Entwicklung und Funktionsanalyse rückenstrukturierter Manschettendichtringe aus PTFE-Compound

Abstract

Zur Abdichtung von Wellenaustrittsstellen hat sich der Radial-Wellendichtring (RWDR) aus Elastomer in der Praxis etabliert. Der Elastomer-RWDR besitzt sowohl eine gute statische als auch dynamische Dichtheit in beide Drehrichtungen der Welle. Die Einsatzgrenzen des Elastomer-RWDR setzt der Werkstoff. Bei sehr hohen chemischen oder thermischen Anforderungen ist der Betrieb eines Dichtrings aus Elastomer nicht mehr möglich. Aus diesem Grund kommt es vermehrt zum Einsatz von Wellendichtungen aus Compoundwerkstoffen auf Basis von Polytetrafluorethylen (PTFE). Dichtringe aus PTFE besitzen hervorragende thermische und chemische Eigenschaften sowie eine gute Trockenlauffähigkeit. Im Gegensatz zum Elastomer-RWDR bilden Wellendichtringe aus PTFE selbständig keinen mikroskopisch aktiven Rückfördermechanismus aus. Zur Verbesserung der dynamischen Dichtheit werden deshalb makroskopische Rückförderstrukturen in den Dichtspalt der Wellendichtungen aus PTFE fertigungstechnisch eingebracht. Bis heute gibt es jedoch keine im Markt erhältlichen Wellendichtungen aus PTFE mit makroskopischen Rückförderstrukturen, welche sowohl dynamisch als auch statisch im überfluteten Zustand eingesetzt werden können. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich deshalb mit einer neuen Herangehensweise zur Erzielung einer statisch und dynamisch einsetzbaren Wellendichtung aus PTFE. Die Grundidee besteht darin, die Steifigkeit des Dichtrings lokal zu beeinflussen. Hierzu sollen makroskopische Strukturen, im Gegensatz zu bisherigen Ansätzen, nicht innerhalb, sondern außerhalb des Dichtspalts fertigungstechnisch ein- oder aufgebracht werden. Durch den Steifigkeitsverlauf und die Verformung bei der Montage soll die Dichtung selbständig feine, flach verlaufende Förderstrukturen im Dichtspalt ausbilden. Diese flachen Förderstrukturen sollen gegenüber bisherigen Förderstrukturen hydrodynamisch wirksamer sein und aufgrund der lokalen Steifigkeitsunterschiede nicht verschleißen. Ziel ist eine statisch und dynamisch funktionierende Dichtung, welche unabhängig von den Einsatzbedingungen möglichst universell und zuverlässig eingesetzt werden kann.