Version vom 9. Oktober 2008, 15:57 Uhr

Dichtungen

Das Thema Dichtungen umfasst weit mehr als nur O-Ringe oder Silikondichtmasse! Unter den folgenden Punkten werdet ihr in nächster Zeit umfangreiche Informationen, rund um das Thema Dichtungen, erhalten.

Allgemeines

Definition:
Dichtungen sind Elemente zum Trennen von zwei funktionsmäßig verschiedenen Räumen gleichen oder unterschiedlichen Druckes, damit kein Austausch fester, flüssiger oder gasförmiger Medien stattfinden kann.

Dichtungen findet man in nahezu allen Bereichen des Alltags, ob in der Freizeit (z.B. Lenzstopfen beim Boot), im Sanitärbereich (z.B. Toilettenspülung), im Kfz-Bereich (z.B. Ventildeckel), Luftfahrt (z.B. Kraftstoffsystem), Maschinen (z.B. Hydrauliksystem), oder in anderen Bereichen.
Genauso groß wie die Vielfältigkeit der Anwendungsbereiche, ist auch die Materialvielfalt der Dichtungswerkstoffe, worauf später noch eingegangen wird.

Funktion und Wirkung

Grundsätzlich wird zwischen "statischen" und "dynamischen" Dichtungen unterschieden.
Die erstgenannten sind Dichtungen zwischen ruhenden Bauteilen. Die Abdichtung erfolgt stets durch Berührungsdichtungen. Hierbei sind beide Räume, durch die Dichtung, vollkommen voneinander getrennt.
Bei den dynamischen Dichtungen liegt eine Relativbewegung zwischen zwei Bauteilen vor. Die Dichtung kann mittels einer Berührungsdichtung oder durch einen schmalen Spalt zwischen den Dichtflächen realisiert werden. Im Allgemeinen ist eine hundertprozentige Dichtheit bei dynamischen Dichtungen nicht möglich, weswegen hierbei von einer "technischen Dichtheit" die Rede ist. Um es sich besser vorstellen zu können, veranschaulicht folgende Grafik die Undichtheitswege einer Dichtung:

Wie aus der Grafik zu entnehmen ist, sind drei Undichtheitswege möglich:
1. Zwischen Gehäuse und Dichtung
2. Zwischen Welle (s. auch Thema: Achsen, Wellen und Zapfen) und Dichtung und
3. Durch die Dichtung selbst (Diffusionsverluste)

Eine gewisse Leckage (Leckmengenrate oder Lässigkeit) ist auch gewollt, da dies den Verschleiß der Dichtung und der anderen Bauteile verringert. Durch die Leckage entsteht ein hauchdünner Film des verwendeten Mediums (s. auch Thema: Tribologie) auf den Bauteilen, der eine schmierende und kühlende Funktion besitzt. Die Leckmengenrate darf aber nicht zu groß sein, um die Wirtschaftlichkeit, Umweltverträglichkeit und die Funktionssicherheit zu gewährleisten. Um eine funktionierende Dichtung zu erhalten, müssen die Dichtflächen aneinander, auf mindestens einer Dichtlinie, angepasst sein. Um dies zu erreichen spielen eine Menge Faktoren eine große Rolle, wie z.B. Oberflächenrauhheit, Form- und Lagetole-ranzen sowie die Oberflächenhärte. Außerdem ist zu beachten, dass sich die Ausgangsparameter während des Betriebes, durch Temperaturanstieg, Biegung, Verschleiß und Verunreinigung, ändern.

Doch woher weiß ich, welche Dichtung die richtige ist???
Grundsätzlich gibt es drei zu beachtende Kriterien, die für die Wahl der richtigen Dichtung maßgeblich sind:
1. Konstruktive Vorgaben
Wie verhalten sich meine abzudichtenden Bauteile zueinander? Bewegen sie sich zueinander oder nicht?
Wie groß ist mein zur Verfügung stehender Einbauraum?
2. Chemische und physikalische Belastungen
Wie groß sind die möglicherweise vorherrschenden Druckverhältnisse? Und wie hoch die Temperaturen?
Wie hoch sind die Verfahrgeschwindigkeiten der bewegten Bauteile zueinander und wie groß ist die auftretende Reibung?
Welche Medien (ätzend, korrosiv, brennbar, umweltgefährdend...) werden im System geführt (s. auch Thema: Elemente zur Führung von Fluiden (Rohrleitungen))?
3. Wirtschaftlichkeit und Montage
Wieviele Dichtungen benötige ich und was kosten diese?
Wie groß ist der Aufwand für die Gestaltung der Dichtverbindung?
Wie groß ist der Wartungsaufwand, wenn die Dichtung ersetzt werden muss?

Um diese drei Kriterien zu erfüllen, sind wichtige Eigenschaften, wie Temperaturbeständigkeit, die Härte, Druckverformungsrest, Elastizität, chemische Widerstandsfähigkeit, Alterung, Gleitfähigkeit und Abriebverhalten von großer Bedeutung. Um sich einen Überblick über die verschiedenen Dichtungen und ihre Anwendungsbereiche zu bekommen, ist folgende Grafik eingefügt:

Berührungsdichtungen zwischen ruhenden Bauteilen

Die statische Abdichtung kann mit oder ohne Dichtelement und als lösbare, bedingt lösbare oder unlösbare Verbindung ausgeführt sein.

