Gleitringdichtungen für Kreiselpumpen: Einzel-, Doppel- und Kartuschenausführung

Einleitung: Die entscheidende Bedeutung von Dichtungssystemen

Gleitringdichtungen von Kreiselpumpen sorgen für die Abdichtung zwischen Welle und Gehäuse und verhindern so ein Austreten des Fördermediums. Laut API 682-Statistik sind bis zu 60 % der Ausfälle von Pumpenanlagen auf Fehlfunktionen der Dichtungssysteme zurückzuführen. In der ukrainischen Industrie machen Leckageverluste 15–25 % der Betriebskosten von Pumpstationen aus.

Die richtige Wahl des Gleitringdichtungstyps bestimmt die Zuverlässigkeit der Anlage für 8760 Stunden pro Jahr. Eine unzureichende Auswahl führt zu Produktionsausfällen, die 50.000 bis 150.000 Euro pro Ausfalltag kosten.

Grundlegende Funktionsprinzipien von Gleitringdichtungen

Eine Gleitringdichtung besteht aus zwei Hauptreibungsflächen: rotierend (Rotor) und stationär (Stator). Die Abdichtung wird erreicht, indem der Spalt zwischen diesen Oberflächen auf 0,5–5 Mikrometer bei einem Kontaktdruck von 0,2–0,8 MPa eingestellt wird.

Die hydrodynamische Theorie der Schmierung wird durch die Reynolds-Gleichung beschrieben:

∂/∂x(h³∂p/∂x) + ∂/∂z(h³∂p/∂z) = 6μω∂h/∂θ

Dabei ist h die Dicke des Schmiermittelfilms, p der Druck, μ die dynamische Viskosität und ω die Winkelgeschwindigkeit.

Der Wärmehaushalt der Dichtung wird bestimmt durch das Verhältnis:

Q = k·A·ΔT = P·f

Dabei ist Q der Wärmefluss, k der Wärmeübertragungskoeffizient, A die Kontaktfläche, ΔT die Temperaturdifferenz, P die Reibungskraft und f der Reibungskoeffizient (0,02–0,15).

Technische Spezifikationen und Standards

Die Gestaltung von Gleitringdichtungen wird durch internationale Normen geregelt:

ISO 21049 – Allgemeine Anforderungen an Gleitringdichtungen
API 682 – Standard für Kreiselpumpendichtungen in der petrochemischen Industrie
EN 12756 – Gleitringdichtungen für industrielle Anwendungen
DSTU ISO 3069 – Abmessungen und Toleranzen von Gleitringdichtungen

Klassifizierung nach Betriebsparametern nach EN 12756:

Temperatur: bis 200°C (Standard), bis 400°C (Hochtemperatur)
Druck: bis 1,6 MPa (Standard), bis 25 MPa (Hochdruck)
Geschwindigkeit: bis zu 40 m/s entlang des Kontaktkreises

Werkstoffe der Reibpaarungen nach ISO 21049:

Siliziumkarbid – Siliziumkarbid (SiC/SiC): HV 2200–2800, Verschleißfestigkeit 0,1–0,3 μm/1000 h
Wolframcarbid - Graphit (WC/C): Arbeitsbereich -40 bis +250°C
Keramik - Kohlenstoff (Al₂O₃/C): wirtschaftliche Alternative für mittlere Belastungen

Auswahl- und Berechnungsleitfaden

Die Wahl des Gleitringdichtungstyps basiert auf der Analyse der Parameter des technologischen Prozesses:

Prozessparameter	Einzeldichtung	Doppelte Abdichtung	Patronendichtung
Umweltdruck	bis zu 1,6 MPa	bis zu 4,0 MPa	bis zu 2,5 MPa
Temperatur	-20 bis +180°C	-40 bis +400°C	-10 bis +200°C
Umwelttoxizität	Sichere Flüssigkeiten	Giftig, brennbar	Mäßig gefährlich
Installationszeit	4-6 Stunden	6-10 Stunden	1-2 Stunden
Kosten	100 % (grundlegend)	250-400 %	180-220 %

Berechnung des PV-Koeffizienten (Druck × Geschwindigkeit) zur Lastschätzung:

PV = p × v ≤ [PV]ad

Dabei ist p der Kontaktdruck (MPa) und v die lineare Geschwindigkeit (m/s).

Grenzwerte [PV] addieren:

SiC/SiC: 3,5 MPa·m/s
WC/C: 2,8 MPa·m/s
Ni-Resist/C: 1,5 MPa·m/s

Best Practices für Installation und Inbetriebnahme

Vorbereitung von Wellenoberflächen nach ISO 3069:

Rauheit Ra 0,8–1,6 μm
Das Schlagen der Endfläche beträgt nicht mehr als 0,05 mm
Der Radialschlag beträgt nicht mehr als 0,02 mm

Installationsverfahren für eine Einzeldichtung:

Reinigung der Landeflächen von Verunreinigungen
Kontrolle der Wellengeometrie mit Lehren
Installation eines stationären Rings mit Kontrolle der Rechtwinkligkeit
Einbau einer Dreheinheit mit einer Spannkraft von 200-500 N
Überprüfen Sie die freie Drehung der Welle

Bei Doppeldichtungen zusätzlich:

Anschluss des Sperrflüssigkeitsversorgungssystems
Druck der Sperrflüssigkeit einstellen: Pbar = PProzess + 1-2 bar
Regelung des Sperrflüssigkeitsdurchflusses: 1-3 l/min

Patronendichtungen werden als einzelne Einheit mit voreingestellten Abständen installiert, wodurch Installationsfehler vermieden werden.

