Wie eine innovative dynamische Dichtlösung für minimale Leckagen und störungsfreien Anlagen-Betrieb sorgt

Als Hersteller von dynamischen Dichtungen für oszillierende und rotierende Anwendungen ist STASSKOL stets mit Kundenanforderungen konfrontiert, die unterschiedlichste Ansprüche an das jeweilige Dichtsystem stellen.

Abdichtung von Pulvern und hochviskosen Flüssigkeiten: SDF Series

Abdichtungen von rotierenden Wellen (sog. Wellendichtungen) unterliegen bei Rühr- und Förderwerken besonderen Beanspruchungen. Wenn Feststoffpartikel oder hochviskose Medien verarbeitet werden, kann es zu einer Schädigung der Dichtfläche kommen – die Dichtung wird mit Produktpartikeln verunreinigt und verliert unter Umständen ihre Funktion. Im Gegensatz zu gasförmigen Medien können flüssige Komponenten oder Feststoffe die Dichtpartner auch voneinander abheben und somit einen großen Leckage-Pfad verursachen. Außerdem führt eine inhomogene Verteilung des Misch- oder Förderguts im Prozessraum zusätzlich zu punktuellen Radiallasten auf der Welle, wodurch es im Dichtbereich zu Schiefstellungen oder unrundem Lauf der Welle kommen kann.

Um diesen speziellen Anforderungen gerecht zu werden, wurde die SDF Series - STASSKOL DynamicSeal Faceseal – entwickelt (Abbildung 1). Dabei werden zwei Dichtscheiben mittels eines Sperrmediums axial an gegenüberliegende Gehäuseflächen angepresst. Eine Elastomermanschette zwischen den Dichtscheiben sorgt zum einen für die statische Abdichtung zwischen Scheibe und Welle. Zum anderen erfolgt eine Verdrehsicherung, so dass die Scheiben schlupffrei mit der Welle rotieren. Gleichzeitig werden die Dichtscheiben durch das Elastomer – unterstützt durch Sperrluft – an die Innenflächen des Gehäuses gepresst, so dass eine hohe Dichteffizienz zwischen Dichtscheibe und Gehäuse gewährleistet wird. Ein spezielles Feature ist dabei die Drehmomentübertragung zwischen Silikon und Dichtscheibe über ein Reuleaux-Dreieck, welches einen guten Formschluss und damit neben der Drehmomentübertragung auch eine gute Dichtigkeit gewährleistet.

Dichtungen der SDF Series sind axial geteilt ausführbar, wodurch eine einfache Montage um die Welle herum bei eingebauten Lagern der Maschine ermöglicht wird. Der Puzzle-Stoß in den Dichtelementen sorgt neben der guten mechanischen Verbindung und der hohen Dichtwirkung gleichzeitig für eine einfache und werkzeuglose Montage.

Das Material macht den Unterschied

Um eine gute tribologische Performance zu erzielen, also geringe Wärmeentwicklung und geringen Verschleiß zu erhalten, setzt STASSKOL schon immer auf seine eigenen Werkstoffe. Auf Grundlage des über viele Jahrzehnte aufgebauten Knowhows in der Entwicklung von Hochleistungspolymeren wurden für die SDF Series neue Rezepturen entwickelt und auf dem hauseigenen Tribometer getestet. Dabei standen die Minimierung von Reibung und Verschleiß im Vordergrund, um die Laufzeit der SDF Series zu maximieren. Neben der hohen Verschleißfestigkeit wurde auch ein besonderes Augenmerk auf Eigenschaften wie E-Modul, Zugfestigkeit und Bruchdehnung gelegt, um Beschädigungen der Dichtscheiben bei starker mechanischer Belastung möglichst zu vermeiden. Gerade im Lebensmittelbereich müssen Produktverunreinigungen zwingend vermieden werden. Um dies sicher zu erreichen kann die Dichtscheibe der SDF Series auch aus einem speziellen Werkstoff gefertigt werden, welche eine effiziente Detektierbarkeit von Partikeln ermöglicht. Die Entwicklung dieser Rezeptur basiert auf Versuchen, bei denen winzige Proben in Schokolade eingebracht und mittels Röntgen¬detektion identifiziert wurden. Selbst die kleinsten Proben konnten im Produkt sicher erkannt werden (siehe Abbildung 2).

Somit kann dem Kunden ein Dichtsystem angeboten werden, welches neben effizienter Dichtwirkung eine maximale Verschleißfestigkeit mit hoher mechanischer Stabilität kombiniert, und dessen Detektierbarkeit des zentralen Dichtwerkstoffes gerade im Lebensmittelbereich eine hohe Prozesssicherheit garantiert.