Unlösbare Berührungsdichtungen

Als unlösbare Berührungsdichtungen, bezeichnet man Verbindungen, die nicht ohne den Werkstoff zu zerstören, lösbar sind. Zu den unlösbaren Berührungsdichtungen
zählen Dichtschweißungen, Lötungen, Pressdichtungen, Schneidendichtungen und Verklebungen.
(s. auch Themen: Schweißverbindungen, Klebverbindungen und Lötverbindungen)

Lösbare Dichtungen

Lösbare Berührungsdichtungen können konstruktiv so gestaltet werden, dass die volle Dichtpressung hauptsächlich durch äußere Kräfte erfolgt, was durch z.B. Schrauben (s. auch Thema: Schraubenverbindungen) realisiert werden kann. Eine andere Möglichkeit ist, dass der Betriebsdruck die bei der Montage leicht vorzuspannende Dichtung gegen die Dichtfläche drückt und so die volle Dichtpressung erzeugt (selbsttätige Dichtung).
Lösbare Berührungsdichtungen ohne Dichtelement sind nur mit sehr hohen Anpresskräften und Oberflächengüten möglich. Hierfür müssen die Oberflächen geschliffen, geläppt oder tuschiert sein. Anwendungsbereiche sind Flanschverbindungen und Gehäuse, die hohen Drücken und Temperaturen ausgesetzt sind und geringe Dichtheitsanforderungen besitzen. Die Flansche müssen sehr verformungssteif mit vielen Schrauben (kleine Teilung s. Schraubenverbindungen) ausgeführt sein. Vorteilhaft aber sehr teuer sind Dichtleisten, die die Gegenfläche vor dem Anpressen nur linienförmig berühren. Vorteilhafte Bedingungen ergeben sich auch bei Hilfsdichtungen wie Öl oder Grafit, die die Mikrounebenheiten durch Adhäsion ausgleichen (Ventilsitze oder Armaturen).
Für Flächendichtungen wird ein "weiches" Dichtelement oder Dichtungsmaterial zwischen die abzudichtenden Flächen gebracht. Hierdurch können die erforderliche Anpresskraft und die erforderlichen Oberflächengüten wesentlich verringert werden. Als Dichtungstypen werden vorgeformte Dichtungen (z.B. aus Papier/Pappe, Kork, Gummi, Kunststoffe oder Faserstoffe), viskos aufgetragene Dichtungssysteme (z.B. Hylomar) oder integrierte elastomere Dichtungen verwendet. Die Auslegung der Dichtung ist in den Regelwerken DIN und AD 2000-Merkblättern meist ein Teil der Flanschauslegung und erfolgt mit Hilfe von Dichtungskennwerten. Diese Dichtungskennwerte beschreiben im Wesentlichen das Abdichtvermögen (Formänderungswiderstand und Stoffundurchlässigkeit), die Betriebsdruckbelastbarkeit und Rückfederung der Dichtung, die Kriechneigung, sowie die Temperatur- und chemische Beständigkeit. Reicht die Beständigkeit der Dichtungen gegenüber den geführten Medien nicht aus, werden Mehrstoffdichtungen oder Metallweichstoffdichtungen verwendet, bei denen das elastische Dichtmaterial durch eine metallische Hülle geschützt wird oder metallische Einlagen ein stützende Funktion ausüben.
Bei Flächendichtungen ist es wichtig, dass die Fügepartner, über die größere Kräfte (s.auch Thema: Festigkeitsberechnung) geleitet werden sollen und zwischen denen die Abdichtung stattfinden soll, steife Flansche, ebene Oberflächen und einen möglichst gleichmäßigen Pressungsverlauf entlang der Dichtungslinie besitzen (s. Grafik). Media:Schraubenkraftlinie.doc

Berührungsdichtungen zwischen relativ bewegten Bauteilen

Dichtungen für Drehbewegungen

Dichtungen für Längsbewegung ohne oder mit der Drehbewegung

Übungsaufgabe 1

Übung 1: Wahl der richtigen Dichtung
Für einen Winkelschleifer, mit einer maximalen Drehzahl von n = 7500 U*min^-1,
wird zur Abdichtung des Getriebes gegen Verunreinigung und zur Beibehaltung des
Getriebefettes, eine passende, preiswerte Lagerdichtung für die Welle (d=10mm) benötigt.
Suche mittels RM Tabellenbuch eine passende heraus.

Dichtungen: Lösungen

Berührungsfreie Dichtungen

Literatur und Bildquellennachweis

Roloff/Matek Maschinenelemente 18. Auflage
Roloff/Matek Maschinenelemente Formelsammlung 8. Auflage
Roloff/Matek Maschinenelemente Tabellen 18. Auflage
http://www.burgmann.com
http://www.busakshamban.de
http://www.elringklinger-kunststoff.de
http://www.federal-mogul.com
http://www.simrit.de
http://www.loctite.com
http://www.freudenberg.de
http://www.parker.com
http://www.ringfeder.de
http://www.skf.de
http://www.witzenmann.de
http://www.ima.uni-stuttgart.de/dichtungstechnik/download.php