Wie funktioniert eine Gleitringdichtung?
Eine Gleitringdichtung dichtet eine rotierende Welle gegen ein stehendes Gehäuse ab. Die Dichtstelle liegt dabei nicht auf der Welle, sondern zwischen zwei hochgenau planen Ringflächen, die senkrecht zur Wellenachse stehen. Dazwischen steht ein Flüssigkeitsfilm von wenigen Mikrometern. Er dichtet, schmiert und kühlt in einem. Wer diese Funktionsweise verstanden hat, versteht auch, warum Dichtungen ausfallen.
Wozu braucht man eine Gleitringdichtung?
Überall dort, wo eine Welle aus einem druckbeaufschlagten Gehäuse herausgeführt wird, entsteht dasselbe Problem: Die Welle dreht sich, das Gehäuse steht still, und genau an dieser Stelle will das Medium heraus. Kreiselpumpen, Rührwerke, Mischer, Zentrifugen, Kompressoren und Homogenisatoren haben alle diesen einen kritischen Übergang. Die Gleitringdichtung ist das Bauteil, das ihn schließt, ohne die Drehbewegung zu behindern.
Der Vorgänger war die Stopfbuchse. Eine Packung, radial gegen die Welle gepresst, die bewusst leicht tropfen muss, weil das austretende Medium sie kühlt. Sie schleift die Welle ein. Und sie will nachgezogen werden, immer wieder. Die Gleitringdichtung verlegt die Dichtstelle von der Welle weg, axial zwischen zwei Ringflächen senkrecht zur Wellenachse. Das ändert alles. Weniger Leckage, keine eingelaufene Welle, kein Nachstellen im Betrieb. Dafür steigen die Ansprüche an Fertigung, Werkstoff und Montage deutlich.
Wie ist eine Gleitringdichtung aufgebaut?
Ob Umwälzpumpe im Heizungskeller oder Cartridge in der Molkerei: Auf dem Befundungstisch liegen immer dieselben fünf Bauteile.
- Gleitring
- Der rotierende Ring. Er sitzt auf der Welle oder auf einer Wellenhülse, dreht mit und trägt eine der beiden Dichtflächen. Er ist axial beweglich, damit er Verschleiß und Wellenbewegung ausgleichen kann.
- Gegenring
- Der stationäre Ring im Gehäuse oder Dichtungsdeckel. Er ist gegen Verdrehen gesichert und trägt die zweite Dichtfläche. Beide Flächen sind so eben geläppt, dass sie im Bereich weniger Lichtwellenlängen liegen.
- Nebendichtungen
- O-Ringe, PTFE-Formteile oder Bälge, die den Gleitring gegen die Welle und den Gegenring gegen das Gehäuse abdichten. Sie sind statisch oder nur minimal bewegt und bestimmen trotzdem sehr oft die chemische Beständigkeit der gesamten Dichtung.
- Federelement
- Einzelfeder, Federpaket, Wellfeder oder Balg. Es drückt die beiden Ringe auch dann zusammen, wenn kein Betriebsdruck anliegt, also im Stillstand und beim Anfahren, und gleicht Verschleiß sowie axiales Spiel aus.
- Mitnahme
- Mitnehmer, Stifte, Konus oder Klemmverbindung übertragen das Drehmoment von der Welle auf den Gleitring. Rutscht diese Verbindung durch, dreht der Ring nicht mehr sauber mit und die Dichtung fällt schnell aus.
Wie dichtet der Schmierfilm im Dichtspalt?
Die beiden Dichtflächen berühren sich nicht trocken. Zwischen ihnen steht ein Spalt, der je nach Betriebspunkt nur wenige Zehntel Mikrometer bis wenige Mikrometer breit ist, und dieser Spalt ist mit einem Film des abzudichtenden Mediums gefüllt. Der Film trennt die Flächen hydrodynamisch, schmiert sie und führt die Reibungswärme ab. Er ist der eigentliche Dichtungswerkstoff, nicht der Ring.
Über die schmale Spaltbreite fällt der Druck vom Innendruck der Pumpe auf Atmosphärendruck ab. Weil die Strecke sehr kurz und der Spalt extrem eng ist, fließt dabei nur eine winzige Menge nach außen. Genau deshalb sind Ebenheit und Rauheit der Flächen keine Kosmetik: Eine um wenige Mikrometer verzogene Fläche vergrößert den Spalt lokal, und die Leckage steigt überproportional.
Jede Gleitringdichtung hat drei Dichtstellen, nicht eine. Die dynamische zwischen Gleitring und Gegenring, dazu zwei statische, zur Welle und zum Gehäuse. Fällt eine davon aus, tropft es. Von außen sieht man dem Bauteil nicht an, welche. Deshalb führt bei einer Leckage die Demontage und Sichtprüfung fast immer schneller zum Ziel als das Raten.
