Geräusche an Gleitringdichtungen

Beispielhafter Halbschnitt einer Gleitringdichtung mit Kegelfeder mit den fünf Grundelementen einer Gleitringdichtung (Bild: HAW München)

01.10.2018 Geräusche an Gleitringdichtungen

Eine Ursachenanalyse und Ansätze zur Vermeidung

von Professor Dr. Peter Waidner (Hochschule für angewandte Wissenschaften München)

Ungünstige Schmierverhältnisse an technischen Bauteilen, insbesondere im Mischreibungszustand, können selbsterregte periodische, aperiodische oder stochastische Bauteilschwingungen erzeugen, die wiederum über das gesamte abzudichtende System auf freie Bauteiloberflächen übertragen werden können und dort zu Schallemissionen führen.

Typische Erscheinungen von harmonischen und disharmonischen Schallemissionen, nämlich Töne, Klänge oder Geräusche, zeigt Bild 1. Gleitringdichtungen können unangenehme quietschende, pfeifende, heulende, zwitschernde, brummende oder andere Geräusche entwickeln. Kfz-Kühlwasserpumpen-Dichtungen können, z.B. unter spezifischen Betriebszuständen insbesondere im Leerlauf der Verbrennungs-Motoren in Verbindung mit hohen Temperaturen nach einer bestimmten Betriebszeit von einigen hundert Stunden (nach einem „unnormalen“ Einlauf bei unsachgemäßer Überhitzung), unangenehme Geräusche verursachen.  Solche Geräuschentwicklungen sind aber auch im Zusammenhang mit drehzahlgeregelten Pumpen bei der Abdichtung wässriger (insbesondere niederviskoser) Medien und dort bei niedrigen Drehzahlen und wiederum hohen Temperaturen bekannt oder treten bei Pumpen wie z.B. für Wasch- oder Spülmaschinen mit kleinen Wellendurchmessern und damit bei geringen Umfangsgeschwindigkeiten auf. Im Rahmen der vorliegenden Betrachtung soll eine mögliche Ursache-Wirkungs-Kette aufgezeigt werden und sollen mögliche Lösungsansätze dazu geboten werden.

Aus der Zeit von vor ca. 100 Jahren stammt das erste Patent einer Gleitringdichtung.  Die technisch sinnvolle Umsetzung des Patents konnte aber erst in der Zeit nach dem Zweiten Weltkrieg erfolgen, nachdem entsprechende hoch belastbare (harte) Werkstoffe zur Verfügung standen, um der für viele Gleitringdichtungen typischen Mischreibung und den damit verbundenen Verschleißvorgängen zu widerstehen. Der grundsätzliche Aufbau sowie die Funktion einer Gleitringdichtung haben sich allerdings in der Zwischenzeit nicht verändert.  Die ursprüngliche Erfindung einer Stirnflächendichtung, vergleichbar zur modernen Gleitringdichtung, ist also alt. Ein hoch effektiver Drosselspalt mit selbst einstellender sehr kleiner Spalthöhe h drosselt den abzudichtenden Druck gegenüber der Umgebung ab und minimiert dabei den austretenden Volumenstrom (die Leckage) des abzudichtenden Fluids. Im Betrieb entsteht infolge der Drehbewegung allerdings Reibung zwischen den beiden Stirnflächen.