Dichtungen Vergleich der Lebenszykluskosten verschiedener Dichtungen für Rührwerke und Sonderapparate

Die Auswahl der richtigen Dichtung für eine spezielle Anwendung ist nicht ganz einfach – zu vielfältig sind die Möglichkeiten und zu groß teilweise die Wissenslücken über Vor- und Nachteile verschiedener Dichtsysteme. Hinzu kommt der immer größer werdende Kostendruck für den Betreiber einer Produktionsanlage. Deshalb geraten auch die Kosten für so genannte „C-Teile“ wie Dichtungen stärker in den Fokus. Dieser Beitrag soll dabei unterstützen, verschiedene Dichtsysteme zu beurteilen.

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Zur Abdichtung von Apparaten mit drehenden Wellen gibt es vielfältige Möglichkeiten. Die gängigsten sind Lippen- und Gleitringdichtungen. Diese Dichtungsvarianten kommen in den verschiedensten Ausführungen zum Einsatz – als Einzel- oder Mehrfachdichtung, als Komponenten- oder Cartridgedichtung, trocken laufend oder flüssig geschmiert, mit oder ohne Spülung, um nur einige Varianten zu nennen.

Einen Überblick über die grundsätzlichen Einsatzgrenzen der verschiedenen Dichtungssysteme gibt die Tabelle (siehe Bildergalerie). Generell können für einfache Anwendungen mit niedrigen Drücken, Temperaturen und Gleitgeschwindigkeiten alle Dichtungstypen eingesetzt werden. Für Vakuumanwendungen sind Lippendichtungen allerdings nicht geeignet. Hier werden standardmäßig Gleitringdichtungen, entweder trocken laufend oder flüssig geschmiert eingesetzt. Steigen die Anforderungen hinsichtlich Druckeinsatzgrenzen, Gleitgeschwindigkeiten usw. kann nur der Einsatz einer flüssig geschmierten Gleitringdichtung uneingeschränkt empfohlen werden.

Die Lebenszykluskosten

Bedingt durch den stärker werdenden Kostendruck werden die Kosten der Dichtung als Entscheidungskriterium immer wichtiger. Eine gute Bewertungsmöglichkeit bieten die Lebenszykluskosten (LCC). Diese berücksichtigen nicht nur die Investitions- und Installationskosten, sondern auch die Instandhaltungskosten für Reparaturen und Ersatzteile sowie die Betriebskosten über einen gewissen Zeitraum. Die LCC beinhalten auch Kosten für Produktionsausfälle und Entsorgung, die zur Vereinfachung in diesem Beitrag nicht betrachtet werden. Die LCC werden wie folgt definiert: LCC (4 Jahre) = Investitionskosten + Installationskosten + Instandhaltungskosten + Betriebskosten.

Drei typische Einsatzfälle

Um einen repräsentativen Überblick über den gesamten Anwendungsbereich zu geben, wurden drei typische Einsatzfälle ausgewählt.

Anwendung 1: Abdichtung eines Stahlrührwerks mit Obenantrieb, unkritisches Prozessmedium; Betriebstemperatur 150 °C, Betriebsdruck 3 bara, Gleitgeschwindigkeit 2 m/s. Verglichen werden eine Lippendichtungscartridge und die Burgmann SeccoMix 481 L, eine trocken laufende Gleitringdichtung. Es wird bei keiner Dichtung ein Versorgungssystem eingesetzt. Als Lebensdauer wurden bei allen Dichtungen zwei Jahre zu Grunde gelegt.

Anwendung 2: Abdichtung eines Stahlrührwerks mit Obenantrieb, kritisches Prozessmedium, z.B. gemäß TA Luft; Betriebstemperatur 100 °C, Betriebsdruck 6 bara, Gleitgeschwindigkeit 2 m/s. Verglichen werden eine Lippendichtungscartridge mit Stickstoff gesperrt und die Burgmann M 481 KL-D, eine flüssig geschmierte Doppel-Gleitringdichtung, die mit einem Sperrsystem betrieben wird. Als Lebensdauer wurden bei der Lippendichtungscartridge zwei Jahre und bei der flüssig geschmierten Gleitringdichtung sieben Jahre zu Grunde gelegt.

