Drehdurchführung – Definition und Anwendungsgebiete

Staudamm
In Staudamm-Turbinen kommt eine Drehdurchführung regelmäßig zum Einsatz | Foto: szustakowski.sally via Twenty20

Eine Drehdurchführung ist eine Vorrichtung, die eine Dichtung zwischen einer stationären Versorgungsleitung und einem rotierenden Teil herstellt und so den Transfer von Flüssigkeiten ermöglicht. Es gibt eine Vielzahl von Bezeichnungen, die zum Teil von der Branche und der Anwendung abhängen. Dazu gehören: Drehgelenk, Drehkupplung, Flüssigkeitsdrehgelenk, Drehverteiler, usw. Unabhängig davon bleibt der grundlegende Zweck für eine Drehdurchführung derselbe: Medien von einem stationären Eingang zu einem rotierenden Teil zu leiten.

Eine Drehdurchführung wird unter Berücksichtigung des zu übertragenden Mediums, der Drehgeschwindigkeit, des Drucks und der Temperatur sowie der Anzahl der Durchflusswege konstruiert. Die grundlegenden Komponenten sind wie folgt:

Gehäuse: Dieses hält alle anderen Komponenten für eine Drehdurchführung zusammen. Es hat eine Einlassöffnung, an die die Leitung für die Flüssigkeit angeschlossen wird.
Welle: Diese überträgt das Medium durch das Gerät in den rotierenden Teil.
Lager: Diese werden verwendet, damit sich die Welle drehen kann. Es kann sich dabei um Rollenlager, wie z.B. Kugellager oder konische Lager, oder um nicht rollende Lager, wie z.B. Bronze- oder Thermoplastbuchsen, handeln.
Dichtungen: Dies sind wohl die wichtigsten Komponenten, die verhindern sollen, dass während des Betriebs Medien aus der Drehdurchführung austreten.

Wo wird sie eingesetzt?

Drehdurchführungen werden in verschiedenen Märkten eingesetzt, z.B. in der industriellen Automatisierung, der Lebensmittel- und Getränkeindustrie, der alternativen Energieerzeugung, der Öl- und Gasindustrie sowie in der Luft- und Raumfahrt. Sie werden sogar so häufig eingesetzt, dass man ihren Einfluss auf die Funktionalität von Geräten und Systemen leicht übersehen kann.

Beispiele für einige Anwendungen:

Computerisierte numerische Steuerung (CNC) Maschinenkühlung

Teile aus Metall und anderen Materialien, die bearbeitet werden, müssen mit Kühlmittel versorgt werden. Diese Flüssigkeit verhindert eine Überhitzung, erhält die Maßstabilität und spült Bearbeitungsrückstände weg.

Abfüllen und Verschließen von Flaschen

Hustensaft, Shampoo und Limonaden werden in Flaschen abgefüllt und anschließend mit automatischen Systemen verschlossen. Mit Hilfe von Drehdurchführungen wird die entsprechende Flüssigkeit von einer zentralen Quelle in die Flaschen geleitet, während diese über ein Förderband laufen.

Turbinensteuerung für Staudämme

Wasserkraftwerke erzeugen Strom, wenn Wasser durch die Turbinenschaufeln fließt. Hydraulische Leitungen werden verwendet, um das Öffnen und Schließen von Toren und den anschließenden Wasserfluss zu steuern.

Schwimmende Produktion, Lagerung und Entladung (FPSO)

Toroidalwirbel werden in Verankerungssystemen für Offshore-Schiffe eingesetzt, die Öl und Gas aus Unterwasserreservoirs sammeln. Diese komplexen Systeme arbeiten unter extremen Strömungsgeschwindigkeiten und sind gleichzeitig erheblichen mechanischen Belastungen ausgesetzt.

Verladearme für verflüssigtes Erdgas (LNG)

Verladearme werden eingesetzt, um flüssige Ladung auf und von Offshore-Schiffen, Tankwagen und Eisenbahnwaggons zu transportieren. Sie müssen die Ladung zuverlässig und leckagefrei transportieren.

Radar-Kühlsysteme

Elektronische Systeme in mobilen Einheiten sind ständig im Einsatz, erzeugen Wärme und benötigen daher Kühlsysteme. Die Kühlung elektronischer Systeme in diesen Anwendungen erfordert spezielle Konstruktionen.

Die Betriebsparameter hängen von der jeweiligen Anwendung ab. Der Druck kann von 0 bis 20.000 psi und die Temperatur von -150 bis 400 F reichen. Die Drehzahlen liegen im Allgemeinen im Bereich von 0 bis 1000 U/min. Zu den Flüssigkeiten können Wasser, Öl, Kühlmittel oder jedes andere fließfähige Medium gehören, das übertragen werden soll. Die Anzahl der Durchflusskanäle kann von einem (1) bis zu zehn (10) oder mehr reichen. Bei der Konstruktion muss eine Reihe von Faktoren berücksichtigt werden, von denen die Dichtungskomponenten die wichtigsten sein können.