Um dies auch in der Praxis zu bestätigen wurden die erfolgversprechendsten Werkstoffkombinationen in Form von Prototypen der SDF Series auf einem Wellendichtungsprüfstand unter prozessnahen Betriebsbedingungen getestet. Bei Variation von Druck und Drehzahl wurde neben Verschleiß- und Leckage-Raten auch die Temperatur an der Dichtstelle aufgezeichnet (Abbildung 3). Aus den Versuchsergebnissen ging hervor, dass der Werkstoff SK933 die ideale Lösung für die Dichtscheiben darstellt, da er bei hoher Festigkeit gleichzeitig die beste tribologische und thermische Performance bietet.

Der Praxistest beim Kunden zeigt: Das Dichtkonzept reduziert die Produktleckage auf Null

Um eine abschließende Bewertung der Performance der Dichtung vornehmen zu können, wurde ein Feldtest an einem Doppelwellen-Mischer durchgeführt. In der Industrieanlage werden im Batchbetrieb jeweils 3,5 bis 5 Tonnen Getreidemehl mit Mineralien, bis zu 4 mm kleinen Steinen und Öl versetzt, um Geflügelfutter herzustellen. Der Mischvorgang dauert für einen Batch etwa 4 bis 5 Minuten und wird 24 Stunden täglich an 5 Tagen in der Woche durchgeführt. Die beiden Wellen haben einen Durchmesser von je 200 mm und rotieren mit 40 Umdrehungen pro Minute. Die bisherige Dichtungslösung, eine Kohleringdichtung, stellt für den Kunden keine geeignete Lösung mehr da, weil Produktleckagen mit bis zu 25 kg pro Dichtung und Tag auftraten und ein hoher Verbrauch an Sperrluft zu verzeichnen war.

Mit der Zielstellung der Ressourcenschonung durch geringeren Energieverbrauch für die Sperrluft und reduziertem Futtermittelverlust durch Produktleckagen wurde der Doppelwellen-Mischer mit der SDF300 ausgerüstet. Bereits unmittelbar nach dem Austausch der Dichtungen zeigten sich die Verbesserungen bei den Standard-Prozessbedingungen. Sperrgasdruck und Sperrgasverbrauch konnten reduziert werden und es wurde keine Produktleckage mehr festgestellt (Abbildung 4 rechts). Auch Einlaufverhalten der Dichtung wurde durch den Wechsel des Systems auf die SDF300 verbessert. Die optimalen tribologischen Eigenschaften in Form von geringem Verschleiß und niedriger Reibung garantieren auch in den ersten Betriebsstunden für geringe Temperaturen in der Kontaktzone zwischen den Dichtpartnern der SDF300. Hierdurch wird ein Verkleben ebenso vermieden wie eine mögliche thermische Schädigung des Produktes.

Das Fazit: Die SDF Series - eine Dichtung für alle Fälle

Das neue Dichtkonzept SDF Series aus dem Hause STASSKOL vereinigt eine hohe Dichteffizienz und eine lange Lebensdauer mit einer einfachen Handhabung, geringem Reinigungsaufwand, sowie der Möglichkeit der Montage an einer installierten Welle ohne Demontage der Anlage. Die Konstruktion der SDF Series ist einfach gehalten, um Kosten zu minimieren und gleichzeitig auch schwierigste Aufgaben anzunehmen wie beispielsweise die effiziente Abdichtung von Wellen mit hoher Exzentrizität.

Die optimierten Werkstoffe sind auf Langlebigkeit ausgelegt und durch spezielle Rezepturen wird gerade für den Lebensmittelbereich eine Detektierbarkeit durch eventuelle Verunreinigungen ermöglicht – eine Eigenschaft, welche bei Wellendichtungen bislang so nicht zur Verfügung stand.

Der Praxiseinsatz beim Kunden zeigt, dass die universelle und vielseitig einsetzbare SDF Series in Form der SDF300 die Herausforderungen meistert, und sich durch Reduzierung von Leckagen und Energieverbrauch schnell amortisiert. Dies spart Ressourcen und steigert die Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit industrieller Anlagen.

Die Autoren:

Dr. Marc Langela

Leiter Material und Produktentwicklung, STASSKOL GmbH

Marc.Langela@remove-this.stasskol.de

 

Dennis Kranert

Area Sales Manager Rotierende Systeme, STASSKOL GmbH

Dennis.Kranert@remove-this.stasskol.de