Radialwellendichtringe (RWDR) oder auch Wellendichtringe (WDR) sind Maschinenelemente, welche an rotierenden Wellen eingesetzt werden, um die Wellendurchführungen aus dem Maschinengehäuse abzudichten, also Strömungen verschiedener Medien wie z.B. Schmieröle über die Dichtstelle zu verhindern.

Ein anderer, eher umgangssprachlich verwendeter Begriff für Radialwellendichtringe ist die Bezeichnung „Simmerring“.  Hierbei handelt es sich um ein eingetragenes Warenzeichen der Firma Freudenberg Sealing Technologies. Walther Simmer, ein bei Freudenberg tätiger österreichischen Ingenieur, entwickelte 1929 ein aus Leder und Metall hergestelltes Bauteil, den daraufhin nach ihm benannten „Simmer“-Ring als ersten später weiterentwickelten und patentierten Radialwellendichtring.

Auch „Lippendichtring“ ist ein gebräuchlicher Begriff, der sich aus dem Aufbau der Radialwellendichtringe ableitet.

Radial sealing CAD sectional view numbered

Radialwellendichtring nach DIN 3760 (Quelle: Wikipedia)

Aufbau von Radial-Wellendichtringen

Standard-Radialwellendichtringe nach DIN 3760 und ISO 6194:

Der eigentliche „Simmering“ besteht aus einem Versteifungsring (1), dem abdichtenden Elastomer-Ring (2) und einer Feder (3):
Radialwellendichtringe werden fest im Gehäuse(-deckel) verbaut, wobei der Versteifungsring (1) als zylindrischer Außenmantel die statische Abdichtung sichert und den RWDR an der Sitzstelle stabil fixiert.
Die Dichtlippe (2) bestehend aus einem Elastomerring liegt der Oberfläche der rotierenden Welle an – „läuft auf dieser“ – und sorgt sowohl für die dynamische als auch statische Dichtheit an der Welle.
Um ein gutes Anliegen der Dichtlippe auf der Wellenoberfläche zu sichern, wird diese durch eine Zug-/Schlauchfeder (Wurmfeder) (3) mit einem verstärkten Anpressdruck belastet.

Membranwellendichtringe ohne Wurmfeder

Andere Bauformen der RWDR verfügen über eine Polytetrafluorethylen (PTFE)-Dichtlippe oder haben teils keine Wurmfeder (Membranwellendichtringe).

Je nach Bauform der Radial-Wellendichtringe können eine oder mehrere zusätzliche Dichtlippen (Schutz- oder Staublippen) verwendet werden, um das Eindringen von Verunreinigungen in die abzudichtende Stelle zu verhindern.

Funktionsweise

Statische  und dynamische Dicht-Wirkung

Die statische Abdichtung am Gehäuse erfolgt über den zylindrischen Außenmantel des Versteifungsringes. Dieser besitzt folgende Funktionen:

  • statische Abdichtung in der Gehäusebohrung
  • passgenaue Montage der Dichtung
  • stabile Fixierung in der Bohrung

Cave:
Bei Verwendung von Gehäusewerkstoffen mit hoher Wärmedehnung kann es bei entsprechend hohen Temperaturen aufgrund der veränderten Konfiguration und somit reduzierten Passgenauigkeit zu einer Leckage zwischen Bohrung und RWDR kommen.

Der Einbau von RWDR in Lagerkörper mit dünner Wandung bzw. mit relativ geringer Elastizität oder Festigkeit besteht das Risiko einer „Aufweitung“ des Gehäuses durch den Montagedruck.

 

Für die statische als auch die dynamische Abdichtung im Kontaktbereich zur Welle ist die elastomere Dichtlippe verantwortlich. Der Dichtmechanismus wird beeinflusst durch:

  • die Makro- und Mikro- Struktur  der Dichtlippe
  • den Eigenschaften des Elastomer-Werkstoffs
  • die Beschaffenheit der Wellenoberfläche
  • das abzudichtende Medium
  • die Temperatur
  • und viele weitere Einflussfaktoren

Cave:
Zur Abdichtung muss die Dichtlippe in Richtung des Mediums ausgerichtet sein gegen das abgedichtet werden soll.

Dichtwirkung bei Wellenstillstand bzw. rotierender Welle

Bei stehender Welle beruht der Dichtmechanismus des Radialwellendichtrings auf der radialen Anpressung der Dichtlippe auf die Wellenoberfläche, wobei die Verformung der elastomeren Dichtkante geringe Unebenheiten wie z.B. Rauheiten der Wellen-Oberfläche ausgleicht.
Der nötige Anpressdruck der Dichtlippe wird hierbei durch eine bei der Montage radial und tangential angelegte Vorspannung (Membranwellendichtung)  oder die Spannung der Zugfeder (Simmering) erreicht.

Bei rotierender Welle kommt es zu einem hydrodynamischen Effekt: Die Dichtlippe schwimmt auf einem durch das abzudichtende Medium gebildeten Schmierfilm über der Wellenoberfläche.

An der Kontaktfläche von Dichtlippe zur Welle bildet sich bereits nach kurzer Anlaufzeit eine „Vorzugsstruktur“ aus, die eine Förderwirkung von der Atmosphärenseite zur Mediumsseite bewirkt. Dieser Rückfördereffekt ist durch die asymmetrische Verteilung des Anpressdruckes  in der Kontaktzone bedingt, welche durch die unterschiedlich großen Dichtkantenwinkel (α, β) der Dichtlippe zur Wellenoberfläche und durch die Verschiebung der Zugfeder zur Atmosphärenseite hin erreicht wird.

Druck

Radialwellendichtringe sind primär zur Abdichtung (nahezu) druckloser Medien geeignet, wobei in Abhängigkeit der Drehzahl Druckdifferenzen bis maximal 0,5 bar abgedichtet werden können.
Bei einer höheren Druckbeaufschlagung steigt durch ein stärkeres Anpressen der Dichtlippe an die Wellenoberfläche zwar primär das Dichtvermögen, was als positiv erachtet werden könnte. Leider nehmen jedoch parallel auch die thermische Belastung und die Reibung an der Dichtkante zu, was zu frühzeitigem Verschleiß und Verhärtung des Elastomers und hierdurch zu einer reduzierten Dichtfunktion führen kann.
Bei sehr hohem Druck ist es zudem möglich, dass die elastomere Dichtlippe zur Atmosphärenseite hin umschlägt und eine ausgeprägte Leckage entsteht.

Es gibt jedoch spezielle druckbelastbare Bauformen von Radialwellendichtringen, welche durch eine verstärkte Dichtlippe oder eine Druckunterstützung, abhängig von der Drehzahl, eine Druckbeaufschlagung bis zu 150 bar aufnehmen.

Quellen

Seite „Wellendichtring“. In: Wikipedia, Die freie Enzyklopädie. Bearbeitungsstand: 27. April 2018, 10:05 UTC. URL: https://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Wellendichtring&oldid=176913444 (Abgerufen: 1. Mai 2018, 14:16 UTC)

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