Wellendichtringe

Radial-Wellendichtringe

Radial-Wellendichtringe sind Lippendichtungen und werden zum Abdichten von Schmierölen und -fetten bzw. zum Schutz vor Verunreinigungen von außen an drehenden Wellen eingesetzt.

Radial-Wellendichtringe bestehen aus einem Elastomerteil, einem Versteifungsring und einer Zugfeder.

Ihr zylindrischer Außenmantel stellt die statische Abdichtung an der Sitzstelle im Gehäuse sicher und fixiert den Radial-Wellendichtring im Gehäuse. Dabei verleiht der Versteifungsring dem Radial-Wellendichtring die nötige Stabilität.

Die Dichtlippe, die an der drallfrei geschliffenen Wellenoberfläche aufliegt, stellen sowohl die dynamische als auch statische Dichtheit an der Welle sicher. Für einen verstärkten Anpressdruck an der Welle ist die Dichtlippe durch eine Zugfeder belastet. Je nach Bauform der Radial-Wellendichtringe verhindern ein oder mehrere zusätzliche Schutz- oder Staublippen das Eindringen von Schmutz und Staub in die abzudichtende Stelle.

Radial-Wellendichtringe gibt es in einer großen Vielzahl von Ausführungen, um den verschiedensten Betriebsbedingungen Rechnung zu tragen und eine optimale Dichtleistung zu erbringen.

Die DIN 3760 unterscheidet zwischen drei Standard-Grundtypen, jeweils mit oder ohne Staublippe.

Die Bauform A hat einen Elastomer-Außenmantel, der eine sehr gute statische Abdichtung auch von dünnflüssigen oder gasförmigen Medien am Gehäuse gewährleistet. Diese Bauform kann auch größere Oberflächenrauheiten an der Gehäusebohrung abdichten und ist vorteilhaft beim Einsatz in Gehäusen mit einem größeren Wärmeausdehnungskoeffizienten als Stahl.

Die Bauform B ist durch eine metallische Außenfläche gekennzeichnet, die einen festen und exakten Sitz im Gehäuse bewirkt. Die Bauform C sichert zusätzlich zur Bauform B mittels eines Versteifungsrings eine erhöhte Steifigkeit, die bei erschwerten Montageverhältnissen und rauen Betriebsbedingungen besser geeignet ist. Um eine höhere statische Dichtheit in der Gehäusebohrung zu erzielen, aber auch zum Schutz vor Passungsrost, Können Radial-Wellendichtringe mit metallischer Außenfläche mit zusätzlichem Dichtlack oder Dichtmasse beschichtet werden.

Betriebsbedingungen für die Auswahl verschiedener Bauformen sind: 

• Die von der Dichtung abzudichtende Medien, 
• Die Umfangsgeschwindigkeiten der Wellen, 
• Die Temperatur, 
• Der Druck und
• Der Schmutzanfall.

Weiter können auch Konstruktionsanforderungen sowie die einfache Montage bei der Auswahl von Radial-Wellendichtringen eine Rolle spielen.

Dichtwirkung bei Wellenstillstand

Bei Wellenstillstand beruht die Dichtwirkung des Radial-Wellendichtrings auf der radialen Anpressung der Dichtlippe an die drallfrei geschliffenen Wellenoberfläche, so dass die Verformung der elastomeren Dichtkante die geringen Oberflächenrauheiten der Welle ausgleicht und den Spalt verschließt. Die Anpressung der Dichtlippe wird durch Vorspannung erreicht und durch die Zugfeder unterstützt.

Dichtwirkung bei rotierender Welle

Bei der Rotationsbewegung der Welle tritt ein hydrodynamischer Effekt auf, der dazu führt, dass die Dichtlippe auf dem durch das abzudichtende Medium gebildeten Schmierfilm aufschwimmt. Dies verhindert frühzeitigen Verschleiß und thermische Zerstörung der Dichtlippe.

An der Berührungsfläche bildet sich bereits nach kurzer Anlaufzeit eine Vorzugsstruktur an der Kontaktfläche aus, die eine Förderwirkung von der Atmosphärenseite zur Mediumsseite bewirkt.

Dieser Rückfördereffekt entsteht durch die asymmetrische Anpressdruckverteilung in der Kontaktzone, welche durch die unterschiedlich großen Dichtkantenwinkel der Dichtlippe zur Wellenoberfläche und durch die Verschiebung der Zugfeder zur Atmosphärenseite hin erreicht wird.

Um diesem Fördereffekt nicht entgegenzuwirken, ist die Welle im Laufflächenbereich der Dichtkante drallfrei zu bearbeiten. Die korrekte Bearbeitung der Lauffläche ist sehr wichtig für die Dichtfunktion.

Das abzudichtende Medium muss demnach immer auf der Seite mit dem größeren Dichtkantenwinkel sein.

