Unterschiede zwischen Packungsdichtung und Gleitringdichtung: Auswahl und Bewertung der Umrüstung von Dichtungen bei Industriepumpen

Packungsdichtung und Gleitringdichtung: Zuerst die zulässige Leckage vergleichen, nicht den Beschaffungspreis

Bei der Auswahl einer Dichtung für eine Industriepumpe bietet die Packungsdichtung niedrigere Anschaffungskosten, ist dem Wartungspersonal vertraut und ermöglicht es, den Betriebszustand während des Betriebs durch Nachstellen der Stopfbuchsbrille zu kontrollieren. Diese Vorteile gelten weiterhin bei Anlagen mit sauberem Wasser oder bei Anwendungen, in denen eine kontrollierte Leckage zulässig ist. Eine Gleitringdichtung kann die sichtbare Leckage in der Regel reduzieren, bedeutet jedoch nicht automatisch, dass sie nach der Montage langlebiger oder kostengünstiger ist. Sie reagiert empfindlicher auf die Abmessungen des Dichtungsraums, die Genauigkeit des Wellenstrangs, die Montageweise sowie die Bedingungen für Spül- oder Sperrflüssigkeit.

Der erste Unterschied zwischen beiden ist nicht „niedriger oder hoher Preis“, sondern die Frage, wie viel Leckage vor Ort zulässig ist. Eine Packungsdichtung benötigt eine gewisse Leckage zur Schmierung und Wärmeabfuhr. In Lieferantenunterlagen wurde beispielsweise „etwa 1 Tropfen/Minute je 25 mm Wellendurchmesser“ als idealer Erfahrungswert genannt; dies ist jedoch kein einheitlicher Abnahmestandard für alle Pumpen und Medien. Ist das Medium giftig, brennbar, leicht flüchtig oder stark korrosiv, oder würde eine Leckage das Produkt und den Pumpenraum verunreinigen, sollte die Entscheidung mit einer Gleitringdichtung beginnen und gegebenenfalls eine Ausführung mit doppelter Dichtung weiter bewertet werden.

Der Vergleich von Packungsdichtung und Gleitringdichtung sollte daher in der Reihenfolge der Einsatzbedingungen erfolgen: Zuerst sind die Eigenschaften des Mediums und die Leckagegrenze zu bestätigen, anschließend Druck, Temperatur und Drehzahl zu prüfen. Danach werden der Zustand der Welle oder Wellenhülse, die Ausrichtung der Kupplung, der verfügbare Raum im Dichtungsraum und die Einbaulänge kontrolliert. Abschließend ist zu klären, ob das Wartungspersonal dauerhaft für Spülung, Kühlung, Filtration oder Sperrflüssigkeit sorgen kann. Die kontinuierliche Leckage, Spülflüssigkeit, der Verschleiß der Wellenhülse und der Reinigungsaufwand einer Packungsdichtung können die Lebenszykluskosten erhöhen; eine Gleitringdichtung kann dagegen höhere Anforderungen an Montagegenauigkeit, Hilfssysteme und den Austausch während eines Stillstands mit sich bringen. Die tatsächliche Auswahl sollte gemeinsam anhand dieser Betriebsbedingungen getroffen werden.

Packungsdichtung oder Gleitringdichtung nach Medium auswählen: saubere Flüssigkeiten, Schlämme und gefährliche Medien

Das Medium ist das erste Auswahlkriterium bei der Dichtungsauswahl für Industriepumpen. Bei sauberem Wasser mit Umgebungstemperatur, einer zulässigen geringen kontrollierten Leckage und guten Möglichkeiten zur Einstellung vor Ort kann eine Packungsdichtung bewertet werden. Ihre Vorteile liegen in der vertrauten Bauweise sowie den in der Regel niedrigeren anfänglichen Beschaffungs- und Umrüstungskosten. Allerdings müssen Zustand der Stopfbuchsbrille, Tropfleckage und Verschleiß der Wellenhülse kontinuierlich kontrolliert werden. Wenn im Pumpenraum kein Wasser stehen darf oder eine Leckage Anlagen, Produkte oder Lager verunreinigen würde, kann die geringe sichtbare Leckage einer Gleitringdichtung einen größeren Nutzen bieten.

