Dicht verschraubt

John C. Cox

Jede Art von Rohrverbindung kann unter bestimmten Bedingungen undicht werden, insbesondere unter dem Einfluss mechanischer Vibrationen. Auch wenn es die ideale Verbindung – eine Verbindung, die den absolut leckfreien Betrieb unter allen erdenklichen Systembedingungen sicherstellt – nicht gibt, so gibt es doch Anschlussausführungen und -technologien, die zuverlässiger sind als andere. Und bei anwendungsgerechter Installation können hochwertige Verbindungen Undichtigkeiten auf weniger als 3 % verringern.

Früher wurden in großem Umfang Rohrgewindefittings eingesetzt. Heute haben auch Rohrverschraubungen ihre Zuverlässigkeit unter Beweis gestellt und sich einen festen Platz im Markt erobert. Es gibt sie in unterschiedlichen Ausführungen. Die Klemmverschraubungen bestehen aus drei Einzelteilen: Überwurfmutter, Körper und Dichtring oder Klemmring. Basis dieser Konstruktion ist eine reibschlüssige Verbindung mit dem Rohr. Ein Vorteil der Klemmverschraubungen ist, dass für ihre Montage keine speziellen Werkzeuge erforderlich sind. Die Dichtkraft kann linienförmig wirken, wobei sich der größte Teil der Dichtkraft auf eine kleine Fläche konzentriert und dadurch eine der effektivsten Metall-Metall-Dichtungen überhaupt entsteht. Aufgrund des Reibschlusses widersteht dieser Verbindungstyp nur sehr geringen Drücken, er ist nur in wenigen Werkstoffen verfügbar (hauptsächlich Messing) und oft erweist er sich in Systemen, auf die Vibrationen, Temperaturwechsel und andere dynamische Einflüsse einwirken, als weniger zuverlässig.

Bördelverschraubungen bestehen ebenfalls aus drei Teilen: Überwurfmutter, Hülse und Körper mit einem Bördel oder kegeligem Ende. In manchen Fällen ist die Hülse selbstbördelnd ausgeführt, üblicherweise bei Rohren mit geringer Wanddicke oder bei weicheren Rohrwerkstoffen. Im Vergleich zu den Klemmverschraubungen können Bördelverschraubungen bei höheren Drücken und in einem breiteren Bereich von Systemparametern eingesetzt werden. Sie sind in einer größeren Zahl von Werkstoffen verfügbar, und die wirksame Dichtfläche ist größer, was das Wiederverwenden bei Wartungsarbeiten ermöglicht. Allerdings sind spezielle Bördelwerkzeuge erforderlich, um die Rohrleitung für die Montage vorzubereiten. Zudem kann das Bördeln der Rohrleitung erhöhte Beanspruchungen an der Basis der Bördelung und Längsrisse bei dünnwandigen Rohren oder spröden Rohrwerkstoffen verursachen. Raue Rohrstirnflächen, hervorgerufen durch minderwertige Rohrabschneider oder falsch eingesetzte Bügelsägen, ergeben unebene Dichtflächen.

Schneidringverschraubungen erfordern keine besonderen Werkzeuge für die Montage und ertragen höhere Innendrücke als die ursprünglichen Klemmverschraubungen. Diese Konstruktion besteht aus Überwurfmutter, Körper und Klemmring(en), bei denen sich eine scharfe Schneidkante in die Oberfläche der Rohrleitung einschneidet, um für festen Halt zu sorgen. Eine zweite Dichtung wirkt auf dem langen, vertieften Oberflächenteil zwischen dem Klemmring und dem Innenkegel des Körpers. Schneidringverschraubungen sind üblicherweise mit nur einem Klemmring ausgeführt.

Deshalb muss die Nase des Klemmrings zwei Aufgaben zugleich erfüllen: Sie muss sich in das Rohr einschneiden, um es festzuhalten, und zugleich dient sie als Dichtelement für das Anschlussstück. Dabei geht sehr leicht eine Funktion zu Lasten der anderen. Dieses Problem lässt sich lösen, wenn man diese beiden Funktionen auf zwei Klemmringe (einen zum Dichten, einen zum Fixieren auf dem Rohr) verteilt, denn diese Aufgabentrennung ermöglicht es, jedes Element optimal auf seine spezielle Funktion abgestimmt zu gestalten.

Verschraubungen mit mechanischem Halt sind üblicherweise mit zwei Klemmringen ausgestattet. Fittings dieser Art können wie eine federbelastete Dichtung wirken, was auf das Auffedern der Klemmringe während des Abdichtens zurückzuführen ist. Beim Anziehen der Verschraubung wird der vordere Klemmring elastisch verformt, während er sich beim Abdichten in die Oberflächen des Rohrs und des Fittingkörpers einprägt. Über radial wirkende Kräfte klemmt der hintere Ring das Rohr in einem Bereich kurz außerhalb des Punkts ein, an dem die Nase des Klemmrings das Rohr hält, wodurch die Beständigkeit gegen Vibrationen steigt.

Verschraubungen dieser Art lassen sich nach der ersten Montage lösen und wieder montieren, ohne Teile der Verschraubung selbst oder der Rohrleitung zu beschädigen. Darüber hinaus bieten einige Hersteller eine Prüflehre an, mit der sich das richtige und ausreichende Anziehen der Verschraubung bei der ersten Montage sicherstellen lässt. Ein nicht ausreichendes Anziehen von Rohrverschraubungen ist speziell bei härteren Werkstoffen wie Edelstahl eine Hauptursache für Leckagen.

Swagelok entwickelte die Zwei-Klemmring-Rohrverschraubung und löste damit die Probleme der Chemieindustrie bei der Herstellung von wieder montierbaren, verlässlichen, dichten Verbindungen an Prozessinstrumentierungssystemen. Die leckdichte Konstruktion der Rohrverschraubung für den Einsatz mit Tausenden von Anwendungen wurde stetig verbessert. Die ausgesparte und konturierte Geometrie des hinteren Klemmrings erzeugt den Scharnier- und Klemmeffekt, durch den das Rohr erfasst wird, und trägt besser als andere Verbindungsmethoden zur Eliminierung von Totbereichen und Einschlüssen von korrosiven Flüssigkeiten bei. Diese Federung und Restelastizität des vorderen und des hinteren Klemmrings für Rohrverschraubungen kompensieren thermische Wechsel und mechanische Belastungen. Aufgrund der Elastizität reagieren die Klemmringe und behalten während dieser Veränderungen die Dichtung bei.

Das auf den hinteren Klemmring angewandte patentierte Oberflächenhärtungsverfahren SAT12 erhöht die Härte der Härteschicht von Edelstahl 316 um das Zweifache des Kernwerkstoffs und bietet karbidähnliche Härten von bis zu 1200 Vickershärten (>70 Rc) und 20 µm Dicke. Das als Niedertemperatur-Einsatzhärtung von rostfreiem Stahl (LTCSS) bekannte Verfahren wurde von Swagelok entwickelt und patentiert. Das Einsatzhärtungsverfahren und die Geometrie des hinteren Klemmrings der Rohrverschraubungen bieten eine Umklemmung des Rohrs, wodurch sich die Vibrationsauswirkungen verringern. Da diese Konstruktion eine konstante Geometrie anstelle von Drehmoment für die prüflehrenfähige Montage nach der Erstinstallation verwendet, können die Rohrverschraubungen an verschiedenen dick- oder dünnwandigen, harten oder weichen Rohren verwendet werden und dabei gleichzeitig den Auswirkungen von Druck und Temperaturschwankungen standhalten.

Online-Info www.cav.de/0510430