Bei der Montage ist also die Funktion des Radial-Wellendichtrings zu überlegen. Soll die Dichtung des Schmiermittelautritt verhindern, oder soll die Lagerstelle Beispielsweise vor Spritzwassereintritt geschützt werden.
Zur Trennung zweier unterschiedlicher Medien können zwei Radial-Wellendichtringe eingebaut werden deren Dichtlippen entgegengesetzt gerichtet sind. Bei unteren bis mittleren Umfangsgeschwindigkeiten können, als platzsparende Alternative, Dichtungsbauformen verwendet werden, die bereits zwei entgegengesetzt gerichtete Dichtlippen in einer Dichtung kombinieren.

Betriebsparameter

Druck
Radial-Wellendichtringe sind generell nur zur Abdichtung druckloser oder nahezu druckloser Medien geeignet. In Abhängigkeit der Drehzahl können Druckdifferenzen von maximal 0,5 bar abgedichtet werden.
Bei Druckbeaufschlagung von Radial-Wellendichtringen steigt zwar das Dichtvermögen, durch stärkeres Anpressen der Dichtlippe an die Welle, an. Gleichzeitig steigen aber auch die thermische Belastung und die Reibleistung an der Dichtkante, was zu frühzeitigem Verschleiß und Verhärtung des Elastomers führen kann. Bei zu hohem Druck kann die Dichtlippe zur Atmosphärenseite umklappen.
Spezielle druckbelastbare Bauformen von Radial-Wellendichtringen können durch verstärkte Dichtlippen abhängig von der Drehzahl Drücke bis maximal 10 bar aufnehmen.

Umfangsgeschwindigkeit
Um funktionsgefährdende Übertemperaturen an der Dichtkante zu verhindern, die zu Verhärtung des Elastomers oder zur Ölkohlebildung führen können, muss die Umfangs- oder Gleitgeschwindigkeit begrenzt werden. Bei optimalen Betriebsbedingungen, wie drucklosem Betrieb, ausreichenden Schmierverhältnissen mit Mineralöl und einer guten Wärmeabfuhr an der Dichtstelle sind Radial-Wellendichtringe bis zu Umfangsgeschwindigkeiten von etwa
35 m/s einsetzbar.
Bei Wellen mit größerem Durchmesser sind generell höhere Umfangsgeschwindigkeiten zulässig als bei Wellen mit kleinerem Durchmesser, da sich bei diesen wesentlich bessere Wärmeableitungsmöglichkeiten ergeben.

Axial-Wellendichtringe

Axial-Wellendichtringe werden meist für untergeordnete Dichtaufgaben verwendet. Beispielsweise sollen sie Lagerungen vor Staub oder Spritzwasser schützen. Sie werden daher häufig als Sekundärdichtung von Radial-Wellendichtringen bei ungewöhnlich starken Schmutzbelastungen eingesetzt, z.B. bei Baumaschinen, landwirtschaftlichen Maschinen, Holzbearbeitungsmaschinen, Förderrollen usw.
Im Gegensatz zu Radial-Wellendichtringen dichtet hier die Dichtlippe nicht auf der Welle, sondern üblicherweise an einem Gehäuseteil in axialer Richtung. Üblichste Bauformen sind V-Ringe und Gamma-Ringe.

V-Ringe

V-Ringe sind Vollgummi-Axialdichtungen und werden in der Regel für drucklose Abdichtungen an beweglichen Wellen eingesetzt. Dabei wirkt die V-förmige Dichtlippe axial.

Trotz ihrer einfachen Konstruktion dichten V-Ringe wirkungsvoll gegen Schmutz, Spritzwasser und Schmiermittel und schützen die Lagerstelle in abrasiver Umgebung.

Der Vorteil von V-Ringen ist, dass sie nur geringe Reibungskräfte im Betrieb entwickeln. Bei hohen Drehzahlen löst sich die Dichtlippe durch die Zentrifugalkraft sogar ab. Der V-Ring wird so zu einer berührungsfreien Dichtung, die den Schmutz abschleudert.

Dadurch hält ihr Einsatz Verlustwerte gering und schließt einen Verschleiß an der Dichtstelle aus.
Außerdem ist von Vorteil, dass sie auch bei kleinen Einbauräumen einfach zu montieren sind und einen Mittenversatz oder eine Schiefstellung der Welle bis zu einem gewissen Grad aufnehmen, ohne ihre Dichtwirkung zu verlieren.

Gamma-Ringe

Gamma-Ringe sind Axialdichtungen, die aus zwei Bauteilen bestehen: einem beschichteten Metallring und einem aus der Form vulkanisierten Elastomerdichtelement. Der Metallring schützt die Elastomerdichtung gegen Beschädigungen, dient als Halterung und Abstützung der Elastomerdichtung und wirkt gleichzeitig als Schleuderscheibe. Die Elastomerdichtung ist nicht fest an den Metallring gebunden, sondern auf den Metallring aufgedehnt und wird zusätzlich durch einen axialen Bördelbund gehalten. Die Dichtwirkung der elastomeren Dichtlippe des Gamma-Ringes ist identisch mit dem V-Ring.

Bei manchen Ausführungen ist der Metallring am Außenmantel in axialer Richtung verlängert. In Kombination mit einer umlaufenden Nut in der axialen Gegenlauffläche wird eine zusätzliche Labyrinthabdichtung gebildet.