Bei Medien mit Partikeln, bei Schlämmen oder bei leicht kristallisierenden Medien darf eine einfache Gleitringdichtung nicht allein deshalb ausgewählt werden, weil sie eine geringere Leckage aufweist. Zunächst sind Partikelkonzentration, Partikelgröße, Kristallisationsneigung, Medientemperatur, Druck im Dichtungsraum und Wellendrehzahl zu bestätigen. Erst danach werden Stirnflächenwerkstoffe, Bauform und Spülverfahren festgelegt. Eine Spülung mit externer sauberer Flüssigkeit hilft, Partikel fernzuhalten, erhöht jedoch den Aufwand für Rohrleitungen, Filtration und das Management der Medienverdünnung. Bei bestimmten Anwendungen mit hohem Feststoffanteil, ausreichend Wartungspersonal und zulässiger kontrollierter Leckage lässt sich eine Packungsdichtung vor Ort sogar leichter einstellen.

Bei giftigen, brennbaren, leicht flüchtigen oder stark korrosiven Medien sowie bei hoher Empfindlichkeit gegenüber Produktverunreinigungen sollte vorrangig eine Gleitringdichtung bewertet werden. Bei schwerwiegenden Leckagefolgen können außerdem eine doppelte Dichtung und ein Sperrflüssigkeitssystem erforderlich sein. Eine doppelte Dichtung ist keine automatische Problemlösung. Es müssen die Verträglichkeit von Sperrflüssigkeit und Medium, das Druckverhältnis, die Nachfüllmethode und die Überwachungsanforderungen bestätigt werden. Bei der Beschaffung sind außerdem die Temperaturen und Drücke im Normalbetrieb, bei maximaler Belastung sowie beim An- und Abfahren anzugeben; die Typenschilddaten der Pumpe allein reichen nicht aus.

• Saubere Flüssigkeiten: zulässige Leckagemenge, Wartungshäufigkeit, Verschleiß der Wellenhülse und Bedingungen für die Entleerung des Pumpenraums prüfen.
• Schlamm oder kristallisierende Medien: Feststoffgehalt, Partikel und Spülbedingungen prüfen und nicht nur den Beschaffungspreis der Gleitringdichtung vergleichen.
• Gefährliche Medien: Anforderungen an Leckagekontrolle, Werkstoffverträglichkeit, Sperrflüssigkeit sowie Alarm- und Verriegelungsfunktionen prüfen.

Wie Druck, Temperatur und Drehzahl die Auswahl von Dichtungen für Industriepumpen beeinflussen

Die Einsatzgrenzen von Stopfbuchspackungen und Gleitringdichtungen lassen sich nicht allein anhand des Drucks auf dem Typenschild oder der Nenndrehzahl der Pumpe beurteilen. Druck, Temperatur und Drehzahl verändern gleichzeitig die Belastung der Dichtflächen, die Reibungswärme, das Risiko der Medienverdampfung sowie den Verschleiß und die Leckagestabilität der Packung. Bei der Auswahl sollten Pumpentyp, Dichtungskammerdruck und Medienzustand gemeinsam geprüft werden.

Druck beeinflusst die Belastung der Dichtflächen und die Leckagestabilität

Die Dichtflächen einer Gleitringdichtung müssen unter einem geeigneten spezifischen Anpressdruck arbeiten. Ein zu hoher Druck kann die Belastung der Dichtflächen und die Reibungswärme erhöhen. Druckschwankungen oder transiente Veränderungen beim An- und Abfahren können dagegen dazu führen, dass sich die Dichtflächen kurzzeitig öffnen und Leckage entsteht. Auch bei einer Stopfbuchspackung gilt nicht, dass die Packungsbrille bei höherem Druck immer stärker angezogen werden sollte. Ein zu starkes Anziehen erhöht den Verschleiß der Welle beziehungsweise der Wellenhülse und die Wärmeentwicklung, während ein zu lockeres Anziehen zu unkontrollierter Leckage führen kann. Der Beschaffer sollte den normalen und maximalen Druck sowie den Druck in der Dichtungskammer beim An- und Abfahren und unter anormalen Betriebsbedingungen angeben, nicht nur den Systemauslegungsdruck.

Temperatur und Drehzahl bestimmen Reibungswärme und Verdampfungsrisiko

Mit steigender Temperatur sinkt bei einigen Medien die Verdampfungsreserve; außerdem werden die Eigenschaften der Dichtflächenwerkstoffe, Federelemente und Packungen beeinflusst. Mit zunehmender Drehzahl steigen die Relativgeschwindigkeit der Dichtflächen und die Reibungswärme. Sind Spülung, Kühlung oder Wärmeabfuhr unzureichend, kann eine Gleitringdichtung thermisch verformen, trockenlaufen oder die Dichtflächen können sich öffnen. Bei Stopfbuchspackungen bedeutet ein Hochgeschwindigkeitsbetrieb in der Regel eine höhere Reibleistung und stärkeren Verschleiß. Die in den Quellen genannten Grenzwerte für Temperatur, Druck oder Durchfluss sind lediglich Beispiele für bestimmte Pumpenbaureihen und können nicht unmittelbar als allgemeine Grenzen für Dichtungen aller Industriepumpen übernommen werden. Abschließend sind die Datenblätter des Pumpen- und Dichtungsherstellers zu prüfen; außerdem müssen Anfahren, Abfahren, Trockenlauf und plötzliche Änderungen der Medientemperatur berücksichtigt werden.

