut. Der andere ist mit der Welle verbunden und dreht sich mit dieser. Die Kontaktfläche der beiden Dichtungsringe muss eben sein. Für Gleitringdichtungen eignen sich unterschiedliche Materialien. Häufig kommen für das Sealing Ringe aus Kohlenstoff zum Einsatz. Doch ist es auch möglich, Metalle oder Kunststoffe für diese Aufgabe zu verwenden.

Radial-Wellendichtringe

Alle weiteren Informationen finden Sie in dem Kapitel Radial-Wellendichtringe

Eine beliebte Lösung für das dynamische Sealing stellt der Radial-Wellendichtring dar. Dieser kommt in erster Linie für die Abdichtung rotierender Wellen zum Einsatz. Doch ist auch die Verwendung für Schubstangen möglich. Der Wellendichtring wird in das Gehäuse der entsprechenden Maschine eingesetzt. Er verfügt meistens über eine oder zwei Lippen, deren Vorspannung genau auf die Größe der Welle abgestimmt ist. Die zweite Lippe dient in erster Linie dazu, Staub und Schmutz abzuhalten und wird nicht fest angepresst. An der hinteren Lippe ist hingegen eine Feder angebracht, die sie fest auf die Welle presst. Das führt zu einer zuverlässigen Abdichtung. Allerdings eignen sich Standard Wellendichtringe nur für das Sealing im Niederdruckbereich. Mit Sonderbauformen lassen sich Drücke bis zu 150 MPa / 150 bar bei niedrigen Drehzahlen abdichten.

Die Stopfbuchse: die klassische Lösung für dynamisches Sealing

Das dynamische Sealing stellt eine wesentlich größere Herausforderung dar als das Erstellen einer statischen Dichtung. Eine der frühesten Formen, um bewegliche Bauteile abzudichten, stellt die Stopfbuchse dar. Diese eignet sich sowohl für die Abdichtung rotierender Wellen als auch für Kolben, die sich hin und her bewegen. Als Dichtstoff kommt hierbei häufig Filz oder ein anderer Stoff zum Einsatz. Dieser wird um die Welle oder den Kolben gelegt und in die Buchse eingeführt. Diese verfügt wiederum über eine Querschnittsverengung, die als Anschlag dient. Darüber hinaus ist für das Sealing eine sogenannte Stopfbuchsbrille notwendig. Diese ist ebenfalls ringförmig und lässt sich um den Kolben oder die Welle legen. Mit Spannfedern oder Schrauben lässt sie sich gegen den Dichtstoff pressen – der hierbei auch als Packung bezeichnet wird. Da dieser flexibel ist, wird er durch den bestehenden Druck gegen die Welle oder den Kolben gepresst. Deshalb ist es wichtig, die Stopfbuchsbrille nicht zu fest anzuziehen, da sonst die Reibung zu groß wird und sich das Bauteil nicht mehr bewegen lässt. Das führt dazu, dass hierbei immer ein Teil des entsprechenden Stoffs austreten kann. Bei vielen älteren Maschinen entweicht beispielsweise an den Kolben häufig eine kleine Menge Dampf. Dieser Effekt ist oftmals jedoch erwünscht, da Wasser und andere Flüssigkeiten die Reibung reduzieren und dadurch die Beweglichkeit verbessern.

Abstreifer für die translatorische Abdichtung

Für translatorische Dichtungen – beispielsweise für bewegliche Kolbenstangen – kommen häufig Abstreifer zum Einsatz. Das Sealing dient hierbei in erster Linie dazu, das Eindringen von Fremdstoffen in das Gehäuse zu verhindern. Der Abstreifer muss daher Schmutz und Wasser entfernen. In der Regel sind die entsprechenden Bauteile jedoch mit einem Schmierstoff versehen. Diesen darf der Abstreifer nicht entfernen. Hierfür kommen einlippige und doppellippige Ausführungen infrage. Damit der feine Ölfilm nicht entfernt wird, darf der Anpressdruck hierbei nicht zu hoch sein.

Vielfältige weitere Möglichkeiten für das Sealing

Neben den hier vorgestellten Lösungen für das Sealing gibt es noch viele weitere Möglichkeiten. Beispielsweise gibt es GMA-Ringe oder V-Ringe, die für eine axiale Abdichtung sorgen und deren Aufgabe im Wesentlichen darin besteht, das Eindringen von Verunreinigungen zu verhindern. Außerdem kommen häufig Manschetten für das Sealing zum Einsatz. Damit ist es möglich, radialen Druck auf ein Leitungssystem auszuüben und es dadurch abzudichten. Hinzu kommen vielfältige weitere Systeme für das Sealing, die in unterschiedlichen Einbausituationen für eine optimale Abdichtung sorgen.

Passende Lösungen für das Sealing

Die möglichen Hilfsmittel für das Sealing sind ausgesprochen vielfältig. Daher ist es bei jeder Dichtung notwendig, sich genau zu überlegen, welche Dichtungsmaterialien sich hierfür eignen. Auf diese Weise lässt sich das Austreten von Flüssigkeiten und Gasen sowie das Eindringen von Schmutz zuverlässig verhindern.

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