Was heißt entlastet und unentlastet?
Ob die Dichtung funktioniert, entscheidet ein Kräftespiel. Schließend wirken die Federkraft und der Mediendruck auf die hydraulisch belastete Fläche des Gleitrings. Öffnend wirkt der Druck, der sich im Dichtspalt selbst aufbaut. Ist die Summe zu groß, wird der Film zu dünn, die Flächen laufen an, es entsteht Hitze und Verschleiß. Ist sie zu klein, öffnet der Spalt und die Dichtung leckt. Die Auslegung sucht das Fenster dazwischen.
Das Verhältnis von hydraulisch belasteter zu tragender Fläche heißt Belastungsverhältnis. Bei einer unentlasteten Dichtung wirkt der volle Betriebsdruck auf die gesamte Fläche. Das ist einfach und günstig, aber typischerweise nur bis in den Bereich um 10 bis 15 bar sinnvoll. Bei einer entlasteten Dichtung wird die wirksame Fläche über eine Wellenschulter oder einen Absatz an der Hülse verkleinert, sodass ein Teil des Drucks nicht mehr schließend wirkt. Diese Bauart hält deutlich höhere Drücke aus und ist bei Prozesspumpen der Regelfall.
Warum eine minimale Leckage normal ist
Eine Gleitringdichtung ist eine sehr gute Drossel. Eine absolute Barriere ist sie nicht. Der Film muss vorhanden sein, sonst läuft die Dichtung trocken, und ein Film, der zwischen den Flächen nach außen wandert, tritt am äußeren Rand aus. Bei wässrigen Medien verdampft diese Menge dort meist sofort, sodass man sie gar nicht sieht. Als Größenordnung liegt sie im normalen Betrieb im Bereich weniger Gramm pro Stunde.
Sichtbares, stetiges Tropfen gehört nicht dazu. Das ist eine Störung. Genauso wenig normal ist eine Leckage, die über Tage zunimmt, oder eine Dichtung, die ab der ersten Betriebsminute nach der Montage nass ist. Welche Schadensbilder dahinterstecken und wie man sie unterscheidet, steht ausführlich im Beitrag Gleitringdichtung leckt ›
Welche Bauformen gibt es?
Das Prinzip ändert sich nicht, die Bauform schon. Diese sieben sehen wir am häufigsten.
| Bauform | Kennzeichen | Typischer Einsatz |
|---|---|---|
| Einzelfeder | Eine große Feder, robuster Drahtquerschnitt, unempfindlich gegen Ablagerungen und Korrosion, längere Baulänge | Verschmutzte oder korrosive Medien, einfache Prozesspumpen |
| Mehrfeder | Federpaket auf dem Umfang, gleichmäßige Anpressung, kurze Baulänge, feine Federn reagieren empfindlich auf Verkrustung | Standard bei vielen Kreisel- und Prozesspumpen |
| Wellfeder | Sehr kurze Bauhöhe bei gleichmäßiger Kraftverteilung | Beengte Einbauräume, kompakte Aggregate |
| Gummibalg | Elastomerbalg übernimmt Nebendichtung und Mitnahme, günstig, tolerant gegenüber leichtem Wellenschlag | Wasser, Heizungs- und Umwälzpumpen, einfache Anwendungen |
| Metallfaltenbalg | Federkraft aus dem Balg selbst, keine dynamische Nebendichtung, hitze- und chemiefest | Heißmedien, Wärmeträgeröl, anspruchsvolle Chemie |
| Cartridge | Komplett vormontierte Einheit mit Hülse und Deckel, Einbaumaß werkseitig fixiert, montagesicher | Anlagen, in denen die Montage vor Ort schnell und fehlerfrei gehen muss |
| Doppelt wirkend | Zwei Dichtungssätze in Tandem- oder Back-to-back-Anordnung mit Sperr- oder Quenchmedium dazwischen | Toxische, klebrige, kristallisierende oder heiße Medien, wenn Trockenlauf sicher ausgeschlossen werden muss |
Welcher Werkstoff passt zu welchem Medium?
Die Gleitpaarung bestimmt, wie viel Notlauf und Abrasion eine Dichtung verträgt. Ob sie das Medium chemisch überhaupt aushält, hängt dagegen an den Nebendichtungen. Zwei getrennte Fragen, die bei der Bestellung gern zu einer verkürzt werden. Beide Angaben braucht der Techniker, bevor ein Ersatzteil rausgeht.