Betriebskosten von Stopfbuchspackungen: Leckage, Spülflüssigkeit, Verschleiß der Wellenhülse und Wartung

Der Anschaffungspreis einer Stopfbuchspackung ist in der Regel niedriger, und das Wartungspersonal ist mit der Einstellung der Packungsbrille und dem Austausch der Packungsringe vertraut. Sie ist jedoch keine Dichtungsart, die nach dem Einbau keiner weiteren Aufmerksamkeit bedarf. Eine Packung benötigt eine gewisse Leckage zur Schmierung und Wärmeabfuhr. Eine zu geringe Leckagemenge kann zu Überhitzung, Verhärtung und Verschleiß der Wellenhülse führen; eine zu hohe Leckagemenge verursacht dagegen Medienverluste, Flüssigkeitsansammlungen im Pumpenraum und einen dauerhaften Reinigungsaufwand. Das von AESSEAL angeführte Erfahrungsbeispiel nennt im Idealzustand etwa 1 Tropfen/Minute je 25 mm Wellendurchmesser. Diese Zahl eignet sich nur als Beurteilungsbeispiel aus der Quelle und ist kein einheitlicher Abnahmestandard für alle Pumpen, Medien und Einsatzorte.

Zu den Betriebskosten gehören außerdem Spülflüssigkeit und die Verdünnung des Mediums. Bei einer Reinwasserpumpe ist der unmittelbare Wertverlust durch eine geringe Leckage möglicherweise begrenzt. Bei teuren, korrosiven oder gefährlichen Medien vergrößert die Leckage jedoch die Kosten für Beschaffung, Auffangen, Aufbereitung und Sicherheitsmaßnahmen. Wenn Spülflüssigkeit in die Pumpenkammer gelangt, kann sie zudem die Medienkonzentration verändern oder nachfolgende Prozesse beeinflussen. Gelangt die dauerhaft austretende Flüssigkeit entlang des Wellenendes in den Lagerbereich, kann sie außerdem das Schmierfett verunreinigen und die Wartungsintervalle verkürzen.

Vergleichen Sie nicht nur die Anschaffungspreise von Stopfbuchspackungen und Gleitringdichtungen

Eine Stopfbuchspackung bindet außerdem Zeit für die Wartung vor Ort: Während des Betriebs müssen Tropfleckagen überwacht, die Packungsbrille schrittweise nachgestellt und bei Riefen an der Welle oder Wellenhülse Reparaturen eingeplant werden. Lieferantenunterlagen haben anhand eines Beispiels gezeigt, dass der Reibungsenergieverbrauch einer Pumpe mit Stopfbuchspackung deutlich über dem einer ausgewuchteten Gleitringdichtung liegen kann; dabei wurde sogar ein Vergleichswert von etwa dem 6-Fachen genannt. Dieser Wert hängt jedoch von Pumpentyp, Anpresskraft, Drehzahl und Prüfbedingungen ab und kann nicht als allgemeine Schlussfolgerung verallgemeinert werden. Bei der Beschaffung sollten Medienverluste, Spülflüssigkeit, der Austausch der Wellenhülse, Lagerverunreinigungen und Stillstandswartung gemeinsam kalkuliert und anschließend mit den Kosten für die Gleitringdichtung, Montage und Überprüfung sowie die Hilfssysteme verglichen werden.

Vor der Umrüstung von einer Stopfbuchspackung auf eine Gleitringdichtung müssen Genauigkeit der Wellenanlage und Einbaumaße geprüft werden

Die Umrüstung von einer Stopfbuchspackung auf eine Gleitringdichtung besteht nicht einfach darin, die Packung auszubauen und eine neue Baugruppe einzusetzen. Die Dichtflächen einer Gleitringdichtung benötigen eine stabile Relativbewegung und eine gleichmäßige Belastung. Schwingungen der Wellenanlage, eine nicht passende Einbaulänge oder eine schräg ausgerichtete Packungsbrille können frühzeitige Leckagen verursachen. Wenn eine neue Dichtung unmittelbar nach der Inbetriebnahme leckt, sollte nicht zuerst ein Qualitätsproblem der Dichtung vermutet werden. Die Fehlersuche sollte in der Reihenfolge Wellenanlage, Abmessungen, Montage und Hilfsleitungen erfolgen.