Fehleranalyse und Diagnosemethoden

Die wichtigsten Ausfallarten von Gleitringdichtungen:

Verschleiß der Reibflächen (45 % der Fälle): verursacht durch abrasive Partikel oder Trockenreibung
Wärmeverformungen (25 %): Überhitzung aufgrund unzureichender Kühlung
Vibration und Unwucht (20 %): Fehlausrichtung oder Lagerverschleiß
Korrosion (10 %): chemische Unverträglichkeit von Materialien

Visuelle Fehleranzeigen:

Radiale Rillen - abrasiver Verschleiß, Medienfiltration erforderlich
Thermische Risse - Überhitzung, Kühlsystem prüfen
Ringspuren - Exzentrizität der Welle, Lager prüfen
Kavernen und Löcher - Kavitation, Pumpenbetriebsart anpassen

Kriterien für den Austausch von Dichtungen:

Leckage größer als 5 ml/min bei giftigen Substanzen
Leckage größer als 50 ml/min bei Wasser
Eine Erhöhung der Temperatur des Dichtkörpers um 30°C
Auftreten von Vibrationen im Bereich von 10–100 Hz

Vorausschauende Wartung und Zustandsüberwachung

Effektive Methoden zur Diagnose von Gleitringdichtungen:

Vibroanalyse: Frequenzkontrolle der 1-fachen, 2-fachen Drehfrequenz der Welle
Infrarot-Thermografie: Erkennung lokaler Überhitzung
Ultraschalldiagnostik: Erkennung von Reibung und Kavitation
Analyse von Schmierstoffen: Überwachung von Verschleißprodukten in der Sperrflüssigkeit

Kontrollhäufigkeit nach ISO 17359:

Wöchentliche Überprüfung: Leckage, Temperatur, Lärm
Monatliche Schwingungsanalyse: Spektralanalyse bis 10 kHz
Vierteljährliche Thermografie: Temperaturkartierung
Jährliche Endoskopie: Zustand der Reibflächen

Grenzwerte für die Reparaturplanung:

Vibrationsgeschwindigkeitsgrenze > 7,1 mm/s (ISO 20816-1)
Überschreitung der Temperatur > 50 °C vom Nennwert
Der Anstieg der Leckage beträgt das 3- bis 5-fache gegenüber dem Anfangswert

Vergleichende Analyse von Verdichtungstechnologien

Eigenschaften	Einzeldichtung	Doppelte Abdichtung	Patronendichtung	Schluss mit Gas
MTBF (Stunden)	8760-17520	26280-43800	17520-26280	43800-87600
Energieverbrauch	0,5-2 kW	1-3 kW	0,8-2,5 kW	0,1-0,5 kW
Umweltauswirkungen	mäßig	Minimal	Niedrig	Praktisch nicht vorhanden
Komplexität des Dienstes	Durchschnitt	Hoch	niedrig	Durchschnitt
Investitionskosten	2000-8000 €	8000-25000 €	5000-15000 €	15000-50000 €

Empfehlungen nach Branchen:

Chemische Industrie: Doppeldichtungen mit Stickstoffbarriere
Veredelung: Kartusche oder Dual mit API 682-Zertifizierung
Wasserversorgung: Einzeldichtungen mit SiC/C-Paaren
Lebensmittelindustrie: Kartusche mit FDA-zugelassenen Materialien

Schlussfolgerungen

Die Wahl der Gleitringdichtungstechnologie sollte auf einer umfassenden Analyse der Betriebsbedingungen, wirtschaftlichen Faktoren und Sicherheitsanforderungen basieren. Einzeldichtungen sind optimal für Standardanwendungen in sicheren Umgebungen. Bei der Arbeit mit giftigen oder brennbaren Stoffen sind Doppelkonstruktionen erforderlich. Patronendichtungen sorgen für eine schnelle Installation und hohe Zuverlässigkeit.

Durch die richtige Umsetzung der vorausschauenden Wartung können Sie den Zeitraum zwischen Reparaturen auf 3–5 Jahre verlängern und die Betriebskosten um 25–40 % senken.

Das Unternehmen UNITEC-D bietet ein umfassendes Sortiment an Gleitringdichtungen führender europäischer Hersteller mit CE- und UkrSEPRO-Zertifizierung. Entdecken Sie die technischen Lösungen in unserem elektronischen Katalog, um die optimale Dichtung für Ihre Prozessanforderungen auszuwählen.

Literatur

ISO 21049:2004 – Pumpen – Wellendichtungssysteme für Kreisel- und Rotationspumpen
API 682:2014 – Pumpen – Wellendichtungssysteme für Kreisel- und Rotationspumpen
Mayer, E. Handbuch zur mechanischen Dichtungstechnologie. 3. Auflage. Wiley Engineering, 2019
Technische Richtlinien der European Sealing Association. Brüssel: ESA-Veröffentlichungen, 2021
DSTU ISO 3069:2018 – Gleitringdichtungen für Kreiselpumpen