Kurzantwort: Bei der hier dargestellten Konstruktion bleibt der äußere Stator stehen, während sich der zentrale Rotor mit hoher Drehzahl dreht. Das Medium tritt seitlich ein, strömt radial in den Kanal des Rotors und verlässt die Einheit anschließend nach oben durch dessen axialen Kanal. Ein kontrollierter einseitiger Radialspalt von 0,003 mm trennt den Stator der Spaltdichtung vom Rotor. Dadurch wird der Leckagestrom durch den Spalt begrenzt, ohne dass an dieser Stelle Gleitkontakt entsteht.
Dieses Konstruktionsprinzip kann Reibung und Verschleiß an der rotierenden Dichtstelle reduzieren. Gleichzeitig werden Präzision, Sauberkeit, Ausrichtung, Lagerung, Druck, Temperatur und zulässige Leckage zu wesentlichen Auslegungsgrößen. Die Darstellung erklärt ein bestimmtes Prinzip; sie bedeutet nicht, dass jede Begapunk-Drehdurchführung denselben inneren Aufbau besitzt.
Welche Bauteile die Grafik zeigt
- Feststehender äußerer Stator: Das Hauptgehäuse bleibt gegenüber der Medienversorgung in Ruhe.
- Feststehender Stator der Spaltdichtung: Diese präzise Fläche umschließt den Rotor, dreht sich jedoch nicht mit ihm.
- Schnell drehender Rotor: Das zentrale, cyanfarbene Bauteil dreht sich mit der Maschine und enthält den inneren Strömungskanal.
- Lager: Die Lagerung stützt und positioniert den Rotor, damit er sich um die vorgesehene Achse dreht.
- Statische Dichtringe: Diese Dichtungen begrenzen Leckage an ruhenden Fügestellen. Sie bilden nicht die dynamische Rotor-Stator-Dichtstelle des Radialspalts von 0,003 mm.
Wie das Medium von der feststehenden Seite in den Rotor gelangt
Schritt 1 – Seitlicher Einlass
Das Medium tritt durch den Anschluss auf der feststehenden Gehäuseseite ein. Die Versorgungsleitung muss sich nicht mit der Maschine drehen.
Schritt 2 – Radiale Übergabe
Das Medium strömt radial aus dem feststehenden Einlassbereich in den Rotorkanal. Der präzise Spalt begrenzt den unerwünschten Strömungsweg zwischen den stehenden und rotierenden Flächen, während sich der Rotor ohne Reibkontakt mit dem Spaltdichtungsstator drehen kann.
Schritt 3 – Axialer Auslass
Im Rotor wird die Strömung in den axialen Kanal umgelenkt und nach oben zur rotierenden Maschine geführt. So kann das Medium kontinuierlich übertragen werden, ohne dass sich der äußere Versorgungsschlauch um die Welle wickelt.
Die Grafik zeigt das Funktionsprinzip eines einzelnen Kanals. Eine Mehrkanal-Drehdurchführung benötigt getrennte Strömungswege und eine geeignete Trennung zwischen den Kanälen. Kanalzahl, Anschlussbelegung, Druck, Medium und Einbauart müssen für die konkrete Maschine bestätigt werden.
Warum einen berührungslosen Spalt statt einer reibenden Dichtung verwenden?
Eine herkömmliche berührende Dichtung bildet eine Barriere, indem ein Dichtelement gegen eine bewegte Oberfläche gedrückt wird. Dieses Prinzip kann Leckage wirksam begrenzen, erzeugt durch die Relativbewegung jedoch auch Reibung, Wärme und Verschleiß. Das Ergebnis hängt unter anderem von Dichtungswerkstoff, Oberflächenqualität, Schmierung, Druck, Temperatur, Gleitgeschwindigkeit und Einschaltdauer ab.
Eine berührungslose Spaltdichtung wählt einen anderen Kompromiss. Zwischen stehender und rotierender Fläche bleibt ein sehr kleiner, gezielt ausgelegter Spalt. Da sich die Flächen an dieser Stelle im vorgesehenen Betrieb nicht berühren, entsteht dort kein Verschleiß durch Gleitkontakt. Das kann bei Drehzahlen wichtig sein, bei denen Reibung und Wärme einer berührenden Dichtung kritisch werden.