Bei der Umrüstung auf eine Gleitringdichtung zunächst Zustand von Welle und Lagern prüfen

Bei der Demontage und Inspektion sind Rundlauf, Verschleiß, Kratzer, Korrosion und Oberflächenzustand der Welle beziehungsweise Wellenhülse zu prüfen. Besonderes Augenmerk gilt der Position, an der die ursprüngliche Packung angepresst wurde, da sich dort eine tiefe Riefe gebildet haben kann. Ist die Oberfläche der Wellenhülse unrund oder rau, kann eine neue Gleitringdichtung trotz einwandfreier Dichtflächen durch Schwingungen und Taumelbewegungen instabil werden. Außerdem sind Lagerspiel, axiales Spiel der Pumpenwelle, Kupplungsausrichtung sowie der Zustand von Grundplatte und Befestigungselementen zu prüfen. Eine mangelhafte Ausrichtung überträgt periodische Bewegungen auf die Dichtflächen und führt zu dynamischer Leckage, Temperaturanstieg oder ungewöhnlichen Geräuschen.

Abmessungen der Gleitringdichtungskammer und Einbaubedingungen prüfen

Vor der Umrüstung sollten der Aufbau der vorhandenen Dichtung, Wellendurchmesser, Zeichnung der Dichtungskammer und Betriebsaufzeichnungen vorliegen. Zu messen sind der Innendurchmesser und die nutzbare Tiefe der Dichtungskammer, die Einbaulänge, die Position des Wellenabsatzes sowie die Positionierungsmaße. Die Anlageflächen von Packungsbrille und Kammer müssen eben sein. Die Bohrungen und Gewinde müssen ein gleichmäßiges Anziehen ermöglichen; Maßabweichungen dürfen nicht durch schräges Anziehen ausgeglichen werden. Unterscheidet sich die Einbaulänge der neuen von der alten Konstruktion, sind außerdem Federkompression, axiale Positionierung und Arbeitsposition der Dichtflächen zu prüfen, um Überkompression, unzureichende Kompression oder ein Versagen der Feder zu vermeiden.

• Unterlagen vor der Umrüstung: Medium, Druck, Temperatur, Drehzahl, Aufzeichnungen zu An- und Abfahrvorgängen, Leckageposition und vorhandene Spülleitungen.
• Maße vor Ort: Wellendurchmesser, Zustand der Wellenhülse, Platzverhältnisse in der Dichtungskammer, Einbaulänge, Fläche der Packungsbrille und Zustand der Schrauben.
• Bestätigung des Probebetriebs: statische Leckage, dynamische Leckage, Vibrationen, Temperatur der Dichtungskammer und Spülbedingungen; bei Auffälligkeiten die Ausrichtung und die Montagekräfte überprüfen.

Plan 11, Plan 21, Plan 32 und Doppeldichtungen: Auslegung des Dichtungs-Hilfssystems

Bei der Auswahl einer Gleitringdichtung darf nicht nur die Dichtungseinheit beschafft werden. Spülung, Kühlung, Sperrflüssigkeit, Filtration, Instrumentierung und Verriegelungen bilden in der Praxis gemeinsam das Dichtungssystem der Industriepumpe. Plan 11 lässt sich üblicherweise als Zirkulation oder Spülung des Fördermediums innerhalb der Pumpe verstehen, während Plan 21 die Zirkulationsleitung um eine Kühlung ergänzt und Plan 32 ein externes, sauberes Spülmedium einführt. Dies sind lediglich typische Konzepte und keine Konfigurationen, die unabhängig von den Betriebsbedingungen pauschal eingesetzt werden können.

Plan 11, Plan 21 und Plan 32 entsprechend den Betriebsbedingungen bestätigen

Medien mit Feststoffpartikeln, kristallisationsgefährdete oder heiße Medien können Spülbohrungen verstopfen, den Verschleiß der Dichtflächen verstärken oder eine Verdampfung in der Dichtungskammer verursachen. Der Lieferant muss die Ausführung unter Berücksichtigung des Drucks in der Dichtungskammer, der Medientemperatur, des Verdampfungsrisikos, der Partikelkonzentration und der Eigenschaften der externen Spülflüssigkeit festlegen. In den Beschaffungsunterlagen sind Filter, Manometer oder Druckmessumformer, Temperaturmessstellen sowie die Methode zur Bestätigung des Spülstroms oder Spüldrucks eindeutig anzugeben.