Materialauswahl bei Rotationsdichtungen

Obwohl sie für viele statische Anwendungen akzeptabel sind, eignen sich herkömmliche Kompressionsdichtungen wie O-Ringe in der Regel nicht für rotierende Dichtungen. Reibung, die zu Verschleiß und Wärmeentwicklung führt, kann die Lebensdauer von Gummidichtungen in direktem Kontakt mit der Welle begrenzen, und die Quetschung und Dehnung der Dichtung, von der Kompressionsdichtungen abhängen, kann dieses Problem noch verschärfen. Die Bilder unten zeigen Beispiele für O-Ring-Abrieb und Druckverformung. Diese sind auf übermäßigen Verschleiß bzw. potenzielle Wärmeentwicklung zurückzuführen und können beide zu einem vorzeitigen Versagen der Dichtung führen.

Abrieb/Druckverformung

Reibung ist definiert als der Widerstand einer relativen Bewegung zwischen zwei Oberflächen. Je niedriger der Reibungskoeffizient ist, desto leichter gleiten die Oberflächen übereinander. Wir wünschen uns Reibung, wenn wir mit unseren Schuhen laufen oder mit unserem Auto fahren, um Stabilität und Kontrolle zu behalten. Die Reibung in Dichtungen führt jedoch zu Verschleiß und verkürzt die Lebensdauer. Polytetrafluorethylen (PTFE) ist ein thermoplastisches Material mit einem extrem niedrigen Reibungskoeffizienten. Und es leistet bei rotierenden Dichtungsanwendungen hervorragende Arbeit.

Federkraftbetätigte Dichtungen und Konstruktionsüberlegungen

Eine federunterstützte Dichtung (SES) besteht aus einem Mantel, der normalerweise aus PTFE hergestellt wird. Eine Feder wird eingesetzt, um die Dichtungslippen zu erregen und sie so in Kontakt mit der Stopfbuchse und der Welle zu halten. Dies bietet eine relativ reibungsarme Dichtungslösung. Neben einer besseren dynamischen Lebensdauer im Vergleich zu herkömmlichen Kompressionsdichtungen führen diese reibungsarmen Dichtungen zu weniger Problemen mit Stick-Slip und einem geringeren Stromverbrauch des Motors. Das bedeutet einen geringeren Verschleiß der Geräte und Systeme. Es sei darauf hingewiesen, dass PTFE mit Füllstoffen wie Kohlenstoff, Graphit, Molybdändisulfid und Polyimid modifiziert werden kann, um bestimmte Eigenschaften weiter zu verstärken.

Serie 100- Freitragende, federbelastete Dichtung

Druck: SES kann für Systeme zur Abdichtung von 20.000 psi und mehr entwickelt werden. Bei besonders hohen Arbeitsdrücken müssen die Lücken in den Stopfbuchsverschraubungen jedoch nachgezogen werden. Dem SES-Mantelmaterial können Füllstoffe hinzugefügt und eine separate Stützringkomponente untersucht werden, um die Extrusion der Dichtung zu verhindern.
Temperatur: Mit steigender Temperatur werden die Polymere weicher. Für sich genommen ist dies für einen SES-Mantel aus Material im Arbeitstemperaturbereich (-450 bis 450°F) normalerweise kein Problem. In Verbindung mit einem hohen Systemdruck sollten jedoch Füllstoffsysteme in Betracht gezogen werden, die die Steifigkeit erhöhen.
Rotationsgeschwindigkeit: Mit zunehmender Rotationsgeschwindigkeit werden verschleißfestere Materialien benötigt. Füllstoffe können hinzugefügt werden, um sowohl den Mantelverschleiß als auch die Reibung zu verringern. Obwohl alle dynamischen Oberflächen eine glatte Oberfläche haben sollten (8 – 16 Mikrozoll Ra), muss möglicherweise ein härteres Wellenmaterial untersucht werden, um Riefenbildung zu vermeiden.

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Der "Hobbyschrauber" Kai W. ist unser verantwortlicher Redakteur. Mit vielen Jahren Erfahrung in handwerklichen Bereichen (Feinmechanik, Metallverarbeitung/Fensterbau, Möbel- und Küchenmontage, sowie hausmeisterliche Tätigkeiten) kennt der verantwortliche Redakteur dieser Seite sich bestens mit den verschiedenen Gerätschaften aus und betreibt schon seit 2016 diverse Projekte zum Thema Wohnen, Bauen, Immobilien und Garten. Dieses Wissen nutzt er nun, um einen großen Ratgeber zum Thema Handwerkszeug auf die Beine zu stellen.