Hochgeschwindigkeits-Universalprüfstand (Bild: Institut für Maschinenelemente der Universität Stuttgart)

31.10.2016 Wellendichtringe aus PTFE-Compound

Ein Werkstoff mit besonderem Betriebsverhalten

von Felix Schiefer (Institut für Maschinenelemente (IMA) - Universität Stuttgart), Dr.-Ing. Frank Bauer (Institut für Maschinenelemente (IMA) - Universität Stuttgart), Professor Dr. Werner Haas (Institut für Maschinenelemente (IMA) - Universität Stuttgart), Dipl.-Ing. Jan Gölz (Institut für Maschinenelemente (IMA) - Universität Stuttgart)

In der industriellen Praxis werden zum Abdichten von Wellen überwiegend Elastomer-Radialwellendichtringe (RWDR) eingesetzt. Ihr großer Vorteil ist, dass sich ein aktiver Rückfördermechanismus ausbildet, wodurch sie zuverlässig funktionieren [1, 2]. Der Trend geht allerdings zu immer höheren Anforderungen. Diese können oft nicht mehr durch gängige Dichtlösungen beherrscht werden. Die Einsatzgrenzen von Elastomeren werden häufig aufgrund von thermischen oder chemischen Beanspruchungen überschritten. Individuelle Sonderkonstruktionen sind konstruktiv sowie finanziell aufwändig, weshalb eine einfache Dichtlösung notwendig ist. Eine Alternative bietet der Hochleistungskunststoff Polytetrafluorethylen, kurz PTFE, was aktuelle Untersuchungen zeigen.

PTFE besticht durch seine ausgezeichnete chemische Beständigkeit, sein günstiges Reibverhalten und durch seine hohe thermische Belastbarkeit bis über 200 °C [3]. Dichtelemente aus PTFE-Compound, hier einfach als PTFE-Dichtringe bezeichnet, können somit die Lösung sein, wenn der Einsatz von gängigen RWDR nicht mehr möglich ist. Von der Chemie- und Lebensmittelindustrie bis hin zum Fahrzeug- und Maschinenbau gibt es eine Vielzahl von Einsatzbereichen. Aktuell kann im Vergleich zu Dichtungen aus Elastomerwerkstoffen aber nur auf wenig publiziertes Fachwissen zurückgegriffen werden. Das Potenzial und die Notwendigkeit in der industriellen Praxis für einfach anzuwendende, günstige und platzsparende Dichtungskonzepte ist beträchtlich, weshalb über PTFE-Dichtringe geforscht wird. Das PTFE-Compound zeigt dabei besondere Eigenschaften, welche für eine zuverlässige Auslegung zu berücksichtigen sind. Hierzu werden Untersuchungsergebnisse zum Verlauf der Radialkraft und des Reibmomentes sowie zur kritischen Geschwindigkeit von PTFE-Dichtringen vorgestellt.