Anwendung 3: Abdichtung eines Trockners (Stahlbehälter) mit Seitenantrieb, fliegend gelagert; Betriebstemperatur 200 °C, Betriebsdruck 1 bara, Gleitgeschwindigkeit 1 m/s. Verglichen werden eine Lippendichtungscartridge mit Stickstoff gesperrt und die Burgmann MR...L-D, eine flüssig geschmierte Doppel-Gleitringdichtung, die durch ihr robustes Design gut für Medien mit hohem Feststoffgehalt geeignet ist. Das Sperren mit Stickstoff erfolgt wie bei Anwendung 2 über einen Anschluss an ein vorhandenes Stickstoffnetz. Als Lebensdauer wurden bei der Lippendichtungscartridge wieder zwei, bei der flüssig geschmierten Gleitringdichtung fünf Jahre angenommen.

Dieser Beitrag beschränkt sich auf Cartridge-Dichtungen mit integriertem Lager, da Cartridge-Dichtungen aufgrund ihrer vielen Vorteile wie einfache und schnelle Montage für Rührwerke und andere Apparate mit rotierenden Wellen Standard sind. Auch das Loslager der Welle wird in der Regel in die Dichtung integriert, um Wellenauslenkungen im Bereich der Dichtung zu minimieren und dadurch die Lebensdauer zu erhöhen.

Vergleich der Lebenszykluskosten

Die Diagramme (siehe Bildergalerie) zeigen einen Vergleich der Lebenszykluskosten der verschiedenen Dichtungssysteme über einen Zeitraum von vier Jahren, mit der Annahme von 6000 Betriebsstunden pro Jahr und einem Wellendurchmesser von 80 mm. Als Sperrmedium für die flüssig geschmierten Gleitringdichtungen wurde Wasser angenommen. Man erkennt, dass die Investitionskosten (gelb) zwar den größten Kostenblock darstellen, aber je länger der Berechnungszeitraum gewählt wird, desto weniger fallen die Anschaffungskosten ins Gewicht und umso wichtiger wird die Optimierung der Wartungs- und Betriebskosten. Das heißt, Dichtungssysteme mit langer Lebensdauer sind auf jeden Fall zu bevorzugen.

Auffällig sind die hohen Anschaffungskosten für die Lippendichtungscartridge. Dies ist vor allem bedingt durch ihren komplizierten Aufbau und die zusätzlichen Hilfslager zur Aufnahme von radialen Wellenbewegungen.

Viele Anlagenbetreiber scheuen sich noch immer vor den Kosten für die Anschaffung und den Betrieb eines Versorgungssystems. Betrachtet man aber die tatsächlich anfallenden Kosten, dann sind diese gar nicht so hoch, wie viele annehmen. Auch die Betriebskosten sind deutlich niedriger als bei dem mit Stickstoff gesperrten Dichtungssystem, da der Verbrauch an Stickstoff wesentlich höher ist als bei einem flüssigen Versorgungsmedium und die Kosten für Stickstoff deutlich höher sind als z.B. für Wasser.

Ein weiterer großer Teil der Lebenszykluskosten sind die Instandhaltungskosten für Reparatur und Ersatzteile (blau). Gerade bei Dichtungssystemen mit kurzer Lebensdauer von z.B. zwei Jahren machen diese einen großen Betrag aus. Hier gilt: je länger die Lebensdauer, desto geringer die Instandhaltungskosten. Zudem bestehen Instandhaltungskosten nicht nur aus Reparatur- und Ersatzteilkosten, auch die Stillstandszeiten der Anlage müssen mit eingerechnet werden. Dies wurde hier nicht berücksichtigt, da die Kosten für den Stillstand einer Anlage sehr unterschiedlich sein können.

Fazit

Gleitringdichtungen weisen, unabhängig davon ob trocken laufend oder flüssig geschmiert, einen deutlichen Kostenvorteil gegenüber Lippendichtungen auf. Außerdem sind sie seit Jahren sehr erfolgreich als zuverlässige Wellenabdichtungen in Rührwerken und anderen Sonderapparaten wie Trocknern etabliert.

Die Autoren sind Mitarbeiter der Burgmann Industries GmbH & Co. KG, Wolfratshausen.

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