Dichtelemente aus PTFE

Martin Schuster

Polytetrafluorethylen ist ein Kunststoff mit sehr guter chemischer Resistenz. Eingesetzt werden kann dieser Werkstoff im Temperaturbereich von -200 bis +260 °C. Zudem hat er einen sehr niedrigen Reibungskoeffizienten, wobei Haft- und Gleitreibungskoeffizient annähernd gleich sind. Das Verschleißverhalten unter Mangelschmierung und im Trockenlauf ist von den unterschiedlichen Füllstoffkombinationen der PTFE-Compounds abhängig. ElringKlinger trifft die Werkstoffvorauswahl aufgrund von Grundsatzuntersuchungen hinsichtlich Werkstoffkennwerten und Verschleißdaten sowie vorhandener Praxisergebnisse. Die endgültige Festlegung eines Werkstoffes für die jeweilige Applikation erfolgt in Abhängigkeit der Betriebsparameter. Im Kompressorenbereich kommen eine Vielzahl von Dicht- und Führungselementen aus PTFE zum Einsatz, zum Beispiel Wellendichtungen mit PTFE-Dichtlippe, federunterstützte Dichtelemente, Memory-Manschetten, Kolben- und Führungsringe, Kolbenbelegungen oder Dichtungen für Scrollkompressoren.

Wellendichtungen mit PTFE-Dichtlippe dichten durch die Anpressung der geformten Lippe auf der Welle ab. Es ist kein zusätzliches Federelement notwendig. Die Dichtwirkung/Radialkraft wird durch die Gestaltung der Dichtlippe, der Werkstoffauswahl und den Verarbeitungsparametern beeinflusst. PTFE-Dichtungen erlauben hohe Wellenumfangsgeschwindigkeiten bis über 30 m/s, Druckbelastungen bis kurzfristig 15 bar sowie Mangelschmierungszuständen, und werden deshalb bevorzugt in Schrauben- und Rotationskompressoren eingesetzt. Weiterhin spielt hier auch eine geringe Reibwärmeentwicklung eine wichtige Rolle, da die Temperaturbeständigkeit der eingesetzten Schmierstoffe begrenzt ist. Zur Verbesserung der Dichtheit wird meist ein hydrodynamischer Rückförderdrall verwendet, der entweder in der Dichtlippe oder auf der Wellenschutzhülse möglich ist.

Federunterstützte Dichtelemente aus PTFE kommen bei statischen und dynamischen Anwendungen zum Einsatz. Mit diesen Elementen kann eine sehr gute Dichtheit bei gleichzeitig geringer Reibung erzielt werden. Die möglichen Druckbelastungen gehen bis über 500 bar. Im Kompressorenbereich werden diese Dichtelemente vor allem in Steuerungselementen für translatorische Bewegungen eingesetzt.

Memory-Manschetten finden vorwiegend als Kolben- und Stangendichtung Verwendung. Die spezielle Herstellungstechnologie macht ein zusätzliches Federelement überflüssig. Der Memoryeffekt gewährleistet eine ausreichende radiale Vorspannung über ein breites Anwendungsspektrum. Die mögliche maximale Druckbelastung liegt bei 20 bar. Ein typischer Anwendungsfall für die Memory-Manschette ist die Kolbenabdichtung in Taumelkolben zur Erzeugung von ölfreier Druckluft. Die Anforderungen sind: kein Stick-Slip-Effekt auch bei geringen Gleitgeschwindigkeiten, extrem geringe Losbrechkräfte selbst nach längeren Stillstandszeiten, geringer Verschleiß für eine lange Lebensdauer sowie günstiges Kosten-Nutzen-Verhältnis.

Je nach Gegenlauffläche ist die Wahl des PTFE-Compounds der Memory-Manschette entscheidend für eine optimale Funktion und Standzeit. In Verbindung mit harteloxiertem Aluminium setzt ElringKlinger häufig den PTFE-Compound HS 21037 ein, im Zusammenhang mit Kunststoffgegenlaufflächen den Compound HS 21059.

Dicht- und Führungselemente aus PTFE finden sich in ölfreien Kolbenkompressoren. Die spezielle, gasdichte Stoßgestaltung bei Kolbenringen reduziert die Leckage auf ein Minimum. Durch die dünne PTFE-Belegung von Kolben wird die Führungsfläche maximiert und die Flächenpressung minimiert. Das notwendige Kolbenspiel ist im Gegensatz zum typischen Führungsring auf ein Minimum reduziert, was zusätzlich eine geringe Geräuschentwicklung zur Folge hat.

Dichtungen für Scrollkompressoren werden als Axialdichtungen eingesetzt. Hier kommt es speziell auf einen sehr guten Verschleißwiderstand und optimale Dichtgeometrien an. Für diese Produktreihe wurde im Hause ElringKlinger eine neue Fertigungstechnologie entwickelt. Die Teile werden sowohl im Vakuum als auch im Druckbereich eingesetzt.