Doppelte Gleitringdichtungen benötigen zusätzlich ein Sperrflüssigkeitssystem

Bei giftigen, brennbaren, leicht flüchtigen oder nicht zur Ableitung zugelassenen Medien kann eine einfache Gleitringdichtung zur Erfüllung der Anforderungen an die Risikokontrolle unzureichend sein; in diesem Fall ist eine doppelte Ausführung zu prüfen. Doppelte Gleitringdichtungen benötigen in der Regel einen Sperrflüssigkeitsbehälter, Zirkulationsleitungen, Drucküberwachung und eine Füllstandsverwaltung. Der Druck der Sperrflüssigkeit muss im Allgemeinen höher sein als der entsprechende Druck des abzudichtenden Mediums; der konkrete Druckunterschied ist jedoch durch die Dichtungsauslegung festzulegen. Bei der Abnahme darf nicht nur geprüft werden, ob die Dichtflächen leckagefrei sind. Zusätzlich sind Zustand der Spül- oder Sperrflüssigkeit, Temperatur der Dichtungskammer, ungewöhnliche Geräusche und das Ansprechen der Verriegelungen zu kontrollieren.

Checkliste für die Anfrage und Abnahme von Dichtungen für Industriepumpen im technischen Einkauf

Bei Anfragen zu Packungsdichtungen und Gleitringdichtungen reicht es nicht aus, lediglich „Gleitringdichtung für Pumpe eines bestimmten Typs“ oder „einen Satz Packungen ersetzen“ zu schreiben. Der Lieferant muss die tatsächlichen Betriebsbedingungen kennen, da andernfalls Werkstoffe, Dichtflächenpaarung und Spülkonzept falsch ausgewählt werden können. Die Anfrageunterlagen müssen den Normalbetrieb, den Maximalbetrieb sowie Anfahr- und Abstellzustände beschreiben.

Angaben für die Anfrage zu Pumpendichtungen von Industriepumpen

• Bezeichnung und Zusammensetzung des Mediums, Konzentration und Korngröße der Feststoffpartikel, Kristallisationsneigung, Korrosivität sowie giftige, brennbare oder leicht flüchtige Eigenschaften.
• Förderstrom, Förderhöhe, Drehzahl, Druck in der Dichtungskammer, Temperaturbereich sowie Anfahr-, Abstell- und Störbedingungen.
• Wellendurchmesser, Werkstoff und Oberflächenzustand der Welle oder Wellenhülse, Abmessungen der Dichtungskammer, Einbaulänge, Pumpentyp und aktuell eingesetzte Dichtungsausführung.
• Leckagegrenzen, Werkstoffverträglichkeit, Quelle und Druck der Spül- oder Sperrflüssigkeit sowie Anforderungen an Filtration, Temperaturüberwachung, Alarmierung und Verriegelungen.

Abnahmepunkte für Packungs- und Gleitringdichtungen

• Bestätigen, dass die statische und dynamische Leckage den Projektanforderungen entsprechen; „nach der Montage vorübergehend leckagefrei“ darf nicht als vollständiges Abnahmeergebnis gelten.
• Temperatur der Dichtungskammer sowie Spülstrom oder Spüldruck dokumentieren und prüfen, ob Filter, Instrumentierung, Rohrleitungen und Verriegelungen tatsächlich funktionieren.
• Vibrationen, ungewöhnliche Geräusche, Verunreinigungen der Lager, Erwärmung der Wellenhülse sowie Veränderungen der Leckage beim Anfahren und Abstellen beobachten.
• Archivieren Sie gemeinsam die Abnahmeprotokolle, die Datenblätter des Dichtungsherstellers, die Unterlagen des Pumpenherstellers und die geltenden Normen. Die endgültige Lösung sollte vom Anlagen- und Dichtungshersteller auf Grundlage der vollständigen Betriebsbedingungen bestätigt werden und nicht anhand einer einzelnen Dichtungsart festgelegt werden.

Häufige Fragen zur Auswahl von Packungs- und Gleitringdichtungen

Bei Packungs- und Gleitringdichtungen gibt es keine festen Vor- oder Nachteile unabhängig von den Betriebsbedingungen. Bei der Beurteilung sind gleichzeitig die zulässige Leckagemenge, die Gefährlichkeit des Mediums, die Neigung zu Partikeln und Kristallisation, Druck und Temperatur, die Drehzahl, der Zustand der Welle sowie die Bedingungen für Spül- oder Sperrflüssigkeit zu berücksichtigen.