Die zentrale Energiequelle in Dichtungsringen: Eine Analyse von Federtypen und ihren Funktionen

In der Industrie sind Dichtungselemente entscheidende Komponenten zur Verhinderung von Flüssigkeitsleckagen (z. B. von Öl, Wasser, Chemikalien oder Gasen). Unter den verschiedenen Dichtungen gibt es Hochleistungsdichtungsringe, deren Kern eine Feder enthält. Diese gewährleistet eine dauerhaft stabile Dichtungsleistung auch unter rauen Betriebsbedingungen. Dieser Artikel beschreibt die wichtigsten Federtypen in Dichtungsringen und ihre spezifischen Funktionen.

​I. Wozu benötigt man eine Feder? – Die Kernfunktion der Feder​

Bei dynamischen Dichtungsanwendungen (z. B. rotierenden Wellen, Kolbenstangen) kann die Dichtlippe aufgrund von Verschleiß, Materialausdehnung/-kontraktion durch Temperaturänderungen und Wellenfluchtung allmählich den dichten Kontakt zur Gegenfläche verlieren, was zu Leckagen führt. Die Hauptfunktion der eingebauten Feder besteht darin, …eine kontinuierliche und stabile radiale Ausgleichskraft bereitstellenan:

1. ​Verschleiß ausgleichen: Gleichen automatisch den durch langfristigen Verschleiß entstandenen Spielraum aus.
2. ​Toleranzen berücksichtigen: Maß- und Geometrietoleranzen der Welle oder des Gehäuses ausgleichen.
3. ​Umgang mit thermischer Ausdehnung/Kontraktion: Bei erheblichen Temperaturschwankungen muss ein ausreichender Dichtungskontaktdruck aufrechterhalten werden.
4. ​Konstante Abdichtung gewährleisten: Gewährleisten, dass die Dichtungskraft während der gesamten Lebensdauer nicht wesentlich abnimmt.

Dichtungen mit solchen Federn werden typischerweise als … bezeichnet.federbetätigte DichtungenDas häufigste Beispiel hierfür ist die federbetätigte Dichtung.

​II. Hauptfedertypen, ihre Eigenschaften und Anwendungen​

Die Art der Feder bestimmt direkt die Leistung und den Einsatzbereich des Dichtrings. Nachfolgend sind einige gängige Federtypen aufgeführt:

​1. V-Feder (V-Feder)​

• ​StrukturHergestellt aus präzisionsgestanztem Edelstahlband, das eine durchgehende V-förmige Struktur bildet; der Querschnitt ähnelt einer Reihe von „V“.
• ​Funktion & Vorteile:
  • ​Gleichförmige Radialkraft: Sorgt für eine sehr gleichmäßige radiale Belastung, was zu gleichmäßigem Lippenverschleiß und stabiler Abdichtung führt.
  • ​Niedrige ReibungRelativ geringe Reibung während der Bewegung aufgrund der kleinen Kontaktfläche mit der Dichtungsinnenwand.
  • ​KnickfestigkeitDie durchgehende Bandstruktur macht es resistent gegen Verdrehen oder Abknicken während der Installation und eignet sich daher besonders für große Durchmesser.
• ​Typische AnwendungenDer vielseitigste und gebräuchlichste Typ, geeignet für die meisten Dreh-, Hub- und statischen Anwendungen; die erste Wahl für viele standardmäßige federbetätigte Dichtungen.