Wichtige Grenze: „Berührungslos“ bedeutet nicht „leckagefrei“. Eine Spaltdichtung begrenzt die Strömung durch eine schmale Drosselstelle, stellt aber keine hermetische Barriere dar. Die tatsächliche Leckage hängt von Geometrie und Länge des Spalts, Druckdifferenz, Medieneigenschaften, Temperatur, Rotorlage und der gesamten inneren Konstruktion ab.
Was bedeutet ein einseitiger Radialspalt von 0,003 mm?
Dies ist bei der dargestellten Konstruktion der radiale Abstand auf einer Seite zwischen der feststehenden Dichtfläche und dem rotierenden Rotor. Es handelt sich nicht um das gesamte Durchmesserspiel.
Das gesamte Rotorsystem muss diesen vorgesehenen Abstand bei Montage und Betrieb aufrechterhalten. Entscheidend sind unter anderem die Konzentrizität von Rotor und Stator, Lagergenauigkeit und Lagerluft, Rundlaufabweichung und Wellendurchbiegung, Form- und Oberflächengüte, Montageausrichtung, Wärmeausdehnung, elastische Verformung, Verunreinigungen, Schwingungen und äußere Rohrleitungskräfte.
Wenn der Betriebsspalt größer wird
Der Leckagestrom durch den Spalt kann abhängig von Druck, Medium, Temperatur und Gesamtgeometrie zunehmen.
Wenn der Betriebsspalt kleiner wird
Rotor und Stator können sich berühren. Mögliche Folgen sind Wärme, Riefenbildung, Partikel, instabiles Drehmoment oder Schäden an den Präzisionsflächen.
Der Nennwert des Radialspalts ist daher nur ein Teil der Auslegung. Ebenso wichtig sind die gesamte Toleranzkette und die erwarteten Betriebsbedingungen.
Warum die Lagerung für die Dichtfunktion entscheidend ist
Die Lager ermöglichen nicht nur die Drehbewegung. Sie bestimmen auch die Lage des Rotors gegenüber der feststehenden Spaltdichtfläche. Damit ein schmaler berührungsloser Spalt funktioniert, muss der Rotor nahe an seiner vorgesehenen Achse bleiben.
Lagerauswahl, Passungen, Lagerluft oder Vorspannung, Schmierung, Montagegenauigkeit, Temperatur und äußere Lasten können die Rotorlage beeinflussen. Eine präzise Dichtgeometrie kann ein Rotorsystem nicht ausgleichen, das falsch ausgerichtet ist oder durch nicht abgestützte Maschinenlasten seitlich verschoben wird.
Eine Drehdurchführung darf deshalb nicht als primäre radiale oder axiale Lagerung der Maschine verwendet werden, sofern die freigegebene Konstruktion diese Funktion nicht ausdrücklich vorsieht. Auch Schläuche und Rohrleitungen müssen so geführt und abgestützt werden, dass keine unbeabsichtigten Lasten in die Drehdurchführung eingeleitet werden.
Der zentrale Zielkonflikt: Leckagebegrenzung und Betriebsspalt
Ein kleinerer Spalt kann den Leckagestrom stärker begrenzen, verringert jedoch die Reserve für Rundlaufabweichung, Wärmeausdehnung, Verformung, Verunreinigungen und Montageabweichungen. Ein größerer Spalt bietet mehr mechanischen Abstand, lässt in der Regel aber mehr Leckagestrom zu.
Die richtige Auslegung ist daher nicht einfach „der kleinstmögliche Spalt“. Richtig ist der Spalt, der über den freigegebenen Bereich von Druck, Drehzahl, Temperatur, Medium, Einschaltdauer und Fertigungsstreuung sicher und vorhersehbar bleibt und gleichzeitig die Leckageanforderung des Projekts erfüllt.
Eine Hochgeschwindigkeits-Spaltdichtung darf außerdem nicht allein nach der Drehzahl ausgewählt werden. Die technische Prüfung muss die kombinierten Betriebsbedingungen berücksichtigen. Ein separat angegebener Maximaldruck und eine separat angegebene Maximaldrehzahl dürfen nicht automatisch als gleichzeitig zulässig betrachtet werden.