| Werkstoff | Eigenschaft | Grenze |
|---|---|---|
| Kohle gegen SiC oder Keramik | Sehr gute Notlaufeigenschaften, geringe Reibung, gutmütig beim Einlaufen | Weicher, empfindlich gegen Feststoffe im Medium |
| Siliziumcarbid gegen Siliziumcarbid | Sehr hart, hoch abrasionsfest, chemisch breit beständig | Empfindlich gegen Thermoschock, neigt dann zu Heißrissen |
| Hartmetall (Wolframcarbid) | Zäh und stoßfest, gut bei Feststoffanteilen | Bindephase begrenzt die chemische Beständigkeit, hohes Gewicht |
| Oxidkeramik | Preiswert, hart, gut bei Wasser | Spröde, schlechte Thermoschockbeständigkeit |
| EPDM | Heißwasser, Dampf, Laugen, CIP-Reinigung | Nicht beständig gegen Mineralöle und Fette |
| FKM | Öle, Kraftstoffe, viele Chemikalien, hohe Temperatur | Nicht geeignet für Heißwasser, Dampf und starke Laugen |
| FFKM | Nahezu universelle chemische Beständigkeit, hohe Temperatur | Deutlich teurer, meist nur bei echter Notwendigkeit |
| PTFE | Chemisch praktisch universell, für aggressive Medien | Kaum elastisch, neigt zum Kaltfluss, braucht konstruktive Vorspannung |
Zwei Fehler sieht man dabei besonders oft: Ein Elastomer, das für die Reinigungsmedien nicht taugt, obwohl es zum Produkt passt, und eine harte Paarung dort, wo eigentlich Notlauffähigkeit gebraucht würde, weil die Anlage regelmäßig kurz trocken läuft.
Was die Standzeit bestimmt
Eine korrekt ausgelegte und sauber montierte Gleitringdichtung läuft Jahre. Wenn sie das nicht tut, liegt es fast nie am Bauteil selbst, sondern an einer der folgenden Bedingungen.
- Schmierfilm dauerhaft vorhanden: keine Trockenläufe beim Anfahren, keine Gasblase in der Dichtkammer, Spülung oder Quench in Betrieb
- Ruhige Welle: Wellenschlag über etwa 0,05 mm radial überfordert jede Dichtung, Lagerzustand und Ausrichtung sind Teil der Dichtungsfrage
- Betriebspunkt der Pumpe: dauerhafter Teillastbetrieb erzeugt Rezirkulation, Vibration und Temperaturspitzen an der Dichtstelle
- Werkstoff passend zu Medium und Reinigung: beide Zustände zählen, nicht nur der Normalbetrieb
- Saubere Montage: Einbautiefe einhalten, Wellenkanten beim Einschieben abdecken, Gleitflächen fettfrei halten und nicht mit den Fingern anfassen
Die häufigsten Montagefehler und wie man sie vermeidet, stehen im Beitrag Gleitringdichtung einbauen › Wenn Sie ein vorhandenes Teil vor sich haben und nicht wissen, um welche Bauart es sich handelt, hilft der Beitrag Gleitringdichtung identifizieren ›
Häufige Fragen zur Funktion.
Was ist der Unterschied zwischen Gleitringdichtung und Stopfbuchse?
Die Stopfbuchse dichtet radial: Eine Packung wird gegen die Welle gepresst, muss leicht tropfen, um sich zu kühlen, und schleift die Welle mit der Zeit ein. Die Gleitringdichtung dichtet axial zwischen zwei planen Ringflächen. Sie leckt deutlich weniger, verschleißt die Welle nicht und muss im Betrieb nicht nachgestellt werden.
Warum darf eine Gleitringdichtung überhaupt etwas lecken?
Weil der Flüssigkeitsfilm zwischen den Gleitflächen die Dichtung erst funktionsfähig macht. Er schmiert und kühlt, und ein Teil davon tritt am äußeren Rand aus. Bei wässrigen Medien verdampft diese Menge meist sofort. Sichtbares Tropfen ist dagegen ein Schaden, kein Normalzustand.
Was bedeutet entlastet und unentlastet?
Es beschreibt, wie viel vom Betriebsdruck die Gleitflächen zusammendrückt. Bei der unentlasteten Bauart wirkt der volle Druck, das ist einfach und meist bis rund 10 bis 15 bar sinnvoll. Bei der entlasteten Bauart verkleinert eine Wellenschulter die wirksame Fläche, damit sind höhere Drücke möglich.
Wofür braucht man eine doppelt wirkende Dichtung?
Immer dann, wenn das Medium nicht nach außen darf oder als Schmierfilm nicht taugt: toxische, klebrige, kristallisierende oder sehr heiße Produkte. Zwischen den beiden Dichtungssätzen steht dann ein Sperr- oder Quenchmedium, das schmiert, kühlt und einen Austritt sicher verhindert.
Wie lange hält eine Gleitringdichtung?
Bei passender Auslegung, ruhiger Welle und sauberer Montage sind mehrere Jahre üblich. Liegt die Standzeit wiederholt unter sechs Monaten, ist es kein Dichtungsproblem mehr, sondern ein Anlagen- oder Auslegungsproblem. Dann lohnt eine Ursachenanalyse statt des nächsten Ersatzteils.
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