​2. Schraubenfeder (Schraubenfeder)​

• ​StrukturHergestellt aus Draht mit rundem oder rechteckigem Querschnitt, der zu einer durchgehenden spiralförmigen Spule gewickelt ist.
• ​Funktion & Vorteile:
  • ​Hohe Federkraft: Bietet eine höhere Federkraft pro Flächeneinheit als V-Federn, was zu einem stärkeren Dichtungsdruck führt.
  • ​Ausgezeichnete KompressionsbeständigkeitInsbesondere Spiralfedern aus rechteckigem Draht (schräge Spiralfeder) eignen sich hervorragend zur Aufnahme von axialer Kompression und Seitenkräften und neigen weniger zum Zusammenbrechen unter hohem Druck.
  • ​TieftemperaturbeständigkeitGeringere Abklingrate der Federkraft bei sehr niedrigen Temperaturen im Vergleich zu V-Federn.
• ​Typische Anwendungen:
  • ​HochdruckbedingungenWird häufig für statische und dynamische Abdichtungen unter extrem hohem Druck eingesetzt.
  • ​Niedrige TemperaturbedingungenZum Beispiel kryogene Medien wie LNG, flüssiger Stickstoff und flüssiger Sauerstoff.
  • ​Anwendungen mit großer DurchfahrtshöheBesser geeignet, größere Radialabstände und Exzentrizität auszugleichen.

​3. U-Spring (U-Spring)​

• ​StrukturÄhnlich aufgebaut wie die V-Feder, aber der Querschnitt ist „U“-förmig.
• ​Funktion & Vorteile:
  • ​Mittlere FederkraftSeine Federkraftcharakteristik liegt zwischen der von V-Federn und Schraubenfedern.
  • ​KostengünstigIm Allgemeinen niedrigere Herstellungskosten.
• ​Typische Anwendungen: Werden in einigen kostensensiblen Anwendungen mit niedrigem bis mittlerem Druck eingesetzt, bei denen die Bedingungen nicht extrem sind; weniger verbreitet als V- und Schraubenfedern.

​4. Wave Spring (Wave Spring)​

• ​StrukturEin flacher Metallring mit mehreren durchgehenden Spitzen und Tälern.
• ​Funktion & Vorteile:
  • ​Kompakter Raum: Benötigt minimalen axialen Einbauraum, ideal für dünnwandige, kompakte Bauweisen.
  • ​Kontrollierte Kraft: In der Lage, eine präzise ausgelegte Vorspannkraft bereitzustellen.
• ​Typische AnwendungenHauptsächlich verwendet fürstatische Abdichtung, dient als Vorspannungsausgleichselement für O-Ringe oder andere elastomere Dichtungen, nicht jedoch zum Lippenausgleich in dynamischen Dichtungen.

​III. Wie wählt man den richtigen Federtyp aus?​

Die Auswahl des Federtyps erfordert eine umfassende Berücksichtigung der folgenden Faktoren:

• ​BetriebsdruckSchraubenfedern eignen sich besonders für hohe Drücke; V-Federn sind eine gute Wahl für niedrige bis mittlere Drücke.
• ​BewegungsartFür die Rotationsabdichtung werden vorrangig V-Federn verwendet; beide können auch für die Hin- und Herbewegung eingesetzt werden.
• ​TemperaturbereichSchraubenfedern (insbesondere rechteckige Drahtfedern) sind bei sehr niedrigen Temperaturen zuverlässiger.
• ​MedienkompatibilitätDas Federmaterial (üblicherweise Edelstahl 304 oder 316) muss mit dem Medium kompatibel sein; in stark korrosiven Umgebungen können spezielle Werkstoffe wie Hastelloy erforderlich sein.
• ​PlatzbeschränkungenWellenfedern können zur statischen Abdichtung in Betracht gezogen werden, wenn der axiale Bauraum begrenzt ist.
• ​KostenbudgetV-Federn bieten ein hohes Preis-Leistungs-Verhältnis; Schraubenfedern bieten eine hervorragende Leistung, sind aber vergleichsweise teurer.

​Abschluss​

Obwohl klein, ist die Feder das Herzstück einer federbetätigten Dichtung. Von der V-Feder, die für gleichmäßigen Druck sorgt, bis zur Schraubenfeder, die extrem hohe Druckbeständigkeit gewährleistet – jeder Federtyp ist für die Lösung spezifischer technischer Herausforderungen konzipiert. Das Verständnis ihrer jeweiligen Funktionen und Anwendungsbereiche ist ein entscheidender Schritt bei der Auswahl der optimalen und zuverlässigsten Dichtungslösung für Anlagen. Dadurch werden Zuverlässigkeit, Effizienz und Lebensdauer effektiv verbessert sowie Leckagerisiken minimiert.