Wann dieses Konstruktionsprinzip sinnvoll sein kann
Eine Drehdurchführung mit berührungsloser Spaltdichtung kann geprüft werden, wenn ein Medium kontinuierlich übertragen werden muss und bei der vorgesehenen Drehzahl Reibung, Dichtungstemperatur oder Kontaktverschleiß zu wesentlichen Randbedingungen werden.
Die Eignung hängt dennoch von den realen Betriebsbedingungen ab. Dieses Prinzip kann ungeeignet sein, wenn nahezu keine Leckage zulässig ist, das Medium Partikel enthält, große Wellenbewegungen auftreten, die Temperatur nicht kontrolliert ist oder die erforderliche Lager- und Ausrichtgenauigkeit nicht eingehalten werden kann. Dann können eine berührende Dichtung, eine andere berührungslose Geometrie, zusätzliche Filtration, eine definierte Leckageabführung oder ein anderes Übertragungsprinzip geeigneter sein.
Kein Dichtungsprinzip ist für jede Maschine die beste Lösung.
Welche Angaben vor der Auswahl benötigt werden
- Medium und Zusammensetzung
- Anzahl der unabhängigen Kanäle
- Maximaler und normaler Betriebsdruck
- Maximale und kontinuierliche Drehzahl
- Medien- und Umgebungstemperatur
- Einschaltdauer und Bewegungsprofil
- Zulässige Außenleckage und interne Leckage zwischen Kanälen
- Erforderlicher Volumenstrom oder zulässiger Druckverlust
- Verfügbarer Einbauraum
- Anschlüsse auf stehender und rotierender Seite
- Wellen-, Montage- und Verdrehsicherungsanordnung
- Verfügbare Maschinenzeichnung oder Schnittstellenmodell
- Sauberkeit, Filtration und Wartungsbedingungen
Mit diesen Angaben lässt sich beurteilen, ob eine Spaltdichtung geeignet ist und ob die geforderte Funktion über den gesamten Betriebsbereich eingehalten werden kann.
Häufig gestellte Fragen
Berührt der Rotor den Stator der Spaltdichtung?
Im vorgesehenen Betriebszustand nicht. Fertigungsabweichungen, Rundlauf, Wärmeausdehnung, Verunreinigungen und äußere Lasten müssen so beherrscht werden, dass der einseitige Radialspalt von 0,003 mm erhalten bleibt.
Ist eine berührungslose Spaltdichtung leckagefrei?
Nein. Eine Spaltdichtung begrenzt den Leckagestrom durch einen schmalen, ausgelegten Spalt. Ohne anwendungsspezifischen Prüfnachweis darf sie nicht als hermetisch oder leckagefrei beschrieben werden.
Warum kann dieses Prinzip hohe Drehzahlen unterstützen?
An der Spaltdichtstelle besteht im Normalbetrieb kein Gleitkontakt. Dadurch werden Reibung und Verschleiß einer reibenden dynamischen Dichtung an dieser Stelle vermieden. Lager und andere Bauteile besitzen dennoch eigene Grenzen für Drehzahl, Schmierung, Temperatur und Lebensdauer.
Ist ein Radialspalt von 0,003 mm für jedes Medium und jeden Druck geeignet?
Nein. Viskosität und Sauberkeit des Mediums, Druckdifferenz, Temperatur, erforderlicher Volumenstrom, zulässige Leckage, Lagerverhalten und die gesamte innere Geometrie müssen gemeinsam geprüft werden.
Kann diese Grafik als Fertigungszeichnung verwendet werden?
Nein. Sie ist eine schematische Schnittdarstellung zur Erklärung des Funktionsprinzips. Produktabmessungen, Toleranzen, Werkstoffe, Schnittstellen, Prüfbedingungen und Abnahmekriterien müssen in der projektspezifischen Zeichnung und technischen Vereinbarung festgelegt werden.
Vom Funktionsprinzip zur Produktauswahl
Senden Sie Medium, Druck, Drehzahl, Temperatur, Kanalzahl, Leckageanforderung, Einbauraum und – sofern vorhanden – die Maschinenzeichnung. Begapunk kann dann prüfen, ob eine berührungslose Spaltdichtung oder ein anderes Drehdurchführungskonzept der sicherere technische Weg ist.